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        飛機大型復(fù)合材料壁板成型技術(shù)的研究

        2020-02-28 02:39:34朱洪亮
        關(guān)鍵詞:壁板工裝成型

        ◎朱洪亮

        復(fù)合材料的應(yīng)用領(lǐng)域愈加廣泛,復(fù)合材料成型技術(shù)也得到了進(jìn)一步發(fā)展,加強數(shù)字化建設(shè)是該技術(shù)的必然發(fā)展需求。提升復(fù)合材料成型技術(shù)的數(shù)字化水平,可以保證整體質(zhì)量的穩(wěn)定性,提高構(gòu)件的制造精度,對復(fù)合材料的應(yīng)用發(fā)展有著積極的影響。本文主對大型復(fù)合材料壁板成型技術(shù)進(jìn)行了研究,了解該技術(shù)中的相關(guān)工藝,實現(xiàn)施工工藝進(jìn)行有效控制,以此提高該技術(shù)的應(yīng)用質(zhì)量和效果,推動成型技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展。

        一、工裝技術(shù)

        1.結(jié)構(gòu)類型。

        復(fù)合材料壁板成型工裝結(jié)構(gòu)上一般包括實體式工裝和框架式工裝。實體式工裝:一般采用鑄件和板材為坯料,進(jìn)行機械加工,制造工裝形面的工裝形式。該類工裝一般強度好、穩(wěn)定性高、形面質(zhì)量容易保證,但其重量大,不易搬運,不易作為大型成型工裝。

        框架式工裝:為隔板、隔框搭建框架,支撐薄面板的工裝結(jié)構(gòu)形式,該結(jié)構(gòu)工裝,重量輕、通風(fēng)好、易搬運,但制造過程復(fù)雜,結(jié)構(gòu)設(shè)計合理性要求高。按框架形式的不同,框架式工裝常分為隔板框架結(jié)構(gòu)和型材框架結(jié)構(gòu)。

        2.結(jié)構(gòu)影響因素。

        不同結(jié)構(gòu)形式的工裝,結(jié)合復(fù)合材料零件的實際制造情況,對復(fù)合材料的成型工藝過程會產(chǎn)生不同的影響,尤其是對復(fù)合材料零件固化過程中的加熱效率以及溫度均勻性的影響。由此可以看出,大型復(fù)合材料壁板應(yīng)采用框架式工裝,可以兼顧保證工裝的強度、剛度;保證工裝的輕便、周轉(zhuǎn);保證工裝的通風(fēng)傳熱(注:若采用隔板式框架,隔板的開孔方向,要與熱壓罐的氣流循環(huán)方向一致,以利于工裝的通風(fēng)傳熱)。

        二、固化成型技術(shù)

        1.預(yù)成型技術(shù)。

        復(fù)合材料制件制造過程中一般要進(jìn)行預(yù)成型,對于大型復(fù)合材料壁板,預(yù)成型工序是控制內(nèi)部質(zhì)量、尺寸質(zhì)量的關(guān)鍵。預(yù)成型工藝是通過升溫降低樹脂粘度使其具有良好的流動性,適時加壓,其作用有3 個方面:

        (1)使樹脂均勻流動有效的排除夾雜的氣泡、揮發(fā)份,使零件結(jié)構(gòu)密實。

        (2)利用吸膠材料將多余的樹脂吸出,使零件的厚度達(dá)到要求。

        (3)使復(fù)合材料坯料形面規(guī)整,便于后續(xù)的組合、加工。

        其中厚度的控制則是重中之重,因為首先厚度偏厚直接影響零件的外形尺寸,影響后續(xù)的裝配工序;第二,偏厚使零件重量超標(biāo);第三,會使零件纖維體積含量降低,導(dǎo)致單位厚度復(fù)合材料的力學(xué)性能下降。大型復(fù)合材料壁板因為厚度變化大,所以各個區(qū)域余膠量分布不均,在制件制備過程中則要通過預(yù)吸膠環(huán)節(jié)控制各個區(qū)域厚度在標(biāo)準(zhǔn)范圍之內(nèi),這就要求我們對預(yù)吸膠工藝進(jìn)一步掌握。

        2.固化技術(shù)。

        復(fù)合材料的固化過程對構(gòu)件的質(zhì)量有著直接影響,是大型復(fù)合材料壁板成型技術(shù)中的重要組成部分,主要是通過高溫、高壓對復(fù)合材料進(jìn)行處理,確保復(fù)合材料的形狀和質(zhì)量可以達(dá)到使用狀態(tài),是零件成型的主要過程。

        加壓點包括加壓溫度、加壓時機。加壓點的選擇,首先是加壓溫度,加壓溫度過低則樹脂流動性不好,纖維不易均勻浸潤易造成缺陷;加壓溫度過高,樹脂聚合速率過快不易掌握加壓時機。其次在確定加壓溫度的前提下把握好加壓時機,加壓時機過早則樹脂粘度低,排出樹脂過多造成零件貧膠、孔隙率高;加壓時機過晚則樹脂聚合程度高,流動性差制件易夾雜氣泡產(chǎn)生疏松、分層等缺陷。加壓點的最佳選擇為樹脂由粘流態(tài)向高彈態(tài)轉(zhuǎn)變過程中的過渡區(qū)間。這和升溫速率、加壓溫度、加壓時機都密切相關(guān),不同的溫度—時間曲線有著不同的加壓點。凝膠時間和加壓點有一定的對應(yīng)關(guān)系,是加壓點選擇的一個重要參考數(shù)據(jù)。在確定加壓溫度前提下加壓時機也至關(guān)重要。

        3.預(yù)成型與固化工藝的協(xié)調(diào)應(yīng)用。

        復(fù)合材料的固化工藝是一個化學(xué)反應(yīng)過程,其對溫度、時間兩方面相對比較敏感。通常的大型零件研制過程中我們對于預(yù)成型工藝相對比較保守,尤其是吸膠溫度一般是采取較低的溫度,主要擔(dān)心對后續(xù)固化工藝的影響,不易于加壓時機的選擇。經(jīng)過試驗和工藝驗證,應(yīng)該轉(zhuǎn)變我們的工藝觀點,應(yīng)注重預(yù)成型工藝和吸膠效果。如果吸膠效果不好其坯料中的揮發(fā)份、氣體就不能有效排除,那么在固化過程中隱患比較大,固化工藝的選擇尤為嚴(yán)格,某種意義上講其加壓窗口范圍更小。而反之若預(yù)成型工藝效果理想,坯料中的揮發(fā)份、氣體有效排除,結(jié)構(gòu)密實,那么固化過程中出現(xiàn)問題的機率較小,固化工藝相對比較好控制,對加壓時機不那么敏感,尤其是提早加壓對零件固化質(zhì)量影響不大,一定程度上反而是拓寬了加壓窗口。由此可見大型復(fù)合材料壁板其固化成型工藝非常關(guān)鍵,包括預(yù)成型參數(shù)、固化參數(shù)的選擇制定,以及預(yù)成型與固化工藝的協(xié)調(diào)。

        三、數(shù)字化技術(shù)

        科學(xué)技術(shù)水平在不斷提升的過程中,復(fù)合材料的應(yīng)用效率也得到了提升,對于目前大型復(fù)合材料壁板中存在的問題可以進(jìn)行完善和處理,整體的應(yīng)用優(yōu)勢比較明顯。目前國外許多國家已經(jīng)建立了完善的軟件平臺,可以根據(jù)應(yīng)用需求進(jìn)行無圖設(shè)計,實現(xiàn)了復(fù)合材料數(shù)字化制造水平的提升。我國復(fù)合材料數(shù)字化建設(shè)水平還比較低,還存在一定的問題,整體的應(yīng)用水平還處于發(fā)展中,制造工藝和體系有待完善,這就需要加強復(fù)合材料數(shù)字化制造技術(shù)的推廣和應(yīng)用,建立完善的數(shù)字化體系。要結(jié)合大型復(fù)合材料壁板的制造需求,建立完善的技術(shù)軟件平臺,加強數(shù)字化設(shè)備的應(yīng)用,形成一套完善的生產(chǎn)體系,為飛機構(gòu)件制造工作的順利開展打下基礎(chǔ)。

        結(jié)語:工裝技術(shù)和固化技術(shù)是大型復(fù)合材料壁板中的關(guān)鍵技術(shù),工裝技術(shù)在應(yīng)用的過程中要結(jié)合制件需求來確定工裝結(jié)構(gòu);固化技術(shù)則是大型復(fù)合材料壁板成型技術(shù)中的關(guān)鍵,需要根據(jù)材料的性能制定科學(xué)的成型工藝,將預(yù)成型技術(shù)和固化技術(shù)進(jìn)行協(xié)調(diào),以此促進(jìn)成型技術(shù)的發(fā)揮。還需要進(jìn)行數(shù)字化建設(shè),將數(shù)字化技術(shù)與成型技術(shù)相結(jié)合,可以促進(jìn)大型復(fù)合材料壁板效能的發(fā)揮。在制作大型復(fù)合材料壁板的過程中,實現(xiàn)數(shù)字化技術(shù)的有效應(yīng)用,對航空航天事業(yè)的發(fā)展有著積極的影響。

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