Обработка и соединение композиционных материалов

На практике часто возникает необходимость соединения деталей узлов из композиционных материалов между собой и с конструкциями, выполнен­ными из металлов и сплавов. В этом случае задача сводится к обеспечению равнопрочности соединения с основным материалом. Соединение компози­ционного материала производится через матрицу, по прочности существенно уступающей волокнам. В месте соединения волокна претерпевают разрывы и для обеспечения прочности соединения необходимо использовать большие пере­крытия. Отношение длины перекрытия к толщине материала обычно не менее 20.

К металлическим композиционным материалам применимы методы со­единения точечной и диффузионной сваркой, пайкой, с помощью болтов, заклепок и клеев.

Наиболее надежным и дешевым способом соединения композиционных материалов является точечная сварка. Высокое качество и надежность со­единения обеспечиваются режимами сварки, при которых упрочняющие во­локна не подвергаются длительному нагреву и не перерезаются. Сварка ком-

позиционных материалов требует тщательного выбора режимов, которые реализуются на обычном сварочном оборудовании или усовершенствован­ном, обеспечивающем более плавное регулирование давления и температуры.

Соединение с помощью болтов и заклепок менее эффективно, чем со­единение, полученное точечной сваркой. Сверление отверстий неизбежно связано с разрушением волокон, и прочность таких соединений зависит от прочности материала матрицы. Прочность болтовых и заклепочных соеди­нений повышают дополнительным перекрестным армированием их фольгой из коррозионностойких сталей, сплавов. Во избежание поломок волокон (на­пример, борных) внешний слой матрицы должен быть не очень тонким. Ве­личина усилия натягивания болтов и заклепок контролируется и устанавли­вается в зависимости от качества соединяемых материалов.

Прочность клеевых соединений зависит от способа и качества подготов­ки поверхности. Для очистки поверхностей соединения от посторонних включений используют пескоструйную или механическую обработку вра­щающейся стальной щеткой.

Комбинированные клееболтовые и клеезаклепочные соединения более прочны и надежны, чем соединения клеевые или механические в отдельности.

Композиционные материалы, армированные металлическими и угле­родными волокнами, удовлетворительно обрабатываются методами механи­ческой обработки: резкой, фрезерованием, сверлением, шлифованием. Труд­ности возникают при обработке композиционных материалов, упрочненных вольфрамовой проволокой диаметра, большего 0,3 мм. Механическая обра­ботка материалов, армированных волокнами, методами резания практически невозможна. Борные волокна, обнаруживающие высокие абразивные свойст­ва, быстро притупляют режущие кромки инструмента, а сами волокна вблизи линии реза выкрашиваются, разрушаются и выдергиваются из матрицы. Об­рабатывающий инструмент и материал разогреваются, армирующие волокна теряют прочность, а сама композиция очень часто расслаивается.

Наилучшие результаты при сверлении отверстия получены при исполь­зовании сверл с алмазными покрытиями режущей кромки. Сверление произ­водится при охлаждении инструмента эмульсией.

Абразивная резка обеспечивает высокое качество краев обрабатываемо­го материала независимо от направления упрочняющих волокон. Процесс обеспечивает высокую производительность при хорошей стойкости инстру­мента. Одним из названных методов производят крепление накладок (стоп-перов) на наиболее нагруженные места конструкции и тем самым повышают ее несущую способность.

Установка накладок в непосредственной близости от концов трещин предот­вращает резкое снижение разрушающих напряжений при статических нагрузках с увеличением длины трещины (/) (рис. 10.25, а) и позволяет затормозить или полно­стью остановить развитие трещины при циклическом нагружении (рис. 10.25, б).

\	Накладки
	\
	сз
	-о
	Itt'tl

При отсутствии

Конструкция с трещиной
Накладки/.

		1, i
	рт	:|
	-□
	1::	:|

/

N

Рис. 10.25. Эффективная роль накладок из композиционных материалов для восстановления работоспособности конструкций с трещинами: а — зависимость разрушающих напряжений от длины трещины; б — зависимость длины усталостной трещины от числа циклов нагрузки

Контрольные вопросы

1. Что представляет собой композиционный материал?

2. Назовите признаки, по которым классифицируют композиционные материалы. Приведите пример классификации.

3. Чем вызвано упрочнение дисперсно-упрочненных и волокнистых композицион­ных материалов?

4. Назовите материалы, используемые для армирования матриц и рассмотрите их основные прочностные характеристики.

5. Чем обусловлена высокая термическая стабильность свойств эвтектических композиционных материалов.

6. В чем заключаются преимущества композиционных материалов на неметалличе­ской матрице? < >