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1、干法成形复合材料工装的研制与应用九V?成臬与推广?干法成形复合材料工装的研制与应用技术装备总厂聂烽【内容提要】本文在系统分析 1 传统 I 装( 即金属 I 装和湿法成形复合材料 I 装) 在生产复_A 材料制品中所存在的问题后,借鉴 1 德国 MBB,美国CYANAMID,TOOLRITE 等多家公司的先进技术经验,并结合西飞公司运七 200A 雷达罩复合材料成形工装的制造,介绍 1 用干法成形复合材料 I 装的新技术.1 引言随着复合材料制造技术的不断完善和在航空,航天等工业领域的广泛应用.人们愈来愈清楚地认识到,要想获取性能优良,质量稳定可靠的复合材料制品,就必须有高质量的复合材料工装来
2、保证近几年来,在复合材料零部件的制造中,使用传统的金属工装和湿法成形复合材料工装暴露出许多问题.为此,我们借鉴德国MBB,美国 CYANAMID,TOOLRITE 等多家公司先进的复合材料及其工装制造技术,结合我公司新机,外协的生产实际,进行了干法成形复合材料工装的试验研制工作,达到了预期的效果.2 复合材料制品成形工装应用情况分析在复合材料制品生产工艺过程中,工装技术占有很重要的地位,德国 MBB 公司的一位博士说:” 工装技术是保证复合材料制品质量的核心.”国内目前广泛应用传统金属工装和湿法成形的复合材料工装成形复合材料制品.这两类工装在应用上存在一此难以克服的缺点和不足现简要分析如下.2
3、.1 金属工装,为了满足复合材料制品用工装热稳定性好,气密性好,使用周期长的要求,国内一直采用金属工装.但金属工装与复合材料制品热性能不匹配.因为复合材料制品的精度与工装材料热膨系数的大小有着直接的关系.金属工装存在的缺点主要是:(1)金属工装热膨系数大,与复合材料制品38浸渍致密处理层惜移雨降低制品质量,同时也造成较大的尺寸误差.(2)热容量大,升温与降温速度慢,周期长,能耗大.(3)工装制造嗣期长2.2 湿法成形复合材料工装复合材料工装是树脂和增强材料的混合物,经固化成形所得的一种工装,作为成形模或夹具来控制零件的制造.湿法成形复合材料工装是采用湿铺敷成形工艺.具体做法是用液态胶衣形成工装
4、表面,然后用树脂胶液(常用环氧树脂)涂刷浸渍织物(常用玻璃布) 铺敷,再应用真空压实铺层和排除气泡,在常温下或烘箱加热条件下固化.这种方法制造的复合材料工装,较好地解决了制品与工装问热膨胀不匹配的问题,操作性较好,制造周期短.但这种工装的质量受人为因素影响十分敏感,质量和性能很不稳定,主要存在如下缺点:(1)表面胶层易破损.这是由于液态树脂厚度难以控制,特别是拐角处堆积过厚,在热状态下,易形成裂纹而破损(2)铺层内部树脂分布不均匀,在形成富胶区和贫胶区的部位粘结强度都差,加热时会导致工装变形破损或损坏.(3)生产条件恶劣,现场脏乱.纤维粉尘既危害操作者健康,又易在层闻形成气泡,影响层间粘结强度
5、.湿法成形复合材料工装的上述缺点导致其热稳定性差,气密性能低,使用寿命短.删一一易薹 1诃碲捐一西飞科技 1994 年第 4 期为了克服金属工装和湿法成形复合材料工装存在的严重不足.适应复合材料应用技术的发展,世界许多着名厂商,如 MBB,CYANAMITOOLRITE 等公司研制出了干法成形复合材料工装制造技术,并在波音,MBB,麦道,加空等公司广泛应用.我公司是在引 CYANAMID,TOOLRITE 等公司的先进材料和先进技术的基础上,加以消化吸收,并进行了大量的试验研究,成功地将这项技术移植到我们公司来5 干法成形复合材料工装的设计特点干法成形技术是一种用预浸料成彤复合材料制品的工艺方
6、法所谓预浸料是指浸渍有树脂基体的纤维单向带或其织物的一种中问材料.CYANAMID,TOOLRITE 公司直接向世界各大飞机制造厂家提供这种商用的新型原材料.在德国四组件试验培训对,壁板成形模和3#前缘破形模均选用 TOOLRITE 公司提供的 MXG7620 碳纤维预浸料.它具有低温预固化(温度为 206D),后高温处理( 温度为200),高温使用( 工作温度为 176) 的特性,解决了过渡工装的耐热问题,且制造过程简单,使用寿命长.CYANAMID 公司研制出来的CCT(cYFORMCOMPOSITETOOLING)工装复合材料体系具有成形固化温度低(14 小时/60),树脂分布均匀,粘结
7、性和流动性好.贮存期长,热膨胀系数低.使用寿命长(使用 250次不损坏)等特点.目前这种工装复合材料体系为世界上越来越多的飞机生产厂家选用,我公司在新机研制中也引进使用了这一材料体系.5.1 原材料的确定经过分析比较,在试制中选用了美国CYANAMID 公司 CCT 工装复合材料体系中的 CP200,CP650(两者均为碳纤维一环氧预浸料)原材料,其性能特点见表 1.表 ICCT 碳纤维 j 耍漫布的性能特点CP200CP650CP840CP190CP175预浸布重量(g/m)34910821239760278树脂含量()4338337537一l8C 贮存期(月)121212121220”C
8、贮存期( 天)151515151560”C 凝胺时间( 小时 )12121212l2100”C 凝胺时间( 小时 )0.40.40.40.40.4l 真空袋(IT1m)O.26D670.900.165l 热压罐(mm)0.22O.620.851.10.1652 研制应用工装的选择结合西飞公司新机研制的实际和复合材料制品对工装的特殊要求,选择了结构典型的运七一 20oA 雷达罩成形模为试验件.图 1 为雷达罩成形模的结构示意图雷达罩成形模具有热稳定性好,强度高,重量轻,使用寿命长特点.5.5 工装铺层和结构设计千法成形复合材料工装要进行铺层设计,且框架隔板间和框架与面板问采用复合材料角片连接.在
9、设计雷达罩成形模复合材料工装时,为了工装划线清晰,第一层选用了玻璃纤维预浸料.考虑到 CP200,CP650 的成本太高.仅在面板使用 CP200,CP650.框架材料选用了成本低廉的酚醛层压板本工装是在传统的环氧塑料模具上成形雷达罩成形模复合材料工装铺?成果与推广?围 I 雷达罩成形模结构示意圉衰 2 重达罩成形模复合材料工装铺层设计方寨层号预浸料牌号铺敷角度第一层 GFRPc1020.第二层 CFRP0CP200 上 45.第三层 CFRPCP65090.第四层 CFRPCP66045.第五层 CFRPCP6500第六层 CFRPCP650 上 45.第七层 CFRPCP65090.第八层
10、 CFRPCP65045.第九层 CFRPCF6600.第十层 CFRPCP650 上 45.第十一层 CFRPCP65090.第十二层 CFRPCP6504GFRP 一玻璃纤维预浸料 tCFRP-碳纤维预浸料附酵玻璃层压图 2 连接结掏设计示例层设计方案见表 2,连接结构设计示例见图 2.此外,与湿法成形工装设计一样,考虑到烘箱,热压罐加热均靠热循环实现,因此设计框架时,在不影响强度的前提下,开设较大的空气循环孔,使热量迅速通过面板传给制品,以保证制品的加热速率.4 于法成形复合材料工蓑的制造工艺干法成形复合材料工装的制造工艺技术与传统工装制造工艺技术有所不同.4.1 工艺流程干法成形复合材
11、料工装的制造分清理样件,铺层,固化等步骤,其成形工艺流程如图 3所示.图 3 干法成形复合材料工装工艺流程图由图 3 可以看出,干法成形中的预固化方法有真空袋固化法和热压罐固化法两种.它们各有利弊,选用时视具体情况而定.4.2 雷达罩成形模制造的工艺操作及参数(1)干燥样件.样件是制造复合材料工装的依据,其尺寸形状必须准确无误,表面要光洁,使用前应进行烘干处理.(2)样件表面涂脱模剂.(3)面板铺层.预固化处理.选用 CP200,CP650 制作雷达罩成形模复合材料工装时,采用了真空袋固化法.a)铺第 12 层,室温下,抽真空0.095MPa,保真 9O 分钟;b)铺第 35 层,室温下,抽真
12、空 0.095MPa.保真 100 分钟;c)铺第詈富.西飞科技 1994 年并68 层,室温下抽真空 0.095MPa,保真 120 分钟;d) 铺第 912 层,放入烘箱进行预固化,抽真空 0.095MPa 后,以 2”C/rain 速率升温至6O,保温 14 小时,然后以 3”C/rain 速率降至室温,其预固化曲线见图 4.6o氲 50溜 40a020时间 n)田 4cP20O,cP65O 预固化曲线(4)出烘箱后安装玻璃钢酚醛层压板加强蛄,用 CP650 预浸料角片将加强筋与碳纤面板连接为一体,如图 2 所示.再送人烘箱,在 6.下保温 14 小时,待角片固化后起模.准备后固化处理.
13、(5)后固化处理工艺为将工装置于烘箱中,以 2/rain 速率升温至 90,保温 2 小时.再以 2/rain 速率升温至 l20,保温 2 小时 ,继续以 2/mln 速率升温至 150,保温 3 小时;仍以 2/rain 速率升温至 180,保温 4 小时,摄后以 3/rnin 速率降至室温 .其后固化处理曲线见图 5.时间(h)田 5CP200,CP650 后固化处理曲线5 干法成形复台材料工装的性能特点分析干法成形的复合材料工装可以使用与所要生产的复合材料制品相同材料的预浸料制造.如目前广泛应用的 GFRP 和 CFRP,这类工装具有如下性能特点.5.1 热性能匹配由于复合材料制品和工
14、装均采用相同的材料,因而在加热固化过程中,工装和制品可同步伸缩变化,能更有效地减少制品的变形,保证制品尺寸准确.表 3 给出了几种常用材料的热膨胀系数.衰 3 常用材料的热胀系数(10 肛)Ni 铜由睫璃材料 CFRPCFRP(电沉炭钢侣啦湿积法层法线膨胀 3.6II.1 13.3I2.122.5I4.4系数 13.】18.5.2 重量轻,热容量小预浸料中树脂分布均匀,所制工装的厚度也均匀,其厚度一般可控制在 68ram 内,工装导热迅速,加热时间短,制品成形固化过程可节能 50 以上.同时因干法成形复合材料工装的重量仅为钢质金属工装的 20 左右,因此工装搬运方便,有利于提高生产效率.5.5
15、 粘结强度高,铺敷性能好.操作方便预浸料铺层时,可严格按设计角度铺敷,且粘性适宜,便于铺贴操作,易于排除气泡,避免空隙.粘结强度高.5.4 使用寿命长干法成形的复合材料工装,含胶均匀,铺层厚薄均匀,热传递均匀,因而加热过程中工装的热应力小,气密性能好,层间剥离强度高,因此其寿命比湿法成形的工装更长.5.5 固化工艺优越CCT 工装复合材料体系中的工装预稷料实现了低温预固化,起模后高温后处理,解决了制造依据必须耐高温的难题.因而工装的制造依据可以选用加工简单,价格便宜的石膏,塑料型面及普通环氧塑料,甚至可以甩木质工装作为制造依据.这样既缩短了生产周期,又降低了加工难度,提高了生产效率.5.6 生
16、产现场清洁,整齐,安全干法成形复合材料工装解决了湿法成形工艺中纤维粉尘飞扬,胶液到处滴流,环境污染严重等问题,而且预浸料中树脂处于 B 阶段,几4一罄一?情报与信息?秘吐/帆,雠,哗.日本松下电器的事业部体制与分权管理南方动力机械公司杨永健1 前言日本松下电器产业抹式会社(以下简稚”松下电器”)经过战后近半个世纪的不懈努力,已发展成为日本一流的企业集团.松下电器所拥有的近】30 个事业部及营业所之所以能平行发展又松而不散,共同营造”松下大厦”, 得益于其完备的事业部管理制度.松下电器的内部管理的成功经验对于我国国有大中型企业正在进行的转机建制具有一定的参考价值.本文拟简单介绍松下电器的内部管理系统.2 事业部制度的建立企业内部的事业部制度最早诞生于美国.【929 年经济大萧条之前,美国杜邦公司,通用电器公司及通用汽车公司等大型企业先后建立起事业部体制,
