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热压罐成型技术在中国航空领域中的应用
查看:1039  发稿日期:2016/12/15 10:20:56
     核心提示: 近年来,热压罐成型方法被视为高成本的复合材料结构制造方法,而被排除于低成本方法概念体系之外,将树脂转移方法与之形成新旧

     近年来,热压罐成型方法被视为“高成本”的复合材料结构制造方法,而被排除于“低成本方法”概念体系之外,将树脂转移方法与之形成新旧对势,似乎热压罐成型方法应走向淘汰之路。其实,热压罐成型方法在工程应用上无论在成熟度还是在规模化方面仍是当今航天领域复合材料结构件的主要成型方法,这是由它的特点决定的:

(1)罐内压力和温度均匀。在它们共同作用下,可满足复合材料高纤维含量的要求,其复合材料具有较高的力学性能和较稳定的物理性能,例如复合材料结构件的孔隙率低,树脂含量均匀。

(2)热压罐成型方法适用范围广。例如层压结构、夹芯结构、胶接结构和缝纫结构。模具相对比较简单,效率高,尤其适用于大型的具有高性能要求的复合材料结构件的成型。
     为了满足飞机树脂基复合材料的发展,据不完全统计,国内航空主机制造企业已有热压罐30余台,其中1/3是从国外进口的,生产面积达20万平米,大多数设备的技术参数和厂房条件可满足民机复合材料结构件生产的要求。以此成型方法为基础,在材料改性、工艺参数优化、厚度尺寸和变形控制、模具设计及制造,无损检测、损伤修复等方面进行了大量的实验研究,其成果在工程化中得到验证,并且形成了相关标准规范。近年来飞机对复合材料的性能要求更为苛刻,为了提高复合材料结构件的生产效率和保证复合材料结构件质量的一致性,各主机制造企业先后购置复合材料专用设计/制造软件(如Fibersim软件)和与之相配套的预浸料自动下料机、激光投影仪、自动C扫描无损检测设备以及五坐标数控钻铣设备。有的航空企业还购置了或正在购置自动铺带机、超声波蜂窝铣床以及带柔性夹具的数控加工设备。复合材料结构设计/制造完整的数字化生产线正在被打通,年产85t以上复合材料结构件的生产能力已经形成。因此这其中至少有1/2的剩余生产力可以用于大型飞机复合材料结构件的生产。
     至于热压罐成型方法如何降低成本,国内也做了不少的研究工作,例如,预浸料“零吸胶”的实现,辅助材料的国产化,共固化模具结构热效率的提高和组装形式的优化,结构件进罐的合理组合以及随炉件测试项目的合理化等方面都有效地促进了制造成本的降低。以某飞机复合材料结构件为例,每生产1kg复合材料结构件,可以节约制造成本1200多元。若在制造大型复合材料结构件中预浸料铺覆改为采用自动铺叠,生产效率会明显提高,制造成本将继续下降。因此,将其视为“高成本”的制造方法是不准确的,该成型方法经过了30多年的技术发展,其完整性及成熟度无疑对大型飞机结构复合材料的应用进入快行道具有重要的意义。
     另外,由于真空辅助成型(VARI)工艺在降低复合材料制造成本及大型构件整体成型方面的优势,近年来受到业界的广泛重视。国内有关单位开发了适用于VARI工艺的树脂体系,并验证了其工艺方法,研究了其复合材料的性能,试制了相关的典型件。尽管该工艺试制的复合材料性能与热压罐法的基本相当,但要满足高性能复合材料结构的要求还有不少的研究工作要做。因此,现阶段应发挥热压罐加压固化的优点,弥补VARI工艺真空加压的不足,扬长避短,这也是降低热压罐成型方法制造成本的一条有效技术途径。
 
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