李林

（沈阳飞机工业（集团）有限公司 辽宁沈阳 110850）

摘要：大型整体化的复合材料件会起到较好的减重效果，明显提升飞机的整体效能，简化装配工艺。但大尺寸长桁类的复合材料制件预成型体纵向稳定性差，传统手工铺贴铺层结构尺寸和直线度质量稳定性差，导致固化后零件形位尺寸有偏差。先进数字化制造技术对复合材料长桁类零件的铺贴及相应工装制造方面的应用，很好的解决了大尺寸长桁类复合材料零件制造的难题。

关键词：自动铺带，自动裁剪，加热预成型

传统的长桁加工方法是通过下料样板裁剪预浸料，在工装上人工划线定位、铺贴，难以保证较长尺寸的铺层纤维的位置和角度精度，影响长桁零件纵向力学性能，导致大尺寸长桁类零件的设计难以实现。。先进数字化制造技术代替模拟量工作法，很好的解决了制造精度受限于传统工具的使用精度和人工操作的准确度的问题。

大型复合材料长桁类零件的成型，针对其结构特点及存在的主要问题，其成型的关键技术主要有3个方面：数字化技术、预成型技术、工装技术。

以飞机结构较常应用的T型复合材料长桁为研究对象，解析复合材料大尺寸长桁类零件的数字化制造技术。

1 T型长桁制造分析

根据长桁的FiberSIM软件仿真设计转化数据，用平板型自动铺带机（ATL）在平面工作台上直接铺放纤维预浸料，可以选用300mm宽料卷。按各长桁的厚度优化排版布局、铺放整体层板并由数控下料机相应剪裁[1]，将剪裁后的层板弯折成L型，再将对应的两个L型片放在长桁模具上由夹具组合成T型长桁。由于裁剪后的平面层板是大厚度大尺寸，手工折弯操作容易造成R角纤维褶皱屈曲，产品质量得不到保障，可运用热隔膜预成型工艺加工层板片[2]。

2 长桁层板制备

加载ATL铺放程序，按长桁设计要求铺叠不同区域厚度的整体层板，按布局方案生成的下料程序用自动剪裁机制出各长桁相应的展开平面层板[1]。

在大尺寸状态下，层板的自动化铺贴，相较手工操作纤维形位尺寸精度更高，纤维层间更紧密，利于结构承受载荷的传递。

工程数模仿真设计生成的长桁展开数据，可根据材料幅宽、层板铺放尺寸优化排版，数控剪裁切割，可提高材料利用率，省去了下料、定位样板，减少工人操作时间。

复合材料的数字化制造技术软件平台及数字化制造设备的应用，构建了复合材料数字化的生产线。复合材料的数字化制造有效解决了“质量稳定性差”、“精度差”这两大困扰复合材料应用发展的问题[3]。

3 长桁层板热预成型

3.1 加热预成型设备

加热灯预热气囊中空气，达到温度要求后操纵设备框架向下移动，热气囊逐步下压、包覆置于成型模具上的层板，在一定时间的热压下，层板贴覆于成型模上。

3.2 热预成型

①裁剪后的平板，不能翻转（层板最外层是45？），直接放置在加热预成型模具上；放置盖板，连接热电偶；加热预成型机将长桁层板加热至60°C，热压成L型；

②制备用于填补元件间及元件与固化模具间隙的碳纤维卷，放置成型模具中并加热预成型；

对长桁层板的预成型，可提高层板外型的稳定性和外观质量。

对于大型复合材料件，预成型工序是控制内部质量、尺寸质量的关健。预成型工艺是通过升温降低树脂粘度使其具有良好的流动性，适时加压，可排除夹杂的气泡、挥发份，使零件密实；利用吸胶材料吸出多余树脂，使零件厚度达到要求；使复合材料坯料形面规整，便于后续组合加工。

4 长桁预成型体对合

①加热预成型后的层板片会有回弹，将从加热预成型模具上脱模的左、右L型层板片扣在数控机床加工的殷钢材质的固化模具上，真空压实、吸胶20分钟，使层板片贴模；将压实后的左、右L型层板片连模具整体分别放置在长桁对合夹具上，在夹具一侧有竖直挡块用于模具纵向定位； 在模具两端层板片外侧加密封胶条以防固化时层板片树脂溢出；

②裁剪后的层板片边缘会有“书边”现象，用碳纤维卷填充层板边缘與模具间隙；设计图纸对长桁立边有加厚要求的，在层板片对合处加填充片及对缝填充卷，见图3.a；

③层板片对合后，在长桁卧边铺抗剪切胶膜，用于后续长桁与其他零件贴合固化时防滑，并按长桁卧边尺寸修剪胶膜；

④在卧边预成型工装上，按航向顺序摆放对合的长桁模具并真空压实预成型长桁，见图3.b；

工装是复合材料制件的成型基础，工装既要保证复合材料制件的形位尺寸，同时又要充分适应复合材料制件传热、传压的成型工艺特点。数控加工的殷钢材质的各成型工装是保证制件尺寸准确性的关健。

5 结束语

自动铺带和裁剪及热成型技术的应用，不仅解决了大尺寸长桁类复合材料零件纵向稳定性差导致的元件形位尺寸精度差的制造难题，而且体现出成型自动化、数字化相对于传统成型方法的绝对优势，预示着高效率、高质量的复合材料成型自动化、数字化是未来几十年复合材料制造技术发展的必然趋势。

参考文献：

[1] 陈际伟，赵艳文，翟全胜. 复合材料壁板的数字化成型研究[J]. 高科技纤维与应用.2015（6）第40卷 第3期

[2] 黄莹.复合材料热隔膜预成型工艺分析.机械设计与制造工程[J].2015年9月第44卷

[3] 梁禄忠， 李延征. 大型复合材料壁板成型技术[J]. 航空制造技术.2012第23/24期endprint