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F-35用于碳纖維/BMI蒙皮的鉆頭特寫(xiě)。
早在2006-2008年，在我擔(dān)任《CW-Composite World》編輯領(lǐng)導(dǎo)的早期，我們很難說(shuō)服復(fù)合材料制造商和原始設(shè)備制造商讓我們參觀他們的工作。這種抵制大多圍繞著對(duì)知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)的擔(dān)憂—擔(dān)心我們會(huì)報(bào)告我們所看到的一切。我們最終克服了他們的擔(dān)心，行業(yè)開(kāi)始明白，我們的編輯人員可以被信任來(lái)保護(hù)被視為競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)的信息和技術(shù)。
因此，我懷著極大的興奮在2009年進(jìn)行了我的第一次工廠之旅。《CW-Composite World》受邀參觀了位于德克薩斯州沃斯堡的大型F-35總裝線。當(dāng)時(shí)，F(xiàn)-35戰(zhàn)斗機(jī)正處于低速生產(chǎn)和飛行測(cè)試的早期階段。
因?yàn)槲炙贡さ脑O(shè)施包含F(xiàn)AL，所以我所追求的故事與其說(shuō)是復(fù)合材料的制造，不如說(shuō)是將碳纖維/BMI蒙皮連接到戰(zhàn)斗機(jī)框架上所需的機(jī)加工、修整和鉆孔。這個(gè)故事是關(guān)于用一個(gè)鉆孔工具鉆穿復(fù)合材料蒙皮并進(jìn)入鈦框架的挑戰(zhàn)。它還涉及到修剪不合格蒙皮以滿足厚度和尺寸公差的挑戰(zhàn)。
將翼/身融合蒙皮層壓板連接到F-35閃電II戰(zhàn)斗機(jī)的機(jī)身上需要精確鉆出數(shù)百個(gè)緊固件孔。
這個(gè)故事，“剝F-35戰(zhàn)斗機(jī)的皮”，今天仍然引起共鳴，并有一些很好的基本信息和指導(dǎo)，關(guān)于如何為尺寸要求很高的國(guó)防應(yīng)用選擇和優(yōu)化鉆孔和修整操作。我還應(yīng)該注意到，這個(gè)故事在很大程度上是時(shí)代的產(chǎn)物，并沒(méi)有解決F-35隨后面臨的—現(xiàn)在仍然面臨的—一些生產(chǎn)和技術(shù)挑戰(zhàn)。
幾年后，高級(jí)技術(shù)編輯金吉·加德納（Ginger Gardiner）在2012年的文章《優(yōu)化、定制復(fù)合材料鉆孔》中重新審視了復(fù)合材料鉆孔的主題，該文章總結(jié)并擴(kuò)展了我的F-35故事中介紹的許多想法和概念。同樣，這是關(guān)于復(fù)合材料鉆基礎(chǔ)知識(shí)和支持它的技術(shù)的好的基本信息。
這些故事提醒我們復(fù)合材料制造的兩個(gè)重要元素，值得提醒。首先，復(fù)合材料不像金屬那樣切割、修剪、布線或鉆孔，因此需要專門(mén)為這項(xiàng)工作設(shè)計(jì)的專用工具。其次，無(wú)論你使用什么復(fù)合材料，無(wú)論你如何加工，通過(guò)某種數(shù)控加工進(jìn)行的后處理都是每一種復(fù)合材料制造操作的基本組成部分。再說(shuō)一遍，普通工具不行。
將翼/身融合蒙皮層壓板連接到F-35閃電II戰(zhàn)斗機(jī)的機(jī)身上需要精確鉆出數(shù)百個(gè)緊固件孔。
60年來(lái)，“物超所值”一直是復(fù)合材料產(chǎn)品制造商和供應(yīng)商的營(yíng)銷口號(hào)，他們認(rèn)為，盡管復(fù)合材料的初始成本歷史上很高，但就整個(gè)生命周期成本而言，復(fù)合材料是優(yōu)越的產(chǎn)品。隨著復(fù)合材料制造商越來(lái)越多地面臨在復(fù)合材料部件上鉆孔的需求，特別是在緊固件密集的航空航天環(huán)境中，鞋子就另當(dāng)別論了。
機(jī)械加工的時(shí)間和費(fèi)用已成為滿足交貨時(shí)間表和零件成本預(yù)期的焦點(diǎn)。作為回應(yīng)，鉆具制造商建議復(fù)合材料行業(yè)自食其力：在該計(jì)劃的使用壽命內(nèi)定制并實(shí)現(xiàn)節(jié)約。盡管這需要大量的初始時(shí)間和金錢來(lái)研究整個(gè)加工過(guò)程并優(yōu)化每個(gè)加工功能，但鉆具制造商聲稱取得了有價(jià)值的成果，從提高公差和減少操作步驟到大幅增加工作流程，以及每年節(jié)省六位數(shù)的成本。
問(wèn)題：歷史滯后
盡管切削工具技術(shù)的發(fā)展與復(fù)合材料技術(shù)的發(fā)展同步，但機(jī)床營(yíng)銷人員告訴CW，80%的復(fù)合材料零件加工仍然使用標(biāo)準(zhǔn)的現(xiàn)成工具進(jìn)行，這些工具沒(méi)有針對(duì)材料、零件或加工設(shè)置進(jìn)行優(yōu)化。
Cajero有限公司（英國(guó)肯特郡謝佩島）首席運(yùn)營(yíng)官亞歷克斯·哈丁(Alex Harding)表示：“公司正在購(gòu)買高級(jí)自動(dòng)化技術(shù)，以應(yīng)對(duì)不斷增長(zhǎng)的需求，但通常不會(huì)重新考慮他們的切割工具。”。“這意味著他們可能會(huì)錯(cuò)過(guò)重大改進(jìn)，損失巨額資金，并消耗足夠的能源為噴氣式飛機(jī)提供動(dòng)力。”
F-35項(xiàng)目需要自動(dòng)化鉆孔技術(shù)和適用于堆疊但不同材料的“一次組裝”的大型夾具。
機(jī)床專家AMAMCO tool（Duncan，S.C.）的工廠經(jīng)理兼工具大師彼得·迪亞曼提斯(Peter Diamantis)對(duì)此表示贊同：“在自動(dòng)化加工中心，使用錯(cuò)誤的工具幾乎是家常便飯。你會(huì)驚訝于有多少人在使用舊技術(shù)。”在許多情況下，他們的工具選擇曾經(jīng)是最先進(jìn)的技術(shù)。他指出：“它們都是由一家定制工具制造商在某個(gè)時(shí)候開(kāi)發(fā)的，并成為標(biāo)準(zhǔn)。”但他表示，它們的設(shè)計(jì)是基于幾年前的研究。迪亞曼提斯解釋說(shuō)：“這些研究現(xiàn)在已經(jīng)過(guò)時(shí)了。”。“這些人非常聰明，但他們經(jīng)常使用舊數(shù)據(jù)來(lái)選擇工具。”他補(bǔ)充道，同樣重要的是，這些研究并沒(méi)有解決當(dāng)今的現(xiàn)實(shí)問(wèn)題。“他們使用的材料已經(jīng)過(guò)時(shí)。即使在過(guò)去幾年里，復(fù)合材料也發(fā)生了重大變化。”
事實(shí)上，復(fù)合材料已經(jīng)變得越來(lái)越難以加工。
埃莉諾·默森(Eleanor Merson)負(fù)責(zé)英國(guó)謝菲爾德Sandvik Coromant（荷蘭阿姆斯特丹）研發(fā)中心的復(fù)合材料加工研究，她發(fā)現(xiàn)，在過(guò)去幾年中，標(biāo)準(zhǔn)氣粒復(fù)合材料上使用的典型無(wú)涂層工具的工具壽命縮短了近50%。為什么？默森解釋道：“我們現(xiàn)在正在對(duì)此進(jìn)行研究，試圖了解切削工具材料和復(fù)合材料之間的相互作用。總的來(lái)說(shuō)，我們看到了一個(gè)普遍的趨勢(shì)，即新型復(fù)合材料更難。”他指出，“我們開(kāi)始看到樹(shù)脂有更大的作用，這實(shí)際上是可以理解的，因?yàn)檎菢?shù)脂將纖維固定在一起。”樹(shù)脂配方的進(jìn)化發(fā)展現(xiàn)在產(chǎn)生了更硬、更硬的基質(zhì)。“樹(shù)脂如何分解決定了切割時(shí)的質(zhì)量。”因此，樹(shù)脂的進(jìn)化改進(jìn)似乎縮短了工具的壽命。
總是一個(gè)棘手的問(wèn)題
無(wú)論改變與否，復(fù)合材料總是很難加工。哈丁解釋說(shuō)，與金屬加工行業(yè)不同的是，復(fù)合材料制造商處理的是非均質(zhì)材料。在金屬加工行業(yè)，可以購(gòu)買由均質(zhì)材料制成的符合已知標(biāo)準(zhǔn)的坯料。每個(gè)成型機(jī)都會(huì)定制樹(shù)脂、纖維/纖維形式和層壓簾布層序列的精選組合，這些組合針對(duì)每個(gè)結(jié)構(gòu)和應(yīng)用進(jìn)行了優(yōu)化。樹(shù)脂體系、纖維含量、層壓板順序、固化方法、固化溫度和層壓板完整性都會(huì)影響零件的可加工性。迪亞曼提斯說(shuō)，更復(fù)雜的是，“沒(méi)有兩個(gè)商店的一切都完全一樣。每個(gè)商店都有不同的設(shè)置，這可能會(huì)對(duì)性能產(chǎn)生不利影響。”
如今，一個(gè)更為嚴(yán)重的因素是鉆孔堆疊材料的勞動(dòng)和省時(shí)趨勢(shì)，即在定位夾具或夾具中預(yù)組裝復(fù)合材料和金屬部件，然后一次穿過(guò)所有層鉆出緊固件孔。這項(xiàng)技術(shù)通常被稱為“一體組裝”，因?yàn)椴考菑耐獠拷M裝、鉆孔、檢查和清潔的，但不會(huì)再次拆開(kāi)——這是一種防止孔位置不準(zhǔn)確的保護(hù)措施，可以節(jié)省無(wú)數(shù)小時(shí)。但這對(duì)那些設(shè)計(jì)鉆具的人來(lái)說(shuō)是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)。默森說(shuō)：“很常見(jiàn)的情況是，按照碳纖維增強(qiáng)聚合物（CFRP）、鋁、CFRP和鈦的順序加工一堆材料。”。“針對(duì)兩種或三種不同材料優(yōu)化鉆頭是極其困難的。”
盡管有更好的選擇，但機(jī)床制造商表示，大多數(shù)復(fù)合材料的鉆孔仍然是用“標(biāo)準(zhǔn)”工具完成的，這些工具曾經(jīng)是最先進(jìn)的，但現(xiàn)在——因?yàn)樗鼈儧](méi)有針對(duì)材料、零件和加工設(shè)置進(jìn)行優(yōu)化——是不合格的。結(jié)果是鉆頭性能迅速惡化，孔質(zhì)量也隨之惡化。以下是一個(gè)惡化的例子：碎裂。
解決方案：了解最新情況并進(jìn)行溝通
當(dāng)CW聯(lián)系這些和機(jī)床行業(yè)領(lǐng)先企業(yè)的其他代表時(shí)，他們提出了兩個(gè)大標(biāo)題下的一些解決問(wèn)題的策略：
優(yōu)化和定制。
復(fù)合材料專業(yè)人士對(duì)前者并不陌生。優(yōu)化是當(dāng)今復(fù)合材料界的一個(gè)流行詞。最大的收獲來(lái)自于觀察整個(gè)過(guò)程。鉆具制造商認(rèn)為，機(jī)械加工也是如此。在零件開(kāi)發(fā)過(guò)程中，必須在一開(kāi)始就考慮材料、夾具、碎屑清除、通道和工人工效學(xué)，而不是在做出重大決策后的后期階段。
迪亞曼提斯說(shuō)：“這一切都是為了了解整個(gè)加工過(guò)程。”他指出，這也需要一個(gè)合作的客戶。“工程師們?cè)敢膺M(jìn)行測(cè)試以改進(jìn)流程嗎？有時(shí)他們依賴幾年前完成的研究，而不想重新審視它。其他人則愿意不惜一切代價(jià)來(lái)節(jié)省成本。”哈丁強(qiáng)調(diào)，那些愿意的人會(huì)獲得巨大的回報(bào)。“我們通過(guò)挑戰(zhàn)傳統(tǒng)智慧的協(xié)作生產(chǎn)力合作計(jì)劃，幫助公司取得了巨大收益。”
然而，如果合作伙伴要取得成功，機(jī)床制造商必須詳細(xì)了解零件和工藝。在這里，沒(méi)有任何數(shù)據(jù)是微不足道的。Sandvik Coromant的默森表示：“客戶在向我們解釋他們?cè)诩庸な裁磿r(shí)并不總是足夠詳細(xì)。”。“我們需要盡可能多的細(xì)節(jié)。我們必須了解材料、固化、纖維含量、結(jié)構(gòu)和制造步驟。”
圖為鉆頭劣化的另一個(gè)影響：分層。
這些知識(shí)允許工具定制，這是制造業(yè)紀(jì)律的必要解藥，而制造業(yè)紀(jì)律本身就是關(guān)于定制解決方案的。簡(jiǎn)而言之，信息是將現(xiàn)成的工具留在機(jī)框上。迪亞曼提斯說(shuō)：“許多商店都想使用現(xiàn)成的切割工具，這沒(méi)關(guān)系，但加工過(guò)程需要更長(zhǎng)的時(shí)間，使用更多的工具。”明智的復(fù)合材料制造商會(huì)為特定應(yīng)用設(shè)計(jì)零件。因此，鉆具應(yīng)針對(duì)零件和應(yīng)用進(jìn)行設(shè)計(jì)。
經(jīng)驗(yàn)無(wú)可替代
為此，復(fù)合材料制造商需要能夠進(jìn)行此類評(píng)估的工具制造商的協(xié)助。默森觀察到，金屬切削工具制造商現(xiàn)在看到了向復(fù)合材料領(lǐng)域多元化的機(jī)會(huì)。“但他們傳統(tǒng)上為延長(zhǎng)切削金屬的工具壽命所做的事情——例如，降低進(jìn)給率和切削速度——對(duì)切削復(fù)合材料的工具卻產(chǎn)生了相反的影響。”對(duì)于這一應(yīng)用和許多其他應(yīng)用，山特維克可樂(lè)滿與其最近收購(gòu)的合作伙伴Precorp（美國(guó)猶他州西班牙福克市）密切合作，Precorp是一家長(zhǎng)期從事復(fù)合材料鉆具的專家，提供最先進(jìn)的聯(lián)動(dòng)鉆頭和銑刀。
信息？適用于金屬的東西不適用于復(fù)合材料。迪亞曼提斯說(shuō)：“金屬鉆頭和復(fù)合材料鉆頭完全不同。”。
碳纖維的研磨性使其不同于切削工具遇到的任何其他材料，因此工具壽命的重要性至關(guān)重要，并受到許多為復(fù)合材料行業(yè)提供鉆具的人的高度重視。
這是一個(gè)用未損壞的鉆具鉆孔的特寫(xiě)鏡頭。
利用新的幾何形狀
20年前，刀具優(yōu)化基本上包括開(kāi)發(fā)能夠更有效地加工每種纖維的幾何形狀。如今，刀具供應(yīng)商提供針對(duì)芳綸、玻璃和碳纖維優(yōu)化的特定幾何形狀的刀具已成為標(biāo)準(zhǔn)。但今天，優(yōu)化遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了對(duì)光纖的關(guān)注。迪亞曼提斯說(shuō)：“為了設(shè)計(jì)合適的刀具幾何形狀，我們必須了解整個(gè)過(guò)程。設(shè)置是什么樣的？你能使用冷卻劑嗎？鉆頭類型、鉆頭電機(jī)、電源是什么？鉆孔是機(jī)器人還是手動(dòng)？你是一次還是兩次鉆孔？”
哈丁總結(jié)了Cajero的一些研發(fā)發(fā)現(xiàn)：“漸進(jìn)的——逐漸發(fā)展的——并降低中心壓力的幾何形狀與復(fù)合材料配合得很好，因?yàn)樗鼈儨p少了切割推力，這有助于避免分層和穿透時(shí)的損壞。這些幾何形狀還必須保持正剪切角——這使切割力保持在較低水平，從而以最小的壓力去除材料r將碎屑排出孔。”哈丁列出了不同類型復(fù)合材料的許多工具幾何形狀：
多面鉆頭點(diǎn)具有雙角度點(diǎn)，也就是說(shuō)，引導(dǎo)角不同于第二角度，它們逐漸進(jìn)入然后離開(kāi)材料，最大限度地減少了中心的壓力，并降低了脫層和在出口孔中爆裂的風(fēng)險(xiǎn)。將這些與大開(kāi)口凹槽相結(jié)合，有助于在鉆孔堆疊的層壓板時(shí)清除碎屑。
雙刃鉆頭具有二次刃口—在一次刃口后面研磨—在加工過(guò)程中鉸孔，從而消除了額外鉸孔操作的需要。
Trepanning鉆頭在外邊緣切割，從而消除中心的壓力，對(duì)于低厚度或低樹(shù)脂含量的復(fù)合材料零件表現(xiàn)良好，而直槽、多孔鉆頭有助于補(bǔ)償支撐或固定不良的零件。
迪亞曼提斯補(bǔ)充道：“我們還簡(jiǎn)單地探索了可用性的改進(jìn)—對(duì)切割數(shù)據(jù)、刀具幾何形狀和刀具材料的微小調(diào)整—這些都導(dǎo)致了一夜之間的生產(chǎn)力激增。”他強(qiáng)調(diào)，“刀具設(shè)計(jì)的微小變化會(huì)產(chǎn)生很大的影響。”
這種定制工具的選擇結(jié)合了涂層和幾何形狀，有助于克服隨著材料越來(lái)越硬和結(jié)構(gòu)越來(lái)越定制而增加的復(fù)合材料加工難度。
開(kāi)發(fā)新材料
盡管它們很好，但硬質(zhì)合金鉆頭不再適用于時(shí)間和成本敏感的機(jī)械加工操作。默森說(shuō)：“這是一款舊的備用手機(jī)，因?yàn)樗懈玫倪吘壡逦取?rdquo;。“然而，這并不是工具壽命的最佳選擇。”
為此，有鉆石。天然金剛石是已知的最硬的物質(zhì)，但聚晶金剛石（PCD）是一種合成材料，在過(guò)去幾年中越來(lái)越受歡迎，因?yàn)樗峁┑墓ぞ邏勖俏赐繉犹蓟锏?0到20倍。
切削刀具中使用的PCD有兩種基本類型。PCD尖端或插入件可釬焊（最高1200°F/649°C）到硬質(zhì)合金坯料或工具主體上切割的凹槽中。或者，可以將金剛石粉末和粘結(jié)劑倒入硬質(zhì)合金工具槽中并燒結(jié)到位。兩者都能提供硬質(zhì)切削刃，但價(jià)格昂貴，是普通硬質(zhì)合金刀具的6到10倍。哈丁評(píng)論道：“就刀具形狀和幾何形狀而言，PCD的柔性不如碳化物，但你可以重新打磨和更換PCD，有效地延長(zhǎng)了刀具壽命。”。“然而，PCD本身就很脆，需要小心處理。如果掉落，刀具的PCD刀刃可能會(huì)碎裂，從而導(dǎo)致快速退化。”
PCD確實(shí)具有一定的靈活性，至少以尖端和插入物的形式存在。有不同的等級(jí)可以針對(duì)特定應(yīng)用進(jìn)行優(yōu)化，并且可以調(diào)整刀片的角度以提高切削力和碎屑去除率。然而，默森指出，由于PCD比碳化物更難研磨，通過(guò)研磨PCD生產(chǎn)工具的公司通常無(wú)法實(shí)現(xiàn)相同的公差。
將刀具與材料和應(yīng)用相匹配，可以將刀具壽命提高10到20倍，并將切削時(shí)間縮短90%。
她解釋說(shuō)：“電子束加工可以用來(lái)提高公差，但會(huì)增加更多的成本。”。“這對(duì)于實(shí)現(xiàn)更低的總體項(xiàng)目成本來(lái)說(shuō)可能是非常值得的，因?yàn)榍邢鞴ぞ咄ǔＶ徽伎偧庸こ杀镜?%到5%，其余部分由耗材、切削時(shí)間、更換切削工具的時(shí)間等組成。”
最近，化學(xué)氣相沉積（CVD）已經(jīng)開(kāi)始在某些應(yīng)用中取代PCD。這項(xiàng)技術(shù)通常被稱為金剛石涂層或金剛石涂層碳化物（DCC），它從經(jīng)過(guò)預(yù)處理的碳化物坯料開(kāi)始，使金剛石能夠直接在其表面“生長(zhǎng)”，厚度為0.2至0.3密耳（6至8µm）。哈丁評(píng)論道：“因此，您仍然可以保持切削刃，硬質(zhì)合金基底允許特定材料的刃口和幾何形狀。CVD提供了硬質(zhì)合金的靈活性和PCD的工具壽命，并且更適合車間使用。”
Sandvik Coromant已經(jīng)發(fā)現(xiàn)PCD更適合鉆孔，CVD最適合修整。但默森警告說(shuō)，“這只是關(guān)于工具壽命，不包括成本。但人們的意見(jiàn)會(huì)因背景而異。如果他們來(lái)自鉆井，他們喜歡PCD，而如果他們來(lái)自修整，他們更喜歡CVD。”
哈丁總結(jié)道：“使用PCD或CVD鉆頭，再加上某些幾何形狀，幾乎總是可以延長(zhǎng)刀具壽命，有時(shí)還會(huì)顯著降低刀具更換頻率。”。“即使更換切割工具只需五分鐘，中斷操作也要花錢。PCD和CVD工具最初的成本更高，但操作中斷的時(shí)間更少。”他還指出，PCD工具可以重新表面處理和打磨，以延長(zhǎng)其使用壽命。“因此，您可以降低整個(gè)程序的成本并提高其生產(chǎn)效率。”
洛克希德·馬丁公司的一名技術(shù)人員通過(guò)手動(dòng)緊固測(cè)試由AMAMCO定制的復(fù)合鉆具加工的孔。
然而，迪亞曼提斯認(rèn)為金剛石涂層是最好的選擇，因?yàn)樗膬?yōu)勢(shì)在于成本更低。PCD工具的成本是競(jìng)爭(zhēng)性CVD工具的三到五倍。他補(bǔ)充道：“在復(fù)合材料中，所有工具都需要涂層。”。“現(xiàn)在有很多涂層正在開(kāi)發(fā)中，以提高工具的使用壽命。即使是對(duì)于堆疊材料，也有一些涂層可以幫助工具使用更長(zhǎng)的時(shí)間，并在工具撞擊金屬時(shí)吸收沖擊而不會(huì)碎裂。”
例如，CVD Diamond Corp.（加拿大安大略省倫敦市）專注于使用該公司純金剛石薄膜的切削工具，該公司指出，最近的碳纖維復(fù)合材料銑削應(yīng)用需要端銑刀。使用競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手的工具，客戶在工具出現(xiàn)故障之前只能銑削10個(gè)零件。改用CVD金剛石工具可將故障前的零件吞吐量提高到30到40之間，并將所用的每種工具的切割工具成本降低500美元。CVD Diamond表示，在航空航天領(lǐng)域，它已經(jīng)致力于戰(zhàn)斗機(jī)的應(yīng)用，開(kāi)發(fā)了一種球頭立銑刀，可以在碳纖維復(fù)合材料結(jié)構(gòu)上鉆27萬(wàn)個(gè)孔。一種工具鉆28000個(gè)孔，擊敗了競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手使用另一種金剛石涂層工具鉆10000個(gè)孔的最佳情況。
LMT onsrud LP（伊利諾伊州沃基根）特別指出，就工具磨損和工件損壞而言，使用金屬切削工具切削或鉆削復(fù)合材料可能成本高昂。LMT Onsrud提供各種各樣的碳化物、PCD涂層和納米晶體金剛石涂層工具，具有相同的工具幾何形狀，旨在最大限度地減少熱量，防止樹(shù)脂燃燒，并提供清潔的纖維切割。這種要求是復(fù)合材料獨(dú)有的，因此成本可能很高：一個(gè)專用工具幾乎要800美元。然而，涂層可以使刀具壽命延長(zhǎng)10到20倍，新的幾何形狀可以將加工時(shí)間縮短90%。因此，所需要的是仔細(xì)評(píng)估，以將工具與應(yīng)用程序相匹配，從而最大限度地提高吞吐量、工具壽命和價(jià)值。
堆疊的一次性解決方案
盡管工具制造商對(duì)哪種涂層和幾何形狀最好存在分歧，但沒(méi)有證據(jù)表明它們對(duì)單組分組件的高效鉆孔至關(guān)重要。“碳纖維增強(qiáng)塑料需要很高的切割速度和進(jìn)給率，”哈丁解釋道。“鈦的情況正好相反，它對(duì)溫度非常敏感，而且在加工過(guò)程中產(chǎn)生的熱量會(huì)使其硬化。”
這種鉆頭尖端很小，直徑逐漸增大，并涂有CVD金剛石涂層，是專門(mén)為鉆削CFRP而設(shè)計(jì)的。它是制造者。AMAMCO表示，CVD涂層已經(jīng)開(kāi)始取代PCD，因?yàn)?/span>
前者獲得了與后者相同的使用壽命，但以更低的成本提供了碳化物的幾何靈活性。
因此，每種解決方案的差異再大不過(guò)了。迪亞曼提斯說(shuō)：“碳纖維增強(qiáng)塑料需要一個(gè)長(zhǎng)點(diǎn)和快速度，而鈦需要一個(gè)短而短的點(diǎn)和慢速度，否則會(huì)燒壞鉆頭。”
在航空航天領(lǐng)域，即使是全CFRP零件也可能不是全CFRP。哈丁指出，“通常，碳纖維增強(qiáng)塑料在表面或表面附近有額外的銅網(wǎng)層用于雷擊保護(hù)，這對(duì)機(jī)床來(lái)說(shuō)可能是一個(gè)挑戰(zhàn)。銅很軟，而碳纖維增強(qiáng)材料需要更高的加工速度，并且會(huì)磨損切削工具。這會(huì)弄臟銅，從而使切削工具失效，并大大削弱有效加工碳纖維增強(qiáng)金屬的能力。”（在這里，舊的備用碳化物就可以了。“我們?nèi)匀唤ㄗh在某些區(qū)域使用，”默森說(shuō)。“例如，有雷擊保護(hù)，需要非常鋒利的邊緣，或者整個(gè)零件磨損和脫落。”）
因此，毫不奇怪，對(duì)于堆疊但不同材料的鉆孔，一個(gè)常見(jiàn)的解決方案是為每個(gè)孔使用多個(gè)鉆具。Merson說(shuō)：“如今，三階段鉆井工藝仍然普遍使用，需要進(jìn)行預(yù)鉆、鉆孔和擴(kuò)孔操作，以達(dá)到所需的表面和尺寸質(zhì)量。”。
這讓迪亞曼提斯很惱火，他認(rèn)為復(fù)合材料制造商應(yīng)該與能夠設(shè)計(jì)“一次性”鉆孔解決方案的機(jī)床供應(yīng)商打交道。“我們?yōu)椴ㄒ艄咎峁┝撕芏嗖煌牟僮鳎羞@些操作都為一個(gè)孔提供一個(gè)鉆具。我們只是看不到為每個(gè)孔使用兩個(gè)和三個(gè)單獨(dú)的鉆具和/或操作的效率。”他繼續(xù)說(shuō)道，“我們和客戶的期望都是一種能夠解決所有材料的工具。”他承認(rèn)，這聽(tīng)起來(lái)可能不可能，“但我們只是例行公事。”
AMAMCO提供一次性鉆孔解決方案，但更喜歡CVD而不是PCD。迪亞曼提斯認(rèn)為，“我看到很多商店拒絕更換他們的PCD工具，盡管它們需要兩次操作。也就是說(shuō)，直到他們嘗試我們的CVD一次性工具，并親眼看到它比他們以前使用的兩種PCD工具更耐用。”
但默森認(rèn)為，山特維克可樂(lè)滿已經(jīng)開(kāi)發(fā)出了避免這種情況的解決方案。“我們最新的一款使用了動(dòng)力進(jìn)給機(jī)和螺旋槽鉆頭，該鉆頭基于紋理PCD點(diǎn)，具有針對(duì)鈦/CFRP/鋁堆疊材料優(yōu)化的特定幾何形狀。”
關(guān)鍵是要逐層控制疊層加工。哈丁解釋道：“你可以通過(guò)調(diào)整每種材料的切割參數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)。”。迪亞曼提斯說(shuō)，一種策略是一種名為微檢查的鉆井技術(shù)。“在鉆復(fù)合材料/鈦堆疊時(shí)，你要避免的是鈦的長(zhǎng)切屑在它們離開(kāi)時(shí)在復(fù)合材料的內(nèi)孔留下疤痕。”鉆頭電機(jī)的設(shè)計(jì)目的是在撞擊鈦時(shí)減速，然后施加力，然后每秒縮回多次。這錘擊鈦片，在切割時(shí)將其打碎。較小的碎片被帶出鉆頭凹槽中的孔，因此不會(huì)對(duì)復(fù)合材料造成疤痕。
優(yōu)化今天和明天
與機(jī)床制造商合作可大幅降低成本、廢品率和工藝流程時(shí)間。Cajero的哈丁說(shuō)：“最新的切割工具提供了卓越的生產(chǎn)力，縮短了加工時(shí)間，降低了整體生產(chǎn)成本。”。“這種工具壽命的提高和其他生產(chǎn)力的提高……使制造商能夠在不必購(gòu)買額外機(jī)器或建造更大工廠的情況下做更多的事情。”
此外，今天的工具制造商服務(wù)可以擴(kuò)展到工具和流程的測(cè)試和驗(yàn)證。例如，Cajero通過(guò)預(yù)先驗(yàn)證切割工具和操作，幫助公司消除新項(xiàng)目的不確定性。哈丁說(shuō)：“客戶發(fā)送待加工材料的樣品以及他們的規(guī)格。”。“然后，我們對(duì)材料進(jìn)行加工，并發(fā)回一份關(guān)于推薦工具和選項(xiàng)的報(bào)告，以及一盤(pán)測(cè)試加工操作的錄像帶，價(jià)值超過(guò)千字。”
Cajero還在自己的專用數(shù)控加工中心提供預(yù)驗(yàn)證試驗(yàn)。哈丁解釋道：“當(dāng)大規(guī)模切割工具試驗(yàn)可能會(huì)使原始設(shè)備制造商花費(fèi)超過(guò)10萬(wàn)美元時(shí)，至關(guān)重要的是要確保他們的關(guān)鍵收入流得到維持，不要將產(chǎn)能轉(zhuǎn)移到干擾生產(chǎn)流的測(cè)試活動(dòng)上。”
默森指出，“定制”趨勢(shì)可能會(huì)導(dǎo)致刀具制造方式的根本性變化。例如，機(jī)床制造商正在試驗(yàn)3D打印，這是一種流行的增材制造形式她說(shuō)，所有的刀具制造商都對(duì)此感興趣，但她指出，“他們正在以不同的方式處理這一問(wèn)題。”
未來(lái)？哈丁將汽車視為自動(dòng)復(fù)合材料加工的下一個(gè)前沿領(lǐng)域，也是一個(gè)具有挑戰(zhàn)性的領(lǐng)域。“汽車行業(yè)對(duì)復(fù)合材料和更低成本的自動(dòng)化要求更高，同時(shí)保持可重復(fù)性。這里的機(jī)器人更為常見(jiàn)，但所用的樹(shù)脂與航空航天大不相同。我們一直是幾款豪華和超級(jí)跑車品牌的單一來(lái)源供應(yīng)商，但這些都是小批量制造商。通用汽車、福特和大眾想要的大不一樣。我們必須優(yōu)化尺寸加工工具設(shè)計(jì)，以實(shí)現(xiàn)更大的體積和更自動(dòng)化的操作。”
與此同時(shí)，鉆具制造商的目標(biāo)是通過(guò)應(yīng)用他們不斷增長(zhǎng)的知識(shí)，繼續(xù)降低加工成本，從而提高客戶的底線。
在F-35閃電II上緊固所有復(fù)合材料蒙皮需要經(jīng)過(guò)成本效益優(yōu)化的機(jī)械加工和鉆孔技術(shù)。
與PCD工具的275孔壽命相比，這種AMAMCO金剛石涂層鉆孔工具提供了1200孔的使用壽命。
這架F-35在沃斯堡工廠內(nèi)的洛克希德·馬丁航空公司裝配線上等待著碳纖維增強(qiáng)蒙皮，該蒙皮將包裹成品飛機(jī)的機(jī)身和機(jī)翼。
一個(gè)自動(dòng)鉆孔系統(tǒng)鉆制了1500個(gè)孔中的一個(gè)，這些孔將容納F-35前機(jī)身前部的緊固件。
常規(guī)起飛和降落的F-35 CTOL
DST加工中心去工藝補(bǔ)償（sacrificial）材料，以幫助F-35蒙皮達(dá)到公差目標(biāo)。
鉆頭特寫(xiě)
AMAMCO的新型金剛石涂層刨槽工具。
F-35的機(jī)翼蒙皮在離開(kāi)DST加工中心后放置在其工具上。蒙皮上的一些孔是由加工中心使用AMAMCO的專用鉆孔工具鉆孔。
奧爾巴尼公司自動(dòng)鋪放F-35機(jī)翼蒙皮。
當(dāng)奧巴馬政府今年早些時(shí)候宣布將從2010年美國(guó)國(guó)防部預(yù)算中削減F-22戰(zhàn)斗機(jī)項(xiàng)目時(shí)，洛克希德·馬丁航空公司位于德克薩斯州沃斯堡的工廠員工的情緒是又苦又甜。這個(gè)洞穴狀的工廠長(zhǎng)1英里/1.6公里，寬0.25英里/0.4公里，不僅是F-22的組裝點(diǎn)，也是即將推出的F-35閃電II的組裝點(diǎn)。
從預(yù)算角度來(lái)看，國(guó)防部對(duì)F-35或聯(lián)合攻擊戰(zhàn)斗機(jī)（JSF-Joint Strike Fighter ）的偏好是可以理解的。與F-22的1.43億美元相比，其8300萬(wàn)美元的飛行成本（取決于變種）相對(duì)便宜。洛克希德·馬丁公司計(jì)劃在2036年前交付3000多架F-35，而與成本分?jǐn)偦锇閲?guó)的共同開(kāi)發(fā)確保了很長(zhǎng)的訂單。
與空對(duì)空F-22不同，F(xiàn)-35是一種多用途飛行器，專為美國(guó)飛行員未來(lái)更可能面臨的空對(duì)空和空對(duì)地作戰(zhàn)而設(shè)計(jì)。多用途設(shè)計(jì)使F-35具有很強(qiáng)的適應(yīng)性。它有三種變體：用于常規(guī)起飛和降落（CTOL- conventional takeoff and landing）的F-35A、用于短距起飛和垂直降落（STOVL-short takeoff and vertical landing ）的F-35B和用于艦載降落（CV-carrier-based landing）的F-35C。多用途能力使其能夠取代美國(guó)的F-16、A-10、AV-8B和F-18，以及英國(guó)的Sea Harrier和GR.7。在美國(guó)，它將補(bǔ)充現(xiàn)有的F-22和F-18E/F機(jī)隊(duì)。從制造的角度來(lái)看，這些變體在超過(guò)20%的機(jī)身結(jié)構(gòu)上具有共同的設(shè)計(jì)，從而降低了項(xiàng)目成本。
十多年發(fā)展
洛克希德·馬丁公司是F-35的主要承包商，于2001年10月中標(biāo)。諾斯羅普·格魯曼公司和BAE系統(tǒng)公司是該項(xiàng)目的主要合作伙伴。這三家公司已經(jīng)完成了為期12年的系統(tǒng)開(kāi)發(fā)和演示（SDD- System Development and Demonstration ）階段的一半以上，其中包括19架飛機(jī)的生產(chǎn)和測(cè)試。復(fù)合材料一直是制造業(yè)的主要組成部分。諾斯羅普·格魯曼公司在其位于加利福尼亞州帕姆代爾的工廠制造中心機(jī)身；BAE Systems在其位于英國(guó)薩姆斯伯里的工廠生產(chǎn)后機(jī)身和尾翼，ATK（猶他州麥格納）生產(chǎn)機(jī)翼蒙皮；洛克希德·馬丁公司在沃斯堡制造前機(jī)身并總裝成品飛機(jī)。第一架F-35是一種CTOL變體，于2006年12月15日首次飛行。所有SDD飛機(jī)都在生產(chǎn)中或在飛行線上進(jìn)行測(cè)試；首批14架生產(chǎn)型F-35已經(jīng)開(kāi)始總裝。
HPC最近被邀請(qǐng)參觀沃斯堡的大型工廠，親眼目睹這種下一代戰(zhàn)斗機(jī)的復(fù)合材料是如何成型的。
預(yù)算緊張的大工程
制造一種在一定程度上以預(yù)算友好的方式銷售的戰(zhàn)斗機(jī)的挑戰(zhàn)之一是，必須特別注意對(duì)飛機(jī)的每個(gè)部件進(jìn)行成本優(yōu)化。對(duì)于F-35的碳纖維復(fù)合材料來(lái)說(shuō)，這可能是最正確的，它約占戰(zhàn)斗機(jī)結(jié)構(gòu)重量的35%和大部分可見(jiàn)表面。由于機(jī)身部分、機(jī)翼和尾翼來(lái)自不同的供應(yīng)商，洛克希德公司面臨的最大挑戰(zhàn)是管理飛機(jī)的復(fù)合材料蒙皮厚度。
洛克希德·馬丁航空公司JSF生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)技術(shù)副總裁Don Kinard表示，該公司花費(fèi)了大量時(shí)間評(píng)估飛機(jī)框架和蒙皮的各種材料類型—復(fù)合材料、鋁、鈦和鋼，以確定最具成本效益的成本效益比。
“我們能制造一架全復(fù)合材料的戰(zhàn)斗機(jī)嗎？”基納德問(wèn)道。“當(dāng)然，但我們不會(huì)因?yàn)榭梢跃筒扇⌒袆?dòng)。一切都是成本效益分析。哪里是最有效地使用復(fù)合材料的最佳場(chǎng)所？”他指出，對(duì)F-16、F-22和F-35的復(fù)合材料結(jié)構(gòu)進(jìn)行了評(píng)估，但沒(méi)有提供證明成本合理所需的重量節(jié)約。他說(shuō)：“我們需要為復(fù)合材料結(jié)構(gòu)節(jié)省更多的重量，以使其有意義。”。他還指出，在復(fù)合材料的子結(jié)構(gòu)中，“材料Z向特性是個(gè)問(wèn)題。樹(shù)脂的強(qiáng)度必須得到顯著提高。還有很多需要克服的。”
因此，F(xiàn)-35上的復(fù)合材料幾乎只用于蒙皮。Kinard指出，洛克希德公司在飛行服務(wù)溫度允許的情況下，使用Cytec Engineered Materials（亞利桑那州坦佩市）的碳纖維/環(huán)氧樹(shù)脂，但飛機(jī)的大部分蒙皮需要更高的耐熱性，其中使用了Cytec的CYCOM 5250-4雙馬來(lái)酰亞胺（BMI）。盡管洛克希德公司正在評(píng)估新一批用于特殊應(yīng)用的熱壓罐外樹(shù)脂，但Kinard預(yù)計(jì)基質(zhì)近期不會(huì)發(fā)生變化。
它的表皮全部由碳纖維增強(qiáng)塑料制成。大部分機(jī)身部分的基體為CYCOM 977環(huán)氧樹(shù)脂，機(jī)翼和一些較熱表面的基體為CYCOM 5250雙馬來(lái)酰亞胺樹(shù)脂。增強(qiáng)纖維為中等模量碳纖維，主要為Hexcel IM7，抗拉強(qiáng)度為550-700 ksi。雙馬來(lái)酰亞胺通常比鋁具有更好的耐熱性；根據(jù)所比較的特定合金和樹(shù)脂，環(huán)氧樹(shù)脂的耐熱性不如鋁或鋁。
在F-35的SDD階段，根據(jù)供應(yīng)商、零件的復(fù)雜性和成本效益，蒙皮部分的生產(chǎn)有所不同。例如，ATK使用自動(dòng)纖維放置（AFP）技術(shù)生產(chǎn)許多機(jī)翼復(fù)合材料零件。洛克希德公司內(nèi)部選擇使用手工鋪放生產(chǎn)前機(jī)身蒙皮。隨著F-35的投產(chǎn)，更多的國(guó)內(nèi)和國(guó)際航空航天供應(yīng)商將參與復(fù)合材料部件的生產(chǎn)，包括阿萊尼亞航空公司（意大利羅馬）、康斯伯格國(guó)防系統(tǒng)公司（挪威康斯伯格）Terma A/S公司（丹麥格勒納）、TAI公司（土耳其伊斯坦布爾）和其他公司。“我們正在利用全世界在復(fù)合材料制造方面的能力，”基納德認(rèn)為。
基納德表示，他和洛克希德公司的F-35復(fù)合材料的大部分精力都集中在管理復(fù)合材料蒙皮的厚度上。在某些情況下，這是通過(guò)基于仔細(xì)計(jì)量的復(fù)合材料層的添加和減少來(lái)實(shí)現(xiàn)的，而在其他情況下，則是通過(guò)對(duì)零件進(jìn)行機(jī)加工來(lái)實(shí)現(xiàn)的。
基納德表示，復(fù)合材料蒙皮厚度的一致性對(duì)于注重重量、性能和成本的F-35至關(guān)重要。洛克希德公司及其合作伙伴使用兩種方法來(lái)確保蒙皮達(dá)到厚度目標(biāo)：機(jī)械加工或模具后添加簾布層。在沃斯堡的洛克希德·馬丁公司，前機(jī)身蒙皮被手工鋪在因瓦模具上，并在塔里科公司（加利福尼亞州長(zhǎng)灘市）制造的三臺(tái)大型熱壓罐中的一臺(tái)中進(jìn)行固化。隨后，將固化成層壓板的工藝補(bǔ)賞層進(jìn)行機(jī)加工，以控制蒙皮的厚度。在ATK，機(jī)翼的纖維蒙皮被固化，固化后，蒙皮厚度使用洛克希德·馬丁公司制造技術(shù)和生產(chǎn)工程人員開(kāi)發(fā)的工藝進(jìn)行精確測(cè)量。如果需要，在稱為固化層壓板補(bǔ)償（CLC-cured laminate compensation）的過(guò)程中，將額外的層壓板疊起來(lái)，并對(duì)整個(gè)結(jié)構(gòu)進(jìn)行第二次固化。“這里的圣杯（Holy Grail）是控制厚度，”他說(shuō)，但他指出，成本決定了這樣做的策略。
大型加工中心
位于洛克希德公司龐大的沃斯堡工廠中心，是該戰(zhàn)略的關(guān)鍵組成部分：F-35的機(jī)加工和鉆孔作業(yè)。在Dörries Scharmann Technologie GmbH（DST）（德國(guó)門(mén)興格拉德巴赫DST）建造的最大的加工中心中，位于其中心的10米乘30米（33英尺乘99英尺）的加工中心對(duì)F-35的一些前機(jī)身蒙皮、機(jī)翼蒙皮和其他復(fù)合材料部件進(jìn)行加工和鉆孔。基納德承認(rèn)：“在這個(gè)項(xiàng)目中，修剪和機(jī)械加工對(duì)我們來(lái)說(shuō)是一件大事。”。DST系統(tǒng)自動(dòng)化了歷史上手動(dòng)執(zhí)行的大多數(shù)工作。同樣，制造技術(shù)集團(tuán)的工程師在將這些系統(tǒng)上線和開(kāi)發(fā)可靠的加工工藝方面發(fā)揮了重要作用。
DST系統(tǒng)使用帶自動(dòng)換刀裝置的柔性高架龍門(mén)架（FOG-flexible overhead gantry）來(lái)處理修邊、鉆孔和壓縮路線。這里所做的大部分加工都是在機(jī)身前部蒙皮上進(jìn)行的。（機(jī)翼蒙皮加工已移交給ATK，ATK與華盛頓州塞德羅·伍利的Janicki Industries簽訂了加工合同。）
機(jī)身前部蒙皮的加工大約需要八個(gè)小時(shí)，主要是因?yàn)槊總€(gè)蒙皮部分都需要幾個(gè)設(shè)置。該機(jī)器在結(jié)構(gòu)的兩側(cè)工作，一個(gè)頭加工內(nèi)模線（IML，以控制厚度），另一個(gè)頭鉆孔并修剪零件邊緣（EOP-edge of part）。機(jī)翼蒙皮由洛克希德公司加工時(shí)，通常需要較少的時(shí)間來(lái)加工，因?yàn)闆](méi)有IML加工來(lái)控制厚度——機(jī)翼零件使用CLC工藝來(lái)滿足厚度參數(shù)。
DST加工中心的大部分工作由AMAMCO Tool（南卡羅來(lái)納州鄧肯市；見(jiàn)左側(cè)邊欄）提供的金剛石涂層硬質(zhì)合金工具處理。
AMAMCO專門(mén)為該應(yīng)用程序設(shè)計(jì)了DST加工路線。
加工完成后，所有復(fù)合材料結(jié)構(gòu)都從DST機(jī)器中推出，進(jìn)入相鄰房間，該房間內(nèi)裝有卡爾蔡司微成像股份有限公司（明尼蘇達(dá)州楓樹(shù)格羅夫）計(jì)量系統(tǒng)，“據(jù)我們所知，這是世界上最大的高公差測(cè)量系統(tǒng)，”基納德說(shuō)。正是在這里，對(duì)蒙皮的尺寸、邊緣和孔進(jìn)行了準(zhǔn)確性檢查。MMZ-B Plus龍門(mén)坐標(biāo)測(cè)量機(jī)自2008年6月開(kāi)始運(yùn)行，其擴(kuò)展測(cè)量范圍為5米乘16米乘2.5米（16英尺乘52英尺乘8英尺），可容納F-35的機(jī)翼蒙皮，以及空氣動(dòng)力學(xué)工具、風(fēng)洞模型、1:1模塊和其他機(jī)身元件。
洛克希德·馬丁公司還使用其內(nèi)部開(kāi)發(fā)的無(wú)損激光超聲檢測(cè)系統(tǒng)（激光UT）檢查其復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的空隙和其他內(nèi)部缺陷。該系統(tǒng)的400MHz激光指向復(fù)合結(jié)構(gòu)；從激光返回到傳感器的信號(hào)揭示了皮膚中的空隙、裂紋、分層和其他缺陷。Kinard說(shuō)，它的運(yùn)行速度為6英尺2/分鐘（0.56平方米/分鐘），比傳統(tǒng)的噴射器檢查系統(tǒng)快10倍，是F-35制造過(guò)程中不可或缺的一部分。洛克希德·馬丁公司為該系統(tǒng)申請(qǐng)了專利，但將該技術(shù)授權(quán)給了PaR Systems股份有限公司（明尼蘇達(dá)州Shoreview）。
鉆孔，鉆孔，鉆孔
一旦復(fù)合材料蒙皮成型、修剪和檢查，它們就可以連接到組成的機(jī)身結(jié)構(gòu)上了。這是通過(guò)在預(yù)定位置鉆穿蒙皮并進(jìn)入框架的緊固件來(lái)實(shí)現(xiàn)的。對(duì)重量敏感的F-35的鉆孔管理和優(yōu)化已成為一項(xiàng)重大工作，SDD流程的一部分涉及對(duì)鉆頭、鉆具幾何形狀、工具效率、工具壽命、鉆孔時(shí)間、每個(gè)鉆孔的成本和其他變量的評(píng)估。
F-35在鉆孔方面已經(jīng)有了一個(gè)良好的開(kāi)端：洛克希德·馬丁航空公司的制造工程高級(jí)職員、沃斯堡工廠的常駐鉆井孔大師之一Glenn Born表示，F(xiàn)-35的整個(gè)飛行器的切割工具圖紙不到50張。相比之下，F(xiàn)-16有9000。這種減少主要?dú)w因于F-22和F-35計(jì)劃中集成的標(biāo)準(zhǔn)化工作，以解決常見(jiàn)的孔尺寸、緊固件減少和處理復(fù)合材料/金屬結(jié)構(gòu)的常見(jiàn)裝配方法。這也有助于復(fù)合材料鉆孔技術(shù)的快速發(fā)展。
F-35上有三種類型的鉆孔正在評(píng)估中：手動(dòng)、動(dòng)力進(jìn)給和自動(dòng)（數(shù)控），盡管洛克希德公司的大多數(shù)鉆孔都是自動(dòng)化的。在大多數(shù)情況下，F(xiàn)-35的鉆孔方法是“堆疊”的，這意味著將復(fù)合材料蒙皮放置在下部結(jié)構(gòu)上，并使用一個(gè)一次性鉆孔、擴(kuò)孔和锪窩的單一鉆具同時(shí)在蒙皮和下部結(jié)構(gòu)上鉆孔。F-35上最令人印象深刻的鉆孔操作之一涉及前機(jī)身，機(jī)身兩側(cè)各有750個(gè)孔，由自動(dòng)龍門(mén)式機(jī)頭鉆入。（見(jiàn)圖，右起第三張）。
Born說(shuō)，底層結(jié)構(gòu)為蒙皮提供了支撐，因此有助于防止分層。這種方法的缺點(diǎn)是產(chǎn)生一個(gè)孔所需的時(shí)間——大約30秒，這取決于蒙皮的厚度。Born承認(rèn)：“如果我們分別對(duì)蒙皮和下部結(jié)構(gòu)進(jìn)行鉆孔，這可能會(huì)加快裝配過(guò)程，但公差需要堆疊鉆孔。當(dāng)零件在其他地方制造，然后在洛克希德·馬丁公司進(jìn)行匹配時(shí)，這尤其具有挑戰(zhàn)性——在最大材料條件下，螺栓到孔的間隙會(huì)減少，干擾的機(jī)會(huì)太多了。”
機(jī)翼蒙皮由辛辛那提Milicron自動(dòng)化龍門(mén)系統(tǒng)進(jìn)行堆疊鉆孔。隨后，F(xiàn)-35團(tuán)隊(duì)使用Virtek Vision International Inc.（加拿大安大略省滑鐵盧）激光投影系統(tǒng)，在緊固件安裝期間將緊固件零件號(hào)投影到翼蒙皮表面上，以消除參考復(fù)雜圖紙的需要。在無(wú)法進(jìn)行自動(dòng)鉆孔的情況下，手動(dòng)鉆孔需要在皮膚上安裝一個(gè)模板，顯示鉆孔位置。Kinard報(bào)告稱，投影系統(tǒng)的使用在減少勞動(dòng)力和任務(wù)跨度方面具有巨大潛力。
跟蹤刀具更換閾值
考慮到使用疊層鉆孔的決定，洛克希德公司專注于開(kāi)發(fā)測(cè)量鉆孔質(zhì)量和工具壽命的參數(shù)，主要是評(píng)估工具磨損和隨后降低的鉆孔速度的成本與新的更快工具的成本。沃斯堡工廠使用的大多數(shù)鉆機(jī)電機(jī)采用空氣和液壓。然而，刀具的鋒利程度決定了鉆孔速度。隨著切削工具變鈍，這個(gè)過(guò)程需要更長(zhǎng)的時(shí)間。Born說(shuō)：“我們的供電系統(tǒng)最終會(huì)測(cè)量鉆孔的時(shí)間長(zhǎng)度。當(dāng)達(dá)到閾值時(shí)，指示燈會(huì)通知操作員更換工具。”。他說(shuō)，最終，洛克希德公司正在尋找良好的直徑公差和特殊的工藝控制，使不合格的孔幾乎不存在。F-35孔質(zhì)量的Cpk（工藝能力的統(tǒng)計(jì)測(cè)量）目標(biāo)為1.3；Born表示，目前Cpk大約為1.0，并且正在改善。“我們的第一篇文章的質(zhì)量比一些成熟的程序要好，”他認(rèn)為。
正在評(píng)估所有這些修整和機(jī)加工系統(tǒng)以及鉆孔工藝的效率、成本、速度和其他變量，以確定整個(gè)F-35復(fù)合材料生產(chǎn)過(guò)程的最佳實(shí)踐。洛克希德·馬丁公司在沃斯堡工廠建立了一個(gè)鉆孔/機(jī)械加工卓越中心，以繼續(xù)開(kāi)發(fā)切削工具和技術(shù)。如果F-35的壽命是真的，那么洛克希德·馬丁公司及其所有供應(yīng)商似乎也有幾十年的復(fù)合材料優(yōu)化和管理工作要做。
驗(yàn)證工具幾何結(jié)構(gòu)和材料
當(dāng)洛克希德·馬丁公司第一次開(kāi)始在其DST加工中心（德國(guó)門(mén)興格拉德巴赫的Dörries Scharmann Technologie GmbH）評(píng)估F-35生產(chǎn)的刨床和鉆具時(shí)，它使用了一種帶有紅燒金剛石鑲塊的聚晶金剛石（PCD-polycrystalline diamond）刨床機(jī)。它的特點(diǎn)是直槽，在復(fù)合材料結(jié)構(gòu)上產(chǎn)生了太多的分層，迫使返工并增加了加工成本。此外，這些工具缺乏這種苛刻應(yīng)用所需的耐用性——一個(gè)0.375英寸/9.5毫米厚的機(jī)翼蒙皮部分通常需要24個(gè)工具才能布線（當(dāng)時(shí)F-35有一個(gè)大的、連續(xù)的頂部蒙皮來(lái)覆蓋兩翼；目前的設(shè)計(jì)有三個(gè)頂部蒙皮）。
洛克希德公司向美國(guó)國(guó)家國(guó)防制造與加工中心（NCDMM，Latrobe，Pa）尋求幫助，這是一個(gè)由合作公司組成的研發(fā)聯(lián)盟，與國(guó)防承包商合作優(yōu)化制造方法。洛克希德公司最終采用了NCDMM成員AMAMCO Tool（南卡羅來(lái)納州鄧肯市）提供的金剛石涂層壓縮刨床，并在DST加工中心測(cè)試了該工具。
AMAMCO的業(yè)務(wù)開(kāi)發(fā)經(jīng)理Andrew Gilpin表示，金剛石涂層復(fù)合材料工具的測(cè)試結(jié)果很有希望：加工整個(gè)機(jī)翼蒙皮所需的工具數(shù)量從24個(gè)減少到2個(gè)，單個(gè)工具在復(fù)合材料中的加工路徑從9線性英尺增加到57線性英尺（2.7到17.4米），它使用兩個(gè)相對(duì)的凹槽（見(jiàn)上圖）將復(fù)合材料層夾在一起，而不是將它們?nèi)坷蛞粋€(gè)方向：“就像剪刀，而不是鏟子，”他說(shuō)。“它提供了一種很好的、干凈的剪切效果。”
AMAMCO開(kāi)發(fā)了幾何形狀并制造了工具。金剛石涂層厚度為12µ，由diamond Tool coating LLC（紐約州北托納旺達(dá)）提供。洛克希德·馬丁公司對(duì)AMAMCO工具非常滿意，因此批準(zhǔn)了其生產(chǎn)，并使其具有F-35上使用免檢入庫(kù)的狀態(tài)。
洛克希德公司目前正在F-35的其他鉆孔應(yīng)用中使用其他AMAMCO金剛石涂層工具。Gilpin說(shuō)，在一個(gè)應(yīng)用中，AMAMCO金剛石涂層工具的使用壽命為1200個(gè)孔（底部照片），而競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手PCD工具的275個(gè)孔壽命是AMAMCO鉆石涂層工具的三分之一。盡管洛克希德公司報(bào)告稱，金剛石涂層刀具的轉(zhuǎn)速約為8500轉(zhuǎn)/分，而PCD刀具的轉(zhuǎn)速為5000轉(zhuǎn)/分。但Gilpin表示，總體而言，金剛石涂層工具的轉(zhuǎn)速比PCD刀具慢，但進(jìn)給速度更快。洛克希德公司正在評(píng)估一系列AMAMCO工具，直徑從0.125英寸到0.4英寸（3.2毫米到10.1毫米）不等。
洛克希德·馬丁公司為F-35精確加工復(fù)合材料蒙皮部分，這也是該飛機(jī)為美國(guó)納稅人省錢的部分原因。這種機(jī)加工使飛機(jī)引人注目，導(dǎo)致其他國(guó)家承擔(dān)了部分成本。以下是聯(lián)合攻擊戰(zhàn)斗機(jī)的高價(jià)值、高度工程化加工工藝。
緊密貼合的蒙皮部分提供了F-35的非常低的可觀察性(VLO-very low observability)。
為修切復(fù)合材料蒙皮而開(kāi)發(fā)的擠壓銑刀-compression router通過(guò)在機(jī)加工過(guò)程中將材料層推到一起來(lái)抑制分層。
洛克希德·馬丁公司的里克·丹尼討論了擠壓銑刀工具。
蒙皮零件分兩個(gè)階段進(jìn)行機(jī)加工。內(nèi)模線（此處）加工完成后，零件將翻轉(zhuǎn)到鏡像夾具上，用于修切和外模線操作。
為了進(jìn)行檢查，托盤(pán)從FOG- flexible overhead gantry機(jī)器移到此處所示的大型CMM。
PINC-pressure induced normal-vectored countersink工具是應(yīng)用于該過(guò)程的更重要的成本節(jié)約創(chuàng)新之一開(kāi)發(fā)出一種精確、自動(dòng)的埋頭窩放置方法，消除了過(guò)去進(jìn)行埋頭窩控制的大量手動(dòng)操作。
洛克希德·馬丁公司的杰米·史密斯是參與開(kāi)發(fā)PINC工具的工程師之一。
FOG機(jī)器使用在平衡機(jī)中測(cè)量的液壓刀架（下一張照片）。
精密公差FOG機(jī)器對(duì)F-35復(fù)合材料蒙皮截面進(jìn)行精密銑削和鉆孔。
美國(guó)武裝部隊(duì)的不同部門(mén)歷來(lái)堅(jiān)持使用不同的飛機(jī)。空軍、海軍陸戰(zhàn)隊(duì)、海軍—他們有不同的任務(wù)，面臨不同的需求。一架一刀切的戰(zhàn)斗機(jī)顯然生產(chǎn)和維護(hù)成本較低，但人們一直認(rèn)為，為了給每個(gè)服務(wù)部門(mén)提供最適合其角色的設(shè)備，成本效率相當(dāng)?shù)褪怯械览淼摹Ｆ浣Y(jié)果是軍用飛機(jī)成倍增加，不同型號(hào)的飛機(jī)可以重復(fù)使用。
喬爾·馬龍（Joel Malone）說(shuō)，在國(guó)際力量加強(qiáng)合作的時(shí)代，乘法運(yùn)算變得更加復(fù)雜。馬龍是國(guó)防航空公司洛克希德·馬丁公司F-35項(xiàng)目的高級(jí)經(jīng)理。他說(shuō)，在20世紀(jì)90年代的波斯尼亞沖突中，他看到了這種多樣性的影響。一個(gè)聯(lián)盟機(jī)場(chǎng)展示了來(lái)自美國(guó)和其他國(guó)家的不同飛機(jī)的全景。各種飛機(jī)需要不同的供應(yīng)鏈和不同的維護(hù)程序，以便在戰(zhàn)場(chǎng)上為它們提供支持。
現(xiàn)在，與飛機(jī)開(kāi)發(fā)和設(shè)計(jì)相關(guān)的技術(shù)進(jìn)步使設(shè)計(jì)一個(gè)能夠適應(yīng)多種需求的單一飛機(jī)平臺(tái)成為可能。同一架飛機(jī)，在不同的型號(hào)配置中，可以為海軍陸戰(zhàn)隊(duì)提供短距離起飛和垂直降落的能力，海軍航母降落所需的彈性，或者空軍所珍視的速度和機(jī)動(dòng)性。
洛克希德·馬丁公司生產(chǎn)的F-35閃電II（也稱為聯(lián)合攻擊戰(zhàn)斗機(jī)）是一種多用途飛機(jī)。
事實(shí)上，這種飛機(jī)的可能變體也使其有可能為美國(guó)的各種軍事盟友量身定制。
然而，馬龍說(shuō)，僅憑經(jīng)濟(jì)因素不足以讓美國(guó)及其盟國(guó)支持一個(gè)共同的飛機(jī)項(xiàng)目。由于設(shè)計(jì)受制于另一項(xiàng)服務(wù)的需求，所以不要將飛機(jī)和其他服務(wù)放在同一架飛機(jī)上，這一警告太過(guò)強(qiáng)烈。必須要有一根胡蘿卜--一種使這架飛機(jī)與眾不同的誘惑。在F-35上，胡蘿卜是“VLO-very low observability”，或者說(shuō)“非常低的可觀察性”。通過(guò)雷達(dá)和其他傳感手段，這架飛機(jī)很難被探測(cè)到。
但胡蘿卜實(shí)際上比這更好。F-35具有“可支持的-supportable”VLO。也就是說(shuō)，這架飛機(jī)上的VLO的維護(hù)成本非常低。
過(guò)去的隱形飛機(jī)不能做出這樣的聲明。由于雷達(dá)可以檢測(cè)到尖銳的邊緣，即使是過(guò)去VLO飛機(jī)外部部件之間的微小失配也可以使用環(huán)氧樹(shù)脂進(jìn)行平滑處理。環(huán)氧樹(shù)脂會(huì)在現(xiàn)場(chǎng)干燥、硬化和分離，這意味著必須經(jīng)常檢查和更換。
相比之下，F(xiàn)-35的相鄰部件匹配得如此流暢和精確，以至于不需要環(huán)氧樹(shù)脂。以前的隱形飛機(jī)的問(wèn)題已經(jīng)消失了。
這一好處，加上多用途的經(jīng)濟(jì)性，有助于贏得許多軍事部門(mén)的聯(lián)合支持。它們不僅包括美國(guó)的軍事部門(mén)，還包括其他八個(gè)伙伴國(guó)家的軍事部門(mén)。每個(gè)分支機(jī)構(gòu)的影響力與其貢獻(xiàn)成正比，因此非美國(guó)國(guó)家已承諾為飛機(jī)的開(kāi)發(fā)投入40多億美元。這是美國(guó)納稅人不必花的錢。
而回報(bào)幾乎直接歸功于數(shù)控加工。同樣，根據(jù)馬龍先生的說(shuō)法，可支持的VLO是外國(guó)支持的一個(gè)重要原因。允許支持VLO的是部件之間的緊密匹配。
為什么允許勢(shì)均力敵的比賽？我在最近參觀洛克希德·馬丁公司位于德克薩斯州沃斯堡的制造園區(qū)時(shí)看到了答案。
答案當(dāng)然是數(shù)控加工。復(fù)合材料蒙皮經(jīng)過(guò)研磨和鉆孔，公差非常接近，飛機(jī)的組裝表面避免了雷達(dá)所能看到的失配。
簡(jiǎn)言之，這家公司的數(shù)控加工集團(tuán)所獲得的精度幫助實(shí)現(xiàn)了一種如此有效、能力如此強(qiáng)大的飛機(jī)，以至于其他國(guó)家都想幫助我們支付費(fèi)用。
競(jìng)爭(zhēng)的FOG
一臺(tái)精密的五軸銑床提供了這種復(fù)合材料蒙皮的精確銑削和鉆孔。國(guó)防供應(yīng)商喜歡縮寫(xiě)詞；洛克希德·馬丁公司稱這種機(jī)器為“FOG-flexible overhead gantry”，意思是柔性高架龍門(mén)架。
事實(shí)上，F(xiàn)OG上使用的一個(gè)更有趣的項(xiàng)目是一個(gè)縮寫(xiě)為PINC-pressure induced normal-vectored countersink的設(shè)備。也許不可避免地，PINC被染成了粉紅色。（有關(guān)此設(shè)備的詳細(xì)信息，請(qǐng)參閱下文。）
FOG由機(jī)床制造商DS Technology提供，該公司的美國(guó)總部位于俄亥俄州辛辛那提。這臺(tái)五軸銑床的X軸托盤(pán)長(zhǎng)度為15米。提供位置精度的玻璃秤和用于體積補(bǔ)償?shù)膶Ｓ蠨S技術(shù)系統(tǒng)有助于在整個(gè)機(jī)器的大工作范圍內(nèi)保持嚴(yán)格的精度。F-35全球生產(chǎn)技術(shù)運(yùn)營(yíng)副總裁唐·基納德(Don Kinard)博士表示，他認(rèn)為這臺(tái)機(jī)器是“就其尺寸而言，世界上最準(zhǔn)確的機(jī)床”。
這里加工由碳纖維增強(qiáng)塑料（CFRP）制成的復(fù)雜輪廓零件，在加工過(guò)程中固定零件的同樣復(fù)雜的鋁制真空夾具也是如此。大約有56個(gè)復(fù)合材料零件號(hào)在機(jī)器中進(jìn)行銑削、修剪和鉆孔，但隨著零件號(hào)的整合以實(shí)現(xiàn)全面生產(chǎn)，這一數(shù)字可能會(huì)下降。對(duì)于典型的CFRP零件編號(hào)，該過(guò)程包括在零件固定在一個(gè)真空夾具上時(shí)加工復(fù)合材料零件的IML（內(nèi)模線或內(nèi)表面），然后在零件翻轉(zhuǎn)到相鄰的鏡像真空夾具上后加工OML（外模線）的剩余特征。
在我自己的訪問(wèn)中，洛克希德·馬丁公司不愿透露的最重要的細(xì)節(jié)是F-35機(jī)加工過(guò)程能夠保持的精確公差。相反，我了解了這個(gè)過(guò)程的要素。
因此，以下是實(shí)現(xiàn)這些未指定公差的一些原因：
01
擠壓銑刀-compression router
分層是復(fù)合材料零件加工精度的最嚴(yán)重障礙。修切邊緣時(shí)尤其如此。材料是分層的，機(jī)械加工的力會(huì)導(dǎo)致層分離。
里克·丹尼（Rick Denny）是聯(lián)合攻擊戰(zhàn)斗機(jī)加工系統(tǒng)的技術(shù)負(fù)責(zé)人。他說(shuō)，以前用于修切復(fù)合材料的切割工具——一種具有PCD邊緣的工具——只能使用21英尺。僅僅在這個(gè)距離之后，工具磨損引起的力的變化將導(dǎo)致分層開(kāi)始。
他說(shuō)，解決方案是使用硬質(zhì)合金工具。具體而言，該解決方案是由刀具供應(yīng)商AMAMCO（美國(guó)制造和營(yíng)銷公司）與美國(guó)國(guó)防制造和加工中心合作開(kāi)發(fā)的“壓縮路由器”。該工具的特殊幾何形狀（見(jiàn)圖）以一種在切割零件時(shí)將零件層壓縮在一起的方式引導(dǎo)切割力。他說(shuō)，這種工具的價(jià)格是以前工具的三分之一，但在磨損成為問(wèn)題之前，它通常可以使用100英尺。
02
銑削厚度
CFRP零件是使用自動(dòng)鋪絲過(guò)程精確制造的，但即使這樣也不能足夠精確地控制厚度。厚度必須通過(guò)數(shù)控銑削進(jìn)一步控制。PCD球頭立銑刀在一組平行的小臺(tái)階刀具路徑中加工零件（IML）的內(nèi)表面。
銑削操作大約需要6個(gè)小時(shí)。基納德博士認(rèn)為這是這個(gè)過(guò)程中可能會(huì)變得更高效的許多方面之一。加工小組正在研究是否可以在五軸路徑中使用平底銑刀來(lái)獲得必要的精度，該工具每次通過(guò)都可以去除更寬的材料帶。
03
混凝土補(bǔ)償
潛在變化的一個(gè)原因是車間地板的沉降。為了保持穩(wěn)定性，機(jī)器位于30英尺深的地基上。然而，即使是這種基礎(chǔ)也會(huì)隨著時(shí)間的推移而發(fā)生微妙的變化。為了確保任何沉降都不會(huì)影響機(jī)器的精度，F(xiàn)OG機(jī)器具有陶瓷測(cè)量球體，這些球體位于機(jī)器X-Y行程的四個(gè)角的保護(hù)殼中。機(jī)器每天對(duì)這些球體進(jìn)行探測(cè)，以監(jiān)測(cè)地基運(yùn)動(dòng)。
04
CMM檢查
對(duì)于如此大的工件和夾具，機(jī)上檢查似乎是最實(shí)用的驗(yàn)證手段。也就是說(shuō)，只需將零件留在原位，然后在機(jī)器上進(jìn)行測(cè)量。基納德博士指出了這種方法的問(wèn)題：與FOG機(jī)器的成本和價(jià)值相比，即使是大型CMM也會(huì)是低成本的。
因此，F(xiàn)OG更有效的用途是使其免于檢查，即使這意味著移動(dòng)零件。通過(guò)一個(gè)巨大的三托盤(pán)交付系統(tǒng)，每個(gè)零件都可以從蔡司（Zeiss）運(yùn)送到一個(gè)房間大小的CMM。為了確保將零件固定在夾具上的真空在轉(zhuǎn)移過(guò)程中不會(huì)被破壞，一系列獨(dú)立的真空罐在每個(gè)托盤(pán)上移動(dòng)。
05
特種作業(yè)人員
了解這種精細(xì)精密工藝的各個(gè)方面需要進(jìn)行特殊培訓(xùn)，這導(dǎo)致沃斯堡工廠對(duì)機(jī)械加工技術(shù)人員進(jìn)行了新的分類。在FOG上工作的某些操作員被歸類為“STEM”，用于配備特殊技術(shù)的機(jī)器。
06
刀架注意事項(xiàng)
當(dāng)然，刀架也是影響加工精度的重要因素。任何一家達(dá)到精密加工中心精度的商店都可以欣賞這一點(diǎn)。刀具夾具的同心度、夾緊性或穩(wěn)定性不足可能會(huì)破壞其余過(guò)程。
FOG使用液壓支架，每個(gè)工具和工具支架組件使用Haimer的工具平衡測(cè)量機(jī)進(jìn)行平衡。對(duì)于長(zhǎng)距離的工具夾持（考慮到輪廓更大的零件的可訪問(wèn)性挑戰(zhàn)，這是一種常見(jiàn)的要求），該過(guò)程在液壓工具中使用Tribos擴(kuò)展。“Tribos”是Schunk的一種系統(tǒng)，它使用刀柄金屬的彈性變形作為熱激活收縮配合的替代方案。
07
埋頭孔控制
加工埋頭孔曾經(jīng)是該工藝中成本較高的挑戰(zhàn)之一。由于即使是埋頭孔也需要F-35蒙皮零件的精度，技術(shù)人員過(guò)去常常使用手動(dòng)埋頭孔規(guī)測(cè)量孔，并手動(dòng)更新機(jī)器偏移量。該過(guò)程耗時(shí)且容易出錯(cuò)。現(xiàn)在，使用洛克希德·馬丁公司內(nèi)部開(kāi)發(fā)的設(shè)備，手工工作已經(jīng)被取消。該設(shè)備是PINC，用于壓力引起的法向矢量加工埋頭窩。
技術(shù)研究員里克·盧普克（Rick Luepke）和應(yīng)用工程師杰米·史密斯（Jamie Smith）（如圖）領(lǐng)導(dǎo)了該工具的開(kāi)發(fā)。該工具安裝在FOG的主軸上，包含切削工具（組合鉆頭/埋頭工具），并具有一個(gè)可精確調(diào)節(jié)的鼻狀件，該鼻狀件在切割之前與零件表面接觸。通過(guò)包括鼻形件和整體線性補(bǔ)償在內(nèi)的純機(jī)械方式，該設(shè)備可以使機(jī)器偏離零件表面，從而可以準(zhǔn)確自動(dòng)地放置埋頭孔。因?yàn)樗恍枰獙?duì)機(jī)器進(jìn)行電子反饋，所以可以在現(xiàn)有機(jī)器上使用，而無(wú)需改造。
史密斯女士說(shuō)，這種設(shè)備可以在市場(chǎng)上買到。洛克希德·馬丁公司授權(quán)密歇根州特洛伊市的杰伊·恩恩公司出售。洛克希德·馬丁公司自己的PINC版本本身是部分粉紅色的（見(jiàn)圖），但許可協(xié)議沒(méi)有規(guī)定顏色。
08
第二臺(tái)機(jī)器
不過(guò)，說(shuō)真的：基納德博士說(shuō)，PINC對(duì)F-35機(jī)加工成本的影響已經(jīng)很明顯了。該設(shè)備展示了看似狹窄的制造改進(jìn)可以達(dá)到的程度。自動(dòng)锪窩加工已經(jīng)轉(zhuǎn)化為更大的機(jī)器可用性，因?yàn)闄C(jī)器不再等待手動(dòng)孔測(cè)量，也不再因锪窩放置錯(cuò)誤而浪費(fèi)時(shí)間。由于這些節(jié)省，每個(gè)零件的生產(chǎn)成本更低，沃斯堡工廠可以用更少的FOG機(jī)器來(lái)滿足其需求。
他說(shuō)，又有一只狐貍來(lái)了。下一個(gè)30英尺深的地基的坑已經(jīng)挖好了。在锪窩系統(tǒng)的其他省時(shí)、省電的創(chuàng)新的最終幫助下，該公司希望僅這兩臺(tái)機(jī)器就足以滿足F-35全面生產(chǎn)的所有復(fù)合材料龍門(mén)加工需求。
你能解決這個(gè)鉆孔挑戰(zhàn)嗎？
洛克希德·馬丁公司裝配區(qū)的這一部分（如左圖所示）說(shuō)明了飛機(jī)某些部件通常需要的孔的數(shù)量。
如何降低精密加工的成本？這個(gè)問(wèn)題—以這樣或那樣的形式—占據(jù)了洛克希德·馬丁公司眾多工程師的大部分注意力。如果F-35蒙皮部件中使用的相同類型的精密五軸銑削能夠在整個(gè)飛機(jī)上經(jīng)濟(jì)高效地應(yīng)用，結(jié)果將是組裝成本低得多的高性能飛機(jī)。該公司期待著機(jī)床技術(shù)發(fā)展到今天的那一天。
與此同時(shí)，洛克希德·馬丁公司負(fù)責(zé)F-35全球生產(chǎn)的技術(shù)運(yùn)營(yíng)副總裁唐·基納德博士描述了一種不同的制造解決方案，如果能找到的話，這種解決方案可能會(huì)產(chǎn)生類似的全面影響。他說(shuō)，在組裝過(guò)程中，零件要經(jīng)過(guò)大量的鉆孔。這張照片顯示了僅一個(gè)組件中可能涉及的孔數(shù)。有些工作是在數(shù)控鉆床上完成的，有些是用工程手動(dòng)工具完成的。在任何一種情況下，都必須檢查許多或大部分鉆孔。
但是，如果有一種方法可以一次鉆孔并檢查一遍呢？
唐·基納德博士說(shuō)，具體來(lái)說(shuō)，孔徑和埋頭窩深度是否都可以被確認(rèn)為產(chǎn)生這些特征的同一道工序的一部分？
他不知道這樣的系統(tǒng)是如何工作的。也許是通過(guò)使用電場(chǎng)進(jìn)行感應(yīng)？無(wú)論是什么機(jī)制，找到解決這一挑戰(zhàn)的方法都將降低在每個(gè)都有數(shù)千個(gè)關(guān)鍵孔的飛機(jī)上鉆孔的成本。
原文見(jiàn)：
1.《From the CW archives: Drilling is not for the faint of heart 》2024.2.21
2.《Optimizing, customizing composites hole drilling》2024.2.21 (初發(fā)布日期：2012.4.9 )
3.《Skinning the F-35 fighter》 2009.10.19
4.《Composites Machining for the F-35》 2010.8.3
楊超凡 2024.2.26