先进复合材料工装的应用分析

与金属工装相比,复材工装的耐擦碰或耐磨损性能较差。为解决这一问题,ACG公司与Integran公司合作,采用纳米技术,在复材工装的工作面镀上一层Invar。在复合材料制件制造过程中,由于复合材料构件必须用专门设计制造的模具使材料的固化过程和制件的成型过程同时完成,制件固化成形后几乎不再作任何加工,其内部     

模具材料线胀系数对复合材料固化变形的影响研究

为了研究模具材料线胀系数对复合材料固化变形的影响,面向复合材料零件热压罐固化成形工艺过程,针对复合材料成形模具材料与复合材料零件线胀系数不一致导致复合材料零件热固化变形的问题,研究了模具与复合材料零件相互作用关系,推导了模具对复合材料固化变形的理论模型,利用ABAQUS等仿真软件建立了模具温度场的数值模拟模型,并将模具热变形的模拟数据与复合材料零件变形的试验数据进行了对比分析。结果表明,不同材料模具型面各位置变形值与型面结构特征无关,与型面大小有关;模具材料与复合材料的线胀系数差异越大,复合材料零件变形量越大。     

钛合金超塑成形模具材料的选用

分析了钛合金超塑成形模具对材料的要求；研究了几种材料的工艺试验结果。从材料各项性能综合考虑，Ｎｉ７Ｎ是较理想的模具材料。     

低熔点合金在C919飞机零件成形中的应用

根据70℃低熔点合金的导热性、表面张力、热熔及相变稳定性等特点,将它应用于C919飞机的门密封零件的成形,采用专用模具压弯成形方法进行加工。利用低熔点舍金加热熔化后填充型材毛料内部,常温下,待其冷却凝固后对零件进行加工成形,用低熔点塑性材料作为传力介质挤胀成形薄壁空心构件,研究了空心构件低熔点塑性介质挤胀成形机理、成形模具的结构、零件回弹和变形的修整。对低熔点合金材料的下一步研究进行了展望。     

大型复合材料Invar钢模具型板预成形适应性研究

针对Invar钢模具型板形状复杂多样,传统加工方法效率低、质量低等缺点,借鉴双曲度船体外板成形加工经验,对活络方形压头非对压技术在Invar模具型板预成形加工上的适应性进行了研究。对Invar钢的材料特性、形状特点、成形工艺进行了分析,成形结果表明活络方形压头非对压技术结合大吨位油压机能够有效地加工Invar钢模具型板,成形精度满足Invar钢模具型板预成形生产要求。     

熔融沉积制造材料的空间应用实验

为了解决熔融沉积制造(FDM)技术的空间应用问题,开展了不同材料的地面成形工艺实验研究。选取了聚乳酸(PLA)、聚碳酸酯(PC)、聚醚醚酮(PEEK)三种纯树脂材料以及碳纤维增强的PLA材料为研究对象,利用自主研发的空间微重力原理样机成功打印了标准试样,并进行了力学性能、阻燃特性、燃烧后毒气浓度、质量损失、可凝挥发等数据的测试,对比分析了PLA、PC、PEEK材料FDM成形件和传统注塑件的性能差别及不同纤维方向的碳纤维PLA复合材料试样的拉伸性能。结果表明:材料间结合能力是影响FDM成形制件性能的主要因素,异种材料间结合强度是影响复合材料样件性能的主要因素,结合能力越强的材料其FDM成形的质量越高,结晶材料的成形质量同时还受结晶度的影响,结晶度越高,制件性能越好。     

两种模具材料对热等静压TC4 显微组织的影响

研究了A3钢和GH1131高温合金两种材料作为模具对TC4钛合金HIP组织的影响。结果表明在HIP过程中,A3钢模具对有效应力传递的阻碍作用较大,设计HIP用A3钢模具时应避免深型腔结构,GH1131模具对有效应力传递的影响较小。受元素互扩散的影响,两种模具材料在HIP过程中均污染了TC4材料表面,A3钢模具对合金的影响层较薄,但使材料形成了波浪形的粗糙表面;GH1131对成形材料的影响层厚度>100μm。为了获得高精度的无污染表面,TC4合金HIP净成形时两种模具均需要进行表面处理,形成与TC4兼容的保护层。     

制造低熔点合金模具新方法

本文简要介绍用玻璃钢样件代替金属样件铸造铋锡低熔点合金模具的方法。     

电子束粉床熔融制备镍基高温合金构件的研究进展

镍基高温合金是涡轮发动机和燃气轮机中的重要结构材料,然而其制件传统加工过程复杂、成本高昂且原材料利用率不高。电子束粉末床熔融（electron beam powder bed fusion,EBPBF）技术能够实现复杂结构制件近净成形,是一种高温合金成形的新方案。EBPBF技术实现了以Inconel 718、Inconel 625为代表的高温合金材料构件的成形,并且发展至能够成形无裂纹的高比例γ′相难焊镍基高温合金,甚至直接制备单晶体镍基高温合金构件,材料的性能达到了传统铸锻件的水平。本文回顾近年来以EBPBF镍基高温合金作为研究对象的相关文献,从工艺过程、组织调控、力学性能等角度对EBPBF制备镍基高温合金构件研究现状进行分析总结,并对未来的研究工作提出了展望。     

碳／环氧复合材料结构件的模具设计

在整个碳/环氧复合材料构件的成形工艺中,模具通常起着十分重要的作用,构件的形状越复杂,模具的重要性越显著。本文通过几种已为实践验证的模具设计实例,初步探讨了碳/环氧复合材料构件的模具设计问题。     

碳纤维增强热塑性复合材料盒形件热冲压成型研究

碳纤维增强热塑性复合材料型材传统成型工艺存在操作复杂、成型效率低、成本高、不适合大批量生产等问题,限制其在航空航天领域的大规模应用。为改善成型工艺,提出一种采用模具直接加热纤维增强复合材料板的热冲压成型方法,通过板料拉伸试验和盒形件热拉深成型试验,研究纤维铺向工艺参数以及分析成型过程中试件纤维变形,得出极限拉深深度及成型极限剪切角。针对纤维编织复合材料盒形件热冲压成型,建议采用坯料纤维经纬方向与模具直边平行的放置方式。     

湿热环境下复合材料层合板本构模型研究及其应用

近年来复合材料被广泛地应用于航空航天等工程领域。在实际的使用中,复合材料在不同的湿热环境下其力学性能会发生显著变化,针对这一问题,国内外已有大量的试验研究,而对湿热环境下复合材料的本构模型理论的研究则较少。在经典层合板理论基础上引入湿热膨胀系数的概念,通过定义一个无量纲的温度,建立材料弹性常数与湿热参数之间的函数关系,推导出复合材料单层板在湿热力耦合作用下的本构关系,同时加入三维Hashin失效判定准则对层合板的损伤演化及失效模式进行模拟。结果表明:该模型较好地预测了复合材料层合板在不同湿热环境下的弹性响应,为分析实际工程中复合材料结构模型在湿热环境下的力学行为提供了重要参考。     

纤维增强复合材料热导率的研究

本文研究了单向复合材料热导率与基体材料和纤维的种类及纤维的含量和分布的关系,并根据电热相似原理,用混合热阻模型推出了单向复合材料热导率的计算式。用定常热流法实测了纤维含量和分布各不相同的试样在不同温度下的热导率,证实了该计算式的可靠性。     

复合材料在空间遥感器中的应用进展及关键问题

复合材料凭借其优异的性能已成为空间遥感器的重要材料,包含树脂基复合材料、金属基复合材料、陶瓷基复合材料以及碳/碳复合材料在内不同类型的复合材料皆有大量成功应用的实例。材料和工艺的更新发展,对于空间遥感器系统性能提升或者功能拓展都有着积极的意义。然而从工程化应用水平来看,目前尚处于替代传统材料满足型号产品需求的较低阶段。对空间遥感器所用材料的性能进行了对比与评价,介绍了复合材料在空间遥感器各主要部件中的应用情况,总结了适用于空间遥感器的复合材料及其成型工艺,并对复合材料在工程化应用中的关键技术问题作了进一步探讨,最后对空间遥感器发展对复合材料的需求作了展望。     

某大型飞机复合材料壁板工艺仿真及验证技术

热压罐固化成型是制造复合材料的常用方法,固化期间罐内温度分布变化以及模具与复合材料构件之间的热不匹配、柔性模具的低热导率等因素导致制件内部不可避免的产生温度梯度以及残余应力,从而影响材料的使用性能。大尺寸曲面帽型壁板采用复合材料热压罐工艺成型,根据热压罐的工作原理,针对复合材料构件热压罐成型过程中温度场分布和固化变形等问题,进行了仿真分析,通过对比制件温度场分布和固化变形仿真计算结果以及全尺寸零件的实际验证结果,验证了预测方法的正确性。分别利用成型工装和检测型架改进优化以及制造过程优化来控制构件固化变形,使其形状满足产品尺寸的精度要求,证明根据工艺仿真计算结果以及工艺过程改进,可以对大尺寸曲面帽型壁板在制造工艺过程中出现的变形回弹及残余应力水平进行预估和最大限度的减小,实现复合材料结构设计和制造的一体化,提高制件的成型质量。     

采用线膨胀系数可控ZrO2-TiO2陶瓷模具的钛合金高精度超塑成形

对线膨胀系数可控的ZrO2-TiO2陶瓷模具及钛合金高精度超塑成形进行了系统研究。探讨了TiO2体积分数和相对密度对ZrO2-TiO2陶瓷的线膨胀系数的影响规律,并引入相对密度修正模型——Turner模型来准确预测复合陶瓷材料的线膨胀系数。采用压痕法检测了与TC4钛合金等膨胀系数的ZrO2-TiO2陶瓷模具的超塑成形精度。在925℃下,利用ZrO2-TiO2陶瓷模具进行超塑成形,其使用性能良好。结果表明:ZrO2-TiO2陶瓷的线膨胀系数随TiO2体积分数的增加而减小,随相对密度的增加而增加。采用线膨胀系数优化的ZrO2-TiO2陶瓷模具,成形精度误差大幅降低,不超过0.1%,且陶瓷模具具有足够的热机械性能进行超塑成形,使用性能优良。     

导弹发射筒防热材料气动热冲击试验

利用电弧加热器湍流导管试验装置模拟导弹发射过程中发射筒内壁防热材料所经受的热环境,对导弹发射筒内壁所使用的三种不同防热材料进行了高压、高温气动热冲击试验研究.结果表明:橡胶材料综合性能优于陶瓷编织材料和玻璃布编制材料,更适合于作为发射筒内壁防热材料使用.     

成型工艺对复合材料I型断裂韧度的影响

采用双悬臂梁试验和假设检验的方法,对比分析了两种不同成型工艺对复合材料I型层间断裂韧度的影响,并采用有限元模型对这一过程进行了模拟。研究表明：硅橡胶软模成型试验件的I型断裂韧度均值略高于金属硬模成型试验件;而两种工艺试验件的I型断裂韧度方差不存在显著差异,且两种工艺成型的试验件的裂纹扩展过程相似。在试验的基础上建立了有限元模型,对裂纹扩展过程进行了模拟,与试验结果吻合良好,可以有效地预测裂纹扩展过程。     

Multi-functional SiC/AI Composites for Aerospace Applications

Multi-functional Al-matrix composites with high volume fraction (55%-57%) of SiC particles are produced with the new pres-sureless infiltration fabrication technology, X-ray detection and microscopic observation display the composites which are macroscopi-tally homogeneous without porosity. The investigation further reveals that the SiC/Al composites possess low density (2.94 g/cm3), high elastic modulus (220 GPa), prominent thermal management function as a result of low coefficient of thermal expansion (8 × 10-6 K-1) and techniques, the multi-functional SiC/Al composites have managed to be made into near-net-shape parts. Many kinds of precision com-ponents of space-based optomechanical structures and airborne optoelectronic platform have been turned out. Of them, several typical products are being under test in practices.     

多点"三明治"成形及其在风洞收缩段形体制造中的应用

大型风洞收缩段形体板厚较大,成形较困难,而风洞收缩段形体制造精度对气流品质有很大影响,由于收缩形体中各个瓣片的形状差异较大,所以采用传统模压工艺需要很多模具,势必增加成本和制造周期,因此,提出了低速风洞收缩段型面制造的一种新方法,即多点"三明治"成形方法。通过对收缩段曲面坐标变换和曲面离散,确定出多点"三明治"成形模具顶杆的高度,为了确保瓣片的尺寸加工精度,减少实验工作量,成形前,需要通过数值模拟对弹复量进行预报,试压后,测量瓣片的实际尺寸,重新调节模具顶杆的高度。研究表明,多点"三明治"成形适于制造大曲率半径曲面工件。采用此种新工艺已在一套模具上为某风洞收缩段形体制成200多种双曲率瓣片。