航空复合材料件工装模具技术现状进展,关于免费模具技术论文范文在这里免费下载与阅读,为您的模具技术相关论文写作提供资料。
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摘 要：复合材料是一种先进的新兴材料,在航空领域的运用十分的广泛,复合材料的使用让航空事业有了长远的发展.本文阐述航空复合材料件工装模具技术的现状及进展,通过结合对航空复合材料件工装模具的具体特点和主要研究方向进行了探讨,研究其生产技术的要点,为解决航空事业的制造难题提出了相应的建议.
关键字：航空；复合材料；工装模具技术现状和进展
随着航空工业的发展对于所需原材料的要求越来越高,对于很多产品的规格尺寸有着严格的规定,航空材料的合格性需要得到保证就一定要从工装模具上入手,只有保证了工装模具加工的精确性,才能为产品制造提供保证,从而确保航空复合材料零件加工的可靠性.
1 航空复合材料件工装模具发展现状
航空事业属于高科技行业,现代高科技技术的发展离不开复合材料,复合材料对现代科技的发展有着十分重要的作用,复合材料的应用广度以及生产发展的速度和规模,已经成为了衡量一个国家科学技术水平的一个重要指标,复合材料工装制造在航空制造中往往都是默默无闻不被人知晓的,但是和复合材料结构件的质量以及制造成本紧密相关的,复合材料工装制造的理想状态应该是高精度,便使用,抗高压,无渗漏,工装材料和零件材料的热膨胀系数和成本低廉应该是最主要的理想状态.为满足航空是事业尖端科技的所用材料的需求,研制了很多以高性能前卫为增强材料的复合型材料,,其中最为广泛使用的例如碳纤维、硼纤维、芳纶纤维和碳化硅纤维等等,复合材料已经成为和钛合金、铝合金、合金钢并驾齐驱的四大航空结构材料之一.为了满足先进复合材构件内部质量的特定需求,在复合材料构件成型的过程中,需要加热加压和抽真空等外在工艺技术去实现,复合材料的成型特点就是材料成型和构件成型可以同时完成,这要求了复合材料构件的行位精度需要依靠模具工装来进行保证.飞机制造技术对复合材料的需求越来越大,相对于传统工艺材料,复合材料是将多种不同形态和性能的材料进行复合的手段而的出来的新型材料,复合材料具备着更多的优势,碳纤维增强复合材料具有轻质高强、耐高温,耐腐蚀、热力学性能优良等特点,在飞机制造的整体结构上,可承担飞机主要承重结构的艰巨任务.然而目前我国复合材料的发展还跟不上航空事业的发展需求,影响着我国航空事业的发展,为了尽快发展我国的航空事业,复合材料件工装模具技术必须向着高性能、低成本、多功效的发展道路上发展,加工制造合理的复合材料并且让它成为标准成型的工装模具是我国目前发展复合材料件工装模具技术的首要任务.
2 航空复合材料件工装模具的发展进展
复合材料工装模具具有多种成型工艺,无论是哪种成型工艺都需要施加外界压力的压实过程,施压过程是排出构件中的空气,压实空隙,实现增强纤维的均匀分布的过程,构件的刚性模和依赖气体或液体传压的弹性模具相互结合的方式是目前最为常见的方式,随着工艺技术的不断发展,以热胀材料为芯模,刚性材料为阴模,构件放置于双方之间的模具成型技术也深入到飞机部分零件的制造上.模具的成型还需要温度和真空的配合,在 复合材料构件的成型过程中,如果模具材料和复合材料的热膨胀系数不匹配就会对构件的成型质量造成严重的影响.
随着航空事业的不断发展,复合材料结构的选用标准也越来越高,除了高质量和高强度的要求,也有着较低热膨胀的系数要求,使得制作出来的材料能够在边和和静载荷条件下也能够保持良好的稳定性,热膨胀系数作为复合材料重要的性能参数之一,会受到很多外界因素的影响,例如基体和碳纤维的性质、纤维的含量和排列方式,界面的性质和残余应力等等各个方面,热膨胀差异的主要原因是复合材料经不同的热处理后平面残余应力的大小不同,工艺技术的不同导致平面残余应力大小不同,可以在退火和固溶时进行处理可以得到缓解,又或者在复合材料表面涂层上增加新的物质以降低热膨胀系数,减低复合材料的热膨胀系数是目前研究的重点课程之一.
模具的成型过程需要达到合适的成型温度,不论是热固性树脂基复合材料固化,还是热塑性树脂基复合材料熔化,都需要经过加热的成型过程,加热均匀和加热速度是影响复合材料结构件质量和成本的重要因素,自加热以及热管理作为提高复合材料工装制造效率的方法受到了越来越多的青睐,一般模具加热方式是通过加热空气或者惰性气体为传热的载体,以流换热和热辐射加热为主对模具进行加热,又或者把热电阻和循环水管直接埋入成型模具中,以热传导为主的加热工艺,这样可以达到复合材料的成型工装模具升温效率和构建温度的要求.
降低先进复合材料结构的空隙率,需要提供合适的真空度工艺环境,在目前的提供真空的方式上大致有用腻子密封好的一次性使用真空袋连接真空贮气罐,
贮气罐和真空泵相连或者真空袋和真空泵直接相连；用可多次重复使用的真空袋连接真空贮气罐,贮气罐和真空泵相连或者真空袋和真空泵直接相连,这些技术大多运用于大型运输机机翼下壁板.
现今的复合材料构件特别是大型复杂的构件成型模具应尽可能选用热膨胀系数和复合材料相近的材料,例如如殷钢、碳泡沫、碳毡等.殷钢作为复合材料成型模具的材料具有热膨胀系数低,耐温性好,适合复合材料高温成型,真空完整性方面的变现也较为优异,适合复合型材料真空封装的成型,殷钢热传导好,能够提高复合材料热历程的成型效率,机械加工性能良好的优势不需要大量额外技术的投入,但殷钢材料成本相对来说比较高昂.碳泡沫是一种刚刚开发出来的新型复合材料成型模具材料,其特点包括和碳纤维复合材料同属于碳材料,热膨胀系数匹配的相当好,尺寸方面也有着良好的稳定性,它重量轻、耐高温的特点适合大尺寸复合材料结构的成型,碳泡沫易于快速的成型,易于机械加工和胶结成型,成本相对也说也比较低,能够满足气密性需要的特殊处理,在复合材料工装模具的应用中有点自身独特的优势.碳毡和金属材料相比,因重量更轻而易于搬运,并且下部基础结构投资少,因升降温速率更快而节省能源消耗和制造周期,易于机械加工和修理,可以更改模具尺寸而适于复合材料构件研制,和传统复合材料相比,适于制造复杂形状模具,易于改变模具表面尺寸；碳毡适合制造小批量复合材料构件的成型模具.
航空复合材料构件的几何外形十分复杂,例如机翼翼面类的纵横加筋壁板,机身类的M形加筋壁板和S形进气道非开敞结构等等,这些复杂构件成型和脱模对模具材料和模具结构都有着特殊的要求,易变性型模具的加工技术让这一问题迎刃而解,在一定的物理状态下可以变换成不同的模具状态是易变性型模具的主要特点,这类模具大多是由记忆成型工装模具随着温度的变化而发生可逆软化和硬化的可逆相和原始形状的固定相构成,可逆相的作用是发生形变或固定性变,而固定相的作用是记忆及回复成型模具的原始形状. 形状记忆高分子模具是易变性模具的典型代表.
3 结语
复合材料工装模具在航空领域的应用呈现出了多种应用的方式,为复合材料构件提供了多种的手段和方式,复合材料件工装模具技术的发展为航空事业的发展提供了强而有力的后盾,满足了航空制造上的各种工艺需求,由于我国相对于其他国家航空事业起步较晚的情况,在发展水平上还存在着一定的差距,复合材料的工装模具技术运用还不够成熟,这些方面需要大量的研发力度,为我国的航空事业保驾护航.
参考文献
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