工型复合材料加筋壁板制造工艺分析

工型复合材料加筋壁板制造工艺分析

徐斯斯

航空工业哈飞

加筋壁板的结构形式主要分为两种，一种是工形，一种是T形，这两种壁板的加工方法较为相似，但是工形加筋壁板在制作的过程中较为复杂。想要提升复合材料加筋壁板的经济性和制造质量，则需要合理应用制造工艺，将工型复合材料加筋壁板制造工作的作用充分体现出来，为工型复合材料加筋壁板的质量提供保障。基于此，本文主要对工型复合材料加筋壁板制造工艺进行了分析。

一、现在存在的问题

航空复合材料的用量不断增加，应用的范围也越来越广，是目前飞机制造中的重要组成。加筋壁板主要是应用少量的筋条，提升飞机折合弯曲刚度。在实际设计的过程中，工型加筋壁板结构比较常用，其可以提升门蒙皮的抗弯曲能力，承重能力也比较高。复合材料在目前飞机制造中比较常见，想要保证复合材料的应用效果，一定要给予技术上的支撑。但是目前应用的工艺技术还无法满足飞机结构的制造要求。对于工型加筋壁板制造来讲，想要提升制造的质量和效率，在主要对工艺方案进行科学设计，根据目前公司的技术水平和设计能力，对试验件进行实验。设计不同的工艺方案应用到工型复合材料加筋壁板的制造中，将现代化信息技术和设备应用到工艺研究中，改善传统制造工艺中存在的问题，制定制造过程中的关键技术，并在制造的过程中对工艺方案进行不断优化，以此为工型复合材料加筋壁板的制作提供技术支撑。

二、壁板的制造要求和工艺设计

1、壁板的制造要求

外翼壁板采用纵向（展向）加筋整体壁板结构，壁板加筋（长桁）切面形状为工型，为双曲外形,位于油箱区,具有大展弦比、大斜削等特点，下壁板带有维护大开口、与发动机吊挂、襟翼支臂连接等。常用工型加筋壁板。加筋壁板是以少量筋条为代价，可大幅度的提高其折合弯曲刚度，设计安排比较灵活。

2、壁板的工艺设计

整体制造为国际上最新理念。整体成型技术零件数目、紧固件数量的大量减少，进而减少了分段、对接等协调/连接装配方面的工作量，且改善结构的承载能力、减重，降成本复合材料共胶接技术，可用于连接两层/多层结构、不等厚、异种材料、代替紧固等机械连接方式，实现一体化制造。

对于工形加强筋壁板类，往往采用一次共固化、二次固化胶接、二次胶接/共固化三种成型方法。

三、工型复合材料加筋壁板制造工艺

1、应用的制造设备

壁板制作过程中需要热压罐、自动铺带机、数控下料机、激光投影仪、5坐标数控铣床等加工设备，以及清洁间、冷库等铺贴和存放料的环境控制设施。

2、壁板成型用工装准备

对于长桁成型工装、蒙皮成型工装、以及壁板固化成型工装等，都是在试验过程中使用且受到控制。

3、干长桁--湿蒙皮壁板制造

（1）干长桁成型固化

①干长桁用原材料的下料

零件下料和铺贴等操作必须在控制污染区（清洁间）内进行。基于工型长桁自动铺带中易出现严重的曲率与皱褶，采用人工铺放。对于下料而言，手工下料中，需要准备样板并按其形状用割刀等切割工具进行手工方法切割预浸料。

②长桁的铺放

借助激光投影定位系统铺贴长桁预浸料。基于工型长桁自动铺带中易出现严重的曲率与皱褶，采用铺层--裁剪--造型步骤来制备长桁。在操作平台上将预浸料铺到一定厚度，用自动裁床机裁剪长桁用料并造型。面对手工铺放时的铺层定位难准确度控制，而且随着铺放厚度增厚，误差也跟着变大的问题，采用激光投影系统解决此难题。

（2）干长桁--湿蒙皮壁板成型固化

①湿蒙皮铺放

本文中，鉴于蒙皮铺贴曲率不大于±25°，使用自动下料机进行下料和铺放。下料和铺贴采用了国际上先进的数字化复合材料生产工艺，通过CATIAV5CPD模块对产品数模的工艺化设计，生成下料、铺贴数据。

②干长桁--湿蒙皮壁板组合固化

在成型工装上将蒙皮与4件检测合格的干长桁组合，采用热压罐固化，进行干长桁--湿蒙皮壁板胶接共固化，并进行外形和无损检测。

③干长桁--湿蒙皮壁板二次组合固化

针对第一次获得的结果，在下缘条下表面与壁板上表面胶合部位的R区充填1层胶膜，再进行干长桁--湿蒙皮壁板制造试验。固化后进行外形和无损检测。

数据初步分析：干长桁--湿蒙皮加筋壁板，外观方面表面光顺平整，无可见缺陷；蒙皮厚度符合理论要求；无损检测合格。对第一次试验的结果，分析采取举措是正确的。对于曲面较小的复合材料层压件，公司对此类零件的制造已经积累了丰富的经验，故而合格率较高。

4、湿长桁--干蒙皮壁板制造

（1）干蒙皮成型固化

使用自动下料机进行下料和铺放，在铺贴第一层时，如果料带与工装不粘，可以通过施涂增粘剂的方法改善工装与料带之间的粘性。采用热压罐固化后，进行外形和无损检测。

（2）湿长桁--干蒙皮壁板制造

使用数控自动剪裁机剪裁长桁用料，借助激光投影定位系统手工铺贴4件长桁，与蒙皮组合，采用热压罐固化后，进行外形和无损检测。

数据初步分析：壁板的外观方面表面质量较好，一处为20mm×10mm磕伤；贴胎较好，无翘曲变形；蒙皮厚度偏差较大，无损检测长桁下缘条与蒙皮的胶接界面上，有1处面积为30mm×10mm缺陷。宽边（垂直于长桁方向）与模具之间有空隙，空隙尺寸一边最大0.75mm，另一边最大0.5mm，说明零件变形控制得较好。另外，长桁的直线度较好。

结语：设计、材料、制造一体化技术理念的应用，可以对零件制造的全过程进行集成化管理，保证了各项参数的精准性。一体化技术的应用可以实现自动化管理，避免了资源上的浪费，提高了生产效率。复合材料加筋壁板工艺方案、制造流程的设计是非常重要的，要对壁板的设计工程要求进行了解，结合实际情况进行针对性的设计，对复合材料应用性能进行分析，以此确定优质的制造方案。在制造过程中严格按照制造方案进行操作，同时对影响因素进行规避，提升加筋壁板的制造质量。

参考文献：

[1]展全伟,范学领,徐红炉.复合材料加筋壁板稳定性影响分析[J].机械设计与制造,2012(3):47-49.

[2]佚名.一种大型复合材料加筋壁板结构设计方法:,CN103729498A[P].2014.