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)沈陽飛機(jī)工業(yè)（集團(tuán)）有限公司，沈陽 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)沈陽飛機(jī)工業(yè)（集團(tuán)）有限公司，沈陽 110085）

我國在鈦復(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)，但是對技術(shù)的研究處于初期階段，很多技術(shù)問題還值得探究。

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

0　引言

隨著各類輕質(zhì)復(fù)合材料在航天事業(yè)中的應(yīng)用，越來越多的材料需要鉆孔加工處理，對鉆孔技藝的要求也越來越高。復(fù)合材料對鉆孔的要求是高轉(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)行研究的時候就會遇到矛盾的地方，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)定等一系列問題。

1　鈦復(fù)合材料復(fù)合結(jié)構(gòu)快速制孔的技術(shù)

國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，主要是采用半自動化的自動進(jìn)給鉆、螺旋軌跡自動制孔頭或自動化制孔設(shè)備進(jìn)行加工，加工出來的產(chǎn)品雖然可以出口我國，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，國外民機(jī)在裝配生產(chǎn)過程中，主要是采用自動進(jìn)給鉆配合鉆模板或自動化設(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)用還沒有進(jìn)入實(shí)際生產(chǎn)中。而我國在這領(lǐng)域的發(fā)展還處于摸索的階段，目前還沒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)，沒有實(shí)現(xiàn)新突破，研究活動都是停留在實(shí)驗(yàn)室中，實(shí)踐生產(chǎn)的運(yùn)用還需要經(jīng)過一段時間的探索。

2　鈦復(fù)合材料復(fù)合結(jié)構(gòu)快速制孔技術(shù)的應(yīng)用

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)不會出現(xiàn)材料燒傷、孔表面質(zhì)量差、分層、撕裂的問題，利用鈦復(fù)合材料制成的鉆頭在工作時不會產(chǎn)生太多的熱量，可以減少對材料的損壞，更不會導(dǎo)致孔徑的不穩(wěn)定等問題。

很多行業(yè)對制孔技術(shù)的精確度要求很高，那是因?yàn)槊總€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)約國家資源，還可以為我國航天事業(yè)的發(fā)展提供技術(shù)的支撐。

3　鈦復(fù)合材料復(fù)合結(jié)構(gòu)快速制孔技術(shù)的優(yōu)勢

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。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，因此只要在兩個貼合面之間加上無紡布之后，不僅不會影響材料的質(zhì)量，對自身的保護(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)增加一個墊板，就可以防止劈裂的出現(xiàn)；我國現(xiàn)在使用的復(fù)合材料制孔的時間一般控制在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)行制孔工作的時候，都因?yàn)槠渥陨頍崃窟^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)快速制孔時可以采用內(nèi)部微量潤滑的冷卻方式，可以很好的改善制孔條件，避免了灼燒材料的現(xiàn)象。

4　鈦復(fù)合材料復(fù)合結(jié)構(gòu)快速制孔技術(shù)改良建議

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間，根據(jù)實(shí)驗(yàn)情況和現(xiàn)場環(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)過程中，還發(fā)現(xiàn)由于要給鉆頭降溫，使用的微潤滑泵容積不足，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，我國還沒有實(shí)現(xiàn)對鈦復(fù)合材料復(fù)合結(jié)構(gòu)與制孔技術(shù)的無縫對接，還沒有發(fā)揮這種技術(shù)的實(shí)際價值。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)中的問題，尋求技術(shù)的突破和發(fā)展的機(jī)會。同時還要不斷豐富自身的理論知識，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)。

5　結(jié)語

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，為我國鈦資源的利用提供多種途徑。

［1］陳燕，葛恩德，傅玉燦，蘇宏華，徐九華.碳纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料制孔技術(shù)研究現(xiàn)狀與展望［J］.復(fù)合材料學(xué)報，2015（02）：301-316.

［2］金龍.碳纖維復(fù)合材料的機(jī)器人自動化制孔技術(shù)研究［D］.浙江大學(xué)，2014.

［3］溫泉，郭東明，高航，趙冬.碳纖維/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料制孔損傷綜合評價方法［J］.復(fù)合材料學(xué)報，2016（02）：265-272.

［4］于翔天，王華明.激光熔化沉積（TiB+TiC）/TA15原位鈦基復(fù)合材料的顯微組織與力學(xué)性能［J］.復(fù)合材料學(xué)報，2008（04）：113-118.

［5］李倩.碳鈦復(fù)合材料負(fù)載鈷催化劑的費(fèi)—托合成催化性能的研究［D］.中南民族大學(xué)，2013.