大尺寸复合材料翼梁数字化设计/制造技术

翼梁尺寸大、受力复杂,是飞机的主承力结构。采用复合材料制造翼梁可达到减重、提高起重载荷并延长使用寿命的目的。为了有效承载、传载及工艺装配的需求,要求复合材料翼梁结构铺层位置、铺贴角度精准,外形公差控制严格。大尺寸的复合材料翼梁铺层复杂、截面变化多,传统的手工方法制造大尺寸复合材料零件经常会出现零件内部质量问题及质量稳定性差等状况,这就需要更高的制造工艺水平来满足工程需要。从设计到制造应用数字化技术,材料自动铺贴、裁剪、成型,可以高质量地成型复合材料翼梁,满足设计各项指标要求。     

大尺寸复合材料“工”形加筋壁板研制

本文使用高温固化环氧碳纤维预浸料CCF300/BA9916-II,采用共固化的成型方案,研制了大尺寸复合材料"工"形加筋壁板。研制的加筋壁板很好地满足了设计要求,证明了共固化成型方案是切实可行的,为大尺寸复合材料加筋壁板研制提供了新的方案选择。     

小型无人机复合材料圆管的成型工艺

小型固定翼无人机的尾撑制件为一种大长径比碳纤维复合材料薄壁类层压圆管结构，该制件除要求具有较高的内外质量、满足无人机机体结构使用要求外，其内形尺寸还应保证后续装配尺寸控制要求，因此使用传统的预浸料卷制成型方式较难以满足上述使用要求。为满足上述要求并得到一种成型工艺简便、成型质量良好的产品，利用丙烯酸酯橡胶及金属芯模制备了一种适用于预浸料成型的热膨胀芯模，并利用该芯模及组合模具通过真空袋压法实现了大长径比碳纤维复合材料薄壁类层压圆管结构制品的工艺成型。结果表明，采用丙烯酸酯橡胶作为热膨胀材料，可以良好地实现预浸料成型过程中的热膨胀加压，得到的产品不仅内、外质量良好，满足无人机机体结构使用要求外，其内形尺寸还满足了装配尺寸公差控制要求，是一种针对大长径比碳纤维复合材料薄壁类层压圆管制造较为良好的工艺成型方式。     

大尺寸大厚度复合材料梁外形精确控制技术

大型复合材料零件的外形精度是其成型工艺的难点,针对大尺寸大厚度复合材料梁的结构特点,研究了影响大型复合材料U型梁外形精度的因素,通过精确的热膨胀补偿、回弹补偿和厚度控制等工艺方法对主要影响因素加以控制,实现了对大尺寸大厚度复合材料梁外形的精确控制.     

全封闭中空异型薄壁复合材料结构成型

以某航天器复合材料一体化摇臂为实例,针对其全封闭、非线性、变截面、变壁厚、细长中空的薄壁结构进行成型工艺方案研究。通过以可溶性芯模为铺层芯模,解决了铺层和脱模问题;选用气囊加压方式,解决了加压和成型问题。结果表明：经过4次-65～60 ℃的高低温循环试验,摇臂结构内部无分层、裂纹等缺陷产生;制备的复合材料摇臂顺利通过鉴定级力学试验,力学性能满足设计要求。采用气囊加压和可溶性芯模相结合的工艺方案,实现了低成本、短周期制备航天器复合材料主承力构件的目标,对类似的全封闭异型复合材料结构的研制具有一定借鉴意义。     

中型无人机复合材料机翼梁的成型工艺北大核心CSCD

中型固定翼无人机机翼梁为碳纤维复合材料层压结构,传统的阴模-预浸料成型虽然能极大提高外形尺寸稳定性,但该方法即使在引入硅橡胶芯模也较难以确保圆角处的正压力以及因其成型带来的架桥、气泡裹入等现象;本文利用组合式自适应均压板辅助工装及阳模-预浸料成型方法,在确保机翼梁制件外表面质量的同时不仅显著提高了机翼梁制件内表面质量,还使得工艺得到明显简化,极大地避免了因成型带来的架桥、气泡裹入等现象;并通过随炉件制作及性能测试得到单向预浸料的弯曲强度为1549 MPa,弯曲模量为110 GPa,层间剪切强度为87 MPa。     

一种复合材料翼梁后屈曲计算方法

基于金属结构的张力场理论,考虑复合材料的特点,适当地引入假设,提出了一种复合材料翼梁的后屈曲计算方法,并与4mm左右中等厚度腹板的复合材料翼梁试验结果进行对比。结果表明,该方法可以较为准确的预测复合材料翼梁进入张力场后的应力分布和翼梁的破坏载荷,弥补了复合材料翼梁后屈曲计算方法的缺失。     

模具形式对V型结构复合材料固化变形的影响

复合材料在热压罐成型过程中由于发生不可避免的物理化学变化,将会发生固化回弹变形导致尺寸偏差。V型结构普遍用于飞机外表面,研究模具形式对V型结构复合材料固化变形的影响,可有效保证复合材料成型精度,减少装配难度。本文通过建立有限元分析模型以及设计典型结构试验件相结合的方式,分析模具形式对V型结构复合材料固化变形的影响。结果表明:变形预测与试验结果误差在5%内,V型复合材料阳模成型比阴模成型的变形要大10%～15%,其变形回弹量趋势与拐角角度、制件厚度成反比,阳模成型时其回弹与拐角半径成正比。     

大尺寸多格栅复合材料框架共固化成型工艺

从铺层工艺优化设计、产品成型压力的保证等方面阐述大尺寸多格栅复合材料框架热压罐整体

成型的工艺方法。工程实践证明,将整体结构分解成多个工艺单元,先完成单元铺层,合模后完成剩余铺层的

方法可以完成该框架的坯件预成型;软硬模交替使用,软模传压、硬模保证框架几何尺寸的工艺方法能够实现

该框架的整体固化成型。制成的产品不仅上、下面平面度等形、位公差满足设计要求,产品的薄厚偏差、胶的含

量和产品质量偏差均能控制在允许的范围内。

     

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。     

非金属真空热成型模的制造

随着工业的发展,各种非金属材料(如碳纤维、玻璃纤维、ABS塑料、聚碳酸脂等等)及其复合材料越来越广泛地在飞机、汽车,船舶等制造业中采用。这些材料的加工成型方法之一便是真空成型。真空热成型所需的模具即为真空热成型模。 现就我厂研制法国海豚直升机所采用的非金属真空热成型模的制造工艺作一简单介绍。其实,这种真空热成型模的制造工艺对别的产品用的热成型模也同样适用或可作参考。     

用于复杂形状复合材料制造的水溶性芯模材料

提出了一种能够用于树脂基复合材料成型用的水溶性型芯模材料,该材料既能满足树脂基复合材料成型时的温度要求,又能在复合材料成型完成后进行水溶脱除.主要研究了水溶性型芯模材料的组成、制备工艺与耐温性、易脱除等相关性能,并对水溶性芯模材料的水溶性作了评价和表征.     

气囊硬度对固化后帽型长桁厚度的影响

为满足宽体客机机身轻质高强的要求，机身复合材料蒙皮需要长桁的支撑以提高复合材料壁板的刚度。为获得厚度均匀性良好的帽型长桁加筋壁板，对帽型长桁加筋壁板成型工艺中真空袋囊芯模的方法进行了改进，提出了一种硅橡胶囊芯模与真空袋囊芯模相结合的方法，获得了厚度均匀性良好的帽型长桁壁板，满足机身复合材料帽型长桁-蒙皮共固化成型时尺寸精度的要求。利用有限元仿真方法，研究了硅橡胶囊芯模截面尺寸、硅橡胶材料属性对长桁厚度均匀性的影响，结果发现所用硅橡胶囊芯模硬度越大，长桁尺寸均匀性越差。不同条件下所得长桁厚度对理论分析的准确性进行了验证。考虑硅橡胶硬度对长桁尺寸均匀性及工艺操作性的影响，最终选定所用硅橡胶气囊硬度为50HA，所得蒙皮-长桁实际测量的平均厚度与理论厚度偏差小于6%，细观分析发现蒙皮-长桁连接处纤维走向没有发生变形。     

多型面复合材料支架成型技术

阐述了一种多型面复合材料支架整体成型技术,重点对工艺方案、模具设计、铺层工艺优化设计、固化方式进行了探究。结果表明:采用一体化成型方案,能够实现一种多型面复合材料支架的成型。通过工艺研究,突破了组合式模具设计,对称、阶梯过渡的铺层,真空辅助硅橡胶加压关键技术。产品具有较优的成型质量、尺寸精度及力学性能。复合材料制件内部无分层、疏松、孔隙等缺陷,纤维体积分数可控制在(60±3)%,孔隙率测试值均低于1.0%。产品安装面平面度优于0.3 mm,角度公差在±0.1°范围内。随炉试件力学性能高于设计指标,满足用户使用要求。     

非连续带材缠绕张力控制技术研究

 非连续带材缠绕是布带缠绕的一种,广泛地应用于复合材料成型中,在大拉伸比缠绕时更能突显其优势。针对非连续带材的缠绕,在认真分析复合材料成型工艺过程和可能存在的技术难点的基础上,对影响缠绕制品质量的张力、布带拉伸比、布带自动续接及自动纠偏等因素的控制方法及相互作用机理进行了较为深入的研究,并设计出了切实可行的机械装置和控制方案。经应用验证,该方案既实现了非连续带材缠绕成型过程的自动化,又保证了缠绕制品的质量,解决了非连续带材成型过程的关键控制技术难题。     

ARJ21—700飞机遮光板成形模制造技术难点及解决方案

分析了ARJ21-700飞机遮光板成型模制造的六大技术难点,介绍了实际生产中成功解决技术难点的对应方案,为制造大型复杂精密的复合材料成型模具提供参考.     

热压罐温度场分析与影响因素研究

热压罐固化成型是制造复合材料的常用方法,固化期间工装表面不均匀的温度场分布会使材料产生残余应力,从而影响材料的使用性能.翼梁采用复合材料热压罐工艺成型,根据热压罐的工作原理,建立了热压罐固化过程温度场模拟的有限元模型,分析了工装表面温度场的分布特点,给出了不同位置的温度曲线.研究了不同因素对工装表面温差的影响.计算结果表明,提高罐内气流流速、增大升温速率、选用低比热容与高热导率的工装材料能够减小工装表面的温差,有利于提高复合材料的成型质量.     

热胀法复合材料成型新工艺

复合材料产品的固化成型 ,一般采用真空袋热压罐法。热压罐造价高、设备大、要求技术熟练的人员操作 ,产品质量难以保证。本成果热胀成型法以热胀材料为芯膜 ,刚体材料为阴模 ,复合材料置于芯模与阴模之间 ,当模具受热后 ,由于芯模的体积膨胀受到阴模的限制 ,而在模腔内产生压力 ,实现对复合材料固化过程的加压。靠芯模热胀产生压力 ,无需外压源 ,只需热源即可。此法适合于复合材料产品的共固化。如直升机的水平尾翼、卫星结构件等复合材料制品 ,就是采用热胀成型法制造成型的。热胀压力与芯模几何形状、芯模材料的物理性能和力学性能、凝固…     

先进复合材料制造及过程控制技术

先进复合材料在民用飞机中的大量应用带来了突出的减重优势和经济效益,同时对复合材料制造技术和成型质量提出了高标准要求。针对先进复合材料在民用飞机中的应用,介绍了国内外先进的大型民用飞机中典型复合材料构件的制造方案,并按照过程质量控制要求,从原材料、工艺过程及产品检验三方面进行了复合材料构件制造过程质量控制分析。分析表明,发展基于自动化的先进复合材料整体成型技术并实现复合材料制造过程的高水平控制,对满足民机适航性和经济性的高标准要求、实现复合材料在民机领域的大规模应用与批产具有重要意义。     

大型复合材料壁板先进制造技术及应用

大型整体化的复合材料壁板会起到较好的减重效果,明显提升飞机的整体效能,简化装配工艺。大尺寸共固化的复合材料制件铺层结构复杂,传统成型工艺难度大,质量稳定性差,组合元件形位尺寸有偏差。随着设计制造一体化(DFM)理念的出现,先进数字化制造技术在复合材料零件制造方面的应用很好地解决了大尺寸复合材料壁板类零件制造的难题。