航空工業(yè)西飛公司□陳永順

1 引言

復(fù)合材料 （composite materials）是指不同性質(zhì)的材料，通過物理或化學(xué)的方法，在宏觀上組成具有新性能的材料。復(fù)合材料是一種混合物，先進樹脂基復(fù)合材料具有比強度和比模量高、可設(shè)計性強、抗疲勞斷裂性能好、耐腐蝕、結(jié)構(gòu)尺寸穩(wěn)定性好，便于大面積整體成型以及電磁性能可調(diào)等優(yōu)點，因而被廣泛應(yīng)用于航空航天、國防、交通、建筑等領(lǐng)域。國內(nèi)自主研制的某型機復(fù)合材料的用量達12%，主要用于前后緣、口蓋、整流罩、襟副翼、機身地板等部位，這也是我國首次在飛機副翼、襟翼前緣肋零件使用復(fù)合材料制造。

2 零件結(jié)構(gòu)及超差分析

某型機副翼H型肋零件，由碳纖維增韌環(huán)氧樹脂預(yù)浸料組成，織物在工裝成型模上鋪貼而成，采用熱壓罐高溫高壓固化。副翼肋零件均為薄壁零件，具有形狀復(fù)雜、成型困難、無損質(zhì)量檢測要求嚴格等特點，而且選用多種新材料，對國內(nèi)復(fù)合材料制造工藝技術(shù)提出了極高要求，由于缺乏經(jīng)驗，報廢率很高。由于H型肋的制造存在緣條面厚度超差 （超?。﹩栴}零件全部報廢，一次交檢合格率為0。

（1）零件厚度超差部位

圖1 副翼肋超差零件圖

（2） 超差分析

按照傳統(tǒng)的工藝流程鋪貼，厚度偏薄，數(shù)據(jù)見圖2，零件的理論厚度見圖3。

圖2 傳統(tǒng)工藝下零件厚度分布圖

圖3 零件理論厚度分布圖

表1 R區(qū)超差情況分析表

從圖3中可以看出10個測量點中只有兩個是合格點，從表1中可以看出，超出厚度下限0.07mm的點占到90%。

3 原因分析及要因確定

（1） 原因分析

對于超差問題，航空工業(yè)西飛公司 （以下簡稱 “西飛”）運用頭腦風暴法及5M1E分析法，從人、機、料、法、環(huán)、測六個方面進行原因分析，見圖4。

（2） 要因確定

西飛逐一排除了無關(guān)影響因素，再對相關(guān)關(guān)鍵影響因素進行試驗驗證，最終確定要因，明確改進目標，采取改進措施，見表2。

圖4 零件厚度超差分析

表2 要因確認表

表2 （續(xù)）

4 質(zhì)量改進方案

（1）制定對策及措施

經(jīng)過系統(tǒng)分析，針對要因，制定對策，明確目標，并制訂具體的實施措施，見表3。

表3 對策表

（2） 實施措施

1）新制工裝

按照新技術(shù)條件重制工裝，要求成型模增加控厚條及勻壓板。

2）試驗驗證及數(shù)據(jù)分析

①采取對策表中的措施1，制造試驗件，厚度如圖5所示。用密封膠堵死工裝上的鉆孔，有效防止樹脂的流失，雖然厚度未達到設(shè)計要求，但緣條面厚度與傳統(tǒng)鋪貼工藝相比，超出厚度下限0.05mm的點占到100%。

②在措施1的基礎(chǔ)上，采取對策表中措施2及措施3，制造試驗件，厚度如圖6所示。

圖6 增大余量及封邊后零件厚度分布圖

從圖6可以看出，通過加大鋪貼余量及合模后側(cè)面預(yù)浸料四周進行密封膠帶封邊的方法，緣條面厚度的10個測量點中，除一個不合格外其余全部合格，但零件厚度依然偏公差下限。

圖7 增加控厚條后零件厚度分布圖

③采取措施1、2、3及4，合模后緣條面增加限位控厚條，控厚條上貼脫模布，再放置的勻壓板，勻壓板用藍膠帶固定。制造的試驗件厚度如圖7所示。

由圖7可以看出，增加控厚條對零件厚度的影響至關(guān)重要。增加控厚條零件合格；無控厚條，零件厚度不但有不合格點，而且厚度偏公差下限。

5 質(zhì)量改進應(yīng)用

經(jīng)以下質(zhì)量改進后可得合格產(chǎn)品，見圖8。

（1） 工裝準備

領(lǐng)取新制成型模。成型時應(yīng)保證工裝工作面溫度，且工裝表面不應(yīng)有水分。在工裝表面涂脫模劑涂層，各涂層之間至少間隔要符合規(guī)程，鋪貼開始前，保證在空氣中脫模劑涂層干燥。注意不能將脫模劑傾倒在工裝上，而要用脫模劑浸透的擦布擦涂。在脫模劑揮發(fā)前用清潔干燥的擦布擦干，不能使其揮發(fā)變干。

（2）下料、鋪貼

領(lǐng)取晾至常溫的合格的預(yù)浸料 （確保預(yù)浸料至少有足夠可利用的暴露單位），按照下料程序用數(shù)控下料機切割各層材料，并標記層號、圖號、角度。按照鋪層表依次鋪貼產(chǎn)品預(yù)浸料和隨爐試板用預(yù)浸料，鋪層角度公差，鋪層時抽真空壓實并記錄。

合模后鋪貼注意：

1）利用定位銷將上下半模合模固定；

2）將下好的單向帶捻成細圓條塞入合模后產(chǎn)生的三角區(qū)域，放置無孔隔離膜，上下模分別鋪貼第10層、11層，然后進行預(yù)壓實檢查，若未填充實，撕下無孔隔離膜及第10層、11層，再填充三角區(qū)域，保證無空腔；

合模后沿零件四周放置控厚鋁條，控厚條四周用密封膠帶封膠。最后在H型肋兩端面放置涂敷有脫模劑的金屬壓板。

（3） 制袋固化

將工裝放置在平板工裝上，按要求進行制袋。制袋時應(yīng)注意：隔離膜應(yīng)該延伸到超過鋪層邊緣，但是不超過透氣層的邊緣。固化過程是熱壓罐成型工藝的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一，固化的工藝參數(shù)主要包括溫度、壓力、時間等。將組合好的制件送入熱壓罐，連接好真空管路和熱電偶，并進行固化前真空滲漏檢查后，按要求進行固化。保壓冷卻至要求溫度，卸掉固化壓力出罐。

（4）鉆孔并脫模

按照文件要求及工裝半模上的孔制出2-φ5孔后脫模。

（5） 切割修整

將2-φ5擴孔至φ5.1，再用鉸刀先后進行兩次鉸孔至2-φ5.2（0mm～0.1mm）。修整切割邊緣，保證邊緣光滑無毛刺。

（6）超聲檢測

為保證產(chǎn)品的安全性、可靠性及交付后的可維修性，需采用無損檢測技術(shù)對構(gòu)件進行檢測，以發(fā)現(xiàn)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)有無分層、脫粘、氣孔、裂縫、沖擊損傷等缺陷，為工藝分析提供依據(jù)。

（7）邊緣密封

用膠粘劑對零件邊緣進行密封。密封應(yīng)在已清洗表面干燥后完成，密封膠涂敷完全固化后方可搬運。

圖8 合格產(chǎn)品

6 結(jié)論

經(jīng)過攻關(guān)團隊的不懈努力，副翼肋零件厚度超差問題得到了解決，零件一次交檢合格率由0提高到100%，生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量顯著提高。厚度超差問題的解決及試驗數(shù)據(jù)的積累，為優(yōu)化成型工藝和降低制造成本提供了堅實的理論基礎(chǔ)。