復合材料裝配技術

       復合材料裝配技術主要涉及到的工藝過程就是連接,它分為復合材料件之間的連接以及復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、機械連接和混合連接三種(Z向銷釘增強連接不常用,在這里不討論)。
  復合材料結構有70%以上的破壞都是發生在連接部位,因此解決好連接問題非常重要。
 
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  膠接

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  復合材料件要盡量避免開孔,這是因為復合材料的層間剪切強度較低,每一個開孔部位就是一個應力集中點,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,可能涉及到技術難點主要包括以下幾點:
 ?。?)膠接接頭的設計
  接頭的設計相對簡單,關鍵是在工業上怎樣將設計實現。
 ?。?)膠接部位的表面處理
  主要方法有砂紙打磨、陽極化處理(有機溶劑清洗)、表面噴砂、表面刻痕等,其目的都是增大粘結劑和膠接區接觸面積,增強膠接效果。
 ?。?)膠接工藝的實施
  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行膠接實施。
  膠接實施過程中的主要問題是:粘結劑選擇以及膠層厚度控制(粘結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品的尺寸精度)、工裝夾具使用(保證試件對中,膠層受力均勻,減少應力集中)、環境溫度和濕度控制(保證粘結劑的固化質量)、后處理(要盡量避免對膠接部位的二次破壞)等。
 
  機械連接
 
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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。在膠接強度不能滿足需要時,就必須選用機械連接,機械連接必然涉及到復合材料制孔,而孔的加工質量直接決定著機械連接的有效性。
  制孔是復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重的問題,這些不同尺寸的分層會對復合材料結構長期的可靠性造成威脅。復合材料在制孔過程中產生的分層主要有三種:鉆孔入口的剝離分層、鉆孔內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合材料板上的未變形切削層厚度。
  減少分層的關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合材料件的預制孔位置上下墊上復合材料墊塊(其組成和復合材料件相同)并用夾具夾緊。無法加裝墊塊時,要通過刀具幾何參數和鉆削加工參數優化、預加工技術、變進給技術、背支撐技術、特種專用鉆頭等技術來盡量避免分層的出現。
  特別的,當碳纖維復合材料件與金屬件連接時,要特別注意電偶腐蝕的問題,這是因為碳纖維的電極電位較正,與其組成的碳纖維復合材料在腐蝕環境下呈惰性,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行過渡和調節(如金屬表面陽極化、磷化或噴漆、復合材料表面涂漆或共固化一層玻璃纖維織物等),同時緊固件選用耐腐蝕且與復合材料電位差小的材料。