某飞机防冰前缘气动外缘型值公差超差工艺方法改进

王林风 巩一甲 庞新强 惠佳

摘  要：随着胶接技术的不断发展，其在可靠性及耐久性方面取得了重要突破，特别是在汽车和航空航天等结构领域，胶接连接的应用日渐广泛。本文针对某飞机防冰前缘在制造过程中底部出现气动外缘型值公差超差现象，研究了该现象产生的原因及机理，同时提出了相应的改进措施，并且完成了现场跟踪验证，有效解决了气动外缘型值公差超差问题。

关键词：胶接  防冰前缘  气动外缘型值公差  改进措施

中图分类号：                                  文献标识码：A                  文章编号：1674-098X（2021）06（a）-0042-04

Improvement on the process method of aerodynamic edge type value out of tolerance for anti-ice leading edge

WANG Linfeng  GONG Yijia  PANG Xinqiang  HUI Jia

（AVIC Xi'an Aircraft Industry Group Company Co.， Ltd.， Xi'an， Shaanxi Province， 710000 China）

Abstract： Important breakthrough have been made in reliability and durability with the continuous development of bonding technology. The application of bonding joint is becoming more and more extensive especially in the field of automobile， aviation and spaceflight. The reason and mechanism of the aerodynamic edge type value out of tolerance are researched according to the bottom of anti-ice leading edge in the manufacturing process， and the corresponding improvement measures are proposed and verified， which solves the aerodynamic edge type value out of tolerance effectively.

Key Words： Bonding; Anti-ice leading edge; Aerodynamic edge type value tolerance; Improvement measures

目前，復合材料与金属常用的连接方式主要有机械连接、胶接连接以及混合连接[1-2]。机械连接包括螺栓连接和铆钉连接，机械连接的优势在于安全可靠、接头强度高、便于维修拆卸，抗冲击性好、操作方便等。其缺点在于开孔会引起应力集中、因连接件增加接头重量、连接效率较低等[3]。胶接连接是通过胶粘剂将不同的零件连接成不可拆卸的整体的一种连接方式[4]。与机械连接相比，胶接连接具有减轻构件质量、耐腐蚀性能好、抗疲劳性能好、绝缘性能好、减小结构应力集中以及容易实现胶接成型一体化等方面的优势，因此被广泛应用于各种异形件、结构复杂件、薄壁结构等[5-7]，目前应用较为广泛，性能可靠。混合连接是至少采用2种连接方法将2个或多个被连接构件连接在一起，通常是贯穿厚度的连接，与胶接同时使用[8]。

我国某飞机防冰前缘主要用于防止飞机尾翼前缘结冰，其结构形式均为内、外表面为金属蒙皮，中部夹有6层玻璃纤维预浸料，最中间层为加温元件，用2层胶膜与玻璃纤维预浸料层粘接。工作原理为用电加温元件将热量传导到外蒙皮上，防止飞机尾翼前缘结冰。防冰前缘的结构详见图1，该零件的气动性能要求较高，属于翼面类I区零件，依据设计文件，对于装配完成的部件，其气动外缘型值基本公差为±1mm，局部公差为±2mm。对于制造完成的防冰前缘零件，依据容差分配文件，零部件相对于外形检验样板的气动外缘型值公差为±1mm。对于防冰前缘蒙皮，依据相关文件，在施加定量压力为14.7N（1.5kg）的情况下，相对制造或检验依据的贴合间隙不应超过0.5mm。在实际生产中，防冰前缘底部相对于外形检验样板的间隙超过了2mm，不能满足部件的气动外缘型值局部公差要求，具体超差形式如图2所示。

本文以某飞机防冰前缘为对象，对该零件底部产生气动外缘型值公差超差的原因及机理进行了分析，然后提出了相应的改进措施，从而使得零件的气动外缘型值公差满足文件要求，同时也为金属胶接U型结构件的设计及成型工艺的改进提供依据。

1  制造工艺简述

防冰前缘内外蒙皮的材料均为2024-T3（δ0.02"），玻璃纤维预浸料的材料牌号为MXB7701/1581 DP，蒙皮与玻璃纤维预浸料之间采用环氧胶粘剂体系中温胶接固化而成，底胶为BR-127 THF，胶膜为FM73M-OST 5级胶膜。

内外蒙皮通过铝合金包铝薄板滚弯成形，成型模为凸模，然后手工制零件下陷。防冰前缘通过3次固化过程胶接而成，首先是外蒙皮与玻璃纤维预浸料之间铺贴完成，进行第一次固化，然后铺贴加温元件，进行第二次固化，最后铺贴玻璃纤维预浸料与内蒙皮，进行第三次固化。成型模为凹模。

2  原因分析

在未胶合状态下，外蒙皮处于加压状态下在装配型架卡板上（14.7N，即1.5kg的力）的底部间隙测量结果如表1所示，经过相同的工艺流程制造之后，使用切面样板测量的零件底部间隙值如表2所示。

从表1中的测量数据可以看出，外蒙皮在加压状态下仍无法与装配型架卡板完全贴合，且相对于装配型架卡板之间的间隙值在部分肋位置处超过了0.5mm，不符合相关文件要求，同时外蒙皮2的加压贴合状态要差于外蒙皮1的加压贴合状态。经过相同的工艺流程制造之后，零件2与切面样板之间的贴合程度要差于零件1与切面样板之间的贴合程度。这表明外蒙皮与膜胎之间的贴合状态直接影响最终零件与膜胎之间的贴合状态。

3  机理分析

依据热压罐内作用在零件上的压力分布情况，以热压罐内压力恒定为前提，分析零件在固化过程中的受力变化。如果零件与成型模之间不贴合，则U形零件的底部在热压罐中受到的力如图3（a）所示，U形零件的底部分别受向下的罐内压力和侧向的罐内压力，其中侧向的罐内压力分解为向下的压力F1和向左右两侧的压力F2，当两侧分别受F2施加力时，零件的上部分已与成型模侧面贴实，无法向下移动。当零件上部分与成型模侧面完全贴合之后，则成型模会给零件一个反作用力，如图3（b）所示，该反作用力分解为向上和向左右两侧的压力，其中向上的力则会抵消一部分向下的罐压，导致零件底部受到的力小于罐压，最终导致零件底部无法贴胎。

依据受力分析结果，若要零件底部与成型模之间完全贴合，则只需要增加U形零件底部所受的向下的压力，因此，采取的改进措施是在U形零件的底部增加工装压紧装置，该压紧装置可以依据不同的固化阶段随零件型面的不同而进行调节，增加工装压紧装置后零件的受力如图3（c）所示，从图3（c）中可以看出，壓紧装置自身的重力及通过压紧装置对零件的传压使得零件底部所受的压力大大增加，因此可以有效改善零件底部气动外缘型值公差超差的问题。

4  改进措施

为了解决防冰前缘气动外缘型值公差超差问题，在零件制造过程中提出了一系列的改进措施，具体如下。

（1）申请专用的防冰前缘蒙皮检验夹具，在零件预装工序检查交付的蒙皮与检验夹具之间的间隙是否满足文件要求，对于不满足文件要求的蒙皮要进行返工处理，从而保证合格的蒙皮用于后续生产中，从源头避免不合格零件产生。具体操作过程为：将未胶合的蒙皮放在专用的蒙皮检验夹具上，使用检验夹具自带的压紧装置将蒙皮内部撑开，从而使的蒙皮外表面与检验夹具的内侧贴合，然后使用塞尺测量蒙皮底部与检验夹具之间的间隙。

（2）改进零件成型模，在成型模上增加工装压紧装置，该压紧装置可以依据不同的固化阶段随零件型面的不同而进行调节，从而通过施加机械压力使得零件在固化过程中贴合成型模。

上述改进措施经过了现场跟踪验证，防冰前缘零件未出现气动外缘型值公差超差的现象，该改进措施的实施对于防冰前缘底部气动外缘型值公差超差问题的改善具有重要作用。

5  结语

本文针对某飞机水平安定面防冰前缘在制造过程中出现气动外缘型值公差超差的现象，研究了该现象产生的机理及影响因素。通过该项目研究，有效验证了金属蒙皮与玻璃纤维预浸料在固化成型过程中，金属蒙皮与膜胎之间的贴合状态对最终零件外形的影响，以及U型零件在制造过程中完善的工装设计对最终成型之后零件外形的重要性，同时也为后续类似零件的制造过程提供了重要参考。

参考文献

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