直升机复合材料应急修理工具的研制(代永朝)

1、第二十四届（2008）全国直升机年会论文直升机复合材料应急修理工具的研制代永朝郑立胜董玉祥（空军第一航空学院，河南信阳464000）摘要：依照直升机复合材料外场和野外条件下应急修理的需要，采纳工具钢镀金刚砂工艺设计和气动旋转磨削加工技术，研制了系列复合材料专用快速修理工具，专门好地知足了直升机复合材料结构应急修理的需要。关键词：复合材料，应急修理，工具1 .前言直升机灵活机动的特点使其成为抢险救灾和野战突击的重要工具。因此野外条件下的直升机结构损伤应急抢修，对其持续飞行能力以及战斗能力的维持十分关键。目前，复合材料已成为先进直升机结构的要紧用材，复合材料结构的应急修理已是直升机应急修理的要紧组

2、成部份。为此，本文针对直升机复合材料结构形式和机械加工特点，依照其修理方式要求，研制设计了便携快捷的直升机复合材料应急修理工具。2 .直升机复合材料的大体修理方式及其工具配置直升机复合材料结构损伤的应急修理要紧有胶接修理和机械连接贴补修理两种大体方式1-3。其中胶接修理可分为贴补和挖补两种大体的修理工艺：贴补修理是指在损伤结构的外部，通过粘接或粘接共固化来固定一外部补片以恢复结构的强度、刚度及利用性能的一种修理方式（见图1）;挖补修理是指采纳铳切等方式将损伤结构挖除，并形成斜接式或阶梯式的粘接面，然后采纳预浸料或其他填充物填充挖补区，最后经固化取得平整修理表面的一种修理方式（见图2）。而机械连

3、接贴补修理那么是采纳钛合金图1复合材料胶接修理7空/图2复合材料机械连接贴补修理依据上述修理方式工艺要求，复合材料修理需要两类工具。一类是能够为复合材料胶接修理中胶粘剂和密封胶固化提供热源和压力的设备，依照便携化、小型化和智能化的外场应急修理要求，胶接热补仪是一种专门好的选择，它的要紧功能包括控温加热、提供辅助真空、除尘干燥和工艺进程记录监控等，HEATCON、WichTechIndustries、Airtech、GMI、富士等国际知名企业及研究单位和国内的空军第一研究所都接踵开发出了此类产品。另一类是复合材料修理工艺所需的钻孔、钢窝、切割、打磨和挪接等机械加工工具。由于复合材料的专门性能，传

4、统的机械加工工具并非适合直升机复合材料的外场应急修理，因此，本文针对复合材料的性能特点和外场应急修理要求，研制了专用的复合材料修理工具，专门好地解决了直升机野外条件下损伤原位修理的钻孔、钢窝、切割、打磨和挪接等工艺要求。图3为本文设计开发的直升机应急修理工具设备。图3直升机复合材料应急修理工具3 .复合材料应急修理工具的设计复合材料是完全不同于金属的各向异性材料，其强度大、硬度高，但层间强度低,不耐冲击，易分层，一般工具对复合材料进行钻孔、切割和打磨等机械加工时，很容易造成份层和劈裂等损伤，且工具磨损极快4，5。因此必需依照复合材料的性能特点，再结合其外场应急修理的工艺需要，研制出有针对性的加

5、工工具。硬质合金制孔刀具的设计由于以碳纤维材料为代表的先进复合材料的硬度高，对一般高速钢和工具钢材料制成的钻头磨损极快，为此必需选用硬质合金作刀具材料。在参考国外硬质合金选材的基础上，发觉选用钨钴类硬质台金是适合的，因为这种硬质合金有较高的抗弯强度和韧性，能够减少切削时崩刃。同时，它的磨削加工性较好，适于磨出锋利的刃口。对于钻头几何参数的选择，咱们进行的实验研究说明：当钻头顶角在100°120。范围，后角为15。25。，螺旋角选择25。30。时，能够有效地减少复合材料分层和劈裂现象，且一次刃磨钻孔数可达100个以上，制孔的质量也比较好。锪窝钻的设计锪窝时由于硬质合金锪窝钻不能从头修磨

6、，属一次性利用，其利用寿命仍然很短，在台钻上锪窝的寿命最长为190个窝，在风钻上利用有的只能锪几十个窝。另外，整体式硬质合金锪窝钻的制造工艺复杂，目前尚不能进行工业生产，因此本钱高，经济效益低。为解决上述难题，咱们依照磨削加工的原理，采取在一般工具钢锪窝钻工作面上镀金刚砂的方式研制出了人造金刚砂锪窝钻。人造金刚砂锪窝钻的制造工艺简单，本钱较低，它的利用寿命比硬质合金锪窝钻提高20倍以上。用它加工沉头窝时，可将原刮削作用变成磨削作用。咱们在实验研究中发觉，由于磨削加工可选用较高的转速，故其锪窝效率远远高于一般锪窝钻，而且实际锪窝质量检查说明，沉头窝末显现任何分层和毛刺。考虑到复合材料修理中对沉头窝的面质量要求较高，锪窝钻镀金刚砂为100。另外，由于复合材料连接用钛合金紧固件钉头大多为100°，因此锪窝钻也设计为100°。复合材料切割工具的设计复合材料结构在损伤修理时，要紧涉及到圆形和矩形两种类型孔的制作，这些孔直径一样在20mm以上。在复合材料的修理进程中，假设仍采纳大直径的硬质合金钻头，不仅本钱高，而且钻削时的轴向力会随着钻头的直径加大而急剧增大，因此很容易产生分层损伤。为解决上述难题，依照复合材料的加工特性和磨削加工原理，本文研制