复合材料自动成型工艺在航空中的运用
宋岩
生成PDF 清样下载 引用

复制成功

导出题录

参考文献( GB/T 7714-2015 ) 复制

宋岩,. 复合材料自动成型工艺在航空中的运用[J]. 中国航空航天科学,2024.8. DOI:10.12721/ccn.2024.157377.
摘要: 在传统单一使用某一种金属材料进行飞机组件加工工作后,会发现实际的使用效果不理想。因此,很多企业在航空领域中开始尝试引进复合材料及配套的加工工艺。基于复合材料的种类有很多,不同材料的性质不同,适用范围和加工注意事项有一定差异。为满足设备制造要求,提升行业发展水平,相关企业如果决定使用自动成型工艺进行加工制造工作,必须合理选择技术、设备,编制科学的加工计划,规范工作流程,管控工作质量。这项工作有一定的开展难度,本文就针对具体工作思路展开简要的探究。
关键词: 复合材料;自动成型工艺;航空行业
DOI:10.12721/ccn.2024.157377
基金资助:

航空行业的基础制作任务通常以制造载人、载物或者无人驾驶的飞行器为核心。这种装置对基础材料的使用价值有较高要求,相关企业可以尝试进行复合材料的合理加工和开发利用工作。同时,要注意积极创新设备的生产制造工艺,提高相关领域的整体发展水平。据了解,目前使用频率最高的就是自动成型工艺,应及时结合复合材料的材质特点来调整加工制造工作思路,保障工作质效。

1.常见复合材料自动成型工艺的特点及发展趋势

1.1带材铺叠工艺

1.1.1工艺基本特点

这种材料的制造工艺主要特征是:通过使用专业机床设备,可以进行大批量的组件制造工作。一般用于对结构较为复杂的飞行装置的组件进行生产制造,可以有效降低制造成本,缩短制造工作的时长。同时,在信息技术的支持下使用该工艺时,可以对机床进行编程处理,使用规定的芯模进行组件的精细化加工,还能减小误差。而且,这种操作方法符合行业的机械化、智能化发展要求,有良好的推广应用前景。

1.1.2工艺发展趋势

20世纪60年代,在成型工艺中引入单向带材,为加工飞机的大型构件在铺叠加工方面奠定了基础。20世纪70年代,世界首台商用铺叠设备研发成功。20世纪80年代,此工艺重点应用于军用领域制造飞机构件,在其他民用飞机的制造环节中仍然还未普及该工艺。应用领域的局限性,限制了此成型工艺的发展。直到20世纪90年代,此工艺才得到了飞机制造商的关注,促使加工设备呈现出销量增长势态。

1.2纤维铺放工艺

1.2.1工艺基本特点

纤维铺放加工设备是将机床作为加工基础,在保证飞机部件加工成本的前提下,完成多种复杂结构的自动成型。当前,世界上在飞机制造领域中共计投入超过35台铺放设备,可完成各种典型构件的铺放加工。铺放加工过程也是机械逆向加工的过程,使用铺放机械将加工材料进行堆积,重复叠加在原有的摊铺层上。实践操作表明,该工艺也可以配合数控技术进行自动编程处理,进而在生产制造环节中达到自动成型的目标。

1.2.2工艺发展趋势

该工艺主要起源于美国的ATK公司,时间是20世纪80年代。经大量试验研究,最终以缠绕设备为基础,研制出1代铺放设备。随后,Hercules总结设备研制经验,研发出改良的2代铺放设备,具备铺放成型工艺的各种优势。Cincinnati公司参与了设备的研发,重点对铺放头展开设计,成为首家销售商用铺放机床的公司。当前,此公司是世界范围内的最大设备供应商。纤维铺放属于复合材料自动成型工艺,该工艺的推广使得飞机制造行业逐渐发展。据了解,在波音787飞机中,多数构件都使用了该工艺。

2.复合材料自动成型工艺在航空领域的运用流程

2.1单向铺叠流程

如果航空制造企业要在飞机组件的加工环节中使用带材铺叠自动成型工艺进行加工工作,应先按照规定的流程进行单向的铺叠。具体操作思路是:检查机床运行装置是否存在安全风险,及时进行维修和保养工作。保障安全后,设定相应的程序,启动机械设备。注意要摆好材料在机床履带上的位置,做好履带运动方向的导向管理工作。在设备单向运行时,主要应对材料进行切割处理,一般分为粗加工和精细化加工两个环节,以确保最终材料的形状符合飞机的实际装配要求。

2.2双向铺叠流程

为提高工作效率,企业使用复合材料自动成型工艺时,还可以推广双向铺叠技术。注意要提前根据加工任务的要求,选定曲面机床或者平面机床。双向铺叠工艺的操作思路是:在没有启动自动控制程序之前,先对材料进行初步切割,并清理废弃物。再对切割后的材料铺贴衬纸,装入铺放头后,启动机床设备,应及时在自动化系统中载入材料的参数信息,以确保后续铺叠工作的高效开展。

2.3复合铺叠流程

基于单向和双向的铺叠方式都有各自的优势,适用于不同的飞机组件加工环节中。因此,在推广带材铺叠这一复合材料的自动成型工艺时,应考虑融合应用两种铺叠方法的优势,共同展开对高质量飞机组件的现场制造工作任务。这需要在设备入场时,分别设置单向和双向的铺叠结构,注意重点检查铺放头的固定情况,避免影响加工过程的精细度。据了解,这种复合式的工作方法可以保证基本组件的充足供应,为大批量制造飞机提供了技术支持。

2.4纤维缠绕流程

复合材料自动成型过程中涉及到对纤维缠绕工艺的灵活应用问题,首先,要检查铺放装置的组成结构,确定主轴设施、尾架齐全,并要单独配置一台铺放车,用于在自动加工时绕着工作区域的横轴运动。工作人员进行设备试运行操作后,就可以正式开展加工工作,注意全程控制加工时施加的外部作用力大小,避免对材料或设备造成损伤。其次,应将多个纤维带铺放在一起,调整好铺放缝隙,控制整体宽度。最后,应绕着芯模进行均匀摊铺,还要根据实际使用需求,严格控制好纤维带的总数量。

3.实际应用复合材料自动成型工艺时应注意的问题

3.1技术操作问题

虽然在使用自动成型工艺时,员工只需要操作设备的启停按钮,并监管设备的运行状态即可。但很多员工可能不了解自动化技术的运作原理,对复合材料的加工工艺的运用能力也有一些不足之处,这就容易影响实际的加工效果。因此,为保证加工过程的安全与稳定,避免人为因素对工作过程造成不良影响,企业应提前对人才进行技术交底,选用有一定工作经验且素质和能力都达标的人才组建工作团队。并应建立完善的管理机制,利用制度来约束员工的工作行为,保障工作过程的规范性,以此来消除风险因素。

3.2创新研究问题

现阶段的复合材料自动成型工艺仍然存在流程复杂的问题,操作难度比较高,在推广应用该工艺的过程中会遇到许多难题。基于此,企业决定引进相关技术时,应积极收集工作资料,并不断总结真实的工作经验,引导工作人员主动展开技术的创新研究工作。必要时,可以建立网络工作平台,让员工与其他企业的人才相互沟通,共同探讨工作问题,分享工作经验,以集思广益的方式,找到未来的技术创新方向。旨在顺利简化工作流程、降低工作难度、提升工作质效,真正适应时代发展对飞机制造工作的新要求,为企业带来良好的发展前景。

结语:企业在使用复合材料进行现场加工时,为了省时省力省钱,会采购机械设备,引进自动成型工艺,开展智能化加工操作。这需要提前设定设备的运行程序,还要由技术人员进行现场设备的安装、运维管理,并合理放置、固定材料。从精细化加工效果的角度来看,目前最适合推广的技术主要有材料铺叠和纤维铺放两种。应对现有人才队伍进行技术交底,依托制度来管控人们的工作行为,并积极融入创新理念,尝试优化技术的操作方案,最终为航空行业的发展进步提供技术支持。

参考文献:

[1]黄长用,朱晨凯.浅析先进复合材料成型装备发展与应用[J].中国机械,2023,(3):63-66.

[2]马全胜,李俊含,田思戗.热塑性复合材料的成型工艺及其在航空器中的应用[J].化工新型材料,2022,50(6):263-266+271.

[3]邢月,张占东.复合材料自动成型工艺进展及在航空中的应用[J].现代制造技术与装备,2019,(12):129+133.

》在线投稿系统

*文章题目:
*作者姓名:
*电子邮箱:
*通讯地址:
*联系方式:

  备      注:

*上传稿件:

支持上传.doc,.docx,.pdf,.txt,.wps文件

投稿须知:

1、审稿结果将于1~7个工作日以邮件告知,请注意查收(包含录用通知书、审稿意见、知网CNKI查重报告)。

2、提交投稿后,若7个工作日之内未接到录用通知,则说明该文章未被录用,请另投他刊。

3、凡投寄本刊稿件,如在内容上有侵权行为或不妥之处,均应文责自负。本刊有权对来稿进行文字编辑、加工和修改,如不同意,请附说明,以便妥善处理。

4、多作者文稿署名时须征得其他作者同意,排好先后次序,通知用稿后不再改动。

5、凡投往本刊稿件一经录用发表,其版权归本刊所有。

6、本刊已全文录入中国知网、万方、维普等数据库,如作者不同意被收录,请提前申明,未申明者,本刊一律视为同意被收录。

7、请勿一稿多投。