郑吉焕

摘 要：传统的飞机透明件因维修技术难度大、服役寿命低、投入成本高等缺点，已无法满足现代化战斗机的发展需求，新的注射成型技术已成为目前研究热点问题。本文通过对比分析传统热弯成型技术与飞机透明件注射成型技术，探讨了国内外大尺寸透明注射成型技术的发展历程和研究进展，并概述了我国飞机透明件的研究成果。

关键词：飞机透明件；注射成型技术；大尺寸；无骨架设计

1 引言

飞机透明件属于大尺寸构件类型，板材热弯成型技术为制作传统飞机透明件的常用方法。在成型过程中存在30多项关键工序，整个生产过程比较复杂且各个工序具有生产周期长、劳动密集等特征，从而使得制作成型投入成本较大；另外，透明件的力学性能和光学性能在多个复杂工序生产过程中容易受到不利影响，如骨架连接时的钻孔引进集中力和热弯成型过程中压、拉应力，均可造成透明件失效，并对降低其使用寿命[1]。传统的飞机透明件因维修技术难度大、成型工艺复杂、服役寿命低、投入成本高等缺点，已无法满足现代化战斗机的发展需求，新的成型技术已成为目前研究热点。在此时代背景下，新的透明件注射成型技术应运而生并得到一定的发展。该技术是通过成型模具和注塑机将树脂粒料直接制作成型，具有设计自由度大、生产速度快、自动化程度高、投入成本低以及制作周期短等特点，可以满足尺寸精度要求高、成型结构复杂的带镶嵌件的构件。本文结合已有研究资料和实践经验，探讨了基础性注射成型的技术应用现状，并认为在国内现有技术条件下，可利用注射成型技术可制作完成全尺寸聚碳酸酯透明件，在飞机透明件成型方面缩短了与国外技术的差距。

2 注射成型技术理论简介

2.1 注射成型

平板制造、层合、热弯成型、成型件、钻孔、骨架安装与密封、边缘修正等流程为传统飞机透明件生产的主要工艺，在制作平板过程中应首先浇铸或挤出板材配件，然后对航空级板材进行抛光植被，整个过程投入成本高、劳动密集大并且工艺技术复杂[3]。在生产过程中，还存在很多能够影响透明件服役寿命与工作性能的因素，如构件制作过程中，会因弯曲作用产生压缩和拉伸变形；裂纹源缺陷极易在边缘制件钻孔时形成。并且，在工艺技术上无法制成能够改变厚度的透明件，平板热弯成型工艺不易实现边缘厚、中间薄的理想构建，对于尺寸精度要求高、外形结构要求复杂的构件也不易成型。

注射成型可通过成型模具和注塑机有效解决传统方法中存在的影响因素多、工艺复杂的难题，不仅可提高飞机透明件的使用寿命和工作性能，而且具有较快的生产效率，降低投入成本。在成型过程中利用注射成型技术可显著降低参与应力，有利于实现轻量化生产，能够制造出厚度变化、重复性良好且外形复杂的高质量边缘锁紧的透明件，从而满足现代化战斗机的发展需求。传统的热弯成型与透明件的注射成型制作特点、工艺流程对比分析，如表1所示。

虽然在透明件制作过程中注射成型具有明显的优势，但是注塑压力在成型时通常较大，并容易使得凝聚态结构的不均匀和分子取向的形成，从而对质量均匀的光学透明件的生产存在较大困难。通常情况下，传统的注射成型方法仅仅适用于对光学性能要求低、成型尺寸小、壁薄的制件，而具有光学级制件的大尺寸、壁厚、残余应力小的飞机透明件，通常需要的注射周期较长，所以飞机透明件的注射成型是一种具有独特的模温控制系统、注射周期长、注塑压力低且残余應力小的厚壁制件。相对于传统的热弯透明件的成型，制作飞机透明件具有较短的注射周期，并可显著降低生产成本缩短生产时间。

2.2 无骨架设计

无骨架技术的应用可制造出带有镶嵌件的制件并已成为注射成型技术的核心，该项技术可内置镶嵌件并设计成边缘加厚的结构，并且不需要增设骨架体系，相对于传统的热弯透明件需要将其他不同材料与透明板结合起来组成骨架的方法，具有明显的优势，并且设计的镶嵌件具有“插销”的功能并可提高机身与透明件的连接强度。

无骨架设计无需使用机身与骨架、骨架与透明件之间连接所需要的垫片、螺母、螺栓紧固元件以及密封性材料，从而降低了透明件的生产成本和构件重量；另外，对于传统透明件的整修、检查、安装等过程，需要花费数天时间方可完成透明件的更换，而无骨架设计仅需要几个小时即可，通过将机身与注射镶嵌件的直接连接可大大降低维修时间和成本。另外，在边缘附近传统透明件存在钻孔，并对材料的整体性与连续性造成一定的破坏，从而减弱了机身的冲击性能并容易造成材料出现裂纹；无骨架设计可不考虑骨架与钻孔的作用，有效避免了应力集中的出现，在提高制件服役寿命和工作性能方面具有重要作用。

总而言之，透明件注射成型技术有效降低了制件质量风险概率并且操作简单、生产成本低，可显著提高透明件的服役寿命和工作性能。采用无骨架设计还可降低残余应力，还可制造出高质量、厚度变化和外形复杂的透明件，从而满足现代化战斗机的发展需求。

3 注射成型技术研究进展

3.1 发展阶段

目前，美国新一代透明技术的核心为聚碳酸酯透明件技术的研究应用[4]。对透明件注射成型技术的研究美国于1985年就开始了研究，并最先应用于美国军用飞机领域，根据不同的发展特征和研究进展可将其划分为FTP和NGT两个发展阶段[5]，各阶段的特征和目的如表2所示。

经过20多年的发展，飞机透明件注射成型技术作为一种典型的低成本、高性能革命性技术，已得到广泛的研究和应用并成为下一代透明技术研究的核心，在未来使用阶段必将得到更好的发展。

3.2 飞机透明件研究

目前，采用板材形成技术仍为我国飞机透明件制备的常用方法，其中北京航空材料研究院对飞机透明件注射成型技术的研究较早且比较成熟。该院于“九五”期间就开始了一些列的基础性探索试验，并制作了边缘厚18mm、主视区厚7mm的无骨架特征曲面样件，由此表明我国在模具加工、材料应用、工艺手段等方面均可满足无骨架透明注射成型技术要求。随后，许多研究院和科研机构开展了一些列的研究并提出大尺寸聚碳酸酯透明件技术，通过利用计算机模拟技术先后成型出全尺寸玻璃遮挡构件、大尺寸镜面及注缩模具等。有效解决了透明件大尺寸注射成型问题，并且在光学性能方面还做了一些探讨。

4 结论

飞机透明件注射成型技术是一项典型的低成本、高性能的革命性技术，并成为下一代透明技术的发展核心和关键内容。经过长期的研究探索，已成功应用于飞机装在试验并将进入使用阶段。然而，目前在该方面的研究还比较薄弱，无骨架技术和光学改进透明件技术是未来研究的重点方向。透明件注射成型技术是一项将计算机模拟技术、光学及注塑模具加工技术和大型注射成型技术相结合的复杂系统技术。国内外对此已取得理想的研究紧张，未来仍需要抓住机遇深入研究，并将推动我国透明技术进入一个新的发展时代。

参考文献：

[1]伍宝峰.光学塑料元件注射成型CAE的研究[D].北京：北京理工大学硕士论文，1999.

[2]Forrest Day.Injection molding Microsoft transparencies[C].31st Annual Conference and Design Recognition of the SPI Structural Plastics Division，2003.

[3]鑫企明.改善塑料光学零件成型质量的几个问题[J].光学技术，1998，（3）：86-87.