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【摘要】碳纖維復合材料自身應用價值較高，屬于先進性較高的材料，當前在航空飛機中應用范圍逐步擴大，開始朝著多領域發展。現代化飛機結構設計以及建造先進性通過復合材料應用位置與應用量能夠進行衡量。目前碳纖維復合材料用量在進一步增加，隨著機械加工領域快速發展，在碳纖維復合材料加工中各類加工機械磨損情況較為嚴重，在加工生產過程中出現的缺陷較多，受到相關部門高度重視。

【關鍵詞】航空；碳纖維復合材料；構件；無缺陷制孔

近些年國內外諸多公司為了對復合材料加工問題進行有效控制，在實踐生產過程中開始應用各類特殊性較高的刀具設備，比如波音公司開發研制的單向四槽螺旋硬質銑刀能夠對切削熱問題進行控制。還有西方國家通過超聲振動加工技術，通過相應結合劑使得鉆頭能夠有效燒結，這樣有助于提升刀具應用壽命，還能提高鉆孔效率。從我國裝配配孔中還是采取硬質合金刀具，對刀具產生的磨損性較大，實際生產加工效率較低，加工質量難以提升。

1碳纖維復合材料制孔缺陷的形成原因分析

1.1觀察鉆孔形成缺陷碳纖維復合材料在航空領域進行應用，主要是對設計要求進行分析，然后合理選取單向預浸料進行設計，形成多層板之后進行應用，受到材料不同層間強度的影響，在具體鉆削階段，纖維方向與切削方向的夾角會產生相應變化，切削性能表現為不同形態。當橫刃全部鉆出之后，橫刃與材料充分接觸會導致材料產生相應變化，此時也會對表層纖維產生較大影響。表層材料實際束縛性與承載較差，通過外部強大的鉆削力使得材料荷載力增加，若將鉆頭深入鉆出，外部壓力會擴大，材料中諸多纖維會被割斷，鉆孔缺陷會在作用力影響下朝著表層纖維進行深入延伸。在已經鉆出的切削刃周邊會出現不同形狀的凸起部位，此時主要是撕裂和分層產生階段。等到缺陷實際擴展程度不斷加深，開始大于孔直徑，會形成最大隱患。切削鉆出之后，材料表層纖維會被切斷，并且相應的切削力會降低，也難以對產生的缺陷問題進行控制修正。綜合上述分析，在碳纖維復合材料鉆削中應用合金麻花鉆進行操作，由于受到鉆削力影響，加上鉆頭深度不斷擴大，出口側材料會逐步分層，纖維開始斷開，缺陷問題進一步延伸，范圍開始逐步擴大，超出孔直徑之后會成為最終缺陷[1]。1.2鉆削軸向力對各類缺陷的影響碳纖維復合材料在制孔過程中軸向力是導致缺陷發生的主要原因，通過軸向力、分層、撕裂相關評價能夠分析軸向力對缺陷的影響。目前分層缺陷主要是通過的分層因子相關指標對缺陷產生的負面影響進行深入探究。針對撕裂缺陷要對撕裂影響因子影響深度進行整合，然后計算缺陷位置拓展面積與產生的不良影響。通過完備的試驗對鉆頭基本轉速進行控制，可以保持為6000r/min。對鉆進速度進行調控，分別設為25mm/min，35mm/min、45mm/min，55mm/min，在鉆孔之后要對不同試件進行探傷，對分層區域測定范圍進行分析，對分層因子進行計算。為了對撕裂缺陷與軸向力關系進行分析時，要對試驗參數進行多次試驗，軸向力對撕裂缺陷有較大影響。軸向力增加撕裂因子也會逐步擴大。根據試驗可知，如果軸向力大于120N，會致使撕裂因子進一步擴大，通過在線性擬合，二、三次非線性擬合，能夠對相關試驗數據進行有效對比[2]。

2航空碳纖維復合材料構件無缺陷制孔方法探析

2.1螺旋面鉆尖鉆頭加工技術由于受到技術等要素限制，致使加工過程中存在諸多質量問題，比如通過合金麻花鉆對碳纖維材料加工會產生毛刺等問題。所以要對原有的技術工藝進行優化，可以選取螺旋面鉆頭。將鉆頭形狀轉為螺旋面，與以往常用的麻花鉆鉆尖比較，橫刃主要呈現為S型，所以具有良好的定心能力，在切入過程中穩定性較高，并且能夠有效降低鉆削軸向力，排屑能力較好。要對不同角度以及不同轉速進行控制，做好對比實驗，通過鉆頭幾何參數設定能夠對鉆孔質量進行控制[3]。

2.2以磨代鉆制孔方法從各項數據中可知碳纖維復合材料具有較強的硬度值，在不同環境加工中會產生較大熱量，在加工中對切削力敏感度較高，開展試驗時可以對電鍍金剛石鉆頭進行研究，其中電鍍金剛石鉆頭切削原理和普通鉆頭存在差異，可以全面實行以磨代鉆，在實際操作記錄情況來看，磨粒運動基本運行軌線是呈現為螺旋線，鉆孔刀是主要切削部分，在切入中通過較快速度全部切入到碳纖維復合材料中，在擠壓、摩擦影響下，材料纖維和磨粒切削刃之間會產生不同形變，所以當前相關操作人員要對基體彈性阻力和碳纖維材料彈性阻力進行調控。要確保電鍍超硬磨料基本應用性能能夠有效提升，需要對直徑鉆頭相應質量進行對比。在鉆孔過程中合理選取相應硬度的合金鉆頭，在鉆孔出口位置不會出現明顯的質量問題。通過電鍍金剛石進行鉆孔，孔形能夠得到控制，加工生產質量較高[4]。

2.3PCD刀具加工方法目前各個航空構建裝配生產過程中對各項生產技術應用要求較高，在裝配制孔操作過程中要對構件合理選取，可以將復合材料與合金構件進行配套應用。不同應用材料應用功能存在較大差異，裝配鉆孔中施工難度較大。在鋁合金材料加工中要對磨粒加工進行控制，對專用刀具進行研究，比如聚晶金剛石刀具進行應用[5]。通過生產試驗操作可以得出在裝配制孔中金屬材料與復合材料應用效果較好。在傳統硬質合金鉆頭選取中，選用PCD鉆頭對碳纖維復合材料進行加工能提升出口處質量。通過具體試驗對不同材料以及頂角鉆頭加工質量進行分析，對試驗過程進行有效優化[6]。

3結果分析與討論

鉆孔缺陷問題發生主要是受到纖維方向的影響，在實際生產環節，要對刀具切削方向和纖維方向進行控制，如果二者呈現為銳角形態，纖維層將很難切斷。鉆孔軸向力與碳纖維復合材料分層因子呈線性關系，其中軸向力不斷擴大，會導致分層缺陷更加明顯，其撕裂缺陷也會進一步擴大。在相同生產效率基礎上，通過降低鉆孔軸向力，例如刀具角度優化能夠提升加工質量。通過選用不同制孔刀具，能夠使得復合材料制孔質量全面提升。在現代化科學技術快速發展背景下，如果是選取自動化機床加工要在套料的以磨代鉆方法提升加工質量。螺旋面鉆頭鋒利度較高，通過提升鉆削軸向力能夠使得材料鉆孔質量有效提升，相應的耐用度會逐步降低，當前需要應用更為專業的設備進行刀磨。

4結語

總而言之，當前要從實踐中航空碳纖維復合材料構件無缺陷制孔方法實際加工成效較好，具有良好的發展前景。當前要對刀具基本應用性能進行優化，對刀具成本進行控制，便于刀具有效應用，能夠促進加工技術提升，推動我國現代化工業全面發展。

參考文獻

[1]鮑永杰，高航.碳纖維復合材料構件少無缺陷制孔技術[J].航空制造技術，2007（z1）：88~92.

[2]何凱，李成龍，龔志紅，等.航空復合材料構件精確制造技術探討及應用[J].航空制造技術，2017（9）：101~105.

[3]曾學花，徐志農，李雄兵，等.碳纖維復合材料構件超聲自動檢測系統[J].組合機床與自動化加工技術，2007（8）：47~50.

[4]藺紹玲，張士衛，張云露，等.碳纖維復合材料在發射裝置上的應用研究[J].航空制造技術，2017（8）：104~109.

[5]蔡聞峰，周惠群，于鳳麗，等.樹脂基碳纖維復合材料成型工藝現狀及發展方向[J].航空制造技術，2008（10）：54~57.

[6]魏瑩瑩，安慶龍，蔡曉江，等.碳纖維復合材料超聲掃描分層檢測及評價方法[J].航空學報，2016，37（11）：3512~3519.

作者：楊文 單位：中航西飛民用飛機有限責任公司