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復(fù)合材料裝配技術(shù)

       復(fù)合材料裝配技術(shù)主要涉及到的工藝過程就是連接,它分為復(fù)合材料件之間的連接以及復(fù)合材料與金屬件之間的連接兩種情況。連接方式主要有膠接、機(jī)械連接和混合連接三種(Z向銷釘增強(qiáng)連接不常用,在這里不討論)。
  復(fù)合材料結(jié)構(gòu)有70%以上的破壞都是發(fā)生在連接部位,因此解決好連接問題非常重要。
 
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  膠接

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  復(fù)合材料件要盡量避免開孔,這是因?yàn)閺?fù)合材料的層間剪切強(qiáng)度較低,每一個(gè)開孔部位就是一個(gè)應(yīng)力集中點(diǎn),極易引起分層,所以如果膠接能夠滿足性能要求的話,一般都選擇膠接。
  按膠接的工藝流程,可能涉及到技術(shù)難點(diǎn)主要包括以下幾點(diǎn):
  (1)膠接接頭的設(shè)計(jì)
  接頭的設(shè)計(jì)相對(duì)簡單,關(guān)鍵是在工業(yè)上怎樣將設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)。
  (2)膠接部位的表面處理
  主要方法有砂紙打磨、陽極化處理(有機(jī)溶劑清洗)、表面噴砂、表面刻痕等,其目的都是增大粘結(jié)劑和膠接區(qū)接觸面積,增強(qiáng)膠接效果。
  (3)膠接工藝的實(shí)施
  為防止膠接部位表面再度被污染和表面吸濕,表面處理完成后要隨即進(jìn)行膠接實(shí)施。
  膠接實(shí)施過程中的主要問題是:粘結(jié)劑選擇以及膠層厚度控制(粘結(jié)劑的選擇要考慮匹配性;厚度控制是為了保證膠接完成后產(chǎn)品的尺寸精度)、工裝夾具使用(保證試件對(duì)中,膠層受力均勻,減少應(yīng)力集中)、環(huán)境溫度和濕度控制(保證粘結(jié)劑的固化質(zhì)量)、后處理(要盡量避免對(duì)膠接部位的二次破壞)等。
 
  機(jī)械連接
 
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  膠接的大問題是不可拆卸,且缺少可靠的無損檢測方法。在膠接強(qiáng)度不能滿足需要時(shí),就必須選用機(jī)械連接,機(jī)械連接必然涉及到復(fù)合材料制孔,而孔的加工質(zhì)量直接決定著機(jī)械連接的有效性。
  制孔是復(fù)合材料加工中常見的加工方式,而分層是制孔過程中存在的嚴(yán)重的問題,這些不同尺寸的分層會(huì)對(duì)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)長期的可靠性造成威脅。復(fù)合材料在制孔過程中產(chǎn)生的分層主要有三種:鉆孔入口的剝離分層、鉆孔內(nèi)壁的層間分層和鉆孔出口的推出分層,其中剝離分層和推出分層為常見。分層損傷的程度取決于臨界鉆削推理值,其大小取決于材料本身性能和復(fù)合材料板上的未變形切削層厚度。
  減少分層的關(guān)鍵在于降低制孔過程中的鉆削推力,簡單的方法是制孔前在復(fù)合材料件的預(yù)制孔位置上下墊上復(fù)合材料墊塊(其組成和復(fù)合材料件相同)并用夾具夾緊。無法加裝墊塊時(shí),要通過刀具幾何參數(shù)和鉆削加工參數(shù)優(yōu)化、預(yù)加工技術(shù)、變進(jìn)給技術(shù)、背支撐技術(shù)、特種專用鉆頭等技術(shù)來盡量避免分層的出現(xiàn)。
  特別的,當(dāng)碳纖維復(fù)合材料件與金屬件連接時(shí),要特別注意電偶腐蝕的問題,這是因?yàn)樘祭w維的電極電位較正,與其組成的碳纖維復(fù)合材料在腐蝕環(huán)境下呈惰性,與鋁合金連接后,由于電偶腐蝕的作用,使得電極電位較低的鋁合金腐蝕速度明顯加快。避免電偶腐蝕的簡單方法是在連接部位用金屬或非金屬覆蓋層進(jìn)行過渡和調(diào)節(jié)(如金屬表面陽極化、磷化或噴漆、復(fù)合材料表面涂漆或共固化一層玻璃纖維織物等),同時(shí)緊固件選用耐腐蝕且與復(fù)合材料電位差小的材料。

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