復(fù)合材料“J”型加筋壁板成型工藝研究

王 瑩，武彬彬，王浩軍

（中航飛機西安飛機分公司，陜西 西安 710089）

復(fù)合材料“J”型加筋壁板成型工藝研究

王 瑩，武彬彬，王浩軍

（中航飛機西安飛機分公司，陜西 西安 710089）

介紹了一種復(fù)合材料加筋壁板的制造方法。從工藝制造及模具設(shè)計2方面論述了如何解決復(fù)合材料加筋壁板成型工藝中存在無損、外形控制、變形和脫模困難等問題。實驗結(jié)果表明，通過對工裝芯模增加拔模角度，可解決復(fù)合材料零件回彈變形難題；采用金屬模具和復(fù)合材料模具相結(jié)合的方式，可有效保證肋與蒙皮的膠接質(zhì)量。

復(fù)合材料；加筋壁板；“J”型；共膠接

先進復(fù)合材料具有質(zhì)量輕、比強度較高、可設(shè)計性較強、耐腐蝕以及抗疲勞斷裂性能較好等一系列優(yōu)點，在航空、航天領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。在國外新一代民用飛機中，先進復(fù)合材料的用量已達到了50%以上，軍用飛機則達到了25%～40%，甚至出現(xiàn)了全復(fù)合材料飛機。近年來，整體成型技術(shù)成為了先進復(fù)合材料發(fā)展的新趨勢。整體成型技術(shù)是指采用共固化或者共膠接的工藝，將多個復(fù)合材料和/或金屬材料的次級零件連接在一起，一次成型出最終組件的制造技術(shù)，能夠大量減少緊固件及零件的數(shù)量，組件整體性更好，成本更低，質(zhì)量更輕。而加筋壁板類零件是復(fù)合材料整體成型技術(shù)的典型代表，廣泛應(yīng)用于飛機的翼面、機身等部位。加筋壁板是由層壓壁板和加強筋組成，加強筋可以提高壁板的剛性、抗彎曲強度和拉伸強度，增強載荷作用下壁板的穩(wěn)定性，壁板則為變厚度的層壓結(jié)構(gòu)。加強筋常用的結(jié)構(gòu)為“T”型、“J”型、“工”字型、“U”型、“C”型或“帽”型等結(jié)構(gòu)。

本研究加筋壁板是由1張蒙皮和19根“J”型肋組成，采用共膠接工藝成型，即蒙皮單獨進入熱壓罐固化，同鋪貼完成的“J”型肋（未固化）通過膠膜進行膠接再次固化的成型過程。此處膠接是指將膠膜放置在“J”型肋與蒙皮之間，再采用熱壓罐固化使2者粘接在一起的過程。

1 “J”型肋結(jié)構(gòu)及制造工藝

本研究復(fù)合材料“J”型肋是碳纖維材料，如圖1-a所示，其鋪層順序如表1所示。按照“J”型肋的鋪層設(shè)計可將肋結(jié)構(gòu)分成4部分，分別為下緣條、左腹板、右腹板和R填充區(qū)，如圖1-b所示。

圖1 “J”型長桁結(jié)構(gòu)示意圖Fig.1 Schematic diagram of J stringer

表1 “J”型肋結(jié)構(gòu)典型鋪層信息表Tab.1 Typical lay up information of J type stringer

復(fù)合材料“J”型肋制造工藝流程大致可分為：工裝準備、材料準備，分別鋪貼腹板面與緣條面、組合、R區(qū)域填充及保護。

“J”型肋成型由2套工裝組成，一套成型模、一套鋪貼模。鋪貼模結(jié)構(gòu)形式為組合模，由左、右半模組成。其中，右半模僅用于鋪貼“J”型肋，材質(zhì)為鋁；左半模為鋪貼成型共用工裝，材質(zhì)為殷鋼。成型模結(jié)構(gòu)形式為組合模，由左、右半模組成。左半模為鋪貼成型共用工裝，材質(zhì)為殷鋼，右半模為“Z”型復(fù)合材料成型模，如圖2所示。

圖2 “J”型肋成型工裝示意圖Fig.2 Schematic diagram of tooling for J type stringer molding

圖2中的卡斯特板是一種非金屬的輔助工藝材料，由于圖中的復(fù)合材料半模沒有做出下陷臺階，在此使用僅是為了彌補復(fù)合材料半模放置后與肋緣條面的厚度差，避免固化過程中傳力不均勻的問題。

2 蒙皮結(jié)構(gòu)及制造工藝

蒙皮為復(fù)合材料層壓板，存在厚度變化，并在尾緣條處存在一個彎鉤，如圖3所示。

圖3 蒙皮結(jié)構(gòu)示意圖Fig.3 Structure diagram of skin structure

該蒙皮難點在于尾緣彎鉤的制造。主要應(yīng)注意下面2個問題。

（1）尾緣直線度

由于蒙皮尺寸較長，接近7 m并帶有翻邊，要保證尾緣直線度很困難，通過如下改進方式，可使此問題得到有效解決：①成型芯模尾緣翻邊邊緣余量增大至10 mm，使鋪貼碳纖維預(yù)浸料及固化壓實過程材料處于更加舒展的狀態(tài)；②增加翻邊尾緣外側(cè)硅橡膠壓力墊；③增加外型卡板，用于檢查尾緣翻邊尾緣的輪廓度。

（2）尾緣彎鉤處的回彈變形

蒙皮彎鉤回彈變形是由于金屬模具與復(fù)合材料零件之間的熱線脹系數(shù)不匹配，導(dǎo)致復(fù)合材料零件與模具之間發(fā)生相互作用。

為了控制零件固化后的回彈變形，可采用對固化過程中彎鉤處的芯模型面進行反復(fù)調(diào)整和補償性修正加工的方法。即第1階段是對成型模具進行人工補償，采用階梯狀加層來補償工裝外形的形式進行加工驗證；第2階段通過對第1階段加層數(shù)據(jù)分析，確定了工裝增加拔模斜度0.5°，以控制變形程度或抵消變形的影響。

3 蒙皮與“J”型濕肋膠接質(zhì)量的控制

蒙皮零件固化完成后與“J”型濕肋（未固化）通過膠膜進行組合。在其模具設(shè)計上選擇了與復(fù)合材料線脹系數(shù)非常接近的殷鋼材料。其加工難度在于“J”型肋緣條面與固化完成后的蒙皮面膠接質(zhì)量問題。為此，采用圖4所示3種工裝方案。

圖4 不同形式的肋成型工裝結(jié)構(gòu)形式簡圖Fig.4 Different manners of tooling structure for J type stringer molding

通過無損測試可知，3種工裝方案對膠接質(zhì)量的影響如下。

（1）外觀質(zhì)量（如表2所示）

表2 不同工裝結(jié)構(gòu)肋成型后的外觀質(zhì)量Tab.2 Appearance quality of molded stringers for different tooling structures

（2）內(nèi)部質(zhì)量

未出現(xiàn)無損缺陷，但從3個方案的無損波形方面觀察可知：方案2復(fù)合材料零件為不合格，波形高度為標塊的40%；方案3復(fù)合材料零件狀態(tài)優(yōu)于方案2，其波形高為60%；方案1復(fù)合材料零件狀態(tài)相對最優(yōu)，波形高為80%。

由以上方案對比試驗可以看出，使用復(fù)合材料半模很好地保證了其傳壓均勻，具有一定的柔性，可保證與蒙皮膠接面的內(nèi)部質(zhì)量，還具有一定的剛性，保證了“J”型肋自身R區(qū)域及表面的質(zhì)量。

4 蒙皮與“J”型濕肋膠接固化后的脫模

零件組合后，“J”型肋上的金屬半模脫模較為困難，“J”型肋端頭與尾緣彎鉤處距離較近，金屬模具無著力點。為了順利脫模，可采取以下方式：①金屬半模端頭增加凸臺，增加脫模施力點；②在金屬半模上增加螺紋頂出裝置，通過旋轉(zhuǎn)螺紋使其頂出。

5 結(jié)語

（1）詳細介紹了大尺寸加筋壁板零件的共膠接成型工藝方法。

（2）通過對工裝芯模增加拔模角度，攻克復(fù)合材料零件回彈變形難題，使其滿足了設(shè)計要求。

（3）通過金屬模具和復(fù)合材料模具相結(jié)合的方式，能夠有效保證肋與蒙皮的膠接質(zhì)量。

2017中國（義烏）膠粘制品及涂料油墨展覽會通知

一、主辦單位：浙江省粘接技術(shù)協(xié)會、上海格覽德會展有限公司

二、協(xié)辦單位：義烏市膠帶行業(yè)協(xié)會

三、鳴謝單位：義烏歐洲商會、臺商會、韓商會

四、專業(yè)觀眾的組織及宣傳推廣：

重點邀請的專業(yè)觀眾：1、外商駐義烏代表處、外貿(mào)進出口商、國內(nèi)營銷商、代理商；2、汽車制造、印刷廠、包裝加工、玻璃工藝、工藝品、陶瓷廠、玩具廠、鞋廠、建筑工程公司、家裝公司、家具、電子電器、造船、橋梁工程等終端用戶；3、涂料、油墨、膠粘劑行業(yè)的生產(chǎn)企業(yè)；4、科研專家、院校及相關(guān)社會團體等專業(yè)人士。

宣傳推廣方式：1、印制15萬張參觀券通過組織單位建立的國內(nèi)外專業(yè)買家數(shù)據(jù)庫，寄往專業(yè)人士手中，并在全國專業(yè)展會上派發(fā)；2、利用電話、傳真、電郵、短信及登門拜訪等形式點對點邀請專業(yè)觀眾；3、擬在電視臺、報紙、雜志、網(wǎng)站及戶外廣告牌等宣傳媒體上對本屆展覽會作全方位的宣傳報道。

五、日程安排

布展：2017年4月14日-15日

開幕式：2017年4月16日（9：00）

展覽：2017年4月16日-18日

撤展：2017年4月18日下午

六、參展范圍

◆膠粘劑及密封劑：水性膠、壓敏膠、聚氨酯膠、熱熔膠、環(huán)氧膠、硅酮密封膠、厭氧膠、灌封膠、UV膠、有機硅膠、橡膠類膠粘劑、工程膠粘劑等；

◆膠粘制品：各類膠粘帶、膠粘標簽、壓敏膠片貼及其他膠膜等各類膠粘產(chǎn)品；

◆涂料：各類工業(yè)涂料、建筑涂料、水性涂料、防火涂料、防水涂料、防腐涂料、粉末涂料、防靜電涂料、汽車涂料、軍用航天涂料、納米氟碳涂料等；

◆油墨：印刷油墨、水轉(zhuǎn)印油墨、UV油墨、導(dǎo)電油墨、金屬油墨、精工油墨、玻璃油墨、夜光油墨、PP油墨、樹脂型油墨、溶劑型油墨、水性油墨和UV固化油墨等；

◆原材料及輻射固化技術(shù)產(chǎn)品：天然樹脂、合成樹脂、顏料、乳液、溶劑、填料、填充劑、助劑、鐵紅、鈦白粉、助劑；活性稀釋劑、低聚物、光引發(fā)劑、UV涂料、印刷版材、光致抗蝕劑、光鑄、表面光接枝等；UV光源、電子束設(shè)備、光固化設(shè)備、涂裝設(shè)備、材料性能測試儀器、UV劑量儀等；

◆生產(chǎn)設(shè)備：化工設(shè)備儀器、調(diào)色系統(tǒng)、分散機、攪拌機、連續(xù)式/間歇式混料器、過濾器、泵、計量儀/稱重裝置、點膠機、膠槍、打碼機、標簽機、液體灌裝機械、紙制品包裝、封口打包機械、膏體灌裝機械、鐵聽(桶)包裝、塑料及復(fù)合材料包裝、打包及其它耗材等。

七、參展費用（注：雙面開口展位加收500元）

標準展位費用包括：（長3米x寬3米x高2.5米）、三面圍板（白色）、公司名稱楣板、1個電源插座（500W以內(nèi)）、2支日光燈、1張咨詢臺、2張折椅、垃圾簍等。

空場地費用包括：展出場地、保安服務(wù)、展位清潔服務(wù)。

八、參展申請程序

1、參展企業(yè)確定面積及選定展位；

2、填妥參展申請回執(zhí)（合同）并簽字蓋章，然后將該表傳真至主辦單位；

3、展位確定后，參展企業(yè)須在5個工作日內(nèi)將展費的50%或全款匯入組委會賬戶；

4、組委會將于展前一個月將參展商手冊寄給參展單位。

九、大會組委會秘書處

浙江省粘接技術(shù)協(xié)會地址：杭州市大關(guān)路100號綠地中央廣場7號樓（310015）

電話：13958165237

聯(lián)系人：章先生 18106549877

格覽德會展義烏辦事處地址：義烏市宗澤東路59號義烏國際博覽中心（322000）

電話：0579-85171882

Http://www.taceyw.com

2017中國北方涂料、涂裝、膠粘劑、油墨展覽會

我國2016 全年涂料產(chǎn)量將突破1800萬噸，生產(chǎn)主要集中在以廣東、上海為代表的珠三角和長三角經(jīng)濟區(qū)，消費主要以京津冀、長三角、珠三角、川渝地區(qū)4大引擎帶動，尤其是京津冀區(qū)域，由于有國家層面的協(xié)同發(fā)展、冬季奧運會等推動，消費增長更加明顯，為了突顯涂料大國的風范，加速向涂料強國的邁進速度，特舉辦2017中國北方涂料、涂裝、膠粘劑、油墨展覽會。該展會已成功舉辦3屆，是北方地區(qū)以原輔材料、設(shè)備、技術(shù)展示、交流、貿(mào)易為主旨的專業(yè)會展平臺，以京津冀為核心區(qū)域，輻射東北、華北、西北，輻射面積超全國二分之一，市場空間巨大。

2017中國北方涂料、涂裝、膠粘劑、油墨展覽會將于2月25-26日在河北省石家莊市舉辦。展會期間將邀請知名專家教授及著名大型龍頭企業(yè)工程技術(shù)人員，專門舉辦《環(huán)境友好工業(yè)漆高峰論壇》，旨在進一步促進水性工業(yè)漆、高固體份涂料、粉末涂料及光固化涂料的研發(fā)及其在轎車、軌道交通，機械、船舶等領(lǐng)域的的推廣應(yīng)用，更進一步減少VOC的排放。《論壇》具體安排在25日全天舉辦；展會還舉辦《環(huán)保型膠粘劑研討會》將對于建筑膠、結(jié)構(gòu)膠、壓敏膠、包裝膠、木材膠、汽車密封膠等領(lǐng)域技術(shù)進步及其不同領(lǐng)域新產(chǎn)品開發(fā)進行深入研討，對于粘接機理和表面處理技術(shù)也給以足夠重視，具體安排在26日上午舉辦；另外展會還將舉辦《外墻涂料機械化施工研討會》，將對國內(nèi)知名品牌新產(chǎn)品推介活動，其它會期之間活動還在征集中，歡迎廣大企業(yè)踴躍聯(lián)系，歡迎廣大專業(yè)人士參展參會洽商合作。

活動簡介：

時 間：2017年2月25-26日

地 點：河北省石家莊市

主辦單位：

河北省粘接與涂料協(xié)會、衡水新光化工有限公司、中國水性涂料產(chǎn)業(yè)戰(zhàn)略聯(lián)盟

支持單位：

北京粘接學(xué)會、天津市膠粘劑研究會、陜西省涂料工業(yè)協(xié)會、中國地坪協(xié)會內(nèi)蒙古分會、河南省涂料行業(yè)協(xié)會、山東省涂料行業(yè)協(xié)會、廣東省涂料行業(yè)協(xié)會

合作媒體：

《現(xiàn)代涂料與涂裝》、《粘接》、《化學(xué)與黏合》、《涂料原料與設(shè)備》、慧聰涂料網(wǎng)

參展范圍：

涂料、膠粘劑、各類原輔材料、生產(chǎn)及包裝設(shè)備、施工機械及設(shè)備、輔助設(shè)備、儀器及服務(wù)等.

展位費用：

每個標準展位5800元，3m*3m，配備一桌二椅、二盞射燈、220v電源插座一個；特裝展位36平米起租，600元/平米凈地。

會中活動：

“新光杯”2017環(huán)境友好工業(yè)漆高峰論壇 2017環(huán)保型膠粘劑研討會

2017年新型建筑涂料品牌評選活動河北省粘接與涂料協(xié)會年會

郵箱：hebeituliaozhanjie@126.com

電話：13313016651 13931889902

傳真：0311-88632679

Study on forming process of J type composite stiffened panels

WANG Ying, WU Bin-bin, WANG Hao-jun
(AVIC Aircraft Co., Ltd., Xi'an, Shaanxi 710089, China)

This article introduced a manufacturing method of composite stiffened panel and mainly discusses the two aspects of manufacturing process and mold design from to solve the problems during the forming process of the composite stiffened panels, including zero defects, appearance control, deformation and demoulding difficulty. The experiment results show that the resilient deformation of composite parts can be overcame by increasing the mould-withdrawing angle of the tooling mandrel, and the bongding quality between the stringer and the skin can be ensured by using the combined manner of metal mould and composite mould.

composite; stiffened panel; J type; adhesive co-bonding

TQ050.4+3

A

1001-5922（2017）02-0061-03

2016-09-20

王瑩（1985-），女，工程師。目前主要從事復(fù)合材料制件的制造工作。E-mail：weiyiwy1217@163.com。