帽形梁先进拉挤热压装置研究

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1、帽形梁先进拉挤热压装置研究半ResearchonHotPressingEquipmentofAdvancedPultrusionManufacturedHatStiffener南京航空航天大学窦冲齐俊伟肖军肖健程琨[摘要】以加筋壁板应用为背景，研究帽形梁先进拉挤热压装置。提出热压模具长度设计方法，选定了热压模具加压工作方式；以制件成型后各截面厚度一致为原则，给定截面尺寸进行受力分析与有限元验证；优化模具加压点间距，完成加压机构设计；选定预浸料体系，计算所需加热功率，设计加热方案；最后，完成了热压装置研制和帽形梁拉挤试验。关键词：先进拉挤

2、成型有限元热压装置IABSTRACT】Withthewiderapplicationofthestiffenerstructure，thehotpressingequipmentofadvancedpultrusionmanufacturedhatstiffenersisstudied．Thelengthdesignofthemoldispromoted，andthepressingmethodischosen．Theforceanalysisofgivensectionalsizeandthefiniteelementanalysis

3、areperformed．Thespacingdistancesbetweenthepressurepointsareopti-mized，andthedesignofpressingequipmentarecomplet—ed．Theprepregmaterialsystemisdetermined，theheatingpoweriscalculated，andtheheatingschemeisdesigned．Finally,theresearchoftheequipmentisaccomplishedandtheadvanced

4、pultrusionprocessofhatstiffenersistested．Keywords：AdvancedpuitrusionFiniteelementHotpressingequipment碳纤维／环氧复合材料相比于铝合金可减重25％，但可能增加50％～100％的成本11-2]。如何在减轻结构重量的同时有效控制成本成为复合材料应用的关键。复合材料成本主要包括3部分：原材料、制造、质量控制与性能检测，分别约为20％、70％、10％，降低制造成本是控制复合材料成本的关键因素p】，主要方法包括：(1)设计制造一体化⋯；(2)制造过

5、程自动化，相关自动化成型技术有自动铺丝技术(AFP)、自动铺带技术(ATL)、先进拉挤技术(ADP)等。加筋壁板可以获得非常好的总体和局部刚度，是飞行器轻质结构的主要形式，如复合材料整体机翼等[4-51。加强筋的成型制造成本大于蒙皮，实现其自动化对降低t国家商用飞机制造工程技术研究中心创新基金(SAMCl2-JS一15—022)资助。74航空制造技术·2013年第7期成本意义重大，发达国家已经采用先进拉挤成型(ADP)和自动加强筋成型(ASFM)等，国内南京航空航天大学齐俊伟等研制出了C形梁的ADP原理样机【6】，在此基础上进一步研究其

6、他型材的自动化成型很有意义。本文以应用广泛的帽形型材为对象，研制ADP热压装置，为工艺研究奠定基础。1热压装置压力方案设计温度、压力、时间是热压工艺的重要参数[_”，制件从热压模具牵引出模时必须达到一定的固化度，ADP通常为60％。80％tsl；成型压力取决于所采用预浸料的种类以及制品的结构形状尺寸，热压主模具长度的选择以及制件截面尺寸的设计是关键。1．1热压模具长度设计ADP热压模具长度直接影响拉挤速度：模具越长，拉挤速度越快，生产效率越高；但加压时模具产生的挠度越大，制件受力相对不均，脱模力也越大。因此应根据所选的预浸料体系，以及制

7、件产量、生产效率、制件性能等方面的要求来综合考虑。以热压出模的帽形梁各部分平均固化度达到80％、生产效率不低于o．5m／h为目标设计。在图1中截取了预浸料坯件的一段进行分析，令AB段坯件的长度等于热压模具长度CD，设为，模具，坯件在热压模具内总的停留时间即固化时间为t固化，则将AB段坯件完全牵引出模达到所需固化度的时间为2‘固化，令总时间为‘舢最终固化制件的总长度为，固化，则：2‰化t总Z模具一Z周化’k警。(1)根据前期ADP制得C形梁的工艺试验【2]，采用树脂体系为双酚一A环氧树脂的USNl2500单向碳纤维预浸料和W3021碳纤维

8、织物预浸料，固化25min时，制件平均固化度可达到80％的要求；仍旧选用此种预浸料体系，则式(1)中，t固化=25min，取生产效率为0．6m／h，7总=lh，则，同化=0．6m，代入相关数据可得：RESE