1939年，他將航天技術(shù)上的知識(shí)應(yīng)用到VS-300機(jī)型上，該系統(tǒng)是世界上首架實(shí)用的旋翼飛機(jī)。從那以后，該公司成為直升飛機(jī)的主要生產(chǎn)商，不僅生產(chǎn)軍用/商用飛機(jī)，也進(jìn)行技術(shù)開發(fā)應(yīng)用，其中包括了X2演示機(jī)型（如圖1a）。 現(xiàn)在，重于空氣的直升機(jī)飛行已經(jīng)成為可能，但是還需要大大降低機(jī)身的重量。在航天航空領(lǐng)域，對(duì)旋翼飛機(jī)的主要要求就是提高結(jié)構(gòu)中每個(gè)零部件的效率。機(jī)身結(jié)構(gòu)上的少許增加可能導(dǎo)致有效載荷的嚴(yán)重?fù)p失。載荷的損失和燃料承載能力的降低可能導(dǎo)致整體設(shè)計(jì)的失敗。 在旋翼飛機(jī)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)中，輕型材料的使用十分重要，例如UH-60A黑鷹的設(shè)計(jì)（圖1b）。
鈦、鎂、鋁和更多的復(fù)合材料被廣泛用于旋翼飛機(jī)的制造中。鈦是Sikorsky旋轉(zhuǎn)器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的主要材料，而鎂是變速器結(jié)構(gòu)的主要材料，鋁是機(jī)身零件的主要材料。復(fù)合材料正更多的被用于葉片、旋翼頭零件和機(jī)身結(jié)構(gòu)中。 旋轉(zhuǎn)器零部件和變速器的制造是采用大型金屬坯鍛造而成的。機(jī)身也包含了一些采用鍛造材料的零件，但是，機(jī)身零件絕大多數(shù)采用鋁板。傳統(tǒng)上，使用7000系列鋅基鋁合金來(lái)進(jìn)行加工，這是因?yàn)樵摵辖鹁哂辛己玫撵o止力度和疲勞強(qiáng)度。雖然7000系列鋁材料很適合航空應(yīng)用，但是它們不耐高溫?？焖偌訙?，如焊接和激光切割等操作，會(huì)導(dǎo)致微裂痕。微裂痕導(dǎo)致疲勞強(qiáng)度的降低。焊接和激光切割是兩種產(chǎn)生熱致微裂痕的加工。 激光切割的優(yōu)勢(shì)在于能快速、準(zhǔn)確的將鋁箔加工成不同的形狀，該技術(shù)優(yōu)勢(shì)使得激光切割設(shè)備剛實(shí)現(xiàn)商業(yè)化就吸引了許多航空公司。二十世紀(jì)七十年代，主要的制造商對(duì)激光切割技術(shù)進(jìn)行了評(píng)估，他們發(fā)現(xiàn)，激光加工產(chǎn)生的微裂痕對(duì)零件的疲勞特性所產(chǎn)生損害是不允許的。潛在的增重?fù)p害了制造業(yè)的利益，就使得激光切割技術(shù)被主要的機(jī)身制造商們束之高閣。 除了微裂痕的問題，人們還發(fā)現(xiàn)激光切割技術(shù)的參數(shù)很難控制，幾乎無(wú)法進(jìn)行檢驗(yàn)。在目前的國(guó)際制造業(yè)市場(chǎng)，對(duì)所有加工和特征參數(shù)的檢驗(yàn)進(jìn)行嚴(yán)格的控制日益重要，因?yàn)檫@些加工工作更多的被外包給外圍的供應(yīng)商。 質(zhì)量和加工控制是至關(guān)重要的。任何給加工帶來(lái)不確定因素的過程都必須加以控制或者直接排除。
以往，激光切割給不同生產(chǎn)批次之間的質(zhì)量控制和一致性帶來(lái)了巨大的挑戰(zhàn)。 在目前的激光切割系統(tǒng)中，這些激光切割在航空應(yīng)用中的局限性都得到改進(jìn)，這些局限性包括疲勞性能和制造過程一致性降低的問題?，F(xiàn)在，激光系統(tǒng)在很大程度上減小了熱影響區(qū)域（HAZ）的大小和相應(yīng)的微裂痕。在激光切割過程中，技術(shù)人員已經(jīng)可以對(duì)切割參數(shù)進(jìn)行控制，并且利用計(jì)算機(jī)軟件進(jìn)行精確的重復(fù)。這些技術(shù)進(jìn)步使得人們對(duì)激光切割是否適用于機(jī)身結(jié)構(gòu)的生產(chǎn)重新思考。機(jī)身結(jié)構(gòu)主要是7000系列鋁材料制造而成。激光切割機(jī)器如圖2所示。
激光切割
疲勞斷裂通常發(fā)生在應(yīng)力集中的地方，如零件的邊緣，幾何形狀變化處，或者接合處。薄板金屬制成的機(jī)身零件有很多不同的接合方式，絕大多數(shù)的疲勞裂痕發(fā)生在接合處。如果激光沒有被用于切割接合處的小孔，那么激光主要就用于零件的邊緣切割。對(duì)于其他的效應(yīng)，可以采用最易損壞的連接位置來(lái)說明與連接處相比，激光切割帶來(lái)的微裂痕并非主要的損壞部位。這樣，我們就能得出結(jié)論：如果一個(gè)零件有可能在連接處斷裂，那么激光切割技術(shù)不會(huì)進(jìn)一步損壞零件的疲勞特性。
鉚合結(jié)構(gòu)
Sikorsky Aircraft公司進(jìn)行了一些測(cè)試，以研究激光切割邊緣與連接處小孔的疲勞特性之間的關(guān)系。在進(jìn)行激光邊緣測(cè)試時(shí)，技術(shù)人員使用了工廠中典型的激光切割操作來(lái)加工7075-T6復(fù)合金屬板。技術(shù)人員在不同的應(yīng)力級(jí)別對(duì)樣品進(jìn)行了測(cè)試，R值保持在+0.1。選擇+0.1是由機(jī)身結(jié)構(gòu)疲勞系數(shù)的臨界值決定的。 鉚合結(jié)構(gòu)（圖3）的疲勞性能是由Sikorsky公司的測(cè)試數(shù)據(jù)和發(fā)布在其他資源中的數(shù)據(jù)來(lái)確定的。如圖4所示，在整個(gè)過程中，激光切口邊緣比鉚合結(jié)構(gòu)承受更大的應(yīng)力。整個(gè)測(cè)試包括了持久力以及塑性形變測(cè)試，技術(shù)人員發(fā)現(xiàn)激光邊緣并不是整個(gè)過程的關(guān)鍵因素。雖然，該測(cè)試只是一個(gè)開始，但是它表明激光技術(shù)可以應(yīng)用在機(jī)身金屬板的切割中。
鉚合結(jié)構(gòu)與激光切口的測(cè)試比較
激光切割過程可以更快的加工具有一致性的零件，它比傳統(tǒng)的加工效率更高。激光技術(shù)有望降低加工時(shí)間和生產(chǎn)成本。長(zhǎng)時(shí)間以來(lái)，在7000系列鋁板的加工中，激光器的優(yōu)勢(shì)一直由于疲勞性能的降低而未能得到發(fā)揮。最近，激光系統(tǒng)的革新使得人們重新對(duì)激光切割航空用鋁的優(yōu)勢(shì)進(jìn)行評(píng)估。初步測(cè)試已經(jīng)表明激光技術(shù)在機(jī)身加工中的潛力。今后的機(jī)身系統(tǒng)以及現(xiàn)有的設(shè)計(jì)不應(yīng)因?yàn)檫^去的經(jīng)驗(yàn)而排除激光器在該機(jī)身系統(tǒng)中的可能應(yīng)用。我們應(yīng)該保持開放的態(tài)度來(lái)分析各種情況，以確定激光技術(shù)可否帶來(lái)產(chǎn)品效益。 人們采用一些技術(shù)來(lái)減小HAZ，使得加工過程精確并可控。這些技術(shù)可以使激光加工的金屬零件的疲勞退化得到降低，或者完全消除。正如同70多年前那些使得“重于空氣”的垂直飛行成為可能的技術(shù)那樣，激光切割技術(shù)不斷向前發(fā)展。雖然鋁板的激光切割起初并未用于航空行業(yè)，但在目前生產(chǎn)低成本、結(jié)構(gòu)有效的零件中，它有望起到一定的作用。
轉(zhuǎn)載請(qǐng)注明出處。
相關(guān)文章
熱門資訊
精彩導(dǎo)讀
關(guān)注我們
