航空復合材料零件制造工藝及設備應用

張海杰

摘 要： 航空復合材料零件普遍具有尺寸大、精讀要求高的特點，利用現代化制造設備進行生產能夠有效提高其性能質量，因此航空復合材料零件制造工藝及設備的合理選擇，具有非常重要的現實意義。本文在簡要闡述航空復合材料制造工藝現狀的基礎上，重點分析了目前主流制造工藝的應用要點，以期為相關主體提供有益借鑒。

關鍵詞： 航空復合材料；零件制造；工藝特點；設備應用

現代化復合材料是以有機高分子材料為根本依托，以高性能連續纖維作為增強材料，采用專業的工藝設備生產而來，無論在結構穩定性還是外形精確度上，都有著明顯的優勢。目前，復合材料憑借超強的性能優勢，被廣泛應用于航空航天零件制造領域，成為新一代航空器的主要材料，并成為了航空結構先進水平的重要衡量標準。

1、航空符合材料制造技術與設備基本概況

航空復合材料具有尺寸大、結構復雜、精準度要求高等特點，這也決定了其制造技術與設備的先進性，而傳統的制造工藝已經無法滿足現實發展要求，尤其是高性能、大差量、強精準的要求，甚至已經對復合材料技術的發展產生了制約。所以近年來，有關航空復合材料制造技術與設備的研發成為了業內外一大熱點，并取得了突破性進展，產生了許多先進的制造技術與設備，具體如下：

1.1數字設計與模擬技術

數字化設計可以有效確保產品結構研發的科學性，是提高產品制造質量、提高產品研發效率、降低產品研發成本的重要保障。而數字化模擬能夠全面提升工藝制造自動化水平和產品合格率，常見的數字化模擬技術主要有鋪層、浸漬、固化成形等。

1.2自動化制造技術

目前，以自動鋪帶、自動鋪絲等為代表的自動化制造技術，已經成為復合材料零件制造的主流工藝，憑借其較高的制造效率贏得了業內廣泛認可。自動鋪層技術完全實現了復合材料零件制造的高精準性和高效率性，是傳統人工鋪層效率的十倍之多，全面降低了制造成本。

1.3低成本制造技術

目前，在航空零件制造的總成本中，有七成以上是復合材料零件所占據，尤其是隨著復合材料研發的深入推進，低成本制造技術開始成為該領域的重要研究方向，其中尤以RTM技術最具代表性，并得到國際的普遍認可，成為了復合材料低成本制造技術發展的一大轉型技術。

2、航空復合材料零件制造工藝與設備的應用

2.1航空復合材料指制造技術及特點

2.1.1 RTM 成形技術。RTM是樹脂轉移模塑成形的英文縮寫，該方法具有成本低、效率高、成效好和污染小等優勢，且可以形成雙面大型整體件，所以被廣泛應用于強度主承受力結構件生產制造方面，包括艙門、檢查口蓋等。

2.1.2 RFI 工藝技術 。RFI工藝技術主要是指樹脂浸漬技術，就是樹脂膜溶液與纖維預制體相融合所產生的一種具有低成本的成形技術，目前主要應用于飛機雷達天線罩等平面面積較大或相對簡單的曲面構件制造領域。

2.1.3纖維纏繞技術。所謂的纖維纏繞，就是利用浸漬后的纖維束將相關裝置纏繞到芯軸上，是目前一種較為成熟的零件制造技術，并是目前具有最廣泛應用范圍的自動化成形技術。經該工藝所成形的零件，具有強度大、質量輕、耐熱好等性能優勢，因此被廣泛應用于空心、橢圓零件的制作中。

2.1.4自動鋪帶、鋪絲技術。自動鋪帶技術是當前西方國家最為常見的一種成形技術，主要是利用數控技術來實現的，采用有隔離襯紙的單向預浸帶達成自動化生產目標。相比于自動鋪帶技術，自動鋪絲具有更強的精細度，可以對結構復雜的零件進行成形制造，且材料消耗率較低。

2.2航空復合材料指制造設備與應用

為滿足航空復合材料零件制造工藝的技術要求，就必須配備顯影的制造設備，也就是說要充分滿足制造設備高自動化、高精準度、高性能強度的基本要求。不同于傳統的制造設備，這些設備對復合材料廠房工程設計有著較強影響，要求在進行廠房設計時必須要充分考慮到這些設備的工作原理、系統構成、運營條件等因素。對此，本文將對航空復合材料零件制造工藝流程中所需的重點設備進行介紹，包括熱隔膜成型機、自動鋪帶、鋪絲設備、RTM成型系統，具體如下：

2.2.1熱隔膜成型機。該設備就是將預浸料鋪放后形成的胚料置于模具上，然后在特質隔膜的作用下，采用抽真空、加熱等方法，對胚料進行壓縮最終形成相應的形狀。熱隔膜成型具有穩定性強、外表平滑度高的優勢，經常被應用于飛機C形梁和長桁的制造中。熱隔膜成型機主要由加熱箱體、真空系統、控制系統等核心要件構成。目前，常見的航空復合材料零件制造中，熱隔膜成型機加熱箱體長達21m，并由工裝預熱庫支架和主加熱庫支架構成。為充分滿足預熱成型的要求，工裝支架和預浸料支架必須要按照既定線路進行移動，這就決定了整個設備工作區的面積最低也要25m×16m。因熱隔膜成型機具有占地面積大、重量大的特點，所以放置該設備的廠房中還要配有起重設備。還有，熱隔膜成型機需要進行抽真空操作，這就要求必須配備空氣處理機，同時還要充分考慮廠房位置、進風排風管位置等因素進行合理布置。

2.2.2 RTM成型系統。RTM技術是一種低成本復合材料制造技術，生產出的零件質量好，尺寸精度高并可凈尺寸成型，適合用于大體積、高強度、復雜結構復合材料零件的制造生產，RTM技術在大型客機復材零件制造領域得到廣泛應用。

RTM工藝過程為：首先采用編織、針織、縫紉等技術制備纖維預制體，在模具內放置預制件，在壓力注入或外加真空輔助條件下，液態、具有反應活性的低黏度樹脂貫穿流動并充填閉合模具，排出氣體同時浸潤并浸漬干態纖維結構。在完成浸潤浸漬后，樹脂在模具內通過熱引發交聯反應完成固化，最終得到成型的制品。

目前已經有多種形式的RTM，如真空輔助RTM（VARTM）、壓縮RTM（CRTM）、樹脂滲透模塑（SCRIMP）、真空輔助樹脂注射（VARI）等十多種方法。其中VARI技術是RTM中一種新型的復合材料低成本、高性能成型技術，近年來在航空領域受到廣泛的重視，該技術是在真空狀態下，利用樹脂的流動、滲透實現對纖維及其織物的浸漬，并在真空下固化的成型方法。

VARI技術首先需要將纖維編織成預制體，預制體的編織需要采用自動縫合設備，一般大尺寸復雜零件需要采用三維自動縫合機進行三維編織。

VARI技術成型系統主要由儲存罐、真空系統、調溫系統、控制系統、模具及傳輸系統等組成，成型的工藝為：將縫合或編織的干纖維預成形件放在VARI成型系統的上下模具之間，合模后將樹脂以一定的壓力注入，VARI成型系統在一定溫度和真空狀態下，將零件固化成型，最后開模取出產品。

RTM成型系統的三維縫合機布置于潔凈間內，成型需使用大型烘箱，靠近廠房的凈化間，便于零件制造成型。

3、結束語

綜上所述，復合材料制造技術是現代飛機制造工程的支柱技術之一，其在航空制造領域的應用，提升了生產制造的效率，同時增強了客機的性能與安全性。作為技術人員應當重視對航空復合材料零件制造工藝及相關設備的研究與應用，促進我國航空事業健康發展。

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