大型复合材料壁板先进制造技术及应用

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1、大型结构件加工LARGE-SIZEDSTRUCTURECOMPONENTPROCESSING大型复合材料壁板先进制造技术及应用李林（航空工业沈阳飞机工业（集团）有限公司，沈阳110850）[摘要]大型整体化的复合材料壁板会起到较好的减重效果，明显提升飞机的整体效能，简化装配工艺。大尺寸共固化的复合材料制件铺层结构复杂，传统成型工艺难度大，质量稳定性差，组合元件形位尺寸有偏差。随着设计制造一体化（DFM）理念的出现，先进数字化制造技术在复合材料零件制造方面的应用很好地解决了大尺寸复合材料壁板类零件制造的难题。关键词：设计制造一体化；自动铺带；加热预成型；激光定位

2、组合DOI:10.16080/j.issn1671-833x.2017.11.105机大型整体复合材料结构的应用部料壁板为研究对象，解析设计制造一位已经由次承力结构过渡到大型主体化的先进技术。承力结构。作为主承力的复合材料壁板零件，要求结构的铺层位置、角壁板介绍度精准，组成元件的尺寸和位置度准1壁板规格确，只有这样才能有效地承载和传递某民机中央翼盒壁板有11根长载荷。桁。按等强度原则，蒙皮斜坡式渐传统的手工成型工艺加工大尺变厚度设计，最大厚度14.803mm，铺寸壁板类零件，经常会出现零件内部层数103，最小厚度5.95mm，铺层数质量问题，组合元件形位尺寸偏

3、差、33，面板3360mm×2850mm。T型长零件质量稳定性差等状况。桁为等厚度设计，沿航向各长桁厚度飞机的复合材料部件，从设计方相应减少，最大长桁厚度5.134mm，法到制造技术与金属材料部件相比铺层数28，最小长桁厚度2.544mm，李林都有它的独特性和复杂性。先进的铺层数14。高级工程师,研究方向为复合材料在飞机结构设计中的应用、制造及修理。设计制造一体化技术能够满足现代2材料选用飞机对大型复合材料部件的应用要壁板材料选用碳纤维预浸料求。在并行协同数字化研制过程中，Cycom977-2-35-IM7-145。预防设计定义与制造技术密切结合，实现电化学腐

4、蚀，蒙皮内、外表面与金相较金属材料，复合材料有较好设计、材料、工艺的高度一体化，包括属零件贴合处铺玻璃布HEXCEL的比刚度、比强度、耐疲劳、抗冲击、从方案设计、材料选择、铺层安排、实8552/42/120/G。耐腐蚀性能。整体成型的大型复合体建模、铺层展开、可制造性分析和3工艺分析[1]材料结构是飞机减重的重要措施,文档自动生成等一系列过程。将壁板按结构拆分为蒙皮和长也是降低成本的一种方法。现代飞本文以某民机中央翼盒复合材桁，分别铺贴和预成型，组合后共固2017年第11期·航空制造技术105大型结构件加工LARGE-SIZEDSTRUCTURECOMPONE

5、NTPROCESSING蒙皮模具准备蒙皮铺贴蒙皮铺层裁剪蒙皮预成型工艺组装共固化长桁模具准备层板铺贴、裁剪层板预成型长桁预成型长桁定位图1壁板制造工艺流程图Fig.1Processflowchartofthepanel[2-3]化制造。工艺流程如图1所示。蒙皮成型预浸料卷1蒙皮仿真设计切刀减重需要，蒙皮为变厚度设计。衬纸回收卷选用FiberSim软件进行制造仿真设定位仪位置孔计，生成制造工程信息、驱动铺层激光投影定位系统、自动下料设备和纤压实轴滚轮工装靶标点[2，4]维铺放设备的数据。图2ATL机结构示意图图3蒙皮工装上的标记点具有高效率、高质量和低成本优Fi

6、g.2ATLsketchmapFig.3Marksonthetooling点的自动铺带技术能够避免人工铺放产生的质量重复性差、质量分散性实后，揭去表面保护层）。样板裁剪预浸料，人工划线定位、铺大的问题。由于壁板蒙皮有外型面（2）加载碳纤维ATL铺放指令；贴。零件的制造精度受限于设备的要求，要直接在固化工装上铺贴。蒙为防差错和测试设备运转状况，每次使用精度和人工操作的准确度，已不皮是大尺寸且中等曲率零件，适于曲铺放角度和料卷更换，ATL都要先在能满足现代飞机对大型壁板类零件[5]面式自动铺带机的应用，采用窄带模具试铺放区试铺放一段预浸料，检的精度要求。数字化技术

7、代替模拟150mm宽料卷。查铺放情况再进行工件铺贴（图4）。量工作法将很好地解决这些问题。2自动铺带（ATL）铺贴（3）直到铺完最后一层碳纤维，根据长桁的仿真设计转化数据，2.1ATL工作原理及与工装校准并按工装标记线修剪到铺层设计边用平板型自动铺带机在平面工作台用于自动铺带工艺的预浸料卷界线处。上直接铺放，可以选用300mm宽料放置在铺带机的工作头上。自动铺（4）用激光投影仪定位蒙皮内卷。按各长桁的厚度铺放整体层板[5]带工艺专用的预浸料是单面带衬纸表面玻璃布位置，人工铺放玻璃布，并由数控下料机相应剪裁，将剪裁[7]的，在铺叠工作时，原材料从预浸料完成蒙皮铺

8、贴。真空吸胶、预成型。后的层板弯折成L