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文章出处:网络责任编辑:管理员-金沙网站66722.com人气:宣布工夫:2015-06-21【

复合材料以其下比强度、下比刚度、可设想性强、易于整体成型等长处,正在航空业普遍运用,是航空四大构造质料之一,已成为航空产物换代式的标记。跟着手艺的生长,复合材料的航空运用日趋普遍,尤其是大尺寸整体成型的复合材料制件愈来愈多。大型整体化的复合材料壁板会起到较好的加重结果,显着提拔飞机的整体效能,如航程、挂载等;可进步机体构造强度和委靡寿命,使机体构造的整体性更好;可简化装配工艺,装配型架越发简朴,紧固件、零件数目也大大削减。现在外洋正在军、民机上已大量运用大尺寸复合材料壁板,如机翼壁板、机身壁板等,相干的成型手艺也对照成熟,实现了机械化、数字化,具有规范化的质料系统、设想系统、工艺系统和检测系统。海内现在因为质料、设想和工艺技术才能等方面的限定,复合材料专业现在借处于发展阶段,航空业用量较少,制造工艺上根基借处于手工成型阶段,复合材料制件重要为一部分次承力构造零件,如整流罩和舵里等,大型的复合材料壁板运用借较少,工程化运用水平较低。以是增强复合材料专业技术的研讨,尤其是大型复合材料壁板成型手艺的研讨,关于进一步鞭策复合材料的运用、生长,和航空业的生长意义严重。 内容来自dedecms

存在的重要题目

因为大型复合材料壁板外形尺寸大、组件多、构造庞大、装配严厉,所以其质量不容易包管,成型工艺也异常庞大。
1 内部质量问题
因为其外形尺寸较大、厚度尺寸较大、构造庞大,以是制件内部质量不容易掌握,轻易泛起分层、松散等内部缺点。
2 形位尺寸偏向
因为其少桁(框、肋)等组件较多、构造庞大。正在整体成型历程中制件的形位尺寸,尤其是少桁(框、肋)的相对位置,不容易掌握,轻易泛起尺寸、位置偏向,影响后续装配工序。
3 质量稳定性差
因为大型复合材料壁板制件,其外形尺寸大、层数多、工序多,制造历程需求较多操纵职员、制造周期少,所制造历程不容易掌握、人为因素滋扰大,工艺历程重复性欠好,故制件的质量稳定性较差。

关键技术

内容来自dedecms



整体成型的大型复合材料壁板制件,针对其构造特性和存在的重要题目,其成型的关键技术重要有3个方面:工装手艺、固化成型手艺、数字化手艺,如图1所示。



工装手艺

工装是复合材料制件的成型根蒂根基,工装既要包管复合材料制件的形位尺寸,同时又要充裕顺应复合材料制件的成型工艺特性——传热、传压等,以是工装手艺是复合材料研制的关键因素,复材成型工装基本要求如表1所示。



1 工装构造分类
复合材料壁板成型工装构造上一样平常包孕实体式工装和框架式工装。
实体式工装:一样平常接纳铸件和板材为坯料,停止机器加工,制造工装形里的工装情势。该类工装一样平常强度好、稳定性下、形里质量轻易包管,但其重量大,不容易搬运,不容易作为大型成型工装。
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框架式工装:为隔板、隔框搭建框架,支持薄面板的工装构造情势(见图2),该构造工装,重量沉、透风好、易搬运,但制造历程庞大,结构设计合理性要求下。按框架情势的差别,框架式工装常分为隔板框架结构和型材框架结构。



2 工装构造影响
差别构造情势的工装,联合复合材料零件的现实制造状况,对复合材料的成型工艺历程会发生差别的影响,尤其是对复合材料零件固化历程中的加热效力和温度匀称性的影响。具体情况如表2所示。



由此可以看出,大型复合材料壁板应接纳框架式工装,能够统筹包管工装的强度、刚度;包管工装的轻巧、周转;包管工装的透风传热(注:若接纳隔板式框架,隔板的开孔方背,要取热压罐的气流轮回偏向同等,以利于工装的透风传热)。
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固化成型手艺

复合材料制件的制造是一个质料取制件同步成型的特别工艺历程,其成型工艺异常庞大,尤其是大型复合材料壁板,其一样平常尺寸较大、厚度转变较大,固化成型历程中温度、压力等要害参数不容易掌握,以是固化工艺(包孕预成型、固化)是复合材料制件成型的重中之重。
1 预成型工艺研讨
复合材料制件制造历程中一样平常要停止预成型,关于大型复合材料壁板,预成型工序是掌握内部质量、尺寸质量的要害。预成型工艺是经由过程升温低落树脂粘度使其具有优越的流动性,合时加压,其感化有3个方面:
(1)使树脂匀称活动有用的扫除混合的气泡、挥发份,使零件构造密实。
(2)应用吸胶质料将过剩的树脂吸出,使零件的厚度到达要求。
(3)使复合材料坯料形里规整,便于后续的组合、加工。 内容来自dedecms-6396.com-澳门金沙彩票官方网站
个中厚度的掌握则是重中之重,由于起首厚度偏偏薄间接影响零件的外形尺寸, 影响后续的装配工序;第二,偏厚使零件重量超标;第三,会使零件纤维体积含量低落,致使单元厚度复合材料的力学性能下落。
大型复合材料壁板由于厚度转变大,以是各个地区余胶量散布不均,正在制件制备历程中则要经由过程预吸胶环节掌握各个地区厚度正在尺度局限以内,那就要供我们对预吸胶工艺进一步把握。吸胶质料和吸胶工夫是对吸胶量的要害影响身分,如表3和图3所示。

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因而可知在一定范围内调解吸胶质料,加长吸胶工夫能够进步吸胶量,以是大型复合材料壁板的预成型工艺则应经由过程挑选一适宜的温度—工夫曲线,正在各个厚度地区婚配适宜的吸胶层来掌握厚度。云云能够包管较好的吸胶结果,同时预成型历程中经由树脂的熔融活动,加压后有用的扫除混合气泡,使其构造密实,形里规整。 copyright dedecms

2 固化工艺的研讨
复合材料的固化历程是复合材料制造历程中的要害工序,是经由过程高温、高压使树脂交联聚合实现固化,从而使复合材料层压板到达运用状况,是一个零件和质料同步构成的历程,而全部固化工艺中加压点的挑选则是要害中的要害。
加压点包孕加压温度、加压机遇。加压点的挑选, 起首是加压温度,加压温度过低则树脂流动性欠好,纤维不容易匀称浸润易形成缺点;加压温度过高,树脂聚合速度过快不容易把握加压机遇。其次正在肯定加压温度的条件下掌握好加压机遇,加压机遇过早则树脂粘度低,排挤树脂过多形成零件贫胶、孔隙率下;加压机遇过早则树脂聚合水平下,流动性差制件易混合气泡发生松散、分层等缺点。加压点的最好挑选为树脂由粘流态背高弹态改变历程中的过渡区间。那和升温速度、加压温度、加压机遇皆亲切相干,差别的温度—工夫曲线有着差别的加压点。现在常常接纳差热分析仪和流变仪去相识树脂的固化回响反映历程和粘度转变历程,现实消费中也有效滑板法或拉丝法测定凝胶工夫去相识树脂正在温度—工夫曲线各个点的粘度状况,如表4、表5所示。 dedecms.com-js333.com金沙娱乐平台

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凝胶工夫和加压点有肯定的对应干系,是加压点挑选的一个主要参考数据。正在肯定加压温度条件下加压机遇也至关重要。而对大型复合材料壁板而言,加压点的挑选便更加难题起首因为其外形尺寸大,再加上热压罐和模具等身分的影响形成其固化历程中遍地温度不均(如当高温处130℃时,高温处能够才110℃)。为处理那一题目需调好升温速度取温差的干系,正在包管肯定升温速度的条件下只管缩小温差,包管制件遍地同时到达最好加压机遇。再则正在固化工艺历程中为了顺应地区间的温差,加压温度应挑选一“温度域”而不是挑选一“温度点”,但要求正在该“温度域”内的各个温度点树脂要有着类似的凝胶工夫,类似的粘度—工夫曲线,经由过程这种方法统筹零件的高温区、高温区,使零件遍地都有好的固化质量。
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3 预成型、固化工艺的和谐干系
复合材料的固化工艺是一个化学反应历程,其对温度、工夫两方面相对对照敏感。一般的大型零件研制历程中我们关于预成型工艺相对对照守旧,尤其是吸胶温度一样平常是接纳较低的温度,重要忧郁对后续固化工艺的影响,不易于加压机遇的挑选。
经由实验和工艺考证,应当改变我们的工艺看法,应注意预成型工艺和吸胶结果。若是吸胶结果欠好其坯料中的挥发份、气体便不克不及有用扫除,那么正在固化历程中隐患比较大,固化工艺的挑选尤其严厉,某种意义上讲其加压窗口局限更小。而反之若预成型工艺结果幻想,坯料中的挥发份、气体有用扫除,构造密实,那么固化历程中泛起题目的机率较小,固化工艺相对对照好掌握,对加压机遇不那么敏感,尤其是提早加压对零件固化质量影响不大,一定程度上反而是拓宽了加压窗口,如图4所示。 织梦好,好织梦



因而可知大型复合材料壁板其固化成型工艺异常要害,包孕预成型参数、固化参数的挑选制订,和预成型取固化工艺的和谐。
(1)大型复合材料壁板的预成型工艺应挑选一适宜的温度—工夫曲线,正在各个厚度地区婚配适宜的吸胶层来掌握厚度。
(2)大型复合材料壁板固化工艺历程中应凭据粘度、凝胶工夫等参数挑选适宜的加压温度和加压机遇,而且固化历程中应挑选一“加压带”而不是纯真的“加压点”。
(3)注意预成型工艺和吸胶结果,和谐好预成型工艺取固化工艺的干系,拓宽固化加压窗口。

数字化手艺

跟着复合材料运用的日趋普遍,复合材料成型手艺也得到了高速生长,数字化手艺就是其主要发展方向之一,复合材料的数字化制造能够有用处理“质量稳定性差”、“精度差”这两大困扰复合材料运用生长的题目,特别针对大型复合材料壁板,其运用上风更加显着。现在外洋曾经实现了复合材料零件的无图设想、制造手艺,具有对照成熟的软件平台,主动铺带、主动铺丝等先辈的数字化手艺实现了批量运用,周全实现了复合材料的手工制造背数字化制造的改变。 织梦内容管理体系
海内那方面借处于起步阶段,借存在许多题目,数字化应用技术借不成熟,相干的流程、系统借不敷范例。因而应鼎力大举推动复合材料数字化制造手艺的生长,建立健全复合材料数字化制造手艺系统。重点是复合材料数字化制造手艺软件平台的构建;复合材料数字化制造装备的运用,买通复合材料数字化生产线,做到平台搭起去、设备用起来。
1 复合材料数字化制造手艺软件平台的构建
复合材料零件有其本身的质料、构造和工艺特性,取一样平常的金属制件差别,复合材料零件除要设想表达形位、尺寸信息,还要设想表达铺层表面、角度和芯材等复合材料特有的信息。前期基于二位图纸或CATIA机加模块竖立的三维数模,没法天生铺层数据,没法顺应数字化装备的运用,不利于数字化手艺的生长。以是应接纳先辈的复合材料公用设想、工艺软件停止建模和三维标注,为复合材料数字化手艺的运用搭建了软件平台。现在外洋对照成熟、对照常用的公用软件为FIBERSIM 和CATIACPD 和与之配套的辅佐软件。 内容来自dedecms
经由过程构建复合材料数字化制造手艺的软件平台,接纳公用设想、工艺软件竖立复合材料零件三维数模(工程数据),进而竖立制造数据集、顺序,实现取主动下料机、投影定位、主动铺带机等数字化装备的接口,为复合材料数字化制造手艺运用打下根蒂根基,如图5所示。

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2 复合材料数字化制造手艺运用
正在构建复合材料数字化手艺软件平台的基础上,进一步实现复合材料数字化制造手艺的运用,主要指复合材料数字化制造装备的运用。现在常用的复合材料数字化制造手艺重要包孕:铺层数控剪裁手艺、铺叠激光投影定位手艺、主动铺带手艺等。
2.1 铺层数控剪裁手艺
铺层数控剪裁手艺,是由工程数据集天生复合材料铺层的睁开数据,而且按质料(预浸料)幅宽、铺层的角度对铺层睁开数据予以支解,然后将数据输入数控剪裁装备,从而实现复合材料铺层的数控剪裁。 织梦内容管理体系
铺层数控剪裁的要害掌握点为:
(1)铺层剪裁数模应为dxf花样以便于机床辨认和接纳CAD停止编纂。
(2)铺层数模的剪裁线应为一个一连关闭的构造,以防备剪裁毛病和发抖剪裁,以进步剪裁效力。
(3)剪裁线和定位标识线要分建正在差别图层,以到达差别东西(刀、笔)的选用。
(4)正在剪裁历程要按质料的带宽优化剪裁数模的排版,以进步质料利用率。
(5)预浸料要求为双面保护膜,且保护膜取预浸料贴合严密,以便于真空吸附固持。
(6)预浸料只管平坦,以包管尺寸精度。且卷长要只管大,以便于一连事情,削减上料次数,进步制造效力。
2.2 铺层的激光投影定位手艺
铺层激光投影定位手艺是将零件数模中铺层表面及定位轴线的三维信息转化为点阵花样,接纳激光体系逐点快速扫描成线,以正在铺叠历程中对铺层停止定位。激光投影定位手艺重要包孕3个方面:投影数据、工装数据、投影仪配置文件。投影数据:铺层表面及定位轴线的点阵花样的坐标文件。 本文来自织梦
工装数据:铺叠工装接纳零件数模停止设想,并接纳数控加工制造。正在工装周缘匀称安装激光投影的定位靶点(一样平常不少于4个,涵盖零件型里的最高点、最低点),定位靶点的坐标值即为工装数据(取零件数模正在统一坐标系)。
配置文件:是对投影设备的设置、功用停止束缚的文件。如:肯定投影仪的数目、投影参数等。
铺层激光投影定位手艺运用掌握的要害点为:
(1)工装数据、投影数据必需和零件数模正在统一坐标系中,包管激光投影位置取工装形里符合。
(2)关于齐面积的主铺层接纳投影轴线(肋、墙轴线)定位,关于内部子铺层接纳投影表面线定位。以进步激光定位线的清晰度和定位精度。
(3)工装数据、投影数据、配置文件是投影体系运用的三大文件。要优化三者的和谐干系尤其是配置文件设定。
(4)铺层铺叠要密实平整,只管靠近实际厚度,以包管投影位置的正确。 织梦好,好织梦
(5)铺叠历程中,铺叠工装要有流动装配,制止挪动。若挪动要从新停止工装靶点的扫描校准,以包管投影数据取工装坐标系的符合,进而包管投影位置的正确。
2.3 主动铺带机手艺
主动铺带工艺是正在复合材料设想数模的基础上,接纳公用的编程软件(如:TORLAY)天生数控铺叠顺序,经由过程主动铺带装备实现数字化铺叠。实现历程行将预浸料接纳多轴的数控装备,经由过程剪裁、加热、滚压等装配,完成预浸料正在成型工装上的自动化铺叠。主动铺带装备一样平常由数控机床局部和铺带两大部分构成。
数控机床局部: 重要包孕龙门、桥式两种,重要是实现铺带装配的挪动。铺带装配局部:重要包孕上料、剪裁、加热、滚压、回卷等装配,主要功能是实现预浸料的剪裁、铺叠、压真等。
主动铺带手艺运用掌握的要害点为:
(1)起首肯定复合材料零件构造适用于主动铺带机铺叠,包孕单向带预浸料、曲面曲率、变厚度过渡区的斜坡角度等。

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(2)正在铺叠形面庞大构造的制件或地区(如曲率较大等)时,只管接纳较窄带宽的预浸料,以包管、进步拼接质量。
(3)主动铺带历程中,工装要固持稳固,包管坐标系取工装形里的婚配。若泛起挪动应从新校准。
跟着复合材料运用的日趋普遍,复合材料成型手艺也得到了高速生长,数字化手艺就是其主要发展方向之一,复合材料的数字化制造能够有用处理“质量稳定性、精度差”、“制造本钱下”这些困扰复合材料运用生长的题目。复合材料数字化制造技术研究、运用,要害是软件平台构建和数字化装备运用。

结论

(1)工装手艺是大型复合材料壁板研制的根蒂根基,要联合制件的成型工艺、构造特性公道挑选工装构造。
(2)固化手艺是大型复合材料壁板研制的要害,要联合质料工艺性、制件构造,制订公道的预成型工艺和固化工艺,而且和谐好预成型工艺和固化工艺的干系。 本文来自织梦
(3)数字化手艺是复合材料制造手艺主要的发展趋势,特别针对大型复合材料壁板上风显着。正在停止大型复合材料壁板研制历程中,要鼎力大举增强数字化制造手艺的运用和推行。 
 

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