V型復合材料蜂窩夾層結構成型技術研究

蔣金隆 李鋒 劉隆嬌

摘要：針對V型復合材料蜂窩夾層結構，設計合理可行的工藝方案，采用先陽模成型外蒙皮，再陰模成型蜂窩和內蒙皮的工藝路線。針對成型過程中出現的蒙皮空隙和蜂窩滑移的問題，選擇提升成型壓力和蜂窩預粘的解決方式，保證了V型復合材料蜂窩夾層結構的成型質量。

關鍵詞：復合材料;V型;蜂窩夾層結構 ;預粘

復合材料具有比強度高、比剛度大等優點，已成為一種重要的輕量化結構材料。隨著復合材料成型技術的不斷發展，復合材料用量已成為衡量航空飛行器先進性的重要指標之一[1-2]。

蜂窩夾層結構作為一種典型的輕質高剛度結構，已經越來越廣泛的應用于飛機的升降舵、方向舵、襟副翼等結構[3]。V型復合材料蜂窩夾層結構剛度大，結構重量輕，常常用于飛機的垂尾前緣等部位，由于其曲率大、易變性的特點，成型難度較大，國內外專業技術人員也在這方面進行了許多研究[4-5]。

本文針對V型復合材料蜂窩夾層結構，設計合理可行的工藝方案，采用先陽模成型外蒙皮，再陰模成型蜂窩和內蒙皮的工藝路線。針對成型過程中出現的蒙皮空隙和蜂窩滑移的問題，選擇提升成型壓力和蜂窩定位預粘的解決方式，保證了V型復合材料蜂窩夾層結構的成型質量，為V型復合材料蜂窩夾層結構的共膠接成型，提供了技術支撐。

1.零件結構特點

某型號V型復合材料蜂窩夾層結構，如圖1所示，零件外形呈“V”型，由復合材料外蒙皮、內蒙皮，及內外蒙皮之間的蜂窩和發泡膠組成。

2.工藝分析及工藝方案設計

V型復合材料蜂窩夾層結構型面曲率大，內、外蒙皮之間存在蜂窩和發泡膠，結構較為復雜。如何保證成型過程中外蒙皮和內蒙皮的成型質量，同時保證蜂窩位和發泡膠的置精度，是此V型復合材料蜂窩夾層結構的最大工藝難點。

經分析，可選擇的工藝路線如下表1所示。

由于某型號V型復合材料蜂窩夾層結構外蒙皮為氣動面，故設計對外蒙皮的成型質量要求高，考慮到成型成本及最終成型工藝難度，選擇第2中工藝方案，即外蒙皮先固化，蜂窩和內蒙皮共膠接的工藝方案。為降低鋪疊難度，選擇陽模成型外蒙皮，然后將固化后的外蒙皮放入V型陰模中，先定位蜂窩，再進行內蒙皮鋪疊，最后進罐共膠接。

3.成型難點

由于研究對象為蜂窩夾層結構，故選擇成型壓力不能過大，一般對于芳綸紙蜂窩芯材的夾層結構，成型壓力位0.1MPa～0.4MPa。若壓力過大，會造成蜂窩的塌陷或者滑移。但對于內蒙皮，降低的成型壓力會難以保證蒙皮成型質量，容易造成蒙皮空隙缺陷。如何選擇壓力，平衡蜂窩滑移與蒙皮成型質量的關系，是V型蜂窩夾層結構的成型難點。

4.壓力對成型質量的影響

在蜂窩與內蒙皮共膠接過程中，選擇不同的成型壓力，通過蜂窩是否產生滑移及內蒙皮的空隙率來考核V型蜂窩夾層結構的成型質量，其結果如下表2所示。

從表2中可以看出，選擇0.1MPa的成型壓力成型，最終制件的蜂窩不發生滑移，但內蒙皮空隙率高;選擇0.2MPa的成型壓力成型，最終制件的蜂窩輕微滑移，內蒙皮空隙率較低;選擇0.3MPa的成型壓力成型，最終制件的蜂窩產生較大滑移，內蒙皮空隙率低;選擇0.4MPa的成型壓力成型，最終制件的蜂窩產生很大滑移，內蒙皮空隙率低。

為滿足內部質量要求，需要選擇成型壓力≥0.2MPa。

5.蜂窩預粘對成型質量的影響

由于考慮內蒙皮空隙率的要求，選擇成型壓力≥0.2MPa，但從表2中發現，選擇壓力≥0.2MPa時，蜂窩會產生滑移。為控制蜂窩滑移，增加蜂窩預粘工序，預粘前后對蜂窩滑移的影響見表3所示。

從表3中可以看出，在壓力為0.2MPa和0.3MPa時，若不進行蜂窩預粘，則最終蜂窩產生滑移，若先進行蜂窩預粘，則最終蜂窩不產生滑移。

蜂窩預粘可以增強蜂窩與外蒙皮間的摩擦力，抑制成型壓力的側向分力對蜂窩側向的壓迫，從而提高蜂窩抵制變形的能力，是一種很好的蜂窩滑移抑制手段。

6.結論

1）針對某型號V型復合材料蜂窩夾層結構，選擇外蒙皮先固化，蜂窩和內蒙皮共膠接的工藝方案。為降低鋪疊難度，選擇陽模成型外蒙皮，然后將固化后的外蒙皮放入V型陰模中，先定位蜂窩，再進行內蒙皮鋪疊，最后進罐共膠接的工藝方案合理可行。

2）成型壓力對V型復合材料蜂窩夾層結構成型質量有較大影響。成型壓力越大，內蒙皮成型質量越好，但成型壓力的增加會造成蜂窩滑移。

3）蜂窩預粘可以增強蜂窩與外蒙皮間的摩擦力，是一種很好的蜂窩滑移抑制手段。在0.2MPa及0.3MPa的成型壓力下，增加預粘工藝，可以有效控制蜂窩滑移。

參考文獻

[1] 先進復合材料與航空航天[J]. 杜善義. ?復合材料學報. 2007（01）

[2] 袁超，程文禮，陳靜.復合材料非熱壓罐成型孔隙率研究[J].玻璃鋼/復合材料，2019（12）：89-93.

[3] 袁超.復合材料蜂窩夾層結構膠接定量補償技術研究[J].科技與創新，2019（11）：79+81.

[4] 蒲永偉，宋 揚，齊 芳. U型多區域蜂窩夾層復合材料構件制造工藝探究[C]//第十屆沈陽科學學術年華論文集（信息科學與工程技術分冊）.2013：77-81.

[5] 喬巧玲.復合材料“U”型蜂窩夾層件制造技術研究[J].化工管理，2018（14）：76-77.

作者簡介

作者簡介：蔣金隆，男（1980-），本科，工程師，中國航空制造技術研究院復合材料研究中心，研究方向：復合材料成型工裝技術，