飞机大型复合材料壁板成型技术的研究

◎朱洪亮

复合材料的应用领域愈加广泛，复合材料成型技术也得到了进一步发展，加强数字化建设是该技术的必然发展需求。提升复合材料成型技术的数字化水平，可以保证整体质量的稳定性，提高构件的制造精度，对复合材料的应用发展有着积极的影响。本文主对大型复合材料壁板成型技术进行了研究，了解该技术中的相关工艺，实现施工工艺进行有效控制，以此提高该技术的应用质量和效果，推动成型技术的进一步发展。

一、工装技术

1.结构类型。

复合材料壁板成型工装结构上一般包括实体式工装和框架式工装。实体式工装：一般采用铸件和板材为坯料，进行机械加工，制造工装形面的工装形式。该类工装一般强度好、稳定性高、形面质量容易保证，但其重量大，不易搬运，不易作为大型成型工装。

框架式工装：为隔板、隔框搭建框架，支撑薄面板的工装结构形式，该结构工装，重量轻、通风好、易搬运，但制造过程复杂，结构设计合理性要求高。按框架形式的不同，框架式工装常分为隔板框架结构和型材框架结构。

2.结构影响因素。

不同结构形式的工装，结合复合材料零件的实际制造情况，对复合材料的成型工艺过程会产生不同的影响，尤其是对复合材料零件固化过程中的加热效率以及温度均匀性的影响。由此可以看出，大型复合材料壁板应采用框架式工装，可以兼顾保证工装的强度、刚度；保证工装的轻便、周转；保证工装的通风传热（注：若采用隔板式框架，隔板的开孔方向，要与热压罐的气流循环方向一致，以利于工装的通风传热）。

二、固化成型技术

1.预成型技术。

复合材料制件制造过程中一般要进行预成型，对于大型复合材料壁板，预成型工序是控制内部质量、尺寸质量的关键。预成型工艺是通过升温降低树脂粘度使其具有良好的流动性，适时加压，其作用有3 个方面：

（1）使树脂均匀流动有效的排除夹杂的气泡、挥发份，使零件结构密实。

（2）利用吸胶材料将多余的树脂吸出，使零件的厚度达到要求。

（3）使复合材料坯料形面规整，便于后续的组合、加工。

其中厚度的控制则是重中之重，因为首先厚度偏厚直接影响零件的外形尺寸，影响后续的装配工序；第二，偏厚使零件重量超标；第三，会使零件纤维体积含量降低，导致单位厚度复合材料的力学性能下降。大型复合材料壁板因为厚度变化大，所以各个区域余胶量分布不均，在制件制备过程中则要通过预吸胶环节控制各个区域厚度在标准范围之内，这就要求我们对预吸胶工艺进一步掌握。

2.固化技术。

复合材料的固化过程对构件的质量有着直接影响，是大型复合材料壁板成型技术中的重要组成部分，主要是通过高温、高压对复合材料进行处理，确保复合材料的形状和质量可以达到使用状态，是零件成型的主要过程。

加压点包括加压温度、加压时机。加压点的选择，首先是加压温度，加压温度过低则树脂流动性不好，纤维不易均匀浸润易造成缺陷；加压温度过高，树脂聚合速率过快不易掌握加压时机。其次在确定加压温度的前提下把握好加压时机，加压时机过早则树脂粘度低，排出树脂过多造成零件贫胶、孔隙率高；加压时机过晚则树脂聚合程度高，流动性差制件易夹杂气泡产生疏松、分层等缺陷。加压点的最佳选择为树脂由粘流态向高弹态转变过程中的过渡区间。这和升温速率、加压温度、加压时机都密切相关，不同的温度—时间曲线有着不同的加压点。凝胶时间和加压点有一定的对应关系，是加压点选择的一个重要参考数据。在确定加压温度前提下加压时机也至关重要。

3.预成型与固化工艺的协调应用。

复合材料的固化工艺是一个化学反应过程，其对温度、时间两方面相对比较敏感。通常的大型零件研制过程中我们对于预成型工艺相对比较保守，尤其是吸胶温度一般是采取较低的温度，主要担心对后续固化工艺的影响，不易于加压时机的选择。经过试验和工艺验证，应该转变我们的工艺观点，应注重预成型工艺和吸胶效果。如果吸胶效果不好其坯料中的挥发份、气体就不能有效排除，那么在固化过程中隐患比较大，固化工艺的选择尤为严格，某种意义上讲其加压窗口范围更小。而反之若预成型工艺效果理想，坯料中的挥发份、气体有效排除，结构密实，那么固化过程中出现问题的机率较小，固化工艺相对比较好控制，对加压时机不那么敏感，尤其是提早加压对零件固化质量影响不大，一定程度上反而是拓宽了加压窗口。由此可见大型复合材料壁板其固化成型工艺非常关键，包括预成型参数、固化参数的选择制定，以及预成型与固化工艺的协调。

三、数字化技术

科学技术水平在不断提升的过程中，复合材料的应用效率也得到了提升，对于目前大型复合材料壁板中存在的问题可以进行完善和处理，整体的应用优势比较明显。目前国外许多国家已经建立了完善的软件平台，可以根据应用需求进行无图设计，实现了复合材料数字化制造水平的提升。我国复合材料数字化建设水平还比较低，还存在一定的问题，整体的应用水平还处于发展中，制造工艺和体系有待完善，这就需要加强复合材料数字化制造技术的推广和应用，建立完善的数字化体系。要结合大型复合材料壁板的制造需求，建立完善的技术软件平台，加强数字化设备的应用，形成一套完善的生产体系，为飞机构件制造工作的顺利开展打下基础。

结语：工装技术和固化技术是大型复合材料壁板中的关键技术，工装技术在应用的过程中要结合制件需求来确定工装结构；固化技术则是大型复合材料壁板成型技术中的关键，需要根据材料的性能制定科学的成型工艺，将预成型技术和固化技术进行协调，以此促进成型技术的发挥。还需要进行数字化建设，将数字化技术与成型技术相结合，可以促进大型复合材料壁板效能的发挥。在制作大型复合材料壁板的过程中，实现数字化技术的有效应用，对航空航天事业的发展有着积极的影响。