热压成型碳纤维铺层零件成形模优化设计技术

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1、热压成型碳纤维铺层零件成形模优化设计技术韩强儒王俊蓉阳波中航飞机股份有限公司丙安飞机分公司陕丙丙安710089摘要：随着纤维增强复合材料在航空、航天等领域中的广泛应用，飞机机翼襟、副翼前缘、垂尾、平尾等部件广泛采用碳纤维复材设计结构，在前缘区域曲率较大，按照理论成形模铺层制造的零件存在固化收缩变形现象。借助逆向工程技术，将零件扫描点云并逆向建立工艺模型，比对分析理论模型与工艺模型在不同曲率下的回弹收缩量，在修型时依此对理论模型的曲面进行曲率离散并在等尺寸的约束下完成曲率映射变化，从而获得符合固化变形规律优化的工艺修型模型。实验表明，该补偿优化方法加工的零件满足制造公差要求，在后续复合材料加工

2、制造中有良好的应用价值。关键词：复合材料；碳纤维；回弹补偿；逆向工程中图分类号：TB33文献标识码：B1、引言随着数字化制造技术水平的提升，新技术、新工艺已经在航空、航天领域广泛应用［1］。复合材料零件具有比强度和比模量高、抗疲劳性能、耐腐蚀性和整体成型性好等许多优良特性，飞机上大量应用复合材料不仅可以明显的减轻飞机的结构重量，提高飞机性能，还可以大大减少零部件数量、加快制造周期。但复合材料零件固化变形是影响其成型质量的重要因素，其固化变形不但影响后续轮廓铣切、定位加工精度，而且存在装配间隙、干涉等诸多质量缺陷，导致装配阶段存在大应力装配的情况，严重影响飞机产品质量，制约飞机批产、量产能力。

3、2、现在分析大客飞机机翼襟翼前缘现有的制造工艺是：在成形工装上进行零件铺层，进热压罐进行成形，最终进行手工裁边。由于机翼襟翼前缘属于U形结构的蒙皮类零件，零件在加工成形后和钣金零件一样会出现较大的回弹，造成零件的加工超差，不符合机翼零件外形，不能合格装机。本研宄以C919飞机襟翼前缘碳纤维复材零件为例进行说明，如5753C11503G71零件在研制中存超过5mm的收缩。为减小此固化变形带来的补加工定位及装配困难问题，0前所采用的模型修型是以近似平直的下翼面边缘轮廓为基准，向外偏置修正值获得修正的边缘轮廓线，并以此轮廓线做为基线向前缘凸弧部分曲面相切曲面从而获得零件开口部分的收缩补偿，修行模型

4、如图1所示。该方法虽然解决了前缘零件的开口部分的配合问题，但实际上固化变形的集中区域在于前缘曲率较大的区域，由于对固化成型过程中该区域的变形规律没有掌握导致了真正需要修型II配合关系复杂的前缘曲率变化集中的区域未能有任何改善，导致在装配过过程中与配合机加件依然存在干涉产生装配应力过大的问题。4.4曲率优化曲线及曲面构造在CATIAV5环境下通过开发子程序测量理论曲线离散后的圆弧曲线每段圆弧的长度并依据映射函数曲线计算出的优化曲率半径按照切线连续及弧长保持不变的计算各弧段圆心所在位置及终点坐标并生成该优化圆弧的元素，按此对理论曲线的所有弧段进行计算并形成切线连续的圆弧段组合曲线，此曲线即为优化

5、后的成型模零件外表面截面曲线。5、结论通过上述方法完成了曲面冋弹补偿计算，在建立完成优化后的截面曲线后,为减少拼接曲线数量过大的小弧段，需要对该曲线进一步作简化处理，降低曲线的复杂程度并最终降低由过多圆弧段连接曲线所带来的曲面、实体模型的复杂度及模型存储过大的问题。简化的方法可以在优化过多曲线上按照一定的间距重新布置点位并在此基础上建立新的样条曲线，在建立完成一系列截面曲线之后通过运用曲面造型的功能完成曲率优化的曲面设计。参考文献：［1】何可馨，郭伟国，张晓琼，等，编织玻璃纤维与碳纤维铺层功能梯度板吸能特性研究［j］,航空工程进展，2011,(3)：276-281。［2】张建鑫，王岩，王维，

6、激光扫描技术在复合材料产品测量中的应用［」］，纤维复合材料，2014,(1)：26-29。［3】张莉彦，邱辉，陈虎，丁纬等，平面曲线的双圆弧最佳逼近［j］，组合机床与自动化加工技术，2002,(12)：34-36o［4】阳波，彭艳敏，杨亮，等，基于AutoCAD二次开发实现直线逼近拟合圆弧的方法［」］,CAD/CAM与制造业信息化，2014,03：48-51。作者简介：韩强儒，男，1966年生，中航飞机西安飞机分公司技装61厂副主任设计师，高级工程师，研究生，主要研究方向为复合材料制造、曲面重构、逆向建模、有限元模拟等。电话：029-86844961作者简介阳波，男，1986年生，中航飞机西

7、安飞机分公司技装61厂设计员，工程师，研究生。发表论文10余篇，申请发明专利2项