邵福杰(中航工業(yè)沈陽(yáng)飛機(jī)工業(yè)(集團(tuán))有限公司,沈陽(yáng) 110085)
鈦復(fù)合材料復(fù)合結(jié)構(gòu)快速制孔技術(shù)探究
邵福杰
(中航工業(yè)沈陽(yáng)飛機(jī)工業(yè)(集團(tuán))有限公司,沈陽(yáng) 110085)
我國(guó)在鈦復(fù)合材料的研究上還是取得了很大的進(jìn)展,其中鈦基復(fù)合材料因其高強(qiáng)度、高硬度和抗高溫性能,被廣泛用于超高音速飛機(jī)盒下一代的先進(jìn)航空發(fā)動(dòng)機(jī)。復(fù)合材料在快速鉆孔技術(shù)中的應(yīng)用也很多,但是將鈦復(fù)合材料與快速鉆孔結(jié)合的技術(shù),在國(guó)內(nèi)外都是不多見的,雖然技術(shù)本身有很多優(yōu)點(diǎn),但是對(duì)技術(shù)的研究處于初期階段,很多技術(shù)問(wèn)題還值得探究。
鈦復(fù)合材料;復(fù)合結(jié)構(gòu);快速鉆孔;技術(shù);應(yīng)用;改良
DOI:10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.16.038
隨著各類輕質(zhì)復(fù)合材料在航天事業(yè)中的應(yīng)用,越來(lái)越多的材料需要鉆孔加工處理,對(duì)鉆孔技藝的要求也越來(lái)越高。復(fù)合材料對(duì)鉆孔的要求是高轉(zhuǎn)速、低進(jìn)給速,而鈦合金需要低轉(zhuǎn)速、高進(jìn)給速度,技術(shù)人員在進(jìn)行研究的時(shí)候就會(huì)遇到矛盾的地方,要研究出利用鈦復(fù)合材料復(fù)合結(jié)構(gòu)進(jìn)行快速鉆孔的技術(shù),就要突破這個(gè)難題,解決復(fù)合材料分層、出口劈裂和鈦合金出口毛刺大、溫度高、孔徑不穩(wěn)定等一系列問(wèn)題。
國(guó)外的很多科技水平都比較高,很多技術(shù)經(jīng)驗(yàn)也值得我們學(xué)習(xí)。國(guó)外在很早之前就進(jìn)行復(fù)合材料與欽合金疊層結(jié)構(gòu)的孔加工技術(shù)研究,主要是采用半自動(dòng)化的自動(dòng)進(jìn)給鉆、螺旋軌跡自動(dòng)制孔頭或自動(dòng)化制孔設(shè)備進(jìn)行加工,加工出來(lái)的產(chǎn)品雖然可以出口我國(guó),但是核心技術(shù)目前處于封鎖狀態(tài)。因此在此項(xiàng)技術(shù)上的應(yīng)用還得依靠我國(guó)的科研人才進(jìn)行技術(shù)的開發(fā)。
根據(jù)科研資料顯示,國(guó)外民機(jī)在裝配生產(chǎn)過(guò)程中,主要是采用自動(dòng)進(jìn)給鉆配合鉆模板或自動(dòng)化設(shè)備進(jìn)行疊層復(fù)合結(jié)構(gòu)大直徑孔的制孔任務(wù),復(fù)合材料通常采用鋁合金,關(guān)于鈦合金的應(yīng)用還沒(méi)有進(jìn)入實(shí)際生產(chǎn)中。而我國(guó)在這領(lǐng)域的發(fā)展還處于摸索的階段,目前還沒(méi)有成熟的條件可以滿足這種技術(shù)的實(shí)現(xiàn)。采用的制孔技術(shù)依然是沿襲傳統(tǒng)的技術(shù),沒(méi)有實(shí)現(xiàn)新突破,研究活動(dòng)都是停留在實(shí)驗(yàn)室中,實(shí)踐生產(chǎn)的運(yùn)用還需要經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的探索。
根據(jù)實(shí)驗(yàn)研究,鈦復(fù)合材料復(fù)合結(jié)構(gòu)快速制孔技術(shù)可以解決高精度的工作要求,保證孔洞加工的質(zhì)量和效率,簡(jiǎn)化制孔工序。與碳纖維復(fù)合材料制孔技術(shù)相比,鈦復(fù)合材料復(fù)合結(jié)構(gòu)快速制孔技術(shù)不會(huì)出現(xiàn)材料燒傷、孔表面質(zhì)量差、分層、撕裂的問(wèn)題,利用鈦復(fù)合材料制成的鉆頭在工作時(shí)不會(huì)產(chǎn)生太多的熱量,可以減少對(duì)材料的損壞,更不會(huì)導(dǎo)致孔徑的不穩(wěn)定等問(wèn)題。
很多行業(yè)對(duì)制孔技術(shù)的精確度要求很高,那是因?yàn)槊總€(gè)行業(yè)需要鉆孔的材料都是非常珍貴的,需要一種更加精密的鉆孔技術(shù)保障企業(yè)在材料鉆孔時(shí)候的效率和質(zhì)量。比如航天事業(yè)中,很多復(fù)合材料之間的連接和契合需要預(yù)留孔洞,對(duì)孔徑的大小控制也是很嚴(yán)格的,一旦出現(xiàn)不吻合的孔洞,就會(huì)造成材料的浪費(fèi),也就造成資源的浪費(fèi)。因此利用這種新技術(shù)既可以節(jié)約國(guó)家資源,還可以為我國(guó)航天事業(yè)的發(fā)展提供技術(shù)的支撐。
綜合大量的實(shí)驗(yàn)研究,筆者發(fā)現(xiàn)鈦復(fù)合材料復(fù)合結(jié)構(gòu)快速制孔技術(shù)存在很大的優(yōu)勢(shì)。首先這種技術(shù)只需要在實(shí)踐工作中做一點(diǎn)點(diǎn)的調(diào)整,就可以得到很精確的加工材料。例如,一般的復(fù)合材料與貼合板沒(méi)有貼實(shí)的情況下就容易造成材料的斷裂和自身的折裂,但是鈦復(fù)合材料本身具有很強(qiáng)的強(qiáng)度和很高的硬度,因此只要在兩個(gè)貼合面之間加上無(wú)紡布之后,不僅不會(huì)影響材料的質(zhì)量,對(duì)自身的保護(hù)也起到加強(qiáng)的作用,從而實(shí)現(xiàn)最好的制孔效果;如果復(fù)合材料是處于復(fù)合結(jié)構(gòu)的一邊,一般的材料就會(huì)出現(xiàn)劈裂的現(xiàn)象,但是在使用復(fù)合材料的前提下,只需要在材料的外側(cè)增加一個(gè)墊板,就可以防止劈裂的出現(xiàn);我國(guó)現(xiàn)在使用的復(fù)合材料制孔的時(shí)間一般控制在3到10分鐘,速度有點(diǎn)慢,但是運(yùn)用這種技術(shù),可以實(shí)現(xiàn)1分鐘快速制孔,大大縮短了制孔的時(shí)間,提高了材料加工的效率;很多材料在進(jìn)行制孔工作的時(shí)候,都因?yàn)槠渥陨頍崃窟^(guò)大而燒壞材料,導(dǎo)致材料浪費(fèi),但是鈦復(fù)合材料復(fù)合結(jié)構(gòu)快速制孔時(shí)可以采用內(nèi)部微量潤(rùn)滑的冷卻方式,可以很好的改善制孔條件,避免了灼燒材料的現(xiàn)象。
技術(shù)的發(fā)展需要研究人員的不斷探索,需要在實(shí)踐工作中發(fā)現(xiàn)技術(shù)的不足之處,從而探索更加先進(jìn)的改良措施。鈦復(fù)合材料復(fù)合結(jié)構(gòu)快速制孔技術(shù)雖然實(shí)現(xiàn)了技術(shù)的創(chuàng)新,但是在實(shí)際應(yīng)用中還是存在很多缺點(diǎn),需要進(jìn)行技術(shù)的改進(jìn)。比如在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)鈦合金孔容易出現(xiàn)細(xì)微的凸起毛刺,工作人員需要進(jìn)行毛刺的清理,這就增加了后期處理的時(shí)間,根據(jù)實(shí)驗(yàn)情況和現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境分析,導(dǎo)致這種情況出現(xiàn)的原因是進(jìn)給速度偏大,建議在后期的實(shí)驗(yàn)中,可以調(diào)整自動(dòng)進(jìn)給鉆進(jìn)給速度,減小進(jìn)給速度,避免鈦合金孔軸向毛刺的產(chǎn)生。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中,還發(fā)現(xiàn)由于要給鉆頭降溫,使用的微潤(rùn)滑泵容積不足,每次只能完成少量材料的制孔任務(wù),在實(shí)際工作中,就會(huì)大大降低制孔效率。建議后期實(shí)踐中可以采用大容積的微潤(rùn)滑泵,減少加溶液的次數(shù),從而提高制孔工作的效率和質(zhì)量。
目前,我國(guó)還沒(méi)有實(shí)現(xiàn)對(duì)鈦復(fù)合材料復(fù)合結(jié)構(gòu)與制孔技術(shù)的無(wú)縫對(duì)接,還沒(méi)有發(fā)揮這種技術(shù)的實(shí)際價(jià)值。因此要求我們的科研人員要妥善解決兩種工藝在實(shí)際生產(chǎn)中的問(wèn)題,尋求技術(shù)的突破和發(fā)展的機(jī)會(huì)。同時(shí)還要不斷豐富自身的理論知識(shí),提高自身的專業(yè)素養(yǎng),潛心做科研,發(fā)揮技術(shù)人員不怕苦、不怕累、不怕失敗的拼搏精神,為我國(guó)制孔技術(shù)的更新奠定基礎(chǔ),為航天事業(yè)健康的發(fā)展做出貢獻(xiàn)。
綜上所述,如果技術(shù)人員解決好技術(shù)研究中的難題,就可以實(shí)現(xiàn)鈦復(fù)合材料復(fù)合結(jié)構(gòu)快速鉆孔的技術(shù)突破。就可以改變鉆孔低效率的現(xiàn)狀,挖掘鈦復(fù)合材料的更多用途,為我國(guó)鈦資源的利用提供多種途徑。
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