引言

随着航空、航天制造业的发展，新型复合材料以其密度低、比强度高、耐腐蚀、抗疲劳等优点而被越来越广泛的用于零件的制造。^[1]可设计性强是复合材料的突出优点，尤其是手工铺叠、真空袋-热压罐法的成型方式，可以简单快捷的成型结构较为复杂的异型零件。但由于复合材料相较于传统的金属材料，表面质量不易保证、层间结合力弱，结构复杂的预制件经过铺叠、固化、脱模等一系列的工艺操作后易出现表面和内部质量问题。

复合材料多R角异型零件属于结构较复杂的一类零件。R角区域由于不易铺叠、固化过程中易出现加压不均匀等因素而成为复合材料零件成型过程中质量控制的难点和关键点。尤其是当R角较多，且有凹进工装表面的R角时，零件盖板与零件的协调配合难度较大，R角区域更易出现空隙密集、分层等内部质量缺陷和表面褶皱等表面质量问题。为了改善多R角的复合材料异型零件的质量问题，本文从多方面优化了工艺方案，深入探讨此类零件的制造方法。

1.结构分析

研究的典型零件长度约750mm，宽度约600mm，高度约400mm，零件最厚处6mm。零件整体存在十余处R角，R角尺寸从R8mm到R60mm不等，尺寸种类多，范围过渡宽。零件局部结构示

意图如图1所示。零件主材料为碳纤维树脂基预浸料。

图1 零件结构示意图

2.制造方案

该零件采用手工铺贴，铺叠完成后通过真空袋-热压罐法固化成型。已有研究表明，同样的铺层形式下，采用阳模成型要比采用阴模成型更有利于零件的铺叠、R角区域的均匀加压和保证产品质量^[2]，该零件选用金属阳模工装。但由于零件R角较多，虽采用阳模成型，仍有部分凹进工装表面的R角。特殊的零件结构，给整体成型过程带来较大的难度。 

3.技术难点及解决措施

3.1表面质量控制

选用阳模成型，零件贴袋面为气动外形面，不利于气动外形面表面质量的控制，尤其针对该多R角的异型零件，在R角位置容易出现褶皱等表面质量问题。为杜绝此类问题的发生，该研究采取了如下措施：

（1）对于该异型零件，铺叠难度较大，一方面铺叠过程中R角区域易出现架桥现象，另一方面铺叠过程中剪口位置选择不当，易出现R角位置堆摺现象。要求铺叠过程中以零件与水平面平行的平面为铺叠基准面，向四周铺贴预浸料，R角区域使用专用刮板进行压实，同时在部分R角位置开剪口，保证预浸料在拐角处平整过渡，避免R角位置出现堆摺现象；

（2）复材零件成型过程中普遍使用的盖板形式有金属硬盖板和橡胶软盖板，金属硬盖板能较好的保证零件表面质量，但在固化过程中容易出现与异型零件配合欠佳的现象，导致固化过程中压力传递不均匀，产生内部质量缺陷；橡胶软盖板能与零件有较好的配合，但对于此类多R角的异型零件，由于橡胶软盖板刚度不够，固化后零件表面易出现褶皱问题。综合以上两种情况，研究使用由玻璃布预浸料制备的具有一定刚度的盖板替代金属硬盖板或橡胶软盖板，保证盖板与零件的协调配合和零件的表面质量。

3.2内部质量控制

在铺叠过程中R角位置的架桥或者固化成型过程中R角位置加压不均匀易造成零件R角位置出现空隙密集或层间分层等内部质量缺陷。为从根本上解决此类问题，该研究采取了如下措施：

（1）在铺叠过程中，每铺叠1~3层预浸料进行一次常温抽真空压实，保证铺层之间贴合紧密；

（2）在零件固化之前对制件进行两次预吸胶操作，分别为：铺层铺至零件总厚度的一半和铺层完全结束。以保证能够充分排出制件中多余的树脂、空气气泡和低分子物质；

（3）采用分体式的零件盖板，用玻璃布预浸料制作盖板时，将盖板在部分R角处错层断开使盖板分为若干个部分。为保证盖板固化后各个部分可以彼此分离，盖板断开搭接处铺叠无孔隔离膜。将盖板在R角位置断开，避免了整体盖板在与多R角协调配合时可能出现的与零件配合不好的风险，使制件在固化过程中能够均匀加压。盖板结构如图2所示。

图2 分体盖板结构示意图

结论

1）在R角区域使用专用刮板进行压实，适当增加零件固化盖板的刚度可以有效改善多R角异型零件的表面质量；

2）适当增加零件铺叠时的预压实次数、适当增加预吸胶次数、采用分体式零件盖板可以显著减少多R角异型零件内部缺陷的产生。

参考文献

[1]陈绍杰.我国先进复合材料产事业发展[J].玻璃钢，2014（1）：13-26.

[2]王晓亮.某聚酰亚胺基复合材料构件R角内部缺陷研究[J].航空制造技术，2013（7）:67-69.

作者简介：吕永慧（1991—）女，工程师，硕士研究生，研究方向：复合材料成型工艺