飛機大型復合材料壁板成型技術的研究

◎朱洪亮

復合材料的應用領域愈加廣泛，復合材料成型技術也得到了進一步發展，加強數字化建設是該技術的必然發展需求。提升復合材料成型技術的數字化水平，可以保證整體質量的穩定性，提高構件的制造精度，對復合材料的應用發展有著積極的影響。本文主對大型復合材料壁板成型技術進行了研究，了解該技術中的相關工藝，實現施工工藝進行有效控制，以此提高該技術的應用質量和效果，推動成型技術的進一步發展。

一、工裝技術

1.結構類型。

復合材料壁板成型工裝結構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、穩定性高、形面質量容易保證，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構形式，該結構工裝，重量輕、通風好、易搬運，但制造過程復雜，結構設計合理性要求高。按框架形式的不同，框架式工裝常分為隔板框架結構和型材框架結構。

2.結構影響因素。

不同結構形式的工裝，結合復合材料零件的實際制造情況，對復合材料的成型工藝過程會產生不同的影響，尤其是對復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，大型復合材料壁板應采用框架式工裝，可以兼顧保證工裝的強度、剛度；保證工裝的輕便、周轉；保證工裝的通風傳熱（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方向一致，以利于工裝的通風傳熱）。

二、固化成型技術

1.預成型技術。

復合材料制件制造過程中一般要進行預成型，對于大型復合材料壁板，預成型工序是控制內部質量、尺寸質量的關鍵。預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、揮發份，使零件結構密實。

（2）利用吸膠材料將多余的樹脂吸出，使零件的厚度達到要求。

（3）使復合材料坯料形面規整，便于后續的組合、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，影響后續的裝配工序；第二，偏厚使零件重量超標；第三，會使零件纖維體積含量降低，導致單位厚度復合材料的力學性能下降。大型復合材料壁板因為厚度變化大，所以各個區域余膠量分布不均，在制件制備過程中則要通過預吸膠環節控制各個區域厚度在標準范圍之內，這就要求我們對預吸膠工藝進一步掌握。

2.固化技術。

復合材料的固化過程對構件的質量有著直接影響，是大型復合材料壁板成型技術中的重要組成部分，主要是通過高溫、高壓對復合材料進行處理，確保復合材料的形狀和質量可以達到使用狀態，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生疏松、分層等缺陷。加壓點的最佳選擇為樹脂由粘流態向高彈態轉變過程中的過渡區間。這和升溫速率、加壓溫度、加壓時機都密切相關，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關系，是加壓點選擇的一個重要參考數據。在確定加壓溫度前提下加壓時機也至關重要。

3.預成型與固化工藝的協調應用。

復合材料的固化工藝是一個化學反應過程，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，主要擔心對后續固化工藝的影響，不易于加壓時機的選擇。經過試驗和工藝驗證，應該轉變我們的工藝觀點，應注重預成型工藝和吸膠效果。如果吸膠效果不好其坯料中的揮發份、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格，某種意義上講其加壓窗口范圍更小。而反之若預成型工藝效果理想，坯料中的揮發份、氣體有效排除，結構密實，那么固化過程中出現問題的機率較小，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。由此可見大型復合材料壁板其固化成型工藝非常關鍵，包括預成型參數、固化參數的選擇制定，以及預成型與固化工藝的協調。

三、數字化技術

科學技術水平在不斷提升的過程中，復合材料的應用效率也得到了提升，對于目前大型復合材料壁板中存在的問題可以進行完善和處理，整體的應用優勢比較明顯。目前國外許多國家已經建立了完善的軟件平臺，可以根據應用需求進行無圖設計，實現了復合材料數字化制造水平的提升。我國復合材料數字化建設水平還比較低，還存在一定的問題，整體的應用水平還處于發展中，制造工藝和體系有待完善，這就需要加強復合材料數字化制造技術的推廣和應用，建立完善的數字化體系。要結合大型復合材料壁板的制造需求，建立完善的技術軟件平臺，加強數字化設備的應用，形成一套完善的生產體系，為飛機構件制造工作的順利開展打下基礎。

結語：工裝技術和固化技術是大型復合材料壁板中的關鍵技術，工裝技術在應用的過程中要結合制件需求來確定工裝結構；固化技術則是大型復合材料壁板成型技術中的關鍵，需要根據材料的性能制定科學的成型工藝，將預成型技術和固化技術進行協調，以此促進成型技術的發揮。還需要進行數字化建設，將數字化技術與成型技術相結合，可以促進大型復合材料壁板效能的發揮。在制作大型復合材料壁板的過程中，實現數字化技術的有效應用，對航空航天事業的發展有著積極的影響。