碳纖維復合材料在工裝上的應用研究

（中航工業(yè)沈陽黎明航空發(fā)動機（集團）有限責任公司工裝制造廠，遼寧 沈陽 110043）

碳纖維復合材料在工裝上的應用研究

于 菲 鄒華哲 車宏亮 宋慧軍

（中航工業(yè)沈陽黎明航空發(fā)動機（集團）有限責任公司工裝制造廠，遼寧 沈陽 110043）

在生產加工現場使用的工裝中，有些大尺寸測具都是采用鋼件結構非常笨重，測具主體材料選擇不合理，沒有采用輕質材料，導致測具笨重，使用很不方便，尤其測量大尺寸薄壁件，易造成被測零件損傷變形。在保證使用性能的條件下，盡可能的減輕主體零件的重量。通過對各種資料的搜集分析，了解到碳纖維復合材料具有高強度、耐腐蝕、低熱膨脹、耐高溫、重量輕等優(yōu)點。根據工裝使用性能，工裝在非定位件、主體橫梁類等主體簡單型面的零件，只對強度和剛性有要求，使用普通的碳纖維復合材料比較適合，用復合材料代替工裝結構中的橫梁、支架等非定位件普通的鋼類結構件，達到減輕工裝的重量的目的，解決長期存在的工裝笨重問題。

碳纖維；復合材料；笨重；剛性；工裝

引言

測具笨重是近年來生產現場反映比較多的問題之一，在國內同行業(yè)都存在這個問題，經過大量的實物和材料分析研究，針對長度測量的測具進行試驗應用，從設計源頭上保證測具的合理性，徹底解決測具笨重的問題。要從測具的橫梁、支架等非定位件零部件的材料方面解決測具笨重問題。在測具主體材料的選材上，從而整體減輕測具的重量，根據測具的結構和使用要求，選擇合適的輕質材料，以減輕測具的重量。設計制造出的新型的應用輕質材料普通的碳纖維復合材料比同樣鋼結構件測具的重量減輕60%，大大減輕了工裝的重量，來改進測具結構笨重問題，并應用推廣到零件生產中。

1 碳纖維復合材料的特點

復合材料是指由有機高分子、無機非金屬或金屬等幾類不同材料通過復合工藝組合而成的新型材料。先進的復合材料（Advanced composite materialsj簡稱ACM）是指用碳纖維等高性能增強相增強的復合材料，對于先進樹脂基復合材料，在綜合性能上與鋁合金相當，但比剛度比強度高于鋁合金。碳纖維是最重要的增強材料，在復合材料大家族中，纖維增強材料一直是人們關注的焦點。

碳纖維主要是由碳元素組成的一種特種纖維，其含碳量隨種類不同而異，一般在90%以上。碳纖維具有一般碳素材料的特性，如耐高溫、耐磨擦、導電、導熱及耐腐蝕等，但與一般碳素材料不同的是，其外形有顯著的各向異性、柔軟、可加工成各種織物，沿纖維軸方向表現出很高的強度。碳纖維比重小，因此有很高的強度。碳纖維是由含碳量較高，在熱處理過程中不熔融的人造化學纖維，經熱穩(wěn)定氧化處理、碳化處理及石墨化等工藝制成的 由碳纖維和環(huán)氧樹脂結合而成的復合材料，由于其比重小、剛性好和強度高，在航空航天工業(yè)中已采用先進復合材料，而工裝上只應用普通的碳纖維復合材料，就能滿足強度和剛性的要求，并達到減輕工裝的重量。

2 應用碳纖維復合材料的測具結構方案

為解決測量大尺寸測具笨重問題，使用鋼管、碳纖維等復合材料代替結構鋼，減輕測具重量，避免薄壁零件壓變形，提高測量精度。研制方形、圓形碳纖維的結構，滿足測具橫梁的要求，應用到檢測大尺寸的長度測具中，減輕測具重量。

圖1 碳纖維材料嚓測具結構簡圖

在檢查薄壁零件直徑在1000左右尺寸的測具設計中，橫梁應用圓形碳纖維材料管子代替原鋼件尺板，為便于加工，在碳纖維材料管子兩端膠粘普通的鋼件固定塊，左端用于固定定位銷，右端使用杠桿結構，結構簡圖如圖1所示。

在工裝的專用測量工具結構上，只要求結構的強度和剛性及耐磨性，其它沒有過多的要求.首次研究試制時采用普通的碳纖維復合材料管子，兩端粘結普通的圓形鋼件結構固定塊，用于連接其它鋼制零部件。由于在加工制造時，無法定位，為降低加工難度，與工藝研究兩端連接的圓形柱銷改為長方體結構，并且與廠家聯系，要求保證長方體兩側定位面的平行度，然后我們以長方體兩側定位面為基準，進行測量銷和表架的組合加工，保證測具兩基準的平面度要求，使測具能可靠定位，準確測量，確保測具備的測量精度。

結語

通過該項研究應用，可在測具主體材料的選材上，如測具的橫梁、支架等非定位件零部件的材料方面，根據測具的結構和使用要求，選擇合適的輕質材料，以減輕測具的重量。通過在多套測具上應用碳纖維材料復合材料， 從而整體減輕測具的重量，使測具的重量比同樣鋼件測具減輕了60%，解決了工裝設計結構笨重問題，增加測具的測量穩(wěn)定性，該新材料的研究應用，是設計能力和制造能力的提高，并應用推廣到各產品生產中。

[1] 張桂環(huán)，劉起秀，曹子讓.碳纖維復合材料在醫(yī)療上的應用研究——人工骨[J].新型炭材料，1991（01）.

TQ342

A