直升機板-蜂窩夾層結構件表面成型質量研究

潘永生

(海軍駐哈爾濱地區航空軍事代表室，哈爾濱 150066)

直升機板-蜂窩夾層結構件表面成型質量研究

潘永生

(海軍駐哈爾濱地區航空軍事代表室，哈爾濱 150066)

對金屬板與蜂窩夾層結構復合材料件，成型后在板-板膠接區、蜂窩膠接區產生大量膠瘤的表面成型缺陷進行了改進。通過增加扒皮布、粘貼膠帶保護等方法，提高了產品的表面質量，減少了產品表面的補加工，防止對產品強度、后續工序造成影響。

成型質量；蜂窩夾層結構；復合材料工藝; 粘接

1 引 言

近年來，復合材料在航空和航天各式飛行器上的使用已愈來愈廣泛，在直升機上應用的比例越來越大。復合材料擁有比強度、比模量高，耐疲勞性好，減震性好，可設計性良好，加工工藝性良好，耐腐蝕性能良好等許多優良特性。從非受力結構件到受力結構件，從尾翼到機身，從機身到機翼，在強度、質量等各方面帶來的效益愈來愈顯著。以大型民用飛機為例，波音777飛機上復合材料占整個結構件質量約為10～15%，波音787達到50%，空客A380為25%，空客A350卻一躍為52%，公務機首相1號，其結構件100%都是復合材料件。

蜂窩夾層結構[1]作為航空復合材料中的主要組成部分，大量應用于機體結構中，用于減輕機體質量，增加機體的架構強度。

2 蜂窩夾層結構件的基本特性

(1)質量輕，比強度高，尤其是抗彎剛度高，同質量的蜂窩夾層結構復合材料其抗彎剛度約為鋁合金的5倍。

(2)有極高的表面度和高溫穩定性，易成型且不易變形，不僅能制造成平面面板，而且可以制造成單曲、雙曲等結構復雜的面板。

(3)優良的耐腐蝕性能、絕緣性和環境適應性，可適應高原、海洋等惡劣的運用環境。

(4)獨特的回彈性，可吸收震動能量，具有良好的隔音降噪效果。

(5)防火等級高，具有良好的自熄性，放熱值較低，能夠形成耐火層，能降低釋放出的煙霧和有毒氣體。

(6)優異的成型制造工藝性，可滿足直升機內部零件形狀復雜、穩定性高的要求。

3 表面缺陷

3.1 缺陷產生原因

因為蜂窩與金屬板之間采用載體膠膜粘接，在固化成型的高溫環境下膠膜上的樹脂膠熔化為流體形式的膠液，在熱壓罐及真空袋的正、負壓力下擠出流到產品表面，降溫后形成膠瘤、膠梗等表面缺陷。為了保證蜂窩夾層結構件的粘接強度，膠液的溢出是無法避免的，若膠液溢出不足會導致產品的粘接強度不足，產生弱膠接、脫粘等嚴重影響產品強度的缺陷。膠液溢出后根據溢出的量產生膠瘤、膠梗等缺陷。

3.2 缺陷清除

打磨為目前常用的膠瘤、膠梗清理方式，通過手工銼磨或氣動工具打磨的方式清理膠瘤、膠梗。但是無論是手工或使用工具都極易對蜂窩夾層結構件的金屬表面產生損傷，即使對磨損區域使用阿洛丁處理，也會對產品的強度造成影響，尤其是直升機用蜂窩夾層結構件的內蒙皮的厚度極薄，主要集中在0.2～0.4 mm左右，最薄的內蒙皮甚至只有0.1 mm，膠瘤的清理極易使蒙皮產生撕裂，從而嚴重影響產品的強度。

4 試 驗

為減小膠瘤、膠梗等對表面質量的影響，通過開展試驗，對比幾種工藝方案的優缺點來確定合適的處理方式。

4.1 原材料

金屬蒙皮及型材：LY12CZ TH0.4-0.8

紙蜂窩：NH-1-1.83-48-15

膠膜：1113.06

膨脹膠膜：J-97

德莎膠帶：tesa50600

藍膠帶：AT160

真空袋薄膜：WRIGHTLON7400

透氣氈：AIRBLEED100

脫模薄膜：CYF-1000/D

密封條：GS213-3

4.2 蜂窩夾層結構試驗件制造

在溫度 15～30 ℃的環境下對各鈑金件(封邊條，蒙皮，腹板等)在成型模上進行預裝，將余量過大的封邊條及蒙皮經過打磨修挫等方式處理，預裝合格后，將鈑金件進行非封閉鉻酸陽極化處理，并噴涂6726底膠，在膠接面上貼好膠膜1113.06，在封邊框立邊區域粘貼膨脹片J-97，在成型工裝上利用蒙皮與封邊條上的定位孔定位各零件，并放入數控加工完畢的蜂窩。使用脫模薄膜、透氣氈進行隔離，糊制真空袋后入爐固化，經歷升溫、保溫、加正壓、加負壓、降溫、降壓等過程制造蜂窩夾層結構試驗件。

通過粘貼保護層(德砂膠帶、藍膠帶等)對膠液容易溢出的區域進行隔離防護，并使用扒皮布對膠液溢出區域進行隔離，保證膠液的溢出均勻，減少金屬板邊緣粘貼的膠膜邊緣等方式進行分組試驗。

4.3 試驗結果與分析

試驗結果見表1-5。

表1 板板膠接區：通孔處

表2 板板膠接區：盲孔處

表3 板板膠接區：加強片處

表4 板板膠接區：邊緣處

表5 蜂窩膠接區：封邊框翻邊處

未采用上述措施生產現場膠瘤實際情況見圖1-5。

圖1 板板膠接區通孔處

圖2 板板膠接區盲孔處

圖3 板板膠接區加強片處

圖4 蜂窩膠接區封邊框翻邊處

圖5 板板膠接區：邊緣

經過試驗，試驗件實際情況見圖6-15。

圖6 通孔藍膠帶保護

圖7 通孔德砂膠帶保護

圖8 通孔增加扒皮布

圖9 蜂窩區增加扒皮布

圖10 板板區邊緣增加扒皮布

圖11 蜂窩區藍膠帶保護

圖12 單側孔藍膠帶保護

圖13 蜂窩區藍膠帶保護

圖14 盲孔增加扒皮布

圖15 板板區邊緣德砂膠帶保護

根據試驗結果，可以得出以下結論：

(1)增加扒皮布雖然使膠瘤均勻且平滑過渡，但是增加了膠瘤的面積，且在膠瘤上留有扒皮布的纖維痕跡，此方法無法改進成型質量。

(2)在距封邊框2 mm處的區域粘貼藍膠帶進行保護，此方法雖然很好的改善了成型質量，但是由于藍膠帶含膠量較大，膠帶粘接區域有明顯的輕微膠瘤痕跡，且由于膠液的殘留量較多，對后續產品的噴涂底漆的結合力產生很大的影響。

(3)在距封邊框2 mm處的區域粘貼德砂膠帶進行保護，此方法很好的改善了成型質量，由于膠帶本身的含膠量不大，沒有膠帶殘留，膠帶粘接區域無明顯的輕微膠瘤痕跡。

(4)在封邊框翻邊區域依據文件膠膜可以增加1～1.5 mm余量后，會增加膠瘤的面積，此方法只適用于溢膠量少的膠膜，對于1113.06膠膜等溢膠量較大的膠膜不適用。

5 結 語

為控制表面質量，采用在距封邊框2 mm處的區域粘貼德砂膠帶進行保護，非封邊框區域無間距粘貼德砂膠帶的方法可控有效。由于試驗件為粘貼1層膠膜，但實際航空產品生產中有時會因為零件的制造公差等原因造成膠膜所需填充的間隙過大，需增加至2層膠膜，從而增加了溢膠量，盡管使用德砂膠帶，由于膠膜的厚度過厚還是會產生膠梗等表面質量問題，該種情況下可在增加膠膜的粘接區域同時使用德砂膠帶及扒皮布，利用德砂膠帶對蒙皮進行保護，利用扒皮布會使膠瘤平滑過渡及擴大膠瘤面積的原理，從而減小膠瘤的厚度，保證航空產品的表面質量。

[1] 吳承恩.飛機復合材料構件成本問題的技術分析及改進措施[J].航空制造技術，2009(15)：23-31.

Panel-Honeycomb Sandwich Structure Composite Part Surface Forming Quality

PAN Yongsheng

(Naval Military Representative Office in Harbin, Harbin, 150066)

For metal plate and honeycomb sandwich structure composite part improvement are made in panel-panel bonding area after forming, plenty of resin accumulation after curing surface forming defects. Surface quality has been improved by adding peel cloth, bonding tape etc., reduce the repair of product surface, prevent the impact of product strength and following process.

forming quality；honeycomb sandwich structure；composite materials technology；adhesion

2016-08-15)

潘永生(1978-)，男, 黑龍江人，研究生，工程師。研究方向：直升機設計。E-mail：836356439@qq.com.