孙海军

哈尔滨新科锐迪佩克机械制造有限公司 黑龙江哈尔滨 150069

飞机工艺装备是飞机制造和装配方面应用到的专用设备，在飞机的生产中有着十分重要的作用。近年来，各种先进科学技术的不断发展，在飞机的装配方面，各种先进的复合材料被应用到其中，有玻璃纤维、碳纤维等的复合材料，复合材料构件成型需要加热、加压等一系列工艺，才能够确保构件的完成，在精度方面需要依靠模具和工装完成。在市场上对先进复合材料的应用，需要充分确保复合材料的产品质量、性能等的不断提高，进一步促进复合材料工艺技术的创新发展。

1 模具和工装设计技术

在当前科学技术的快速发展中，复合材料成型模具和工装设计方面开始应用到数字化的设计技术，常用的结构则采用模块化和参数化进行设计，有效提高设计的效率。在针对复合模具的设计过程中，设计要求更加严格，而且模具与零件贴合面的尺寸差异需要根据模具的类型和热膨胀性进行分析。在对模具进行设计时，需要首先考虑到热匹配问题，其中钢和铝的热膨胀系数比传统的复合材料大出一个数量级，当固化峰值温度开始冷却时，金属模具发生收缩，在构件中会有比较严重的残余应变[1]。在对模具进行设计的过程中，如果在尺寸方面不能修正，则需要应用到热膨胀系数较低的一些复合材料模具。针对复杂制件的制作，通常采用的是CAE技术模拟分析模具和工装的结构刚度，针对模具的温度补偿提供相应依据。

2 模具和工装结构形式的设计

复合材料成型的工艺方法比较多，相关的模具结构形式也多种多样，其主要的形式有以下几类：①框架式模具，为了提高模具型面的加热效率，防止模具的变形，需要在模具的设计方面，做好模具局部和整体刚度的设计，通过采用格栅结构，将模具的骨架设计出来。②组合式模具的设计，针对组合式模具的设计，通常采用的是金属制造，通常作为压机成型和模压成型的设计，组合模是由上下2个半模组成，模具的上下压盘通过传导加热，或者是利用周围的热源给模具加热。③自容式模具系统的设计，在模具系统中，加热和加压是模具最主要的一部分，选择的热源可以是电、热油，能够解决热压罐中的不足之处，可以作为一些大型零部件设计的材料，而且成本较低，在温度控制方面的精确度也较高。④易变形模具的设计，易变形模具很容易在物理状态下发生形状的变化，其中形状记忆高分子模就属于易变形模具，其原始的构件随着温度的变化，会发生可逆软化的情况。

3 模具和工装材料的选择

在针对较大曲度构件的设计中，如果设置的模具和复合材料热膨胀系数不相匹配，会使复合材料结构的整体精度降低。在对大型复合模具的设计中，需要充分考虑到模具与制件之间热膨胀性的一致，通常选用的主要材料有铝和铜合金等。在对易溶模具的制作中，采用的是易于溶解的材料，通过浇筑法或模压法制成需要的模具类型，复合材料构件在利用该种模具制作成需要的形状之后，在开口的位置注入适宜温度的溶剂，其中选用的芯模材料主要是低溶盐和石膏。复合材料多采用碳纤维或玻璃纤维制成，模具的热膨胀系数与成型构件的热膨胀系数是相匹配的，能够保证产品的尺寸和精度，模具的整体制造工艺比较复杂，密封性能较差，整体的制造成本也较高。硅橡胶模具是利用硅橡胶受热膨胀的原理，利用压力作用在制件上，对制件加压。低熔点合金模具的种类分很多，有铅锌模、秘锡模等，其主要的特点是熔点低、容易制模，美国在20世纪70年代的时候就开始研制复合材料制品的模具，将锌基合金应用在复合材料成型模具方面，其整体的制造周期短、生产成本低，而且在刚度和强度方面都符合要求，应用在复合材料大型构件中[2]。

4 模具和工装制造方法的应用

在对模具的制造的过程中，主要采用殷瓦钢包络板框架式焊接结构，型面部分根据产品曲率分成若干小块采用较厚的殷瓦钢板用数控机床进行型面粗加工，数控加工后再通过焊接成整体型板，整体型板再焊接到用10mm-12mm厚的殷瓦钢钢板插接焊接的网格架上进行型面整体数控加工。在制作的过程中，还需要及时解决漏气问题，防止焊接的部位发生变形，有效确保模具的密封性。目前另有一种热压成型法逐步成为复合材料成型模具的主流，因为这种方法解决了不用使用价格昂贵的殷瓦钢、型板不用反复数控加工、并且解决了型板拼焊漏气问题。这种方法的特点是型板更换为国内某种常规板材用中频感应炉加热后，使用模具在压力机上压制成型。成型后的型板再焊接再到用10mm-12mm厚的Q235-A.F钢板插接焊接的网格架上进行型面整体数控加工。加工后进行后续工序，直到真空试漏测试合格后，模具便可以交付使用。非金属模具的制作通常采用多工步完成，在利用复合材料制作模具时，需要遵从以下步骤：首先采用石膏制作基准模型，进行数控加工；然后在基准模型上增加塑胶层，在塑胶面石膏模上铺设碳纤维编织布，采用热压罐压技术生产出需要的模具。有关金属喷涂模具的制造，在外层含有一层热喷涂金属壳，主要采用的是低成本材料作为支撑，包括木材、石膏等，当这些模具处于简单的液压或气压条件下可以整体加热，在一定程度上提高了生产效率，降低了能耗成本。针对RTM模具的制作，则是采用数控加工技术，模具型腔表面的光洁度越高，产品表面的质量就会越好，产品的脱模也比较容易，但是加工费用会有所提高[3]。

5 结语

综上所述，我国近年来先进复合材料构件成型模具和工装技术的应用越来越广泛，相关的模具结构已经被大范围应用，同时相关的碳泡沫、形状记忆高分子材料等模具的制造技术已经成熟，实际的应用范围和成熟度已经不能满足生产需求，需要加大其研发的力度，有效提高复合材料模具的工装技术水平，为制造提供基础的技术支持和保障。