飞机复材零件成形加工与工装设计

华军威

摘 要： 本文研究飞机复材零件，通过分析复材热膨胀系数，设计出符合膨胀系数的工装，工装设计是飞机复材零件成形的必要组成部分，通过分析碳纤维复材零件的性能，总结出以零件的工装型面设计。

关键词： 复材零件；复材热膨胀系数；工装设计

1.复材零件

在飞机零件中，复材的使用非常广，因为复材零件的性能比较好，强度高、疲劳性能好、耐腐蚀性强等，在飞机壁板零件上广泛应用，如图1.1。

飞机复材零件的使用可以大大减少飞机的质量，提高飞机飞行中的安全性能，同时还可以减少飞机零件和部件的数量，在装配和组装上缩短飞机的制造周期，它已经成为飞机制造中4大材料之一。

飞机复合材料在飞机上的应用是从开始的简单零件到后期的大量使用，在飞机机身和壁板上是尤为突出的，同时飞机上曲面零件大部分都是復材，因为复材可以根据工装不同加工出不同形状的零件。飞机复材零件的成形一般选择热压灌成形技术，这种加工方法主要的流程是将复材零件的毛坯利用真空袋密封在工作上，在将其置于热压罐中，经过升温、加压、保温、降温、卸压等过程，将其制造成所需的形状，如图1.2。

通过以上成形技术加工复材零件的优点如下：

（1）热压罐内的压力是保持恒定的，所以对复材零件固化成形时候，零件内部分子性能好。

（2）工作制造简单，生产效率高，适合对飞机大面积蒙皮的加工，同时还能保证零件的结构性能。

（3）复材零件的孔隙率低，树脂含量均匀，零件的各项性能平稳。

2.复材热膨胀系数

复合材料的研究中，假设材料是均匀的，那么影响材料就是材料的热膨胀系数，对复合材料热膨胀系数的研究分为两种：

（1）单层板热膨胀系数，该材料是正交各向异性，并且这种异性是垂直纤维方向的，与同性材料的区别是异性层合结构是对每一层进行分析，为了知道各层结构的弹性特性，需要对力学和膨胀进行分析，分析方法是根据力学进行坐标矩阵转换，然后进行分析。

（2）层合板热膨胀系数计算，这种是有两层或两层以上的单板组成的结构，在组合上各层可以是不同材质和性能，得到的材料性能也最优，这种 的力学性能复杂，热膨胀系数需要分析每一层的热膨胀系数，分析方法也是矩阵法。

3.工装设计

飞机复材零件最大的特点就是设计性强，不论零件的形状是什么，都能制造出来，一个是因为材料自身的问题，另一个就是工装的设计，通过工装的辅助进行零件生产，在复材零件工装设计上是按照铺层工艺进行铺贴的，然后放入到热压罐中，按照要求进行固化，随着飞机技术不断的发展，零件的精度和连接匹配性在不断被要求提高，工装的设计也在提高，一般飞机复材工装包含三大部分，模板、背部支撑、底架，如图3.1。

复材工装结构在设计的时候，需要对材料进行选择，在选择上比较广泛，主体要求是材料的热膨胀系数低，强度要高，具体如下：

（1）飞机复材零件如果是碳纤维的，那么工装也要是相匹配的碳纤维，并且要求工装的热变形温度要高于零件的20度以上。

（2）工装的预固化温度要小，使用温度要高，优点是提高工装成型质量，降低制造成本。

（3）工装的气密性好，可以重复使用，刚度要良好，适当的粘性，良好的铺叠性。

结论

在飞机复材零件的研究中，对零件进行各向异性和成形精度以及温度的研究中，通过工装设计进行深入研究，根据零件常温下型面设计成形复材零件的型面，也就是工装型面研究，在根据工装模板进行分析，避免回弹、反复修模等问题的发生，从而影响复材零件的成形和零件的精度。

参考文献

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