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复合材料蜂窝夹芯壁板质量控制技术研究

马贺1 马秘辉2 王昭军3 周开锋4

航空工业沈阳飞机工业(集团)有限公司,辽宁沈阳,110850

摘要: 本文分析了复合材料蜂窝夹芯壁板内部质量制造过程中存在的难点,通过原因分析及开展相关工艺试验验证,确认要因,最终探索出切实可行的内部质量升方案,找到蜂窝夹芯壁板内部质量控制方法。
关键词: 复合材料蜂窝夹芯壁板;质量控制
DOI:10.12721/ccn.2022.157143
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现代化复合材料是以有机高分子材料为根本依托,以高性能连续纤维作为增强材料,采用专业的工艺设备生产而来,无论在结构稳定性还是外形精确度上,都有着明显的优势。目前,复合材料凭借超强的性能优势,被广泛应用于航空航天零件制造领域,成为新一代航空器的主要材料,并成为了航空结构先进水平的重要衡量标准[1]

1复合材料蜂窝夹芯壁板简介

复合材料蜂窝夹芯壁板组件,尺寸约为4900mm*960mm,内含5块蜂窝,蜂窝与蒙皮采用共固化形式成型。按等强度原则,蒙皮斜坡式渐变厚度设计,最大厚度6.64mm,最小厚度1.38mm。

2  材料选用

蜂窝夹芯壁板材料选用碳纤维预浸料5228A/CCF300及5228A/CF3031;芳纶纸蜂窝NH-1-1.8-48;预防电化学腐蚀,蒙皮内、外表面与金属零件贴合处铺玻璃布5228A/EW100A。

3 复合材料蜂窝夹芯壁板成型工艺简介

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4 复合材料蜂窝夹芯壁板内部质量分析

复合材料蜂窝夹芯壁板在固化成型后,由于超厚度壁板的铺层数多,加之预浸料的导热率较低,模具和压力等影响因素,导致平板沿厚度方向传热困难。大厚度平板内部不同的厚度位置温度差异较大:在升温过程中,中间层的预浸料不易被加热,导致温度滞后于外层;在固化反应开始后,中间层的放热不易扩散,导致热量累计,容易出现温度升高情况,影响固化后蜂窝组件的内部质量,在零件翻边处,尤其在翻边加厚区豁口处极易出现空隙密集缺陷。且由于此零件翻边处近乎直角,导致加压不均,严重影响内部质量。通过上述分析,制定如下实验方案及解决措施,解决了复合材料蜂窝夹芯壁板内部无损检测问题。

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5 复合材料蜂窝夹芯壁板外部质量分析

复合材料蜂窝夹芯壁板在成型过程中,由于复合材料制件与金属钢制工装热膨胀系数相差较大,导致组件翻边加厚区豁口处位置偏差超过理论位置公差,且引起装配工艺(耳片)孔位置发生偏移,最终导致在装配过程中,由于此组件耳片孔位置不准确,产生装配超差或舍弃其中一个耳片孔,给装配环节带来了极大质量隐患。同时,蜂窝位置定位准确也是次壁板组件外形检测中的重要环节。

解决方案:

(1)在组件固化后,组件不脱离工装的情况下检查组件与工装的贴合性,若贴合性较差,则两个工艺孔均不钻制;若组件与工装贴合性较好,无翘曲现象,则只钻制基准孔,另一个装配工艺孔不钻。

(2)根据多组件生产制造经验摸索及工装在热压罐温度场中的热变形工艺模拟仿真,总结和计算相结合得出翻边加厚区豁口处预留余量的最终数据,通过此数据进行尺寸补偿并完善工艺文件,以防止豁口尺寸及位置错误。

(3)在组件切割下料、无损检测工序结束后喷漆之前,将组件放回制造工装上,按照装配基准工艺定位孔及组件边缘线放置在理论位置后钻制另一工艺孔。使两个装配工艺定位孔位置更精确,从而避免外形尺寸偏差。

(4)利用复合材料蜂窝夹芯壁板成型工装新制复合材料外形切割样板,样板固化后在放回成型工装上根据室温下的实际零件边缘线划线切割,最终得到复合材料蜂窝夹芯壁板的外形切割样板,用此样板定位切割,外形尺寸更加准确。

6 结论

通过上述实验及分析研究,得出以下结论:

(1)铺叠复合材料蜂窝夹芯壁板前,在成型工装上铺贴一层单面带胶隔离膜,以减小工装表面摩擦力;硫化橡胶与未硫化橡胶组合制成的软模结构对复合材料蜂窝夹芯壁板翻边加厚区域内部质量影响较大,通过增强翻边区域软模的刚度及对软模在变厚度区域进行断开处理,可有效解决翻边内部质量问题。

(2)在脱模前后分别钻制孔装配工艺定位孔及利用外形切割样板等措施可有效解决复合材料蜂窝夹芯壁板外形尺寸问题。

 参考文献

[1]张海杰.航空复合材料零件制造工艺及设备应用[J].科学与财富,2018(14).