陳明英，鄒震宇，張 毅

（成都飛機(jī)工業(yè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司，四川成都 610092）

0 引言

復(fù)合材料具有低密度、高比強(qiáng)度以及較強(qiáng)的可設(shè)計(jì)性等優(yōu)點(diǎn)，且隨著其制造技術(shù)的不斷發(fā)展，復(fù)合材料用量在航空航天、民用領(lǐng)域的應(yīng)用越來越多。近年來，復(fù)合材料在現(xiàn)代飛機(jī)制造中的用量不斷增大，已經(jīng)逐漸成為繼鋁、鋼、鈦之外的第四大航空結(jié)構(gòu)材料。A380 客機(jī)復(fù)合材料用量達(dá)總重量的25%，B787 客機(jī)復(fù)合材料用量達(dá)到了50%，A350XWB 客機(jī)復(fù)材結(jié)構(gòu)件用量達(dá)到了52%[1]。RTM（Resin Transfer Molding，樹脂傳遞模塑成型）技術(shù)作為纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料液體成型技術(shù)中最具有發(fā)展前景的技術(shù)，在軍用、民用飛機(jī)及汽車制造領(lǐng)域獲得了越來越廣的應(yīng)用。隨著以高精度、低成本、柔性化、數(shù)字化、綠色環(huán)保、快速化為特征的制造業(yè)高速發(fā)展，對產(chǎn)品質(zhì)量性能信息的統(tǒng)一性和交互性的要求越來越高。

傳統(tǒng)的樹脂基復(fù)合材料成型技術(shù)主要為手糊成型、纖維纏繞成型、拉擠成型、模壓成型、真空成型、噴射成型和RTM 成型工藝。RTM 成型工藝制品具有表面質(zhì)量高、精度高，原材料利用率高，成型及固化工藝簡單且對人體和環(huán)境傷害小，產(chǎn)品周期短的優(yōu)勢，這種制造工藝將是纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料制造的發(fā)展趨勢。RTM 成型工藝是一種先進(jìn)的復(fù)合材料制造方法，但這種加工工藝技術(shù)難度較高，設(shè)計(jì)及制造過程的工藝穩(wěn)定性較差，次品率較高。RTM 成型工藝需要通過高壓將高溫樹脂從工裝的進(jìn)膠口注入型腔，并通過出膠口將多余樹脂排出，因此對進(jìn)/出膠口的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度以及抗疲勞強(qiáng)度要求非常高。在反復(fù)成型過程中，進(jìn)/出膠口極易因高壓樹脂的沖擊造成磨損失效，導(dǎo)致樹脂進(jìn)/出膠不流暢，影響零件的成型效果。

根據(jù)生產(chǎn)現(xiàn)場RTM 工裝膠口的實(shí)際使用情況，剛性RTM工裝在每次成型零件后需對型腔及膠口進(jìn)行清理，膠口的流暢性將直接影響產(chǎn)品質(zhì)量?，F(xiàn)場傳統(tǒng)清理膠口的方法常導(dǎo)致膠口連接螺紋壁損壞，從而影響膠口的流暢性和工裝的密閉性以及產(chǎn)品壁厚的均勻性。RTM 成型工藝及膠口位置的計(jì)算機(jī)模擬研究已取得了很大的發(fā)展，其計(jì)算方法和實(shí)驗(yàn)手段已獲得廣泛認(rèn)可。但是在眾多的文獻(xiàn)中，針對RTM 膠口流暢性的研究卻不多見，基于澆口流暢性的重要性，本文通過改進(jìn)膠口清理方式從而達(dá)到低成本保證膠口的流暢性。

1 膠口連接工藝性分析

1.1 工藝流程及存在的問題

通常情況下，RTM 成型工裝中進(jìn)/出膠管路與工裝主體的連接主要是通過主體上的螺紋進(jìn)/出膠口依次連接轉(zhuǎn)換接頭、黃銅球閥、寶塔接頭和進(jìn)/出膠管連接。零件成型時(shí)，通過進(jìn)膠口將高溫高壓樹脂注入工裝型腔，樹脂充滿型腔后從出膠口壓出。待零件升溫固化后，拆除轉(zhuǎn)換接頭、黃銅球閥、寶塔接頭、注/出膠管部分，零件完全冷卻后開模取出零件。此時(shí)工裝膠口位置存在已經(jīng)固化的殘余膠體，因此需要人工干預(yù)，對膠口的積膠進(jìn)行清理，以保證下次使用時(shí)進(jìn)/出膠口的流暢性。

目前，RTM 成型工裝進(jìn)/出膠口的積膠主要通過人工方式去除?，F(xiàn)場操作人員用細(xì)長鉆頭對準(zhǔn)膠口位置中心，憑經(jīng)驗(yàn)用力向下壓鉆頭，通過鉆頭高速旋轉(zhuǎn)下移清除模具進(jìn)/出膠口螺紋孔中的積膠。RTM 工裝在多次使用以后，膠口中心由于鉆頭多次清膠會(huì)發(fā)生一定程度的偏移，且膠口表面界面不清晰，造成現(xiàn)場操作人員再次采用鉆頭清膠時(shí)，無法準(zhǔn)確判斷膠口中心位置，導(dǎo)致鉆頭向下清膠時(shí)切削力沒有垂直于底面，細(xì)長鉆頭工作中會(huì)產(chǎn)生徑向抖動(dòng)，導(dǎo)致進(jìn)/出膠口螺紋壁損壞（圖1）。

圖1 損傷的螺紋口壁

1.2 原因及后果分析

通過理論分析及現(xiàn)場調(diào)研，對目前采用的RTM 工裝進(jìn)/出膠口與進(jìn)出膠管路的連接方式進(jìn)行工藝性分析。

（1）轉(zhuǎn)換接頭與進(jìn)/出膠口處的螺紋孔多次連接易導(dǎo)致螺紋滑絲，每次使用時(shí)對膠口各孔清膠，鉆孔會(huì)對工裝造成一定的損壞（圖2），損壞嚴(yán)重的，甚至?xí)斐蒖TM 成型工裝的密封性降低，影響零件的成型質(zhì)量，工裝存在頻繁返修的風(fēng)險(xiǎn)。

圖2 使用后的膠口

（2）通常情況下，單套R(shí)TM 成型工裝有幾個(gè)甚至幾十個(gè)進(jìn)/出膠口，采用此類連接方式時(shí)，工裝清膠過程繁瑣，工裝每次使用后的維護(hù)保障工作效率低，嚴(yán)重降低了模具的有效使用率。

（3）進(jìn)膠口與工裝底面的垂直度會(huì)影響樹脂注入質(zhì)量，若不垂直注射會(huì)使樹脂碰到注膠口反射到型腔中，破壞樹脂在型腔內(nèi)的流動(dòng)規(guī)律，造成型腔內(nèi)聚集大量汽包形成產(chǎn)品缺陷，導(dǎo)致注膠失敗。螺紋損壞會(huì)影響工裝氣密性，影響樹脂在型腔內(nèi)的流動(dòng)速度，導(dǎo)致產(chǎn)品壁厚不均勻，使產(chǎn)品存在缺陷甚至報(bào)廢。

綜上所述，現(xiàn)有一般類型的RTM 成型工裝進(jìn)/出膠口與管路的連接方式無法有效保證產(chǎn)品質(zhì)量的持續(xù)可靠性，且工裝的耐用性較差，生產(chǎn)效率低。

2 膠口連接工藝研究與改進(jìn)

通過膠口連接工藝分析發(fā)現(xiàn)，在注膠口與出膠口之前有轉(zhuǎn)換接頭與模具螺紋孔連接，清理余膠時(shí)，鉆頭是先通過一段螺紋孔再進(jìn)入膠口，最易損傷的是螺紋近孔口的壁部，只要清理膠口的長鉆頭避開膠口的螺紋，就可以滿足不傷螺紋的要求。為此，設(shè)計(jì)輔助接頭來優(yōu)化進(jìn)/出膠口與管路的連接方式。輔助接頭螺紋比RTM 工裝進(jìn)/出膠口螺紋長3～4 mm，中心制光孔直徑大于鉆頭直徑1～2 mm（圖3），輔助接頭用45#鋼棒料加工并淬火處理以保證硬度。

圖3 進(jìn)/出膠口輔助螺紋接頭

與當(dāng)前復(fù)合材料的特性相結(jié)合，不斷提升系統(tǒng)運(yùn)行中的非均勻性與脆性，由此增強(qiáng)復(fù)合材料的連接性和與金屬材料的連接有效性。由于孔邊容易出現(xiàn)高應(yīng)力集中現(xiàn)象，因此系統(tǒng)運(yùn)行中的連續(xù)效率不高，因此在工藝運(yùn)行中要求不斷優(yōu)化工藝運(yùn)行制件的連接。在工藝制件連接中要求不斷膠接固化連接方式，綜合采用螺接、鉚接等機(jī)械連接方式以及混合連接方式，并綜合運(yùn)用復(fù)合材料成型試板與制作工作的具體要求相結(jié)合，據(jù)此開展試驗(yàn)驗(yàn)證方式是采用機(jī)械連接中的螺接方法。螺接方法的運(yùn)用具有顯著的應(yīng)用優(yōu)勢，在裝配拆卸過程中應(yīng)不斷優(yōu)化部件的制造、更換與維修作業(yè)，增強(qiáng)連接方式的系統(tǒng)性與穩(wěn)定性。

采用輔助接頭，可以直接將接頭螺紋旋入工裝進(jìn)/出膠口螺紋中，再通過輔助接頭連接進(jìn)/出膠口管路。工裝使用后清膠時(shí)，可利用輔助接頭的導(dǎo)向孔引入細(xì)長鉆頭，沿著輔助接頭的中心孔延伸至工裝的進(jìn)/出膠口進(jìn)行清膠工作。在清膠過程中，鉆頭作用力中心與膠口同軸且與底面垂直，輔助接頭的螺紋比RTM工裝進(jìn)/出膠口螺紋長3～4 mm，鉆頭在清膠過程中避開了模具螺紋，保證工裝進(jìn)/出膠口螺紋完好無損，從而有效保證了澆口的流暢性、工裝的氣密性，提高了RTM 工裝的有效使用率，保證零件制造質(zhì)量的穩(wěn)定性。此外，輔助接頭經(jīng)過淬火處理，硬度較高不易損壞，使用壽命長且具有通用性，可以運(yùn)用在各類的RTM 成型工裝上，具有一定的經(jīng)濟(jì)性。

3 使用效果

將輔助接頭應(yīng)用到生產(chǎn)實(shí)際后，對改進(jìn)前后膠口清理效果流暢性工藝模擬效果進(jìn)行比較，從模擬圖中可以看出，進(jìn)/出膠口工藝優(yōu)化后，注膠的流暢性與注膠的穩(wěn)定性都有了一定程度的提高。改進(jìn)后的產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定性較高，零件出現(xiàn)缺陷的概率明顯降低。

與當(dāng)前不同產(chǎn)品工藝要求相結(jié)合，不斷優(yōu)化膠口工裝的各項(xiàng)工序，最終生產(chǎn)出合格的產(chǎn)品。通過現(xiàn)場的長期應(yīng)用實(shí)踐證明，本文所設(shè)計(jì)的輔助接頭制造簡單、成本低、互換性強(qiáng)，完全滿足使用要求。

4 結(jié)語

分析傳統(tǒng)RTM 成型工裝進(jìn)膠口/出膠口的連接及清膠方法的現(xiàn)狀，發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)的清膠方式在每次零件成型完成后對進(jìn)/出膠口各孔清膠時(shí)，存在細(xì)長鉆頭損傷模具接頭連接螺紋、清膠過程中高速旋轉(zhuǎn)的鉆頭擦傷澆道壁等嚴(yán)重缺陷。這些缺陷將導(dǎo)致模具氣密性降低，液體樹脂流動(dòng)不均勻、滲透性差，頻繁返修模具等問題，嚴(yán)重影響產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性及工裝的使用壽命。經(jīng)過對膠口連接方式的工藝分析，找到膠口連接處易損關(guān)鍵部位，并進(jìn)行工藝研究與改進(jìn)，研制一種低成本、互換性強(qiáng)的輔助接頭，解決了關(guān)鍵缺陷問題，保證工裝氣密性，膠口垂直性、流暢性及澆道壁完整性，保證產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性，延長工裝的使用壽命。