航空復(fù)合材料制件加工、裝配及無(wú)損檢測(cè)（節(jié)選）

作者：陳亞莉
復(fù)合材料制件成型后，需要進(jìn)行機(jī)械加工，包括外形尺寸加工、鉆孔等，要求具有很高的加工質(zhì)量。復(fù)合材料制件屬于脆性各向異性材料，常規(guī)的加工方法不能滿足復(fù)合材料加工質(zhì)量要求。傳統(tǒng)切割方式在加工纖維材料時(shí)具有以下缺點(diǎn)：切割速度慢、效率低；復(fù)合材料制件屬于易變形材料，切割精度難以保證；在切割高韌性材料時(shí)，刀具和鉆頭等磨損快、損耗大；加工復(fù)合材料層合板時(shí)易發(fā)生分層破壞等。因此要求復(fù)合材料生產(chǎn)需配備大型自動(dòng)化高壓水切割機(jī)、超聲切割設(shè)備和數(shù)控自動(dòng)化鉆孔系統(tǒng)等專用設(shè)備，以滿足復(fù)合材料制件經(jīng)加工后無(wú)分層磨損且符合裝配尺寸精度的要求。
大型機(jī)翼蒙皮層合板一般采用大型高壓水切割機(jī)進(jìn)行凈形切割，世界上最大切割機(jī)的床身為36m×6.5m，由Flow International公司制造。這種磨粒噴水切割機(jī)可以快速切割厚的層合板而不致產(chǎn)生層合板過(guò)熱，25mm厚的層合板可以0.67m/min速度切割，對(duì)6mm薄的層合板，切割速度可以高達(dá)3m/min，厚的蒙皮可以0.39m/min速度切割。


超聲切割設(shè)備將超聲振動(dòng)能量加載在切割刀具上，可有效地分離纖維材料的邊界，從而有效解決上述傳統(tǒng)切割方法帶來(lái)的問(wèn)題。超聲切割技術(shù)的切割質(zhì)量?jī)?yōu)良，具有無(wú)毛刺、無(wú)刀具磨損、無(wú)碳化材料、切割力小、不易造成分層，切割速度快、精度高等特點(diǎn)。已經(jīng)在國(guó)外航空企業(yè)內(nèi)得到廣泛的應(yīng)用。
隨著飛機(jī)的金屬結(jié)構(gòu)逐漸向復(fù)合材料結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)移，復(fù)合材料制造的自動(dòng)化顯得日益重要。而自動(dòng)化程度較高的裝配技術(shù)尤其顯得重要。復(fù)合材料的使用使飛機(jī)機(jī)體有可能采用大型整體結(jié)構(gòu)件制造，如787最后總裝只進(jìn)行六大部件的對(duì)接，即前機(jī)身、中機(jī)身、后機(jī)身、機(jī)翼、水平安定面和垂直尾翼。這些整體大部件使裝配過(guò)程中避免使用傳統(tǒng)巨型工裝，而更多地采用便攜式工具。飛機(jī)結(jié)構(gòu)件的移動(dòng)不采用龍門吊車。


柔性裝配、自動(dòng)鉆鉚等先進(jìn)技術(shù)集成應(yīng)用于復(fù)合材料大型部件的自動(dòng)裝配中。飛機(jī)柔性裝配技術(shù)考慮作為裝配對(duì)象的航空產(chǎn)品本身特征，基于飛機(jī)產(chǎn)品數(shù)字化定義，通過(guò)飛機(jī)柔性裝配流程、數(shù)字化裝配技術(shù)、裝配工裝設(shè)計(jì)、裝配工藝優(yōu)化、自動(dòng)定位與控制技術(shù)、測(cè)量、精密鉆孔、伺服控制、夾持等實(shí)現(xiàn)飛機(jī)零部件快速精確的定位和裝配，可減少裝配工裝的種類和數(shù)量，提高裝配效率和裝配準(zhǔn)確度，提高快速響應(yīng)能力，縮短飛機(jī)裝配周期，增強(qiáng)飛機(jī)快速研制能力。它是一種能適應(yīng)快速研制、生產(chǎn)及低成本制造要求、滿足設(shè)備和工裝模塊化可重組的先進(jìn)裝配技術(shù)。如B787的復(fù)合材料機(jī)翼結(jié)構(gòu)件的移動(dòng)采用了自動(dòng)化導(dǎo)引車等柔性裝配技術(shù)。
自動(dòng)鉆鉚機(jī)廣泛應(yīng)用于復(fù)合材料大型部件的自動(dòng)裝配，如A380機(jī)翼裝配采用了自動(dòng)化可移動(dòng)鉆孔設(shè)備。這些鉆削設(shè)備與傳統(tǒng)金屬材料鉆削設(shè)備的本質(zhì)區(qū)別在于，為保持鉚釘孔周圍的結(jié)構(gòu)完整性，要求鉆孔時(shí)無(wú)分層，因此制孔一般要用硬質(zhì)切削刀具，采用多步鉆孔法。鑒于復(fù)合材料的制造方法不同，其可切削加工性也各異。例如，編織結(jié)構(gòu)為“十”字形花樣的織物，比單向排列的織物帶易切削，后者的磨損力更大且易產(chǎn)生分層、鉆孔時(shí)有纖維未切到的問(wèn)題。因此，根據(jù)復(fù)合材料構(gòu)件不同的成型方式，應(yīng)選擇不同的鉆削參數(shù)、材料及形狀的鉆頭。

復(fù)合材料制件無(wú)損檢測(cè)設(shè)備主要需要配置大型超聲C掃描設(shè)備和X光無(wú)損檢測(cè)設(shè)備。此外，激光剪切攝影及激光超聲檢測(cè)也是主要發(fā)展方向。
在超聲檢驗(yàn)技術(shù)方面最重要的進(jìn)展之一是相控陣檢驗(yàn)的開發(fā)。相控陣超聲檢驗(yàn)與傳統(tǒng)超聲檢驗(yàn)相比，改進(jìn)了探測(cè)的概率，并明顯加快了檢驗(yàn)速度。
傳統(tǒng)的超聲檢驗(yàn)要用許多個(gè)不同的探頭來(lái)作綜合性的體積分析，而相控陣檢驗(yàn)用一個(gè)多元探頭即可完成同樣的結(jié)果。這是由于每一個(gè)元素探頭可以進(jìn)行電子掃描和電子聚焦，每一元素探頭的啟動(dòng)有一個(gè)時(shí)間上的延遲。其結(jié)果是合成的超聲束的入射角可加以變化，焦點(diǎn)深度也可以變化，這就是說(shuō)體積檢驗(yàn)的速度可以比傳統(tǒng)法快得多。因?yàn)橛脗鹘y(tǒng)法時(shí)，探頭必須適時(shí)更換，而且必需多路傳輸才能得出不同的入射角和焦點(diǎn)深度。此外，相控陣探頭可提供更寬的覆蓋范圍，從而比傳統(tǒng)探頭有更高的生產(chǎn)效率。

復(fù)合材料在飛機(jī)上用量的遞增使復(fù)合材料制造業(yè)迅速成為飛機(jī)制造業(yè)的主要組成部分。今后飛機(jī)50%以上的結(jié)構(gòu)件將由金屬轉(zhuǎn)為復(fù)合材料，復(fù)合材料制造將成為飛機(jī)制造的基本手段。復(fù)合材料制造工藝和專用設(shè)備是先進(jìn)復(fù)合材料關(guān)鍵技術(shù)之一，值得我們投入大量的人力物力加以研發(fā)和應(yīng)用。掌握了先進(jìn)復(fù)合材料制造技術(shù)，就掌握了未來(lái)飛機(jī)的先進(jìn)制造技術(shù)。

相控陣超聲檢驗(yàn)與傳統(tǒng)超聲檢驗(yàn)相比，改進(jìn)了探測(cè)的概率，并明顯加快了檢驗(yàn)速度。
傳統(tǒng)的超聲檢驗(yàn)要用許多個(gè)不同的探頭來(lái)作綜合性的體積分析，而相控陣檢驗(yàn)用一個(gè)多元探頭即可完成同樣的結(jié)果。這是由于每一個(gè)元素探頭可以進(jìn)行電子掃描和電子聚焦，每一元素探頭的啟動(dòng)有一個(gè)時(shí)間上的延遲。其結(jié)果是合成的超聲束的入射角可加以變化，焦點(diǎn)深度也可以變化，這就是說(shuō)體積檢驗(yàn)的速度可以比傳統(tǒng)法快得多。因?yàn)橛脗鹘y(tǒng)法時(shí)，探頭必須適時(shí)更換，而且必需多路傳輸才能得出不同的入射角和焦點(diǎn)深度。此外，相控陣探頭可提供更寬的覆蓋范圍，從而比傳統(tǒng)探頭有更高的生產(chǎn)效率。

所述不一定準(zhǔn)確。