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        復合材料裝配工藝研究

        2016-06-30 23:52:05李榮霞

        李榮霞

        摘 要:文章論述碳纖維復合材料零件裝配工藝過程,并對復合材料修合過程中出現(xiàn)的問題進行了分析,著重分析了復合材料制孔的工藝要求,通過采取相應的措施,提高了復合材料零件的裝配質量。

        關鍵詞:順切;逆切;劈裂;鉸孔

        中圖分類號:TB333 文獻標識碼:A 文章編號:1006-8937(2016)15-0005-02

        先進復合材料由于具有高比強度和高比剛度、耐高溫、耐腐蝕、重量輕等優(yōu)良的性能,是最理想的結構材料。復合材料裝配工藝中的關鍵技術是修合、制孔和連接。而孔的質量狀態(tài)能造成連接部位應力集中,導致結構提前破壞,對連接件的壽命影響極大。

        1 研究內容

        復合材料裝配過程主要包括以下幾個方面:修合-制孔(鉆孔、擴孔、鉸孔、锪窩)-緊固件安裝。

        2 復合材料的修合

        復合材料壁板修合一般采用切割和修磨方法。修合量大時對壁板和蒙皮進行切割,修合量小時采用修磨的方法。

        2.1 復合材料的切割

        復合材料切割一般包括機械切割、高壓水切割、激光切割和超聲波切割,在裝配生產中常用的方法為機械切割,機械切割包括順切和逆切。

        2.1.1 順切和逆切

        對復合材料壁板進行機械切割時必須采用順切法,即刀具與壁板相接觸處的速度方向和壁板相對刀具移動方向相同,一般不使用逆切法,如圖1所示。

        2.1.2 切割刀具和切割參數(shù)

        ①切割刀具:金剛石薄片砂輪,規(guī)格φ150×φ20×1 mm、φ100×φ20×1 mm,砂輪粒度80 #。

        ②切割參數(shù):切削速度(V)8~12m/s、進給量(f)均勻。

        2.1.3 切割中注意事項

        ①在切割過程中(包括進刀、切削、中途退刀、切割完畢)刀具均不能停轉;

        ②應均衡用力,切割刀具對零件的壓力不宜過大;

        ③切割時進刀要平穩(wěn),切割進給量要均勻;

        ④復合材料余量的切割必須使用專用刀具進行切割,嚴禁使用剪刀或用手折斷;

        ⑤若手工切割鋸加工不到的部位應該用鋒利的鋸條鋸斷;

        ⑥當余量快切割完畢時,要用手扶住余量部分,以免未被切割部分發(fā)生撕裂現(xiàn)象,R角部位在粗切之后,應用細紗布修磨。

        2.2 復合材料的修磨

        2.2.1 修磨刀具

        金剛石柱型砂輪,規(guī)格φ5 mm、φ10 mm、φ20 mm、φ25 mm;金剛石錐型砂輪;120#、180#棕剛玉砂布。

        2.2.2 修磨中注意事項

        ①用金剛石砂輪或砂布進行修磨,允許用砂布包在平銼上手工精修操作;

        ②修磨時必須順著表層纖維方向進行修磨,禁止垂直于纖維鋪層修磨。

        3 復合材料的制孔(鉆孔、擴孔、鉸孔、锪窩)

        3.1 鉆 孔

        3.1.1 刀具及工藝參數(shù)

        刀具:選用Y330碳化鎢硬質合金鉆頭。

        工藝參數(shù),見表1。

        3.1.2 工藝要求

        在碳纖維復合材料構件上鉆孔:

        ①在碳纖維復合材料壁板上鉆∮3~∮12的通孔時,使用硬質合金鉆頭,推薦轉速為800~2 800 r/min,進給量為0.01~0.06 mm/r。鉆頭幾何參數(shù)見表1。

        ②鉆孔時,為防止復合材料孔出口面劈裂,一方面當接近鉆透時應放慢進給速度,一方面應在孔出口面加墊板支撐,墊板材料為硬塑料板、夾布膠木板或鋁板,墊板應與壁板貼嚴。

        ③當鉆大于φ12的孔時,應采用80~100粒度的金剛石空心鉆。為防止孔出口面劈裂,應采用兩面鉆孔,即先制出中心孔,中心孔徑按空心鉆的導銷定,把空心鉆導銷插入中心孔內,從零件的一面劃至零件厚度的三分之一或一半,再把空心鉆從零件的另一面插入在反面將孔鉆出。如無法兩面鉆孔,應在孔出口端加墊板支撐。空心鉆結構形式,如圖2所示。

        在碳纖維復合材料與鋁或鈦組合的構件上鉆孔:

        ①從復合材料面鉆入,可不加墊板支撐,用硬質合金麻花鉆按鉆鋁或鈦的轉速鉆削,直至鉆通為止。為防止金屬切屑劃傷復合材料孔壁,應注意斷屑,見圖三

        如圖3所示。

        ③在碳纖維復合材料與鋁組合的構件上鉆孔時轉速1 500

        ~3 500 r/min。在碳纖維復合材料與鈦和鋼組合的構件上鉆孔時轉速500~1 800 r/min。

        3.2 擴 孔

        復合材料在制孔過程中,為避免分層和劈裂,通常不進行擴孔。但當螺栓孔在φ6 mm以上時,由于不能一次加工到位,則必須進行擴孔。擴孔要求與鉆孔基本一致,為避免復合材料分層和劈裂,擴孔前需在鉆出初孔φ3.1 mm后,用φ2.5×120 °金剛石锪鉆進行倒角,如圖4所示,倒角尺寸應小于鉸孔前孔徑,按鉸孔前孔徑用硬質合金鉆頭進行一次擴孔,再用鉸刀鉸孔至最終尺寸。

        3.3 鉸 孔

        3.3.1 刀 具

        選用Y330碳化鎢硬質合金類。

        3.3.2 工藝要求

        鉆孔時應留出鉸孔余量0.15~0.4 mm,每級鉸削量為 0.1 mm,然后用硬質合金鉸刀鉸至最后尺寸,推薦轉速為500 r/min,鉸孔次數(shù),見表2。

        3.4 锪 窩

        ①高速鋼電鍍金剛石锪窩鉆、硬質合金锪窩鉆。

        ②使用硬質合金锪窩鉆轉速為500~800 r/min,金剛石锪窩鉆的轉速為800~1 400 r/min。為防止表面纖維劈裂,锪窩鉆必須在旋轉以后接觸工件。

        ③锪窩深度應用锪窩限位器控制,試锪合格后方可使用。

        ④孔需要倒角時,用金剛石锪窩鉆,倒角轉速為500 r/min。

        4 安裝緊固件

        4.1 螺接工藝

        ①由于復合材料層間強度和壓縮強度低以及抗沖擊性差,一般只能采取間隙配合,既H8/f8、H9/f9配合;孔與復合材料壁板的垂直度偏差在2 °以內,鉸孔后必須用孔垂直度量規(guī)檢查孔的垂直度;

        ②除非傳力構件外,螺栓的螺紋部分不允許處在孔的擠壓部位,既螺紋不允許處在夾層內;為此,在裝配中應使用夾層厚度以選擇具有合適光桿長度的螺栓;

        ③裝配中,一般采用濕連接,即螺栓涂膠或涂漆后安裝。裝配中螺母必須在膠的施工期內擰緊。

        ④沉頭螺栓螺栓頭不允許下凹,允許螺栓頭突出0.15 mm。

        ⑤高鎖螺栓、大底角螺紋抽釘擰斷螺母、螺桿后,螺紋不得凹在螺母或套環(huán)內,至少應露出螺紋1~2扣;

        ⑥螺母、螺桿擰斷后,應對剪斷后的表面進行保護,防止腐蝕;

        ⑦對沉頭螺栓,將0.05 mm厚的千分墊插入間隙時,允許在圓周的40%以內存在間隙,但不應觸到頭部和桿部的交接處;

        ⑧多螺栓連接安裝時,由于復合材料層間剪切強度低,不宜逐一的將單個螺栓一次擰緊,而應均衡、對稱的將所有螺栓分若干次擰緊,直至達到規(guī)定的擰緊力矩值。

        4.2 鉚接工藝

        ①鉚接應盡可能選用壓鉚工藝,在無法壓鉚時,應采用沖擊力小的鉚槍正鉚,嚴禁使用大功率鉚槍;

        ②當鉚釘鐓頭部位為復合材料時,應在鐓頭形成部位加鈦合金墊圈或不銹鋼墊圈。

        5 結 語

        先進的復合材料在國內航空制造業(yè)中得到了迅速的發(fā)展,但在實際裝配中也存在一定的問題。加大研制力度、提高復合材料制造技術是我們的責任。我們必須結合生產實際,深入開展工藝試驗研究,不斷創(chuàng)新,找到最優(yōu)工藝方案,將復合材料優(yōu)良性能最大范圍地用于航空產品中。

        參考文獻:

        [1] 王云渤.飛機裝配工藝學[M].北京:國防工業(yè)出版社,1990.

        [2] 陳同安.飛機制造工藝技術指南[M].沈陽:沈陽飛機工業(yè)(集團)有限公 司,1996.

        [3] 范玉青.現(xiàn)代飛機制造技術[M].北京:北京航空航天大學出版社,2001.

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