直升機復合材料應急修理工具的研制(代永朝)

1、第二十四屆（2008）全國直升機年會論文直升機復合材料應急修理工具的研制代永朝鄭立勝董玉祥（空軍第一航空學院，河南信陽464000）摘要：依照直升機復合材料外場和野外條件下應急修理的需要，采納工具鋼鍍金剛砂工藝設計和氣動旋轉(zhuǎn)磨削加工技術(shù)，研制了系列復合材料專用快速修理工具，專門好地知足了直升機復合材料結(jié)構(gòu)應急修理的需要。關(guān)鍵詞：復合材料，應急修理，工具1 .前言直升機靈活機動的特點使其成為搶險救災和野戰(zhàn)突擊的重要工具。因此野外條件下的直升機結(jié)構(gòu)損傷應急搶修，對其持續(xù)飛行能力以及戰(zhàn)斗能力的維持十分關(guān)鍵。目前，復合材料已成為先進直升機結(jié)構(gòu)的要緊用材，復合材料結(jié)構(gòu)的應急修理已是直升機應急修理的要緊組

2、成部份。為此，本文針對直升機復合材料結(jié)構(gòu)形式和機械加工特點，依照其修理方式要求，研制設計了便攜快捷的直升機復合材料應急修理工具。2 .直升機復合材料的大體修理方式及其工具配置直升機復合材料結(jié)構(gòu)損傷的應急修理要緊有膠接修理和機械連接貼補修理兩種大體方式1-3。其中膠接修理可分為貼補和挖補兩種大體的修理工藝：貼補修理是指在損傷結(jié)構(gòu)的外部，通過粘接或粘接共固化來固定一外部補片以恢復結(jié)構(gòu)的強度、剛度及利用性能的一種修理方式（見圖1）;挖補修理是指采納銃切等方式將損傷結(jié)構(gòu)挖除，并形成斜接式或階梯式的粘接面，然后采納預浸料或其他填充物填充挖補區(qū)，最后經(jīng)固化取得平整修理表面的一種修理方式（見圖2）。而機械連

3、接貼補修理那么是采納鈦合金圖1復合材料膠接修理7空/圖2復合材料機械連接貼補修理依據(jù)上述修理方式工藝要求，復合材料修理需要兩類工具。一類是能夠為復合材料膠接修理中膠粘劑和密封膠固化提供熱源和壓力的設備，依照便攜化、小型化和智能化的外場應急修理要求，膠接熱補儀是一種專門好的選擇，它的要緊功能包括控溫加熱、提供輔助真空、除塵干燥和工藝進程記錄監(jiān)控等，HEATCON、WichTechIndustries、Airtech、GMI、富士等國際知名企業(yè)及研究單位和國內(nèi)的空軍第一研究所都接踵開發(fā)出了此類產(chǎn)品。另一類是復合材料修理工藝所需的鉆孔、鋼窩、切割、打磨和挪接等機械加工工具。由于復合材料的專門性能，傳

4、統(tǒng)的機械加工工具并非適合直升機復合材料的外場應急修理，因此，本文針對復合材料的性能特點和外場應急修理要求，研制了專用的復合材料修理工具，專門好地解決了直升機野外條件下?lián)p傷原位修理的鉆孔、鋼窩、切割、打磨和挪接等工藝要求。圖3為本文設計開發(fā)的直升機應急修理工具設備。圖3直升機復合材料應急修理工具3 .復合材料應急修理工具的設計復合材料是完全不同于金屬的各向異性材料，其強度大、硬度高，但層間強度低,不耐沖擊，易分層，一般工具對復合材料進行鉆孔、切割和打磨等機械加工時，很容易造成份層和劈裂等損傷，且工具磨損極快4，5。因此必需依照復合材料的性能特點，再結(jié)合其外場應急修理的工藝需要，研制出有針對性的加

5、工工具。硬質(zhì)合金制孔刀具的設計由于以碳纖維材料為代表的先進復合材料的硬度高，對一般高速鋼和工具鋼材料制成的鉆頭磨損極快，為此必需選用硬質(zhì)合金作刀具材料。在參考國外硬質(zhì)合金選材的基礎(chǔ)上，發(fā)覺選用鎢鈷類硬質(zhì)臺金是適合的，因為這種硬質(zhì)合金有較高的抗彎強度和韌性，能夠減少切削時崩刃。同時，它的磨削加工性較好，適于磨出鋒利的刃口。對于鉆頭幾何參數(shù)的選擇，咱們進行的實驗研究說明：當鉆頭頂角在100°120。范圍，后角為15。25。，螺旋角選擇25。30。時，能夠有效地減少復合材料分層和劈裂現(xiàn)象，且一次刃磨鉆孔數(shù)可達100個以上，制孔的質(zhì)量也比較好。锪窩鉆的設計锪窩時由于硬質(zhì)合金锪窩鉆不能從頭修磨

6、，屬一次性利用，其利用壽命仍然很短，在臺鉆上锪窩的壽命最長為190個窩，在風鉆上利用有的只能锪幾十個窩。另外，整體式硬質(zhì)合金锪窩鉆的制造工藝復雜，目前尚不能進行工業(yè)生產(chǎn)，因此本錢高，經(jīng)濟效益低。為解決上述難題，咱們依照磨削加工的原理，采取在一般工具鋼锪窩鉆工作面上鍍金剛砂的方式研制出了人造金剛砂锪窩鉆。人造金剛砂锪窩鉆的制造工藝簡單，本錢較低，它的利用壽命比硬質(zhì)合金锪窩鉆提高20倍以上。用它加工沉頭窩時，可將原刮削作用變成磨削作用。咱們在實驗研究中發(fā)覺，由于磨削加工可選用較高的轉(zhuǎn)速，故其锪窩效率遠遠高于一般锪窩鉆，而且實際锪窩質(zhì)量檢查說明，沉頭窩末顯現(xiàn)任何分層和毛刺?？紤]到復合材料修理中對沉頭窩的面質(zhì)量要求較高，锪窩鉆鍍金剛砂為100。另外，由于復合材料連接用鈦合金緊固件釘頭大多為100°，因此锪窩鉆也設計為100°。復合材料切割工具的設計復合材料結(jié)構(gòu)在損傷修理時，要緊涉及到圓形和矩形兩種類型孔的制作，這些孔直徑一樣在20mm以上。在復合材料的修理進程中，假設仍采納大直徑的硬質(zhì)合金鉆頭，不僅本錢高，而且鉆削時的軸向力會隨著鉆頭的直徑加大而急劇增大，因此很容易產(chǎn)生分層損傷。為解決上述難題，依照復合材料的加工特性和磨削加工原理，本文研制