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.     

航空复合材料构件精确制造技术探讨及应用

随着军用航空器对作战效能比和民用航空器对燃油经济性要求的不断提升,以碳纤维增强树脂基复合材料为代表的轻量化高性能材料得以在航空器上广泛应用。国内外许多专家、学者对树脂基复合材料构件制造过程进行了大量的研究。复合材料成型工装制造时,应减少支撑块,并使用Invar钢制造的成型工装来提高复合材料构件的制造精度。在复合材料构件成型时,过低的固化压力会造成复合材料构件内部缺陷,低的升温速率和降温速率能够减少温度梯度对复合材料构件变形的影响。通过对工装补偿和优化成型工艺参数来实现盆形零件的精确制造。     

先进复合材料热压罐成型固化仿真技研究进展

热压罐成型工艺是航空航天领域用复合材料构件的重要制备方法之一,工艺过程涉及热和压力在多相材料体系间复杂的相互作用,并影响复合材料成型质量.在物理化学作用机理研究基础上,建立数值模拟方法可有效指导工艺、工装的设计与优化,为先进复合材料研制模式从传统的积木式验证向数字化制造模式转变提供了有力的技术支撑.综述近年先进树脂基复合材料热压罐成型工艺数值模拟方面的主要研究进展,结合国内外研究现状,对热压罐成型工艺数值模拟的发展趋势及亟需解决的问题提出了几点思考.     

大型复合材料成型工装热-结构耦合变形分析

热压罐成型工艺是目前广泛应用于先进复合材料结构、蜂窝夹层结构及复合材料胶接结构的主要成型方法.在成型过程中,复合材料制件是在高温高压下与工装一起放进热压罐中固化成型,制件固化成型后几乎不再做任何加工,外表尺寸应满足装配协调要求,不允许强迫装配.然而,工装在整个成型过程中因承受高温热载荷、自身重力及成型辅助件压力的共同作用而发生变形,工装的变形直接影响到制件固化变形而最终影响到复合材料制件的实际形状和尺寸精度.     

U型复合材料结构件热压罐固化变形及补偿技术应用研究

以复合材料U型构件为研究对象,采用数值模拟的方法对U型件进行热压罐温度场的模拟,模拟出在不同时间段工装和工件的温度分布情况,模拟工件在工装传热和变形影响下的内部传热、固化度、最终变形情况和残余应力水平等。根据模拟结果,优化热压罐固化工艺参数,从而改善固化热变形问题,根据分析结果制定补偿方案并实施验证,同时优化工装结构形式,采用工装型面补偿技术对零件固化变形进行预补偿。结果表明,补偿后零件变形后的外形与理论几何外形相差1.37mm,验证了补偿技术的可行性。工装型面补偿技术可以有效提高复合材料结构件的制造精度。     

基于自适应配合模具的复合材料加筋壁板共胶接技术研究

为解决大型复合材料加筋壁板筋条/蒙皮一体化成型过程中的型面配合问题,提出一种基于自适应配合模具的复合材料加筋壁板共胶接方法。以固化后的蒙皮外形面作为成型面,将未硫化的橡胶粘贴在钢模上,硫化形成带有配合型面自适应模具。该模具能够保障加筋壁板共胶接过程中筋条与蒙皮精确配合。通过力学性能测试,验证了该工艺方法不会对复合材料蒙皮的力学性能带来损失。同时通过对橡胶材料的硬度和压缩变形率进行测量,验证了橡胶能够满足自适用配合模具要求。此外,试验结果还表明,基于本工艺方法制造的试验件内部无分层脱粘问题。     

基于路径相关本构模型的大型薄壁曲面复合材料零件固化变形分析

大型薄壁曲面复合材料零件多采用热压罐工艺成型,在固化过程以及脱模过程会产生变形,导致零件变形超差,部件装配困难。针对此问题,本文首先采用路径相关本构模型对其固化成型过程进行分析,然后进行热压罐成型试验验证理论分析结果,就此采用反向补偿法修正模具型面。仿真结果表明,某大型薄壁曲面复合材料零件成型后最大位移为11.121 mm,最小位移为0.171 mm,分别发生在对称轴方向短边的边角点和靠近对称轴方向短边的边角点;零件在变形较大的两侧边和短边处残余应力较大,与变形较小的长边相差7 MPa左右。仿真结果与试验结果吻合良好,固化变形平均误差为8.6%。使用补偿后的模具再次进行固化变形仿真,使该零件的最大固化变形降低了70.8%。     

复合材料飞机机身工装模具一体化设计及验证

针对RX1E复合材料轻型飞机一体成型、胶结连接为主的工艺特性,进行了工艺方案的总体设计,包括装配顺序的确定和装配工装基准的选择等。其次,进行了一体化工装的结构设计,细化了制件模具的成型方案和结构零件的定位夹紧形式。最后,重新进行了尾翼、阻力板等较小部件制造,对一体化工装的实际使用进行了验证,类比分析了工装模具一体化的方案在复合材料结构轻型飞机机身上的技术可行性和先进性。研究成果可为复合材料飞机工装提供设计思路和参考。     

波音大型扭曲金属胶接工装设计探索

通过设计波音大型扭曲金属胶接工装,为公司大型复合材料胶接工装的设计打下了基础。     

复合材料构件成型模具的参数化设计

文摘实现复合材料构件成型工装的快速设计对缩短生产准备时间、提高构件质量具有重要意义。本文分析了复合材料构件成型模具的结构和建模特点及要求,提取了结构各部分的设计参数;基于CATIA和CAA平台开发了复合材料构件成型模具设计系统,并应用于飞机复合材料构件的成型模具设计中,验证了本文方法的可行性。     

Nomex蜂窝夹层复合材料的自动铺丝成型工艺研究

采用自动铺丝技术成型蜂窝夹层结构复合材料,其可能产生的缺陷为蜂窝芯侧压变形和预浸丝架桥,分析了二者的形成机理和影响因素。为验证两种成型工艺,设计了阴模成型工装,提出了胶膜预黏接工艺和局部零张力铺放作为缺陷解决方案,对平板蜂窝夹层进行实际铺放验证。对比固化后的制件:对于斜削角度较大的蜂窝,阳模成型不能消除架桥;丝束架桥导致最终制件相应位置出现分层、缺胶缺陷;阴模工装有效避免了蜂窝侧压变形和丝束架桥,更适合自动铺丝成型。可为复杂型面蜂窝夹层构件的自动铺丝成型提供参考。     

叶片型面成形的数学描述

“成型面叶片”即叶片型面沿叶高各截面型线相同的叶片中最复杂的莫过于斜轴旋转叶片,如图1所示,推导出这类叶片型面成形规律的通用数学模型。先建立叶片型面的OXYZ坐标系统。斜轴旋转叶片型面的成形规律是:型线既按斜线规律变化,又围绕着某一轴旋转,同时在X、Y方向还有位移。     

航空发动机复合材料叶片切削加工智能装夹系统

航空发动机复合材料叶片通过热压成型后，型面误差大，刚性弱，其榫根铣削和叶片切边加工装夹难度大，往往需要通过扫描来重构型面，重新生成加工代码，导致加工过程复杂，加工代码文件不通用，严重影响了其批量生产效率。提出用于航发复材叶片切削加工的多点阵自适应装夹和调姿系统。该系统采用定位和夹紧分开的柔性阵列工装，夹紧采用弹性吸盘，定位采用刚性定位器，确保吸紧和定位后叶片型面的精度；该系统能够在叶面最大误差范围内，根据叶片型面和榫根的误差自动地调节加工位姿，确保在不修改加工代码的情况下，实现满足性能要求的榫根和前后缘加工，大大减小了叶片切削加工的难度，提高了加工的效率。     

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。     

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     

大型筒段构件自动铺带成型技术

在研究自动铺带成型技术的基础上,提出了一种用于复合材料筒段构件自动铺带成型轨迹规划的设计方案。根据自动铺带成型系统的独有特点,提出专用于自动铺带成型系统的数控(NC)代码约定。在研究自动铺带成型CAD/CAM技术的基础上,开发针对大型筒段复合材料构件的专用CAD/CAM软件,并在自主开发的自动铺带成型设备上进行铺带成型实验验证。经实验验证,此自动铺带机专用CAD/CAM软件的开发相当成功,满足了大型复合材料筒段构件的实际生产需求。     

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。     

先进复合材料构件成型模具和工装技术

近年来,先进复合材料在现代飞机上的用量不断扩大,已经成为铝、钢、钛之外的第4大航空结构材料.复合材料在A380中用量达总重量的25％,在B787中更是达到了50％,在A350XWB结构上的用量达到了52％.其中应用最多的仍然是玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维、硼纤维等高性能纤维增强的树脂基复合材料,简称先进复合材料.其突出特点是构件在成型过程中,需要加热、加压和抽真空等工艺条件,材料成型和构件成型同时完成,其形位精度主要依靠相应的模具和工装来保证.市场对先进复合材料产品质量、性能、成本、周期等要求的不断提高,促进了先进复合材料工艺技术及其模具和工装技术不断创新发展.     

先进复合材料构件成型模具和工装技术发展趋势

在分析先进复合材料构件成型过程和工艺特性的基础上,分别从满足先进复合材料构件成型压力、温度和真空度以及构件质量和工艺可行性等方面,综述了膨胀橡胶、殷钢、碳泡沫、碳毡、形状记忆高分子和水溶性材料等模具和工装的特点和应用状况.     

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.