复合材料飞行器构件制造分析

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共固化梁＋ 45度预浸料
通常方法制成的梁
4个零件胶接而成 7个零件胶接而成
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采用共固化时，加工对象为复杂的立体构件。这 对模具设计、制造和构件生产提出了更高的技术 要求和带来一定的难度。如共固化成形蒙皮壁板 时就不能只采用整块式单块的简单阳模。相应地， 模具由一套零件组成。有时还需应用不同材料、 不同的方法产生固化时所需的压力，膨胀硅橡胶 是常用的材料。同时，成形立体构件，不宜再采 取常用的一套吸胶系统除去层板中多余的树脂， 就需要寻找新的方法来控制树脂含量。
第二章
复合材料飞行器构件的制 造（三）
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2.5 整体构件制造技术
整体构件制造指在成形模具内一次固化过 程中完成各零件的成形及相互有关零件的连接， 最后达到一个坚实的整体。整体制造技术包括 共固化、共胶接、二次胶接等技术。
整体制造技术正是复合材料独有的优点和 特点之一，是目前世界上在该技术领域大力提 倡和发展的重要技术之一，对此我国亦应给予 相应的关注并适时开展相应的发展研究工作。
很多困难，难以保证质量。当采用共固化法时，
零件在固化模具中组装，其坯件是预浸料块。
它们具有很好的操作粘性，几何形状又可随意
改变，整个构件的制造只是在模具内铺叠与塑
制成形的过程。复合材料飞行器构件制造分析
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按通常的方法，组件装配时用胶接或机械连 接，其整体性与刚性不如共固化产品的整体 性好。共固化的构件不仅是同一种基体，在 同一固化过程中固化成为完整的产品，还由 于在铺层过程中可实现连续纤维，从结构件 的一个部位以不切断纤维而随意延向另一部 位。这就大大地强化了连接部位的刚度与强 度。而通常方法制造复合材料构件，期望在 各零件交接部位不切断纤维是比较困难的， 对于某些结构是不可能实现的。
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3.产品制造工艺过程的质量保证
下料、铺层、固化、装配等工序和操作，需大量手 工操作，人为的不稳定因素会影响工作质量。
制造的中间阶段，构件的尺寸、形状、性能无法测 定，是不确定的。
热压罐固化需较为复杂的操作技术，不能随时测量 加工对象的尺寸进行修正，也不能逐渐逼近以达到设 计要求。
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2.5.1 复合材料构件整体成形工艺的优点
降低制件成本 可将几十甚至几百个零件减少到1个或几个零
件，减少分段和对接，从而大幅度地减少结构 质量，降低制件的成本。须知复合材料的成本 最后是以单位质量的成本数进行核算的，因此 减质量一定会带来成本降低的直接效应。
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为了提高质量、降低成本、缩短生产周期， 复材构件制造需不断改进工艺，引进新材料、 新技术、新仪器、新设备。注意以下几方面：
1. 制造过程的机械化与自动化
原材料
手工劳动
产
高
品 质
成
量 稳
本
定 性
差
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解决途径：采用计算机控制加工设备
数 控（缠 绕 、铺丝）设 备 排样下料系统 多坐标自动铺叠机
最佳的经济效果
整体成型制造法
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共固化（Co-curing ）：2 个或2个以上的零件经过 一次固化成型而制成个整体制件的工艺方法。 共胶接（ Co-bonding ）：把1个或多个已经固化 成型而另1个或多个尚未固化的零件通过胶粘剂（一 般为胶膜），在一次固化中固化并胶接成1个整体制 件的工艺方法。美国波音飞机公司给出的定义是： “ 2个或更多个零件固化在一起，其中至少有1个已完 全固化、1个未固化，任一固化与未固化零件间需要 有胶膜的工艺方法。” 二次胶接（ Secondary bonding ）：两个或多个 已固化的复合材料零件通过胶接而连在一起，其间仅 有的化学或热的反应是胶粘剂的固化。
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措施： 对施工环境条件有作明确、严格的规定，所用 的仪器、设备取得生产许可证 对工作人员的培训 原材料按材料技术条件验收、保管、应用 确定正确的工艺路线与方法，严格执行工艺纪 律和管理制度。 采用新的无损检测技术 采用整体制造工艺
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最大限度的 结构整体性
最少的工序 最少的零件 和工艺装备
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可降低机体结构的雷达反射截面积RCS值， 从而提高其隐身性能
隐身性能是武器的重要战技性能指标之一。 机体结构上如存在着大量的缝隙、台阶、紧固 件头等，势必产生对雷达波的强烈反射，形成 雷达波的散射源。复合材料整体成型技术消除 了缝隙、台阶和紧固件头，将无疑是对提高隐 身性能的重要贡献之一。
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降低结构的装配成本 可将几十万个紧固件减少到甚至几百或几千
个，从而亦可大幅度地减少结构质量，降低装 配成本，进而降低制件总成本。在复合材料承 力结构的机械连接中，所用紧固件特殊，多为 钛合金紧固件，成本较高；施工中钻孔和锪窝 难而慢，须用特殊刀具，容差要求严，成本高； 装配中要注意防止电化腐蚀，必须湿装配，耗 时费力，成本高。大量减少紧固件的结果必然 减轻结构因连接带来的增重，减少诸多因连接 带来的种种麻烦，降低成本。
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工装的CAD/CAM
*计算机技术在复材构件加工中应用是目前先进
制造技术水平的复最合材突料飞出行器的构件标制造志分析
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2.力求最大限度的结构整体性
共固化工艺方法对于提高零件刚度，减 少加工工序，提高零件的结构效率，减少工 装和连接件数量具有重要意义。
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2.5.2 共固化成形工艺及特点
用通常的方法制造壁板件，需有两次以上的固 化过程，而共固化只需一次固化过程。
通常组件装配是在零件已具有很好刚度条件下
进行，但固化后零件的外形不易做到非常准确，
而零件间的装配协调要求却较高。尤其对于复
杂结构，零件数量多，形状复杂，给装配带来
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易于实现高度翼身融合Hale Waihona Puke Baidu的设计和布局 如B－2隐身轰炸机，采用高度翼身融合体的
飞翼式布局，广泛采用了复合材料整体成型技 术；再如美国最新研制的无人作战飞机X45-A ， 即采用高度翼身融合体的无尾式飞翼布局；另 一个号称“飞马”的无人作战飞机X-47A更为 典型，其形如风筝，亦是一架高度翼身融合体 的无尾飞翼式布局飞机，全机结构由复合材料 制成，沿中轴线上下分4大块制成，充分发挥 了复合材料大面积整体成型的技术优势。