复合材料T型加筋壁板成型工艺设计与验证

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1、复合材料T型加筋壁板成型工艺设计与验证Abstract： The manufacturing technique of composite integrated products is the core of composite industry the one of manufacturing composite panel difficulty is axial deviation during curing process.Improving T shape stringers axial deviation is a keytechnique to solve assembly coo

2、rdination in the period of T shape stiffened composite panel.This research expounds a typical process design method of composite stiffened panel , introduces the key technique and resolves the quality matters during curing process.The result is proved that this process design method of composite sti

3、ffened panel is available.Key Words : T Shape Stiffened Composite Panel;Process design;Co-bonding先逵轻质复合材料凭借其高比强度和高比刚度，耐腐蚀和抗疲劳 性能好，以及易于整体成型等优点，正在逐步成为国内外新一代飞机 的主要结构材料。其中波音787飞机和空客A350飞机中复合材料重 量占比分别达50%和52%1-2。该文描述的T型加筋壁板，长桁结构复杂，长桁变厚、变截面且 有多处下陷，长桁内部质量保证困难;蒙皮变厚且曲率大，保证长桁轴 线度困难。为提高零件质量、保证长桁轴线度，该文创新性改进了长 桁

4、左右合模成型工装并总结了长桁工艺补偿方案，极大程度改善了长 桁无损质量;采用可调式袋外卡板的工装方案，定位装置可依据长桁 的厚度等实际状态进行适应性调整，大幅提升了长桁轴线度的实际精 度，为其他类似结构零件提供了借鉴。1加筋壁板简介1.1 T型加筋壁板结构大多数飞机由五个主要部分组成，即机翼、机身、尾翼、起落装 置和动力装置。机翼、机身、尾翼、起落架是构成机体的主要部件， 这些部件的发展趋势是用复合材料逐步取代传统金属材料。该文描述 了一种T型加筋壁板工艺成型过程。T型加筋壁板由1件壁板加7件 T型长桁组成，尺寸为3800mmx1200mm如图1;T型长桁由左右腹 板面、缘条面及R区捻子组成如

5、图2。1.2 T型加筋壁板材料介绍该文中描述的T型加筋壁板使用材料为碳纤维单向带 AC531/CCF800、碳纤维织物 AC531/CF8611。1.3工艺装备的选用1.3.1 T型长桁成型工装常见的T型长桁成型工装主要为左右合模工装（如图3）或上下 合模工装（如图4）。左右合模工装相比较上下合模，两半模分别铺贴预浸料后，无需 翻转上模再合模，更方便。故此次试验件使用左右合模长桁工装进行 成型，并进行优化。（1）左右半模无连接关系，制定了长桁活动芯模的整体连接方 案，提高了左、右芯模对合的同步性。（2）长桁工装由左右半模对合组成，一侧为分段活动半模形式， 一侧为固定半模焊接在底座上，工装两端头

6、配备可拆卸的“L”型固定 挡块，保证对合后两半模齐平度。优化后的长桁成型工装大幅提高了长桁无损质量，节省了成本。1.3.2 T型加筋壁板成型工装组件工装是薄壁框架式成型胶接夹具工装，即蒙皮成型模与壁板 长桁共胶接夹具为一套共用工装如图5。薄壁框架式结构保证了工装 制造刚性、强度等需求的前提下，降低了工装质量，提高了工装的热 传导性。（1）工装在翼肋位置设置长桁定位检验卡板，用于长桁定位及 检测长桁轴线偏差，卡板开口处一侧增大开口方便长桁装卡并设置为 螺纹扭紧装置，另一侧与长桁留一定的理论间距。(2) 长桁端头设置定位块，用于长桁长度方向的定位。(3) 工装配备导气槽，用于长桁壁板胶接固化时，预

7、浸料内气 体排出。1.4 T型加筋壁板成型工艺流程由图6可知，长桁固化后切割至净尺寸与预压实后的蒙皮使用压 力垫及定位卡板限位组合后进行共胶接，固化后进行数控铣切外形无 损检测合格后喷漆交付。2试验验证2.1 T型长桁制造2.1.1长桁制造过程优化(1) 因长桁的下陷较多，为防止匀压板过厚带来的缘条面传压 不均匀易出现无损缺陷，匀压板采用了几种不同方式，对比结果见表 1。最终，3号结构形式匀压板效果最好，故长桁匀压板直接使用铝 制匀压板。(2) 长桁R区捻子制造通过R区加捻工装及填充量计算公式加 捻，改善了R区的压力传导效果及底缘面的平整度。2.1.2长桁内部质量优化由于长桁采用左右半模对合的

8、工装形式，荤寸合后长桁左右半模间 隙不均匀，且长桁控厚台阶在左右半模对合后，无法检测实际控厚台 阶与零件理论厚度关系。故长桁腹板面易出现无损缺陷。此次试验件工装控厚台阶厚度公差走负差且采用殷钢工装成型 零件，保证长桁内部致密且无损检测合格。2.2 T型加筋壁板制造2.2.1 内部质量T型加筋壁板组件经超声检测无损合格。2.2.2 外形公差固化时长桁安装袋外卡板措施高效可行。长桁理论轴线度偏差控 制在0.5mm以下。贴胎间隙满足0.5mm。3结语该研究以一种典型复材加筋壁板为对象，通过成型工艺设计及试 验件制造，得出结论。（1）采用可调式袋外卡板的工装方案，定位装置可依据长桁的 厚度等实际状态进行适应性调整，大幅提升了长桁轴线度的实际精度;（2）为改善长桁制造过程中，缘条面的压力传导效果，测试了 卡斯特板、铝板、AIRPAD+玻璃布共计3种复合材料压力垫的实际使 用效果，逐步确定了类似零件的压力垫制造方案；（3）针对长桁左、右芯模局部配合不良的问题，制定并验证了 不同的工艺补偿措施，改善了压力传递效果，提高了制件的内部密实 程度。