一种高承载碳纤维复合材料机架的制造技术

碳纤维复合材料机架是为某特种飞机任务电子系统研制的电子设备安装平台,具有自重小、承载大、环境适应性要求高的特点。文中对高承载碳纤维复合材料机架的高精度制造和装配技术进行了研究。就机架的结构特点,分析了多种成型工艺方案,选择了合适的工艺方法,并在工装设计、零件成型、胶铆装配等方面进行了深入研究和实践。通过力学环境适应性试验验证,成型的机架性能稳定,满足设计和使用要求。目前,该机架已完成设计定型和交付,并实现了批量生产。     

碳纤维复合材料(CFRP)钻孔出口缺陷的研究

对碳纤维复合材料(CFRP)钻孔出口的缺陷进行了试验研究,对其典型形式进行了模型总结,指出孔出口缺陷由撕裂和毛边两部分组成,其中撕裂比毛边的尺寸大。撕裂的形成过程包括两个作用阶段即横刃作用阶段和主切削刃作用阶段,其中横刃作用在撕裂形成中占主导成份。毛边缺陷通常出现在表层纤维被“顺向”切削的孔边缘部分。另外,以孔出口两侧撕裂长度平均值作为撕裂评价参数,在总结钻削试验结果的基础上探讨了钻削参数变化对撕裂大小的影响。指出随着进给速度、进给量、钻头直径和轴向力等因素的增大,撕裂缺陷将变得严重;钻头转速的增大将使撕裂值变小;将切削速度与进给速度比值控制在3000-4000以下,可以有效地减小撕裂值。     

高精度碳纤维反射器制造技术

碳纤维复合材料制件在雷达产品中的应用越来越广,文中介绍了一种获得毫米波高精度反射器的先进工艺方案。首先设计研制高精度母模和碳纤维复合材料模具,然后以该高精度复合材料模具为基础,筛选高性能、成型工艺性好的碳纤维预浸料,通过铺层设计、工艺参数优化等手段,采用热压罐法成型出高精度的碳纤维反射器,之后利用先进的真空镀膜金属化方法对反射器进行金属化。最后获得的Φ400 mm反射器的型面精度为0.039 mm,达到了毫米波的精度要求,其重量仅0.9 kg,较原铝反射器减重80%以上。     

银—碳纤维复合材料的制造及其在电接触器中的应用研究

探讨了应用粉末冶金制造银－碳纤维复合材料的方法，并把该复合材料应用于电接触器上，实验表明，碳纤维的加入明显改善了复合材料的性能，其使用性能优于银－石墨系材料。     

大型碳纤维复合材料铣削工艺研究

碳纤维复合材料以其高比强度、高比刚度、接近于零的热膨胀系数及良好尺寸稳定性等独特优势,在航空、航天等领域具有广阔的应用前景。某大型复合材料零件长度为10 m以上,其截面形状由多段线组成,如何保证零件的加工质量始终是一个难题。针对此大型复合材料件加工难以保证尺寸精度的问题,通过对加工设备、刀具、加工方法等方面进行分析,提出了某大型碳纤维复合材料的加工工艺,通过产品实际加工,验证了加工工艺的可行性。该工艺保证了产品的尺寸精度,提高了产品合格率,为其他大型复合材料零件的加工工艺研究提供了借鉴。     

碳纤维复合材料结构件成型工艺研究

本文通过热分析 (DSC)技术研究了树脂体系的固化反应动力学机理 ,为确定固化工艺参数提供理论依据。详细论述了碳纤维复合材料结构件的制造工艺全过程 ,固化物强度高、韧性好 ,研制的碳纤维复合材料异形筒尺寸精度高 ,满足了原设计要求 ,与铝制件相比 ,减重 40 %以上。     

树脂基碳纤维复合材料栅格天线反射面制造技术

介绍了树脂基碳纤维复合材料(CFRP)栅格天线反射面的制造技术.纤维采用日本东丽公司的T700,基体为3234树脂体系,采用球墨铸铁制造模具,真空袋热压罐成型工艺.通过认真的工艺研究,突破了模具设计与制造、铺层设计、成型工艺等关键技术,制造的栅格天线反射面栅格条宽度和厚度均匀,外表光洁,型面精度高,满足了设计要求.     

碳纤维机载电磁屏蔽机箱制造工艺研究

某机载电磁屏蔽机箱对重量的控制要求严苛,因此采用碳纤维复合材料制造该机箱。文中论述了该碳纤维机载电磁屏蔽机箱的制造工艺过程,即对该整体成型机箱的制造工艺流程进行了介绍,并对模具设计、铺层设计、金属预埋件精确定位、表面金属化等关键技术进行了详细讨论。与相同结构的铝制机箱相比,该碳纤维机箱的质量减轻了约30%,并通过了电磁屏蔽性能测试以及振动、盐雾、湿热、温度冲击等环境适应性试验验证,完全满足设计和使用要求。     

涂层刀具高速铣削碳纤维复合材料的铣削力研究

由于碳纤维复合材料(CFRP)的各向异性,纤维的铺层方向对其整体性能有重要的影响。本文采用斜角自由切削方法对具有12种不同纤维方向的T800、T700和T300碳纤维复合材料的切削力进行了试验研究,得出了CFRP单向层合板在不同基体类型和不同纤维方向下切削力的变化规律,并分析了纤维结构对切削力的影响机理。结果表明:基体类型对切削力的影响均匀稳定,无方向性;纤维方向对切削力的影响具有显著的方向性,对切削力影响的强弱关系为F_XF_ZF_Y。     

基于四电极法的CFRP结构损伤检测研究

碳纤维复合材料(CFRP)被广泛用于航空航天领域,实现其结构健康监测对提高适航审定的损伤容限探测水平、降低检测成本具有重要意义。针对飞机使用的CFRP层压结构材料,利用碳纤维的自传感特点及结构损伤的电学敏感特性,基于四电极法提出3种激励模式下的电阻抗无损检测方法,以实现非侵入、无辐射、低成本的快速无损结构健康监测。利用有限元分析软件COMSOL构建各向异性CFRP层压板模型,通过提取有效电压差与电压灵敏度参数,对比分析不同类型结构损伤检测效果,从而获取适用于CFRP层压板结构损伤检测的最优激励测量模式。综合实验结果表明,双电极激励模式整体表现较优。     

基于CFRP切削过程仿真的面下损伤形成分析

由于碳纤维增强树脂基复合材料(Carbon fiber reinforced plastic,CFRP)宏观上呈现非均质、各向异性,细观上表现为纤维和树脂的特殊混合形态,导致其制件加工过程中极易产生分层、开裂等损伤,严重影响其制件的加工精度及承载性能。研究CFPR加工损伤产生机理并以此降低加工损伤是提高其加工质量的关键。基于宏观各向异性本构、Hashin失效起始准则及损伤演化,建立了可实现任意纤维角度单向板连续动态切削过程仿真分析的直角切削有限元模型,分析了任意纤维角度CFRP单向板连续切削过程面下损伤,得到了纤维角度、切削参数、刀具结构对面下损伤深度的影响规律。具体结果:纤维角度为影响面下损伤的主要因素,随纤维角度增大,切削力增大同时面下损伤深度也明显增加;面下损伤的主要原因为切削力过大导致的基体破坏及扩展;对于135°单向板面下损伤深度随刀具前角增大呈先增大后减小的趋势。     

磨料水射流切割碳纤维复合材料的表面粗糙度试验

采用超高压磨料水射流技术对碳纤维复合材料进行切割试验,借助μscan激光共聚焦显微镜重构样品切口的三维表面,测得样品切口表面粗糙度;研究了扫描分辨率对表面粗糙度测量的影响,以及切割速度、样品厚度对样品切口表面粗糙度的影响规律。试验结果表明：扫描分辨率对表面粗糙度的测量无明显的影响;当切割深度较小（0~0.6 mm）时,即在切口入口处,表面粗糙度随切割深度的增大而减小,当切割深度较大（大于0.6 mm）时,表面粗糙度随切割深度的增大而增大;当样品厚度一定时,随着切割速度的增大,切口最大表面粗糙度在整体趋势上是增大的,而样品厚度的大小对表面粗糙度的影响并无明显的规律。     

碳纤维复合材料钻削孔分层缺陷的研究

采用氯化金渗透液对多向碳纤维复合材料钻削孔的分层缺陷进行了检测研究。总结出了钻孔分层缺陷的立体模型，指出孔的分层缺陷由入口侧分层和出口侧分层两部分组成，入口侧分层尺寸远远小于出口侧分层尺寸，入口侧分层为圆形，出口侧表面几层分层为椭圆形，深层分层仍为圆形。在此基础上，进一步对多向碳纤维复合材料板材钻削孔孔出口分层缺陷的大小与钻削参数间的关系进行了试验探索，得到一些有价值的试验数据和结论。     

CFRP及叠层结构螺旋铣孔专用刀具切削性能评价

碳纤维增强复合材料(CFRP)及由钛合金Ti-6Al-4V和CFRP组成的金属复合材料叠层结构广泛应用于现代航空工业。大型客机结构件之间主要通过铆接和高锁螺栓连接,根据波音与空客公司发布的数据显示,最新一代B787与A380上装配孔的数量已超百万,装配过程中的制孔效率与质量直接决定了客机整体装配效率及关键结构件的疲劳寿命,从而间接影响了客机的生产成本以及飞行可靠性。随着飞机数字化装配的快速发展,传统的钻孔工艺会产生很多加工缺陷,工序复杂,加工孔质量不能满足要求,因此,有必要优化制孔工艺,设计新型专用刀具。本文通过研究螺旋铣孔运动学特性,分析螺旋铣孔的工艺特点,设计了一种新型螺旋铣孔专用刀具,并以加工过程的轴向切削力、出入口加工质量以及刀具磨损为评价指标,验证该新型专用刀具的切削性能。结果表明,专用刀具在干切削条件下能够实现复材孔无分层、钛合金孔无毛刺加工,大幅提高刀具寿命,解决了传统立铣刀对CFRP及CFRP/钛合金叠层结构进行螺旋铣孔时刀具寿命低、加工质量差等问题。     

聚氨酯泡沫填充的碳纤维增强复合材料锥管吸能性能数值模拟及试验验证

提出了一种新型的碳纤维增强复合材料（CFRP）填充聚氨酯（PU）泡沫的汽车前部吸能结构,通过材料性能试验获得了PU泡沫、CFRP复合材料的力学性能参数及PU泡沫填充的CFRP锥管的准静态压缩吸能结果。应用LS-DYNA进行复合材料准静态压溃仿真分析,仿真结果与试验结果吻合较好,验证了复合材料填充结构有限元模型和材料模型的正确性,并且发现泡沫填充的CFRP锥管具有良好的吸能性能,填充结构比吸能高于两种材料单独使用时的比吸能之和。     

钎焊套料钻钻削碳纤维增强复合材料层合板出口撕裂缺陷的成因分析

针对碳纤维增强复合材料钻孔时钻头寿命短、易产生加工缺陷等问题,将钎焊金刚石套料钻应用于碳纤维增强复合材料的钻削加工中。为更好地说明钎焊金刚石套料钻的加工性能,选取了复合材料钻削中常用的金刚石涂层麻花钻进行比较,并选择了实际加工中严重影响加工质量的出口撕裂缺陷进行成因分析。通过检测与分析出口处加工质量,得到以下结论：对于不同结构形式的钻头,仅依靠轴向力及扭矩并不能判断是否产生撕裂缺陷;在相同工艺参数下,钎焊金刚石套料钻的轴向力及扭矩均小于金刚石涂层麻花钻的轴向力及扭矩,使用钎焊金刚石套料钻更有利于减少撕裂缺陷,提高加工效率。     

CFRP复杂几何结构超声表面契合法缺陷检测

碳纤维增强树脂基复合材料(Carbon fiber reinforced plastics,CFRP)复杂几何结构(即R区)的声传播规律复杂,缺陷检测困难。为提高相控阵超声线性阵列探头的检测能力,以热压固化制备的T700/环氧树脂T形长桁为研究对象,从有限元建模与验证、水程优选与缺陷成像、面积型缺陷定量与覆盖范围三个方面研究了超声表面契合法(Surface adaptive ultrasonic,SAUL)检测的关键技术。结果表明：模拟和试验中分层缺陷均能有效识别,但试样两侧肋板表面和层间界面反射回波过强,成像噪声大,定量困难;对检测中水程进行优选后,两侧肋板反射回波基本消失,缺陷成像完整清晰,成像质量明显提升。在此基础上提出了R区面积型缺陷尺寸的定量方法及检测覆盖范围计算方法,实现了R区深度 1.5 mm、周向长度 4.5 mm分层缺陷的定量检测,深度定量误差6.7%,周向长度定量误差4.4%,满足工程需求。研究结果将为复合材料缺陷精准检测提供支持。