航空先进复合材料帽型加筋构件制造关键技术探究

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1、关键构件制造技术ManufacturingtechnologyofkeycoMponent航空先进复合材料帽型加筋*构件制造关键技术探究StudyontheKeyManufacturingTechnologyofAeronauticalAdvancedCompositeHat-StiffenedStructures中航工业沈阳飞机工业（集团）有限公司 蒲永伟中南大学高性能复杂制造国家重点实验室 湛利华自动化制造技术不但可以提高复合材料的制造效率，更能保证产品质量的稳定性；而整体化成形则通过采用复合材料的共固化/共胶接等技术手段，大量减少零件和紧固件的数目，从而实现复合材料结构从

2、设计到制造一体化成形。DOI:10.16080/j.issn1671-833x.2015.04.078中复合材料的用量更达到了53%。目前，复合材料在机翼、尾翼等目前，在复合材料结构的设计和制造大型翼面壁板及梁等承力结构中已中，自动化制造和整体化成形是实现有广泛应用。翼面壁板多为长桁加高效复合材料结构的重要途径。其筋结构，如C系列复材尾椎壁板为蒲永伟中航工业复合材料构件制造技术中，自动化制造技术不但可以提高复T型加筋结构，垂尾壁板为工型加筋[4]首席技术专家，研究员级高级工程师，合材料的制造效率，更能保证产品质结构，还有J型及帽型结构，如图主持国家、工信部和中航工业等数十量的稳

3、定性；而整体化成形则通过1所示。由于帽型结构稳定性好、传项重大科研项目，获得多项国家及省采用复合材料的共固化/共胶接等递轴向载荷效率高，后机身前段侧壁部级技术奖励。技术手段，大量减少零件和紧固件的板、后机身后段侧壁板等全部采用帽数目，从而实现复合材料结构从设计型加筋结构。因此，帽型加筋壁板作先进复合材料以其优异的比强到制造一体化成形。由于紧固件数为最典型的加筋壁板结构，在航空航度、比刚度、抗疲劳强度等显著优点，量的减少以及零件连接装配工作量天制造中广泛应用。帽型结构由帽广泛应用于现代航空航天构件的制的降低，整体化成形使制造成本明显型筋条和壁板组成，筋条与壁板普遍[1-3]造。波

4、音787机体中复合材料的下降，更使结构承载能力有了很大程采用热压罐共固化成型工艺，因帽型结构重量比例已达50%，A350客机度的提高，因此整体化结构有利于复结构在面内形成了封闭的梯形空腔，合材料的应用范围从非主承力构件筋条未固化时较软，仅在其外表面施*　国家重点基础研究规划（973）课题（2014CB046502）资助。推广到主承力构件。加载荷难以在筋条上建立固化所需78航空制造技术·2015年第4期关键构件制造技术ManufacturingtechnologyofkeycoMponent压力，将造成压力不可达，因此筋条内部开设预制调形孔，如图3所示，构，采用ComsolMul

5、tiphysics有限元内部需要芯模支撑，外面用工艺盖板在保证芯模整体刚度（与制件接触软件进行建模仿真。覆盖以获得固化工艺所需要的压力。区域承受固化压力）的同时，实现对1材料选择另外，由于铺层过程帽型结构三角区其加热过程总体膨胀量向调型孔扩材料选用RHODORSILRTV空间不可达，需对其不可达三角区进展的空间补偿（调型孔内部通大气，3248A和B按10∶1比例固化而成。行体积填充，若填料计算不合理，易硅橡胶芯模在压差的作用下受热膨具体材料性能参数如表1所示。诱导型性缺陷，如纤维褶皱、富脂、孔胀量主要由向调型孔内部扩展来消2边界条件隙等。本文以帽型加筋构件的制造化）。因此，如何

6、控制预制调形孔尺根据固化工艺曲线与实际制造为出发点，讨论了硅橡胶芯模的维型寸大小，合理设计其特征结构，避免工艺过程，边界条件设定为：（1）初保压作用，确立了最佳芯模结构工艺芯模在复材固化过程中对帽型结构始温度20℃，升温速率1.5min/℃，固窗口，为此类构件的整体化成形技术成形质量产生影响，成为复合材料帽化温度180℃；（2）芯模外施加压力提供了新的思路。型加筋构件制造过程的重点和难点。表1材料性能参数常用芯模主要有金属芯模、真空本文提出采用有限元方法先进行建袋囊芯模以及硅橡胶芯模[5-6]。金属模仿真，根据仿真结果得出普适性的参数数值芯模的优点是外部成型质量较好、压仿真模型

7、，用于指导具体生产实践。抗压弹性模量/MPa3.552力传递均匀，但脱模较难，在实际中-1热膨胀系数/（m·℃）9e-4硅橡胶芯模结构有限元建模几乎不被采用。对于真空袋囊芯模，-1-1热导率/（W·m·K）0.23经过多次真空袋囊试验发现，易发生与仿真泊松比0.48真空袋泄露，带来产品报废及安全问为确定满足工程实践中复合材线性收缩率/%0.1题。另外，由于真空袋皱曲，使制件料帽型加筋构件制造的最佳芯模结内表面质量较低，目前已逐渐淘汰。而对于硅橡胶芯模，在固化成型过程中维型能力较好，传压相对均