王 瑩，武彬彬，王浩軍

（中航飛機(jī)西安飛機(jī)分公司，陜西 西安 710089）

復(fù)合材料“J”型加筋壁板成型工藝研究

王 瑩，武彬彬，王浩軍

（中航飛機(jī)西安飛機(jī)分公司，陜西 西安 710089）

介紹了一種復(fù)合材料加筋壁板的制造方法。從工藝制造及模具設(shè)計(jì)2方面論述了如何解決復(fù)合材料加筋壁板成型工藝中存在無(wú)損、外形控制、變形和脫模困難等問(wèn)題。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，通過(guò)對(duì)工裝芯模增加拔模角度，可解決復(fù)合材料零件回彈變形難題；采用金屬模具和復(fù)合材料模具相結(jié)合的方式，可有效保證肋與蒙皮的膠接質(zhì)量。

復(fù)合材料；加筋壁板；“J”型；共膠接

先進(jìn)復(fù)合材料具有質(zhì)量輕、比強(qiáng)度較高、可設(shè)計(jì)性較強(qiáng)、耐腐蝕以及抗疲勞斷裂性能較好等一系列優(yōu)點(diǎn)，在航空、航天領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。在國(guó)外新一代民用飛機(jī)中，先進(jìn)復(fù)合材料的用量已達(dá)到了50%以上，軍用飛機(jī)則達(dá)到了25%～40%，甚至出現(xiàn)了全復(fù)合材料飛機(jī)。近年來(lái)，整體成型技術(shù)成為了先進(jìn)復(fù)合材料發(fā)展的新趨勢(shì)。整體成型技術(shù)是指采用共固化或者共膠接的工藝，將多個(gè)復(fù)合材料和/或金屬材料的次級(jí)零件連接在一起，一次成型出最終組件的制造技術(shù)，能夠大量減少緊固件及零件的數(shù)量，組件整體性更好，成本更低，質(zhì)量更輕。而加筋壁板類零件是復(fù)合材料整體成型技術(shù)的典型代表，廣泛應(yīng)用于飛機(jī)的翼面、機(jī)身等部位。加筋壁板是由層壓壁板和加強(qiáng)筋組成，加強(qiáng)筋可以提高壁板的剛性、抗彎曲強(qiáng)度和拉伸強(qiáng)度，增強(qiáng)載荷作用下壁板的穩(wěn)定性，壁板則為變厚度的層壓結(jié)構(gòu)。加強(qiáng)筋常用的結(jié)構(gòu)為“T”型、“J”型、“工”字型、“U”型、“C”型或“帽”型等結(jié)構(gòu)。

本研究加筋壁板是由1張蒙皮和19根“J”型肋組成，采用共膠接工藝成型，即蒙皮單獨(dú)進(jìn)入熱壓罐固化，同鋪貼完成的“J”型肋（未固化）通過(guò)膠膜進(jìn)行膠接再次固化的成型過(guò)程。此處膠接是指將膠膜放置在“J”型肋與蒙皮之間，再采用熱壓罐固化使2者粘接在一起的過(guò)程。

1 “J”型肋結(jié)構(gòu)及制造工藝

本研究復(fù)合材料“J”型肋是碳纖維材料，如圖1-a所示，其鋪層順序如表1所示。按照“J”型肋的鋪層設(shè)計(jì)可將肋結(jié)構(gòu)分成4部分，分別為下緣條、左腹板、右腹板和R填充區(qū)，如圖1-b所示。

圖1 “J”型長(zhǎng)桁結(jié)構(gòu)示意圖Fig.1 Schematic diagram of J stringer

表1 “J”型肋結(jié)構(gòu)典型鋪層信息表Tab.1 Typical lay up information of J type stringer

復(fù)合材料“J”型肋制造工藝流程大致可分為：工裝準(zhǔn)備、材料準(zhǔn)備，分別鋪貼腹板面與緣條面、組合、R區(qū)域填充及保護(hù)。

“J”型肋成型由2套工裝組成，一套成型模、一套鋪貼模。鋪貼模結(jié)構(gòu)形式為組合模，由左、右半模組成。其中，右半模僅用于鋪貼“J”型肋，材質(zhì)為鋁；左半模為鋪貼成型共用工裝，材質(zhì)為殷鋼。成型模結(jié)構(gòu)形式為組合模，由左、右半模組成。左半模為鋪貼成型共用工裝，材質(zhì)為殷鋼，右半模為“Z”型復(fù)合材料成型模，如圖2所示。

圖2 “J”型肋成型工裝示意圖Fig.2 Schematic diagram of tooling for J type stringer molding

圖2中的卡斯特板是一種非金屬的輔助工藝材料，由于圖中的復(fù)合材料半模沒(méi)有做出下陷臺(tái)階，在此使用僅是為了彌補(bǔ)復(fù)合材料半模放置后與肋緣條面的厚度差，避免固化過(guò)程中傳力不均勻的問(wèn)題。

2 蒙皮結(jié)構(gòu)及制造工藝

蒙皮為復(fù)合材料層壓板，存在厚度變化，并在尾緣條處存在一個(gè)彎鉤，如圖3所示。

圖3 蒙皮結(jié)構(gòu)示意圖Fig.3 Structure diagram of skin structure

該蒙皮難點(diǎn)在于尾緣彎鉤的制造。主要應(yīng)注意下面2個(gè)問(wèn)題。

（1）尾緣直線度

由于蒙皮尺寸較長(zhǎng)，接近7 m并帶有翻邊，要保證尾緣直線度很困難，通過(guò)如下改進(jìn)方式，可使此問(wèn)題得到有效解決：①成型芯模尾緣翻邊邊緣余量增大至10 mm，使鋪貼碳纖維預(yù)浸料及固化壓實(shí)過(guò)程材料處于更加舒展的狀態(tài)；②增加翻邊尾緣外側(cè)硅橡膠壓力墊；③增加外型卡板，用于檢查尾緣翻邊尾緣的輪廓度。

（2）尾緣彎鉤處的回彈變形

蒙皮彎鉤回彈變形是由于金屬模具與復(fù)合材料零件之間的熱線脹系數(shù)不匹配，導(dǎo)致復(fù)合材料零件與模具之間發(fā)生相互作用。

為了控制零件固化后的回彈變形，可采用對(duì)固化過(guò)程中彎鉤處的芯模型面進(jìn)行反復(fù)調(diào)整和補(bǔ)償性修正加工的方法。即第1階段是對(duì)成型模具進(jìn)行人工補(bǔ)償，采用階梯狀加層來(lái)補(bǔ)償工裝外形的形式進(jìn)行加工驗(yàn)證；第2階段通過(guò)對(duì)第1階段加層數(shù)據(jù)分析，確定了工裝增加拔模斜度0.5°，以控制變形程度或抵消變形的影響。

3 蒙皮與“J”型濕肋膠接質(zhì)量的控制

蒙皮零件固化完成后與“J”型濕肋（未固化）通過(guò)膠膜進(jìn)行組合。在其模具設(shè)計(jì)上選擇了與復(fù)合材料線脹系數(shù)非常接近的殷鋼材料。其加工難度在于“J”型肋緣條面與固化完成后的蒙皮面膠接質(zhì)量問(wèn)題。為此，采用圖4所示3種工裝方案。

圖4 不同形式的肋成型工裝結(jié)構(gòu)形式簡(jiǎn)圖Fig.4 Different manners of tooling structure for J type stringer molding

通過(guò)無(wú)損測(cè)試可知，3種工裝方案對(duì)膠接質(zhì)量的影響如下。

（1）外觀質(zhì)量（如表2所示）

表2 不同工裝結(jié)構(gòu)肋成型后的外觀質(zhì)量Tab.2 Appearance quality of molded stringers for different tooling structures

（2）內(nèi)部質(zhì)量

未出現(xiàn)無(wú)損缺陷，但從3個(gè)方案的無(wú)損波形方面觀察可知：方案2復(fù)合材料零件為不合格，波形高度為標(biāo)塊的40%；方案3復(fù)合材料零件狀態(tài)優(yōu)于方案2，其波形高為60%；方案1復(fù)合材料零件狀態(tài)相對(duì)最優(yōu)，波形高為80%。

由以上方案對(duì)比試驗(yàn)可以看出，使用復(fù)合材料半模很好地保證了其傳壓均勻，具有一定的柔性，可保證與蒙皮膠接面的內(nèi)部質(zhì)量，還具有一定的剛性，保證了“J”型肋自身R區(qū)域及表面的質(zhì)量。

4 蒙皮與“J”型濕肋膠接固化后的脫模

零件組合后，“J”型肋上的金屬半模脫模較為困難，“J”型肋端頭與尾緣彎鉤處距離較近，金屬模具無(wú)著力點(diǎn)。為了順利脫模，可采取以下方式：①金屬半模端頭增加凸臺(tái)，增加脫模施力點(diǎn)；②在金屬半模上增加螺紋頂出裝置，通過(guò)旋轉(zhuǎn)螺紋使其頂出。

5 結(jié)語(yǔ)

（1）詳細(xì)介紹了大尺寸加筋壁板零件的共膠接成型工藝方法。

（2）通過(guò)對(duì)工裝芯模增加拔模角度，攻克復(fù)合材料零件回彈變形難題，使其滿足了設(shè)計(jì)要求。

（3）通過(guò)金屬模具和復(fù)合材料模具相結(jié)合的方式，能夠有效保證肋與蒙皮的膠接質(zhì)量。

2017中國(guó)（義烏）膠粘制品及涂料油墨展覽會(huì)通知

一、主辦單位：浙江省粘接技術(shù)協(xié)會(huì)、上海格覽德會(huì)展有限公司

二、協(xié)辦單位：義烏市膠帶行業(yè)協(xié)會(huì)

三、鳴謝單位：義烏歐洲商會(huì)、臺(tái)商會(huì)、韓商會(huì)

四、專業(yè)觀眾的組織及宣傳推廣：

重點(diǎn)邀請(qǐng)的專業(yè)觀眾：1、外商駐義烏代表處、外貿(mào)進(jìn)出口商、國(guó)內(nèi)營(yíng)銷商、代理商；2、汽車制造、印刷廠、包裝加工、玻璃工藝、工藝品、陶瓷廠、玩具廠、鞋廠、建筑工程公司、家裝公司、家具、電子電器、造船、橋梁工程等終端用戶；3、涂料、油墨、膠粘劑行業(yè)的生產(chǎn)企業(yè)；4、科研專家、院校及相關(guān)社會(huì)團(tuán)體等專業(yè)人士。

宣傳推廣方式：1、印制15萬(wàn)張參觀券通過(guò)組織單位建立的國(guó)內(nèi)外專業(yè)買家數(shù)據(jù)庫(kù)，寄往專業(yè)人士手中，并在全國(guó)專業(yè)展會(huì)上派發(fā)；2、利用電話、傳真、電郵、短信及登門拜訪等形式點(diǎn)對(duì)點(diǎn)邀請(qǐng)專業(yè)觀眾；3、擬在電視臺(tái)、報(bào)紙、雜志、網(wǎng)站及戶外廣告牌等宣傳媒體上對(duì)本屆展覽會(huì)作全方位的宣傳報(bào)道。

五、日程安排

布展：2017年4月14日-15日

開(kāi)幕式：2017年4月16日（9：00）

展覽：2017年4月16日-18日

撤展：2017年4月18日下午

六、參展范圍

◆膠粘劑及密封劑：水性膠、壓敏膠、聚氨酯膠、熱熔膠、環(huán)氧膠、硅酮密封膠、厭氧膠、灌封膠、UV膠、有機(jī)硅膠、橡膠類膠粘劑、工程膠粘劑等；

◆膠粘制品：各類膠粘帶、膠粘標(biāo)簽、壓敏膠片貼及其他膠膜等各類膠粘產(chǎn)品；

◆涂料：各類工業(yè)涂料、建筑涂料、水性涂料、防火涂料、防水涂料、防腐涂料、粉末涂料、防靜電涂料、汽車涂料、軍用航天涂料、納米氟碳涂料等；

◆油墨：印刷油墨、水轉(zhuǎn)印油墨、UV油墨、導(dǎo)電油墨、金屬油墨、精工油墨、玻璃油墨、夜光油墨、PP油墨、樹(shù)脂型油墨、溶劑型油墨、水性油墨和UV固化油墨等；

◆原材料及輻射固化技術(shù)產(chǎn)品：天然樹(shù)脂、合成樹(shù)脂、顏料、乳液、溶劑、填料、填充劑、助劑、鐵紅、鈦白粉、助劑；活性稀釋劑、低聚物、光引發(fā)劑、UV涂料、印刷版材、光致抗蝕劑、光鑄、表面光接枝等；UV光源、電子束設(shè)備、光固化設(shè)備、涂裝設(shè)備、材料性能測(cè)試儀器、UV劑量?jī)x等；

◆生產(chǎn)設(shè)備：化工設(shè)備儀器、調(diào)色系統(tǒng)、分散機(jī)、攪拌機(jī)、連續(xù)式/間歇式混料器、過(guò)濾器、泵、計(jì)量?jī)x/稱重裝置、點(diǎn)膠機(jī)、膠槍、打碼機(jī)、標(biāo)簽機(jī)、液體灌裝機(jī)械、紙制品包裝、封口打包機(jī)械、膏體灌裝機(jī)械、鐵聽(tīng)(桶)包裝、塑料及復(fù)合材料包裝、打包及其它耗材等。

七、參展費(fèi)用（注：雙面開(kāi)口展位加收500元）

標(biāo)準(zhǔn)展位費(fèi)用包括：（長(zhǎng)3米x寬3米x高2.5米）、三面圍板（白色）、公司名稱楣板、1個(gè)電源插座（500W以內(nèi)）、2支日光燈、1張咨詢臺(tái)、2張折椅、垃圾簍等。

空?qǐng)龅刭M(fèi)用包括：展出場(chǎng)地、保安服務(wù)、展位清潔服務(wù)。

八、參展申請(qǐng)程序

1、參展企業(yè)確定面積及選定展位；

2、填妥參展申請(qǐng)回執(zhí)（合同）并簽字蓋章，然后將該表傳真至主辦單位；

3、展位確定后，參展企業(yè)須在5個(gè)工作日內(nèi)將展費(fèi)的50%或全款匯入組委會(huì)賬戶；

4、組委會(huì)將于展前一個(gè)月將參展商手冊(cè)寄給參展單位。

九、大會(huì)組委會(huì)秘書處

浙江省粘接技術(shù)協(xié)會(huì)地址：杭州市大關(guān)路100號(hào)綠地中央廣場(chǎng)7號(hào)樓（310015）

電話：13958165237

聯(lián)系人：章先生 18106549877

格覽德會(huì)展義烏辦事處地址：義烏市宗澤東路59號(hào)義烏國(guó)際博覽中心（322000）

電話：0579-85171882

Http://www.taceyw.com

2017中國(guó)北方涂料、涂裝、膠粘劑、油墨展覽會(huì)

我國(guó)2016 全年涂料產(chǎn)量將突破1800萬(wàn)噸，生產(chǎn)主要集中在以廣東、上海為代表的珠三角和長(zhǎng)三角經(jīng)濟(jì)區(qū)，消費(fèi)主要以京津冀、長(zhǎng)三角、珠三角、川渝地區(qū)4大引擎帶動(dòng)，尤其是京津冀區(qū)域，由于有國(guó)家層面的協(xié)同發(fā)展、冬季奧運(yùn)會(huì)等推動(dòng)，消費(fèi)增長(zhǎng)更加明顯，為了突顯涂料大國(guó)的風(fēng)范，加速向涂料強(qiáng)國(guó)的邁進(jìn)速度，特舉辦2017中國(guó)北方涂料、涂裝、膠粘劑、油墨展覽會(huì)。該展會(huì)已成功舉辦3屆，是北方地區(qū)以原輔材料、設(shè)備、技術(shù)展示、交流、貿(mào)易為主旨的專業(yè)會(huì)展平臺(tái)，以京津冀為核心區(qū)域，輻射東北、華北、西北，輻射面積超全國(guó)二分之一，市場(chǎng)空間巨大。

2017中國(guó)北方涂料、涂裝、膠粘劑、油墨展覽會(huì)將于2月25-26日在河北省石家莊市舉辦。展會(huì)期間將邀請(qǐng)知名專家教授及著名大型龍頭企業(yè)工程技術(shù)人員，專門舉辦《環(huán)境友好工業(yè)漆高峰論壇》，旨在進(jìn)一步促進(jìn)水性工業(yè)漆、高固體份涂料、粉末涂料及光固化涂料的研發(fā)及其在轎車、軌道交通，機(jī)械、船舶等領(lǐng)域的的推廣應(yīng)用，更進(jìn)一步減少VOC的排放。《論壇》具體安排在25日全天舉辦；展會(huì)還舉辦《環(huán)保型膠粘劑研討會(huì)》將對(duì)于建筑膠、結(jié)構(gòu)膠、壓敏膠、包裝膠、木材膠、汽車密封膠等領(lǐng)域技術(shù)進(jìn)步及其不同領(lǐng)域新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)進(jìn)行深入研討，對(duì)于粘接機(jī)理和表面處理技術(shù)也給以足夠重視，具體安排在26日上午舉辦；另外展會(huì)還將舉辦《外墻涂料機(jī)械化施工研討會(huì)》，將對(duì)國(guó)內(nèi)知名品牌新產(chǎn)品推介活動(dòng)，其它會(huì)期之間活動(dòng)還在征集中，歡迎廣大企業(yè)踴躍聯(lián)系，歡迎廣大專業(yè)人士參展參會(huì)洽商合作。

活動(dòng)簡(jiǎn)介：

時(shí) 間：2017年2月25-26日

地 點(diǎn)：河北省石家莊市

主辦單位：

河北省粘接與涂料協(xié)會(huì)、衡水新光化工有限公司、中國(guó)水性涂料產(chǎn)業(yè)戰(zhàn)略聯(lián)盟

支持單位：

北京粘接學(xué)會(huì)、天津市膠粘劑研究會(huì)、陜西省涂料工業(yè)協(xié)會(huì)、中國(guó)地坪協(xié)會(huì)內(nèi)蒙古分會(huì)、河南省涂料行業(yè)協(xié)會(huì)、山東省涂料行業(yè)協(xié)會(huì)、廣東省涂料行業(yè)協(xié)會(huì)

合作媒體：

《現(xiàn)代涂料與涂裝》、《粘接》、《化學(xué)與黏合》、《涂料原料與設(shè)備》、慧聰涂料網(wǎng)

參展范圍：

涂料、膠粘劑、各類原輔材料、生產(chǎn)及包裝設(shè)備、施工機(jī)械及設(shè)備、輔助設(shè)備、儀器及服務(wù)等.

展位費(fèi)用：

每個(gè)標(biāo)準(zhǔn)展位5800元，3m*3m，配備一桌二椅、二盞射燈、220v電源插座一個(gè)；特裝展位36平米起租，600元/平米凈地。

會(huì)中活動(dòng)：

“新光杯”2017環(huán)境友好工業(yè)漆高峰論壇 2017環(huán)保型膠粘劑研討會(huì)

2017年新型建筑涂料品牌評(píng)選活動(dòng)河北省粘接與涂料協(xié)會(huì)年會(huì)

郵箱：hebeituliaozhanjie@126.com

電話：13313016651 13931889902

傳真：0311-88632679

Study on forming process of J type composite stiffened panels

WANG Ying, WU Bin-bin, WANG Hao-jun
(AVIC Aircraft Co., Ltd., Xi'an, Shaanxi 710089, China)

This article introduced a manufacturing method of composite stiffened panel and mainly discusses the two aspects of manufacturing process and mold design from to solve the problems during the forming process of the composite stiffened panels, including zero defects, appearance control, deformation and demoulding difficulty. The experiment results show that the resilient deformation of composite parts can be overcame by increasing the mould-withdrawing angle of the tooling mandrel, and the bongding quality between the stringer and the skin can be ensured by using the combined manner of metal mould and composite mould.

composite; stiffened panel; J type; adhesive co-bonding

TQ050.4+3

A

1001-5922（2017）02-0061-03

2016-09-20

王瑩（1985-），女，工程師。目前主要從事復(fù)合材料制件的制造工作。E-mail：weiyiwy1217@163.com。