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輕量化耐腐蝕復合材料制造技術研究

來源:華盛論文網 發表時間:2020-08-18 09:57 隸屬于:工業論文 瀏覽次數:

摘要国产富二代app下载 近年來,高強度、耐高溫和低密度的復合材料在航空領域得到了廣泛應用,現代飛機中含有大量的復合材料結構件,甚至超過飛機總質量的50%[1-3]。復合材料鋪疊模是成型飛機結構件的

国产富二代app下载   近年來,高強度、耐高溫和低密度的復合材料在航空領域得到了廣泛應用,現代飛機中含有大量的復合材料結構件,甚至超過飛機總質量的50%[1-3]。復合材料鋪疊模是成型飛機結構件的重要模具之一,目前常用復合材料結構件的生產工藝為:采用手工將復合材料鋪疊在模具零件上,整體進入熱壓罐,在一定溫度和壓力環境下經過一定時間的固化,脫模后得到復合材料結構件。該類模具制造材料采用Q235A,密度為7.85g/cm3。目前使用這類模具的過程中主要存在2個問題:①模具質量較重,由于模具零件密度為7.85g/cm3,雖然采用了減輕孔的設計,但單個模具質量依然達10~30kg,鋪疊過程不方便,如果模具掉下工作平臺,易發生砸傷事故;②模具表面易生銹,圖1所示為常用鋪疊模的腐蝕情況。為保證成型的復合材料零件的表面質量,該種鋪疊模表面粗糙度要求Ra≤3.2μm,由于模具零件材料為Q235A,且使用環境較潮濕,使用一段時間后模具零件表面銹蝕,影響工作型面的表面質量,無法生產合格零件,需打磨模具零件表面,耽誤生產進程。以典型低溫用復合材料鋪疊模為例,針對其質量重、易腐蝕的缺點,選取密度更小的非金屬為結構材料進行模具設計,開展數字化加工技術研究,制造新型低溫用復合材料鋪疊模,以減輕模具質量,避免模具零件腐蝕,延長模具零件使用壽命,減少生產返修的次數,降低工人勞動強度,提高生產效率。

輕量化耐腐蝕復合材料制造技術研究

国产富二代app下载   1模具結構改進

  為實現模具的輕量化和耐腐蝕,對于低溫下使用的鋪疊模,其使用溫度不超過80℃,選擇G48工程塑料(俗稱可切削塑料)作為該類鋪疊模的結構材料。該材料為PUR體系,由3種物質混合而成:①樹脂A:BiresinG48,多元醇,不透明;②固化劑B:Bi?resinG55,MDI異類氰酸酯,無色;③填料C:氫氧化鋁粉末,白色,粒徑0~?0.032mm。材料耐受最高溫度為90℃,因其具有良好的表面質量、強度高、可加工性強等優點而在飛機蒙皮拉形模上廣泛使用[4,5]。該工程塑料是一種非金屬材料,不會出現腐蝕現象,其物理參數如表1所示。以典型的鋪疊模為例,該模具由上述工程塑料G48制造而成,對其結構進行改進,圖2所示為鋪疊模結構改進方案。新型鋪疊模的主體部分與原結構一致,為模體1與模體2,上下完全對稱,上面刻有零件位置線和余量位置線。由于采用G48工程塑料,其強度低于Q235A,為保證模具零件的使用強度,取消原先減輕孔的設計,保證模體1和模體2為實心結構。為保證模具結構的穩定性,原結構左、右兩端的耳片增厚10mm,并在耳片銷孔處增加固定襯套,模具共有4處需用到固定襯套。

国产富二代app下载   2模具制造過程

国产富二代app下载   采用G48工程塑料制造新型復合材料鋪疊模的主要工藝流程為:下料→澆注→數控→檢測→標記→終檢。首先澆注得到毛坯,其澆注流程為:先通過木條樣板和層板制備腔體結構,隨后向型腔中澆注G48工程塑料,G48工程塑料的各組份必須先混合均勻,各成分質量比為:主劑(G48)∶固化劑(G55)∶填料=1∶1∶(1.2~1.5),其中主劑、固化劑為液態,填料為200目以下粉末(主劑、固化劑有效期為開封后70min以內,應在有效期內使用,且填料應防潮避免結塊)。各組份混合的順序及相應的攪拌時間為:在G48工程塑料主劑中加入填料,用攪拌器攪拌5~6min,隨后緩慢加入固化劑,沿同一方向勻速攪拌4~5min,使各組份原料混合均勻后,靜置10~15min。靜置之后,將該混合液體澆入事先制備的腔體,從澆口(最低處)緩慢勻速連續倒入,利用G48工程塑料的流淌性使其充滿整個型腔,直到冒口(最高處)冒出為止。待G48工程塑料完全固化后去除封邊層板、圍邊及多余物,型面光順過渡。隨后對毛坯進行數控加工,數控加工過程中,精銑模體1、模體2上、下平面平行見光。保證臺階尺寸H1>20mm,各件的總厚度H2>90mm。在數控加工過程中,由于模具零件底面兩端耳片強度較差,應選取切削力較小的數控銑削刀。對于未數控銑削的面進行砂磨至光順,非工作邊R5mm可以取制木樣板刮光流線。在模具零件上加工2個孔,各孔壓入2×?10mm的襯套,應注意在壓合過程中不能過緊,否則容易損壞模體,襯套外表面可通過涂膠幫助緊固。數控加工后刻零件外形位置線和零件余量位置線,保證線條清晰、粗細均勻。G48工程塑料的基本強度滿足刻線的需求。最后,在模具零件做相應的標記。模具零件數控加工完成后,對鋪疊模型面進行測量,在型面上取數點測量其公差,測量數據如圖3所示,公差范圍為±0.1mm。由圖3可以看出,型面上所測量的點均在公差范圍內,采用G48工程塑料制造的鋪疊模型面尺寸合格。圖4所示為G48工程塑料鋪疊模實物,模具整體結構完好無破損。模具零件型面光滑,表面粗糙度滿足使用要求。零件位置線和余量位置線的線條清晰,粗細均勻。襯套壓合緊密,未發生損傷。經測量,模具質量為2.75kg,若采用材料Q235A制備,則其質量為11.11kg。經對比,該輕量化模具質量減輕75%,實現了預期模具質量減輕50%的目標。

  3模具試用與后續測試

国产富二代app下载   將模具交付客戶進行試用,在模具上進行復合材料鋪疊后進入熱壓罐加熱保溫。保溫加熱工藝:模具使用過程需2次進罐(45±15)℃保溫1h。由于G48工程塑料耐溫90℃,在工藝規定的溫度和保溫時間后不發生變形,在模具出罐后也未發現有變形的情況。模具現場的使用效果良好,操作人員反映模具輕便好用、脫模方便,滿足使用的強度需求,使用過程中無磕壞碰傷的情況。圖5所示為實際鋪疊效果,黑色部分為在模具型面鋪疊的復合材料層。圖6所示為脫模后的復合材料結構件,經過無損檢測,該結構件合格。由于模具采用非金屬G48工程塑料制造,避免了模具的腐蝕情況,消除了模具零件因為腐蝕生銹而出現的返修情況,提高了生產效率。為檢測后續模具的穩定性,對試用一段時間的G48工程塑料鋪疊模進行測量。圖7所示為測量曲線,模具試用半年后,型面上的點公差為±0.1mm。數據證明,G48工程塑料鋪疊模具有一定的穩定性,G48工程塑料可以耐受模具使用過程中的溫度和壓力沖擊。

  4結束語

国产富二代app下载   以典型低溫用復合材料鋪疊模為例,針對其使用過程中質量重易腐蝕的特點,選取密度更小的非金屬G48工程塑料作為模具材料。模具設計時取消減輕孔,耳片增厚,并在耳片銷孔處加入固定襯套。隨后開展了G48工程塑料鋪疊模數字化加工技術研究。最后制造的模具質量減輕75%,也避免了模具腐蝕問題,降低了工人勞動強度,延長了模具使用壽命,減少生產返修的次數,提高了生產效率。

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国产富二代app下载   [5]蘇艷紅,張勇兵.可切削塑料在飛機蒙皮拉形模中的應用[J].模具工業,2012,38(12):12-14.

国产富二代app下载   [6]張勇兵,蘇艷紅,鄭再陽.航空可切削塑料拉形模型面開裂分析及其控制[J].2016,22(5):100-102.

  《輕量化耐腐蝕復合材料制造技術研究》來源:《模具工業》,作者:謝飛舟 劉一凡 許春華 張勇兵

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聲明:《輕量化耐腐蝕復合材料制造技術研究》