复合材料零部件的制造符合性检查

2015-01-28经验人郑秀楠

中国科技信息 2015年15期

经验人：郑秀楠

复合材料零部件的制造符合性检查

经验人：郑秀楠

民用飞机结构已经大量使用复合材料，为保证民用飞机上复合材料使用的安全性，结合复合材料零部件制造符合性检查工作经验，对国内某型民机适航审定中涉及的有关内容包括检查实施流程、检查的主要关注点、常见的问题及缺陷形式进行了介绍，希望可以为复合材料零部件的制造符合性检查起到一定的参考作用。

复合材料因其具有耐腐蚀、热膨胀系数小、可设计性强、便于大面积整体成型等优点，已成为非常重要的航空结构材料。在大型民用飞机中，复合材料使用量逐步增加。从空客A380飞机到波音787飞机，复合材料使用量已经从结构总重量的24％增长到飞机结构总重量的50％。由此可见，复合材料的应用已经成为民用飞机实现经济性、舒适性和先进性的重要技术方法之一。

概述

制造符合性检查目的在于确认零部件能够按照型号设计资料始终如一的生产，并且确认每一产品及其零部件符合型号设计并处于安全可用状态。对照零件图纸、数模、技术条件、工艺规范等文件检查零件的材料、外形尺寸、外观质量、形面精度等，检查方式可以为零件生产过程现场目击、要求操作人员重新操作或检测并同时目击，等同于复验、亲自检测（不推荐）。在某些情况下，通过对产品实物的最终检测就可以判断它的制造符合性，但也存在很多种零件通过对最终产品实物的检测无法判断其符合性的情况。复合材料零件的质量取决于是否能够严格控制零件的材料和工艺过程，并且复合材料零件某些制造工序具有不可再现性，因此，判断其符合性，就需要采用过程检查的方法。

检查实施流程

国内某型民用飞机副翼、方向舵、升降舵等部件均以复合材料为结构主体，下面以生产检验委任代表（DMIR）的角度介绍一下制造符合性检查实施流程。

首先，供应商根据零件实际情况推荐某些具有代表性的零件，然后申请人审核后提交审查组，最后由审查代表确定制造符合性检查项目并提出检查项目的属性。供应商在接收审查组批准的制造符合性检查项目清单正式文件后便可开展工序选项推荐工作。供应商推荐工序选项，申请人在确认后提交制造检查代表审查，最后由制造检查代表确定工序选项及检查属性。生产检验委任代表就按照工序选项清单中确定的工序及检查属性进行检查。

制造检查人员开始检查前应有局方工程代表签发的制造符合性检查请求单，请求单是制造检查代表进行制造符合性检查的工作依据，并且起到联络通知作用，没有请求单不应开始检查。请求单中需要明确制造符合性检查所依据的工程图纸的图号、版次、工艺规范、制造验收技术条件等信息，以及完成检查后反馈工程代表的文件类型。请求单中通常会标明零件的版次及检查所依据的文件的版次，如果请求单中的零件或文件版次高于实际生产使用的版次，制造方应取得正确版次后再开始生产。如果请求单中的零件或文件版次低于实际生产使用的版次，制造方应联系相关人员请工程代表升版请求单。

复材零件制造符合性检查的关注点

复合材料结构受温度、湿度、闪电等环境影响比较严重，在恶劣的天气条件下、鸟撞击等条件下，出现分层、脱胶、撞击等缺陷和损伤的概率就会增加，尤其是用来承受一定载荷的复合材料结构件，其质量和性能将对飞机的安全运行产生重大影响。纤维方向、预浸料质量、夹杂物等，通常在产品的最终验收阶段是无法完全检测出来的，而这些正是影响复合材料零件质量的重要因素，因此，需要在制造过程中对具有影响这些因素的操作过程进行严格控制。

人员控制。参与生产的操作人员应当经过有效的技能培训，熟悉材料的特性，了解操作规程，遵守操作规范，做到持证上岗。超声检测作为一种特种工艺，操作人员应具有相应的资质，才能参与超声检测。

设备控制。在原材料存储过程中所使用的设备如冷库，在复合材料零件的制造过程中所使用的设备，如自动下料机、激光投影仪、热压罐等，其精度均应满足工艺规范的相关要求，并进行周期性校验。模具是零件铺叠、固化的重要保障，应该根据工艺规范要求进行热分布测试和泄漏检查等。

材料控制。预浸料的物理特性和化学特性会影响零件性能，因此必须应满足材料规范的相关要求。材料从低温环境中取出后，应放在洁净间内解冻，并保持密封状态。从冷库取出的预浸料通常需要放置一定时间，当外包装膜擦干后无冷凝水产生时方能打开包装使用。预浸料使用时应检查其纤维是否有损伤、扭曲、夹杂、胶膜不均匀等现象。其他辅助材料的牌号、生产厂家等也应满足材料选用目录的要求，重要的辅助材料应进行入厂复验。

操作过程控制。通常工艺人员会根据相关数模、工艺规范、制造验收技术条件来编制工艺规程、检验规程，用来指导现场操作人员进行零件制造。铺叠工序作为零件生产中的一个不可再现的工序，需要进行过程目击检查。主要检查料片是否有缺陷或杂质，检查铺层的尺寸、方向、角度是否符合数模要求，检查子铺层位置是否正确，铺层间是否夹杂了多余物等。固化工序同样为不可再现的工序，对零件的性能影响也非常大，整个固化过程需要严格控制加热温度、升降温速率、施加压力等参数。

环境控制。下料、铺叠等工序的操作对环境条件的要求非常严格，在净化间应放置尘埃粒子仪，用来检测空气中尘埃粒子洁净度。在下料、铺叠等工位应放置温湿度仪，用来检测环境温湿度。尘埃粒子洁净度、温度、湿度都应保证连续完整可追溯的检测记录。为防止零件受到污染，进入净化间的人员应穿戴干净的工作服、工作鞋和工作帽，工作服要扣上扣子，袖子要卷下来盖住私人衣服。

检测控制。超声检测是检查零件内部质量的常用手段，作为一种特种工艺，操作人员及出具检测报告的人员都应具有相应的资质。检测时设备的状态、是否具有定检标签、检测探头的状态、扫描灵敏度、扫描速度等，都是关注点。零件的形面通常使用激光跟踪仪进行检查，通过采集若干个点的数据，拟合后与数模进行比对，得出零件形面偏差值。

文件检查。产品数模的版次是否为最新版、临时更改单是否贯彻执行到工艺流程中、工艺流程卡中操作记录是否准确完整、检验记录是否齐全等都是检查重点。通过对工艺流程卡的检查，能够了解零件是否按照相关的工艺规范进行生产，是否满足制造验收技术条件的要求。

制造符合性检查中的常见问题

在制造符合性检查的总结阶段，生产检验委任代表需要完成制造符合性检查记录并闭环发现的问题和完成文件归档工作，以支持设计符合性的判断。检查中发现的问题通常分为工程类问题和管理类问题。例如原材料不合格、工艺过程偏离等属于可能不符合适航要求的工程类问题，这类问题应及时记录，并向对应的制造检查代表汇报。

复材零件检查中常见的缺陷

复材零件在铺叠或机械加工过程中会产生某些缺陷，例如：纤维方向偏差、纤维褶皱、分层、脱模或机械加工过程中产生的劈丝等。这种缺陷直接危害复合材料结构承载能力，会导致应力集中和强度的降低。贴膜度不合格、厚度偏离、几何尺寸超出公差等通常为零件的几何特征超出公差要求导致的缺陷。复材零件表面有时会出现小凹坑，在可接受的范围内，这种缺陷不会影响零件的力学性能，但会影响零件的外观质量。