F35复材蒙皮钻孔3——F-35复材蒙皮钻孔技术-3
本文摘要（由ai生成）：
本文主要介绍了 F-35 战斗机的钻孔工艺，包括手动、动力进给和自动（数控）三种类型。其中，手动钻孔需要在皮肤上安装模板，而动力进给和自动钻孔则采用了堆叠钻孔的方法。此外，文章还提到了洛克希德公司正在开发测量钻孔质量和工具寿命的参数，并在沃斯堡工厂建立了一个钻孔/机械加工卓越中心，以继续开发切削工具和技术。
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一旦复合材料蒙皮成型、修剪和检查，它们就可 以连接到组成的机身结构上了。这是通过在预定位置 钻穿蒙皮并进入框架的紧固件来实现的。对重量敏感 的 F-35 的钻孔管理和优化已成为一项重大工作， SDD 流程的一部分涉及对钻头、钻具几何形状、工具效率、工具寿命、钻孔时间、每个钻孔的成本和其他变 量的评估。
F-35 在钻孔方面已经有了一个良好的开端： 洛克 希德 · 马丁航空公司的制造工程高级职员、沃斯堡工 厂的常驻钻井孔大师之一 Glenn Born 表示，F-35 的整 个飞行器的切割工具图纸不到 50 张。相比之下， F-16 有 9000。这种减少主要归因于 F-22 和 F-35 计划中集成 的标准化工作，以解决常见的孔尺寸、紧固件减少和 处理复合材料/金属结构的常见装配方法。这也有助于 复合材料钻孔技术的快速发展。
F-35 上有三种类型的钻孔正在评估中：手动、动 力进给和自动（数控） ，尽管洛克希德公司的大多数 钻孔都是自动化的。在大多数情况下， F-35 的钻孔方 法是“ 堆叠 ” 的，这意味着将复合材料蒙皮放置在下 部结构上， 并使用一个一次性钻孔、扩孔和锪窝的单一钻具同时在蒙皮和下部结构上钻孔。 F-35 上最令人 印象深刻的钻孔操作之一涉及前机身，机身两侧各有 750 个孔， 由自动龙门式机头钻入。（见图， 右起第三 张）。
Born 说， 底层结构为蒙皮提供了支撑，因此有助 于防止分层。这种方法的缺点是产生一个孔所需的时 间——大约 30 秒，这取决于蒙皮的厚度。 Born 承认： “如果我们分别对蒙皮和下部结构进行钻孔， 这可能 会加快装配过程，但公差需要堆叠钻孔。当零件在其 他地方制造，然后在洛克希德 · 马丁公司进行匹配时，这尤其具有挑战性——在最大材料条件下，螺栓 到孔的间隙会减少， 干扰的机会太多了。 ”
机翼蒙皮由辛辛那提 Milicron 自动化龙门系统进 行堆叠钻孔。随后， F-35 团队使用 Virtek Vision International Inc.（加拿大安大略省滑铁卢）激光投影系 统，在紧固件安装期间将紧固件零件号投影到翼蒙皮 表面上， 以消除参考复杂图纸的需要。在无法进行自 动钻孔的情况下，手动钻孔需要在皮肤上安装一个模 板，显示钻孔位置。 Kinard 报告称， 投影系统的使用 在减少劳动力和任务跨度方面具有巨大潜力。
跟踪刀具更换阈值
考虑到使用叠层钻孔的决定，洛克希德公司专注 于开发测量钻孔质量和工具寿命的参数，主要是评估 工具磨损和随后降低的钻孔速度的成本与新的更快工 具的成本。沃斯堡工厂使用的大多数钻机电机采用空 气和液压。然而，刀具的锋利程度决定了钻孔速度。随着切削工具变钝， 这个过程需要更长的时间。 Born 说：“ 我们的供电系统最终会测量钻孔的时间长度。当达到阈值时，指示灯会通知操作员更换工具。 ”。他说，最终，洛克希德公司正在寻找良好的直径公差 和特殊的工艺控制， 使不合格的孔几乎不存在。 F-35孔质量的 Cpk（工艺能力的统计测量）目标为 1.3；Born 表示， 目前 Cpk 大约为 1.0，并且正在改善。“ 我 们的第一篇文章的质量比一些成熟的程序要好， ”他 认为。
正在评估所有这些修整和机加工系统以及钻孔工 艺的效率、成本、速度和其他变量，以确定整个 F-35 复合材料生产过程的最佳实践。洛克希德 · 马丁公司 在沃斯堡工厂建立了一个钻孔/机械加工卓越中心，以 继续开发切削工具和技术。如果 F-35 的寿命是真的，那么洛克希德 · 马丁公司及其所有供应商似乎也有几 十年的复合材料优化和管理工作要做。
验证工具几何结构和材料
当洛克希德 · 马丁公司第一次开始在其 DST 加工 中心（德国门兴格拉德巴赫的 Dörries Scharmann Technologie GmbH）评估 F-35 生产的刨床和钻具时，它使用了一种带有红烧金刚石镶块的聚晶金刚石（PCD- polycrystalline diamond） 刨床机。它的特点是 直槽，在复合材料结构上产生了太多的分层， 迫使返 工并增加了加工成本。此外，这些工具缺乏这种苛刻 应用所需的耐用性——一个 0.375 英寸/9.5 毫米厚的机 翼蒙皮部分通常需要 24 个工具才能布线（当时 F-35 有 一个大的、连续的顶部蒙皮来覆盖两翼；目前的设计 有三个顶部蒙皮）。
洛克希德公司向美国国家国防制造与加工中心（NCDMM，Latrobe ，Pa）寻求帮助，这是一个由合 作公司组成的研发联盟，与国防承包商合作优化制造 方法。洛克希德公司最终采用了 NCDMM 成员AMAMCO Tool（南卡罗来纳州邓肯市）提供的金刚石 涂层压缩刨床，并在 DST 加工中心测试了该工具。
AMAMCO 的业务开发经理 Andrew Gilpin 表示， 金刚石涂层复合材料工具的测试结果很有希望：加工整个机翼蒙皮所需的工具数量从 24 个减少到 2 个，单 个工具在复合材料中的加工路径从 9 线性英尺增加到 57 线性英尺（2.7 到 17.4 米），它使用两个相对的凹槽 （见上图） 将复合材料层夹在一起，而不是将它们全 部拉向一个方向： “ 就像剪刀， 而不是铲子， ”他说。“ 它提供了一种很好的、干净的剪切效果。 ”
AMAMCO 开发了几何形状并制造了工具。金刚石 涂层厚度为 12µ,由 diamond Tool coating LLC（纽约州 北托纳旺达）提供。洛克希德 · 马丁公司对 AMAMCO 工具非常满意，因此批准了其生产，并使其具有 F-35 上使用免检入库 的状态。
洛克希德公司目前正在 F-35 的其他钻孔应用中使用其 他 AMAMCO 金刚石涂层工具。 Gilpin 说，在一个应用 中，AMAMCO 金刚石涂层工具的使用寿命为 1200 个孔 （底部照片），而竞争对手 PCD 工具的 275 个孔寿命 是 AMAMCO钻石涂层工具的三分之一。尽管洛克希德 公司报告称，金刚石涂层刀具的转速约为 8500 转/分， 而 PCD 刀具的转速为 5000 转/分。但 Gilpin 表示，总 体而言， 金刚石涂层工具的转速比 PCD 刀具慢，但进 给速度更快。洛克希德公司正在评估一系列 AMAMCO 工具，直径从 0.125 英寸到 0.4 英寸（3.2 毫米到 10.1 毫 米）不等。
