飛機(jī)復(fù)材零件成形加工與工裝設(shè)計(jì)

華軍威

摘 要： 本文研究飛機(jī)復(fù)材零件，通過分析復(fù)材熱膨脹系數(shù)，設(shè)計(jì)出符合膨脹系數(shù)的工裝，工裝設(shè)計(jì)是飛機(jī)復(fù)材零件成形的必要組成部分，通過分析碳纖維復(fù)材零件的性能，總結(jié)出以零件的工裝型面設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞： 復(fù)材零件；復(fù)材熱膨脹系數(shù)；工裝設(shè)計(jì)

1.復(fù)材零件

在飛機(jī)零件中，復(fù)材的使用非常廣，因?yàn)閺?fù)材零件的性能比較好，強(qiáng)度高、疲勞性能好、耐腐蝕性強(qiáng)等，在飛機(jī)壁板零件上廣泛應(yīng)用，如圖1.1。

飛機(jī)復(fù)材零件的使用可以大大減少飛機(jī)的質(zhì)量，提高飛機(jī)飛行中的安全性能，同時(shí)還可以減少飛機(jī)零件和部件的數(shù)量，在裝配和組裝上縮短飛機(jī)的制造周期，它已經(jīng)成為飛機(jī)制造中4大材料之一。

飛機(jī)復(fù)合材料在飛機(jī)上的應(yīng)用是從開始的簡單零件到后期的大量使用，在飛機(jī)機(jī)身和壁板上是尤為突出的，同時(shí)飛機(jī)上曲面零件大部分都是復(fù)材，因?yàn)閺?fù)材可以根據(jù)工裝不同加工出不同形狀的零件。飛機(jī)復(fù)材零件的成形一般選擇熱壓灌成形技術(shù)，這種加工方法主要的流程是將復(fù)材零件的毛坯利用真空袋密封在工作上，在將其置于熱壓罐中，經(jīng)過升溫、加壓、保溫、降溫、卸壓等過程，將其制造成所需的形狀，如圖1.2。

通過以上成形技術(shù)加工復(fù)材零件的優(yōu)點(diǎn)如下：

（1）熱壓罐內(nèi)的壓力是保持恒定的，所以對復(fù)材零件固化成形時(shí)候，零件內(nèi)部分子性能好。

（2）工作制造簡單，生產(chǎn)效率高，適合對飛機(jī)大面積蒙皮的加工，同時(shí)還能保證零件的結(jié)構(gòu)性能。

（3）復(fù)材零件的孔隙率低，樹脂含量均勻，零件的各項(xiàng)性能平穩(wěn)。

2.復(fù)材熱膨脹系數(shù)

復(fù)合材料的研究中，假設(shè)材料是均勻的，那么影響材料就是材料的熱膨脹系數(shù)，對復(fù)合材料熱膨脹系數(shù)的研究分為兩種：

（1）單層板熱膨脹系數(shù)，該材料是正交各向異性，并且這種異性是垂直纖維方向的，與同性材料的區(qū)別是異性層合結(jié)構(gòu)是對每一層進(jìn)行分析，為了知道各層結(jié)構(gòu)的彈性特性，需要對力學(xué)和膨脹進(jìn)行分析，分析方法是根據(jù)力學(xué)進(jìn)行坐標(biāo)矩陣轉(zhuǎn)換，然后進(jìn)行分析。

（2）層合板熱膨脹系數(shù)計(jì)算，這種是有兩層或兩層以上的單板組成的結(jié)構(gòu)，在組合上各層可以是不同材質(zhì)和性能，得到的材料性能也最優(yōu)，這種 的力學(xué)性能復(fù)雜，熱膨脹系數(shù)需要分析每一層的熱膨脹系數(shù)，分析方法也是矩陣法。

3.工裝設(shè)計(jì)

飛機(jī)復(fù)材零件最大的特點(diǎn)就是設(shè)計(jì)性強(qiáng)，不論零件的形狀是什么，都能制造出來，一個是因?yàn)椴牧献陨淼膯栴}，另一個就是工裝的設(shè)計(jì)，通過工裝的輔助進(jìn)行零件生產(chǎn)，在復(fù)材零件工裝設(shè)計(jì)上是按照鋪層工藝進(jìn)行鋪貼的，然后放入到熱壓罐中，按照要求進(jìn)行固化，隨著飛機(jī)技術(shù)不斷的發(fā)展，零件的精度和連接匹配性在不斷被要求提高，工裝的設(shè)計(jì)也在提高，一般飛機(jī)復(fù)材工裝包含三大部分，模板、背部支撐、底架，如圖3.1。

復(fù)材工裝結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)的時(shí)候，需要對材料進(jìn)行選擇，在選擇上比較廣泛，主體要求是材料的熱膨脹系數(shù)低，強(qiáng)度要高，具體如下：

（1）飛機(jī)復(fù)材零件如果是碳纖維的，那么工裝也要是相匹配的碳纖維，并且要求工裝的熱變形溫度要高于零件的20度以上。

（2）工裝的預(yù)固化溫度要小，使用溫度要高，優(yōu)點(diǎn)是提高工裝成型質(zhì)量，降低制造成本。

（3）工裝的氣密性好，可以重復(fù)使用，剛度要良好，適當(dāng)?shù)恼承?，良好的鋪疊性。

結(jié)論

在飛機(jī)復(fù)材零件的研究中，對零件進(jìn)行各向異性和成形精度以及溫度的研究中，通過工裝設(shè)計(jì)進(jìn)行深入研究，根據(jù)零件常溫下型面設(shè)計(jì)成形復(fù)材零件的型面，也就是工裝型面研究，在根據(jù)工裝模板進(jìn)行分析，避免回彈、反復(fù)修模等問題的發(fā)生，從而影響復(fù)材零件的成形和零件的精度。

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