直升機復合材料結構裝配工藝研究 zund G3 2XL-1600-皮帶台中雷射雕刻－張綠東焦點新聞熱搜

1 引言
    復合材料具有高比強度、比剛度、優異的可設計性和抗疲勞性等優良的綜合性能，廣泛應用于航天航空結構設計中。復合材料用量的多少已成為衡量航空航天結構設計先進性的重要標志：如EF2000、JAS39、F-22等機復合材料用量都超過了25%，NH90戰術運輸機結構復合材料用量已達95%。而在直升機上復合材料用量更大，有的機種已達50%以上。國外已有多種復合材料結構的直升機。在國內，新軍機也已開始大量應用復合材料，主要用于機翼、鴨翼、座艙、油箱、尾梁、平尾、垂尾（斜梁）及整流罩等。
    相對金屬結構，復合材料制造及裝配的突出優點是：復合材料加工方法多采用整體共固化和共膠接工藝，從而減少了后續的加工、裝配工序，避免了其它工藝帶來的缺陷，提高了整體結構的綜合性能，如很多直升機采用了機翼和機身一體化融合技術，該技術優化了結構外形，大幅度減少了鉚接、螺接工藝及由此帶來的應力集中等裝配缺陷，從而提高了飛機的疲勞壽命和飛行品質。盡管如此，考慮到設計、工藝、維修、運輸等方面的需要，復合材料結構設計還是保留著大量的設計分離面和工藝分離面，這些分離面需要在裝配階段與其它結構進行對接。
    直升機整個尾段都采用了復合材料結構。本文就直升機復合材料的裝配工藝進行了系統研究，對復合材料件在裝配中遇到的一些工藝難題給出了可行的解決方法，為今后大型復雜復合材料結構裝配積累了數據。
2 關鍵裝配特征分析及工裝設計安排
    尾段主要由尾梁、上垂尾、下垂尾、平尾和整流罩組成（如圖1）。整流罩可下型架裝配，無需型架階段考慮。平尾為左右對稱的獨立結構，也可在下型架后裝配。但平尾是通過接口D與上垂尾連接，接口的位置直接影響到平尾相對整機的正確定位。因此，D點位置是裝配重點要素。尾梁為蜂窩夾層結構，它通過A框與中機身進行螺接，載荷通過A框傳遞到尾梁再進行分散傳遞，因此A框的位置及平面度需重點保證。上垂尾與尾梁通過鉚接和螺接進行組裝。該上垂尾為雙曲面結構，且曲率變化比較大。通過相關的厚度試驗件和整體結構件分析，其套合部位結構的整體厚度尺寸分散較大，該部位裝配工藝可重復性差。F處接頭和E處平臺為操縱系統的固定點，操縱系統有嚴格的安裝要求，影響其安裝一關鍵要素為F接頭和E平臺的位置度及平面度。B點和C點為起落架尾撐的安裝接口，其上下位置直接影響到F接頭E平臺的平面度及上垂尾能否與尾梁進行無應力裝配。

    由以上分析,把A、B、C、D、E、F處確定為關鍵裝配特征點。A處由一帶多個配鉆孔的鉆模板精確控制尾梁X方向位置。為保證整個尾段在允許公差范圍與中機身對接,直徑約2m的鉆模板加工公差嚴格控制在0.02mm之內。尾梁中部設一卡板2,通過卡板外形及尾梁下線仰角的作用進一步限制尾梁的竄動。尾梁平臺前部設卡板3和卡板4，這兩個卡板精確控制尾梁Z方向的運動，其中卡板4同時又為接頭F的定位工裝。為保證F接頭的正確確定位，卡板3和4為固定不可調動工裝。平尾接口D的X方向坐標位置由型架保證，Y方向由定位銷保證。為了保證尾梁與上垂尾正確套合，D接口留有一個Z方向自由度，可通過是否加墊片進行調整。卡板5限制上垂尾以D處為支點的轉動,卡板4保證平臺的正確定位。B處和C處為尾梁和上垂尾的過度部分,整個尾段的裝配配合基本由這兩個支點進行調整。把B處和C處設置為螺旋的可調結構,通過螺旋結構的精確可調性保證F接頭及E平臺的平面角度要求。 [-page-]
3 預裝配及工藝改進
    經預裝，發現上垂尾與尾梁及平臺與上垂尾裝配時外形卡板關不上或帶應力關閉卡板無法保證F接頭和E平臺的角度要求，裝配配合面存在局部應力點或應力面。主要原因是：配合面曲率變化比較大，零件成型時該處樹脂流動性差，因此該處厚度一般偏厚。在保證強度及剛度的前提下，把配合處兩層碳布改為玻璃布，根據現場具體裝配情況允許對玻璃布進行打磨處理以保證裝配協調要求。
    上垂尾與尾梁貼合處階差比較大,其左件A及右件B為重要承力結構(其外形為面板外形)。為解決該問題，縮小了零件外形容差。
    采取上述措施后，各卡板基本能保證相應結構無應力裝配。經激光定位儀確認各關鍵特征點定位準確。幾架機總裝結果顯示該裝配設計及改進工藝合理。
4 復合材料裝配加工工藝及連接工藝
    復合材料加工工藝主要為膠接，但仍需鉚接和螺接等裝配工藝。因此需制孔、锪窩、切割等工藝加工。
4.1 制孔
    文獻[1]顯示緊固件沿外載荷作用方向傾斜度大于2°時，疲勞壽命會降低約47%；傾斜度大于5°時，疲勞壽命會降低約95%。因此制孔的垂直度應嚴格控制在2°以內。波音等公司主承力關鍵件制孔都由機器自動完成以保證制孔垂直度要求。我國現階段復合材料制孔仍由手工完成。
    直升機復合材料主要為碳纖維復合材料。碳纖維硬度較大，具有較高的耐磨性。因此所選擇的刀具必須具有較好的硬度和耐磨性。高速旋轉的刀具與纖維接觸時產生了大量的熱，刀具材料必須有良好的耐熱性。因此選用了鎢質硬質合金鉆頭。
    復合材料結構需制孔部位多為層壓板結構，厚度從1mm-4mm不等。試驗發現制孔導致缺陷主要為分層，入口和出口處分層為嚴重。通過控制刀速和進給量可以有效抑制分層，且須在鉆孔出口面墊上或頂上硬質塑料。對于厚層壓板,刀速若過大,制孔附近出現局部燒蝕現象。主要原因為鉆速過大,溫度大幅升高,在一個狹窄封閉的區域內,熱量無法及時散發,超過了基體燒蝕點。試驗驗證,4mm以下的層壓板轉速控制在1500~1700r/min,加工情況良好。
4.2 锪窩
    整流罩為芳綸材料結構,連接時為了外形美觀采用了鈦質沉頭抽釘，芳綸纖維韌性大，與樹脂粘接能力低，锪窩困難。在無特制锪窩刀具的情況下，鉆頭旋轉后放于锪窩表面，能迅速的切斷纖維并防止纖維劈裂。建議芳綸結構材料連接時盡量避免锪窩工藝。
4.3 切割
    復合材料結構切割時易產生毛邊、分層、開裂缺陷。起割和停割處容易出現上述缺陷。為此選用了金剛石砂輪片切割。切割時用力要均勻，進刀平穩。
4.4 螺接和鉚接工藝及相關技術
    在飛機各種故障中，機體損傷的故障數量已占總故障數量的30%。因此,飛機的總壽命主要決定于飛機機體壽命。疲勞破壞是飛機機體喪失工作能力的根本原因，其中75%~80%的疲勞破壞發生在機體結構的連接部位^[2]。所以研究螺接和鉚接工藝對提高飛機的疲勞壽命非常重要。
    通過大量的試驗發現復合材料與金屬材料連接時，其連接部位纖維取向決定了結構的破壞形式及結構的疲勞壽命^[2]。復合材料的破壞往往表現為拉脫和擠壓等混合破壞，通過合理安排各方向纖維含量可以設計出所需的破壞方式。此外螺栓或抽釘等緊固件種類的選擇、布置方式及裝配質量對結構的疲勞壽命也有重要影響。為了防止電位腐蝕，復合材料的緊固件材質應優選鈦質金屬。
    復合材料連接多為間隙配合，在配合接頭孔周存在較高的應力集中，使得載荷分配很不均勻。此外，間隙配合易使釘桿和釘孔相互撞擊而導致被連接件破壞。為了克服該種連接方式的缺陷，可以考慮使用干涉連接技術。孔壁干涉的產生，會在孔壁處產生脫膠式毛刷分層，軟化孔壁，降低孔壁的應力集中。此外，裝配時在孔內注入膠液，可有效堵塞孔隙，防止纖維疏松引起的層間分層。
    由于復合材料的抗沖擊性能差，一般在復合材料連接孔表面加一墊片以減小鉚接時局部沖擊力。鉚接時宜壓鉚而不宜沖鉚，且應選用小功率鉚槍。在較封閉環境下，背面加墊片若不易操作，應選用能自動形成墩頭的鉚釘，如CR7774S系列的鉚釘；或者零件成型時，在需加鉚釘處粘一薄金屬片―這一方法一般用在需加成排鉚釘處。
    若要采用多排的連接方式,一般采用并排連接,盡量避免交錯排列連接。以防止釘孔太密,切斷纖維太多,影響承載能力。
5 結語
    (1)復合材料結構由于零件成型特點，其裝配技術有別于金屬結構。對于復雜復合材料結構裝配，應分析其關鍵裝配特征，合理地進行工裝設計。
    (2)復合材料結構設計階段應盡量避免金屬與復合材料套合結構。
    (3)復合材料結構制孔、锪窩、切割加工工藝及緊固件連接工藝影響整個結構疲勞壽命，應系統開發復合材料加工設備及多功能緊固件。
      參考文獻
[1] TANG Yihao．Study on damage mechanical behaviours of composite laminated structure[M.thesis，harbin engineering university(2005)].
[2] 劉風雷．用于復合材料干涉結構的多功能緊固件系統[J].航空制造技術,2007,(3):98-101．
[3] 張曉兵,魏喜龍.玻璃鋼車削用刀具磨損研究[J].纖維復合材料,2007,24(3):28-29．
[4] 余建華,仇衛宇.試件制作對不飽和聚酯樹脂力學性能測試結果的影響[J].纖維復合材料,2007,24(4):31-32.
[5] 張萬君,劉永琪,錢秀松.碳纖維復合材料的孔加工[J].纖維復合材料,2005,22(3):50-53．
[6] 邵萬選.玻璃鋼機械加工刀具選擇[J].玻璃鋼/復合材料,1984(6):36-40．

透過上述文章的介紹

無論是碳纖維板材還是其他複合材料，產品的後加工品質，一直以來都是製造廠爭取客戶訂單的關鍵

因為好的加工品質才能讓客戶的產品精細度更好

過去以量取勝的策略在現在的環境上，對於一般產品可能還適用～

但是對於精密產業與複合材料的廠商而言

「質大於量」這是不爭的事實

為了讓後加工的品質更上一層樓，切割機臺的選擇就非常重要

瑞士ZUND數位切割機為全球最頂尖數位切割機品牌，也是世界知名品牌指定合作的切割機臺

鋁板及發泡材質切割：

19mm厚度的發泡型PVC材質與3mm鋁合金材質皆可快速切割

皮革切割：

厚度為2mm的皮革材料，影片中切割速度為1000mm/s 在極短的時間內即可完成複雜的圖型切割

確實的完全切斷,輕鬆取下切割完成的部件

預浸布與碳纖維材料：

工程師於電腦前繪製出要切割圖形與各部件標示記號或料號
噴印標示完成後隨即進行外型切割作業

三層碳纖維編織乾布裁切：

碳纖維重量僅鋼鐵的五分之一，但強度卻是鐵的10倍
透過ZUND的高速切割系統與模組化刀具設備，裁切完成

蜂巢板切割：

蜂巢板是一種相當輕且透氣的材料，使用覆蓋一層塑膠布料在蜂巢板上幫助固定

ZUND切割機不僅可以穩定物件，銑刀模組更能讓確實完成銑切斷差製程

朝安科技協助您擁有四大服務

最完整的教育訓練：解析ZUND切割機所有設定
來自原廠專業訓練：100%傳授所有設定技巧
最快速的參數設定：針對不同材質不同參數完整複製
最完善客服機制：操作問題馬上替您解決

讓ZUND在臺灣的夥伴們想有最完整與專業的技術服務.

聯繫方式
公司地址：臺中市豐原區三豐路二段549巷417號
營業時間：星期一 - 星期五： 9AM - 5PM
聯繫電話： 04-25226221

ZUND8515FGG15RF5FG

zund碳纖維切割機，zundcarbon fiber切割機，zund玻璃纖維切割機，zundglass fiber切割機，zund預浸布切割機，zundprepreg切割機，zundpre-preg切割機，zund蜂巢板切割機，zundhoneycomb切割機，zund克維拉切割機，zundkevlar切割機，zund石墨切割機，zundgraphite切割機，zund光學壓克力切割機，zund光學擴散板切割機，zundacrylic 切割機，zundpc切割機，zundpe切割機，zundpvc切割機，zundpeek切割機，zund工程塑膠切割機，zundCFRP切割機，zundGFRP切割機，zundCFRTP切割機，zund熱塑板切割機，zund先進材料切割機，zund新進複合材料切割機，zund複合材料切割機，zundcomposite切割機，zund功能性織品切割機，zund功能性織布切割機，zund橡膠墊片切割機，zund皮革切割機，zundFpc軟性印刷電路板切割機，zund手機保護貼切割機，zund紡織布切割機，zund飛機零件切割機，zund防彈背心切割機，zund合成纖維切割機，zund凱夫拉纖維切割機，zund風力發電機風扇切割機，zund直升機螺旋槳切割機，zund汽車零件切割機，zund卡車篷布切割機，zund地毯切割機，zund遮雨棚切割機，zund熱氣球切割機，zund風帆切割機，zund木質框架切割機，zund海綿橡膠切割機，zund醫療器材切割機，zund濾心切割機，zund濾網切割機，zund高壓電塔零件切割機，zund滑鼠裝備切割機，zund皮帶切割機，zund皮革公事包切割機，zund皮手套切割機，zund皮鞋切割機，zund絲絨沙發切割機，zund皮靴切割機，zund皮夾克切割機，zund真皮座椅切割機，zund真皮座墊切割機，zund鞋底切割機，zund皮錢包切割機，zund半導體材料切割機，zund太陽能電板切割機，zund高溫超導材料切割機，zund絲綢切割機，zund塑料切割機，zund玻璃纖維樹脂複合材料切割機，zund碳纖維樹脂複合材料切割機，zund紡織pos架切割機，zund木質產品切割機，zund金屬雕刻切割機，zund標誌雕刻切割機