碳纖維復(fù)合材料設(shè)計(jì)是基礎(chǔ)，成型是關(guān)鍵，成型技術(shù)和設(shè)備是成型復(fù)合材料的重點(diǎn)，隨著復(fù)合材料在飛機(jī)上的廣泛使用，各種相對應(yīng)的先進(jìn)成型技術(shù)也迅速發(fā)展，先進(jìn)的預(yù)浸料制備技術(shù)、自動(dòng)鋪帶(絲)技術(shù)及設(shè)備、激光投影、激光跟蹤儀以及工裝設(shè)計(jì)和加工等都為復(fù)合材料的成型提供了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
機(jī)翼壁板成型工藝
目前，大尺寸加筋壁板成型工藝常見有以下4種:
1、二次膠接(長桁和蒙皮分別固化，然后組裝二次膠接);
2、共固化(蒙皮與長桁分別鋪疊預(yù)成型，再組裝膠接共固化);
3、膠接共固化(長桁先固化，再與預(yù)成型蒙皮膠接共固化);
4、膠接共固化(蒙皮先固化，再與預(yù)成型長桁膠接共固化)。
這三種成型工藝各有優(yōu)缺點(diǎn)，在選擇成型方式時(shí)必須結(jié)合產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)形式、外形尺寸和設(shè)計(jì)使用要求等確定適合的成型方式。
大尺寸機(jī)翼碳纖維復(fù)合材料壁板結(jié)構(gòu)的成型目前普遍選擇膠接共固化工藝，相對于二次膠接，膠接共固化有較好的膠接質(zhì)量，節(jié)省了一次熱壓罐的使用，成型效率較高。相對于共固化，膠接共固化模具結(jié)構(gòu)相對簡單，工裝設(shè)計(jì)加工成本低。
空客在機(jī)翼壁板結(jié)構(gòu)上同樣采用膠接共固化成型方式，A400M和A350XWB碳纖維復(fù)合材料機(jī)翼采用長桁先固化，再和蒙皮膠接共固化的成型方式。采用膠接共固化成型方式，可以保證長桁的成型質(zhì)量和加工精度，長桁在和預(yù)成型蒙皮膠接共固化時(shí)膠接質(zhì)量較易保證，長桁定位方便，工裝成本低。
機(jī)翼自動(dòng)鋪帶成型技術(shù)
隨著碳纖維復(fù)合材料在飛機(jī)上應(yīng)用比例的逐步增大，碳纖維復(fù)合材料構(gòu)件的尺寸也隨著增加，傳統(tǒng)的手工鋪疊等方法已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足大尺寸結(jié)構(gòu)件研制生產(chǎn)的需要。當(dāng)復(fù)合材料零件的尺寸較大時(shí)，人工鋪疊難度相應(yīng)增大、成型效率低、產(chǎn)品質(zhì)量也難以保證，因此，相應(yīng)的自動(dòng)鋪帶技和纖維自動(dòng)鋪放技術(shù)等自動(dòng)化制造技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。
目前較為先進(jìn)的鋪帶機(jī)是法國公司的“大力神”雙頭自動(dòng)鋪帶機(jī)。該機(jī)的特點(diǎn)是有兩個(gè)機(jī)頭進(jìn)行鋪帶, 一個(gè)用繞在線軸上的無緯帶鋪帶, 另一個(gè)用預(yù)先切割的材料, 可快速進(jìn)行復(fù)雜形狀的鋪疊。
翼梁成型
翼梁由于結(jié)構(gòu)尺寸大、變截面多和鋪層復(fù)雜，采用傳統(tǒng)手工鋪疊成型效率低下。鑒于此，國外開發(fā)出了成型效率較高的熱隔膜成型技術(shù)(Hot Drape Forming ，HDF)。由于熱隔膜成型技術(shù)對材料體系有特殊的要求，進(jìn)而限制了新型材料體系在翼梁結(jié)構(gòu)上的應(yīng)用，因此A350翼梁舍棄熱隔膜成型技術(shù)，而采用自動(dòng)鋪絲技術(shù)。
熱壓罐智能控制技術(shù)
熱壓罐成型是目前大型復(fù)合材料構(gòu)件主要成型手段，針對大尺寸構(gòu)件固化過程中溫度場不均勻、溫差大等現(xiàn)象，國外開發(fā)出超大尺寸的熱壓罐系統(tǒng)和先進(jìn)的熱壓罐空氣循環(huán)系統(tǒng)，該系統(tǒng)能有效降低大尺寸復(fù)合材料構(gòu)件成型過程中的溫差，降低單位重量復(fù)合材料構(gòu)件的能耗，且有利于保證復(fù)合材料構(gòu)件的成型質(zhì)量。
通過長時(shí)間的針對碳纖維復(fù)合材料的研究，碳纖維復(fù)合材料在各種機(jī)型上的應(yīng)用比例逐步提高，也形成了相對成熟的設(shè)計(jì)理念和方法，積極借鑒和研究，努力開發(fā)各種先進(jìn)的成型工藝、設(shè)備、檢測方法和高效的裝配工藝等，以便滿足客戶針對碳纖維部件的各項(xiàng)需求。
文章來源：復(fù)材模壓專委會(huì)
原標(biāo)題：《【復(fù)材資訊】盤點(diǎn)當(dāng)下碳纖維復(fù)合材料機(jī)翼所用的成型工藝》
