郭強

摘 要：飛機復(fù)合材料的比強度高、比模量大，且耐高溫、抗腐蝕、抗疲勞?；诤娇蘸教熳非蟛牧闲阅艿谝坏睦砟钕?，促使其成為復(fù)合材料構(gòu)件工裝數(shù)字化設(shè)計的重要試驗戰(zhàn)場?；诖?，本文主要闡述了復(fù)合材料成型模具分析，并闡述了符合材料構(gòu)件制造數(shù)字化技術(shù)，以期進一步提升飛機復(fù)合材料性能。

關(guān)鍵詞：復(fù)合材料;數(shù)字化;模具設(shè)計

引言：新形勢下，國內(nèi)對于飛機復(fù)合材料構(gòu)件的數(shù)字化設(shè)計處于初級階段，部分航空企業(yè)對復(fù)合材料成型模具的數(shù)字化設(shè)計制造技術(shù)重視程度不夠。因此，相關(guān)航空企業(yè)有必要就構(gòu)件工裝的數(shù)字化設(shè)計深入分析，重視材料模具成型的制造過程，確保復(fù)合材料構(gòu)件成型后通過少量加工就能夠滿足數(shù)字化設(shè)計要求。

一、復(fù)合材料成型模具分析

（一）復(fù)合材料工藝數(shù)模設(shè)計

復(fù)合材料構(gòu)件的成型較比常規(guī)金屬材料成型不同，是材料與結(jié)構(gòu)同時成型的過程，整個過程要在模具中完成，在具體設(shè)計過程中要確保構(gòu)件成型后不再做任何加工，并且在設(shè)計上要嚴(yán)格按照設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，保持外形、尺寸、力學(xué)性能等相關(guān)參數(shù)滿足設(shè)計要求，確保復(fù)合材料產(chǎn)品制造順利進行。同時，飛機構(gòu)件外形大都為曲面，復(fù)合材料的數(shù)字化設(shè)計是保障模具成形加工的關(guān)鍵，復(fù)合材料在工藝設(shè)計上要實現(xiàn)統(tǒng)籌規(guī)劃，將外部形狀信息、內(nèi)部材料組織信息、制造信息、功能信息等相關(guān)因素統(tǒng)一起來[1]。復(fù)合材料工藝數(shù)模設(shè)計是數(shù)字化制造的基礎(chǔ)，對于后期的數(shù)字化制造和數(shù)據(jù)分析具有指導(dǎo)作用，換言之，數(shù)字化制造是將構(gòu)件數(shù)字化設(shè)計轉(zhuǎn)換為制造的形式，數(shù)模包括貼模面設(shè)計、建立鋪層坐標(biāo)系、區(qū)域和過渡區(qū)域的建模及可制造分析等。

（二）復(fù)合材料成型模具設(shè)計

復(fù)合材料構(gòu)件成型模具設(shè)計結(jié)構(gòu)始終隨著工藝方法的變化而變化，其結(jié)構(gòu)設(shè)計通常是由上部分型板和下部分支撐組成，要求結(jié)構(gòu)中的板型精度要高，表面質(zhì)量過硬，保證滿足復(fù)合材料設(shè)計標(biāo)準(zhǔn);支撐結(jié)構(gòu)設(shè)計主要是控制板型變形，在高負荷狀態(tài)下將板型的變形設(shè)計控制在合理范圍內(nèi)，并且保證支撐結(jié)構(gòu)處于良好的通風(fēng)狀態(tài)下，減少模具在熱壓罐內(nèi)的熱量。由于框架式模具制造過程繁瑣，因此對設(shè)計的合理性、科學(xué)性要求較高。對于大型的負荷材料壁板制造而言，框架模具必須兼?zhèn)鋭偠葟?、散熱性能好、模具搬運方便等特點。由于傳統(tǒng)的成形模具設(shè)計需要耗費大量人力物力資源，對設(shè)計人員的理論知識和專業(yè)技能要求較高，工作量大，難以從根本上提升設(shè)計效率。為有效將大量勞動力從復(fù)合材料成形模具設(shè)計中解放出來，需要優(yōu)化現(xiàn)有的設(shè)計模式，提升模具設(shè)計質(zhì)量，加快設(shè)計周期。

在信息技術(shù)的推動下，航空企業(yè)加快復(fù)合材料構(gòu)件設(shè)計系統(tǒng)的研發(fā)步伐，將成組化規(guī)范與數(shù)字化仿真分析預(yù)計結(jié)合，并且在復(fù)合材料成形方法多樣化情況下，加快設(shè)計人員等相關(guān)人員的培訓(xùn)，滲透數(shù)字化設(shè)計理念。并建立相配套的成組化模塊規(guī)范指導(dǎo)設(shè)計人員進行數(shù)字化設(shè)計，確保全面提升設(shè)計人員的專業(yè)技能和綜合素養(yǎng)，鼓勵設(shè)計人員不斷向先進設(shè)計單位學(xué)習(xí)經(jīng)驗[2]。航空企業(yè)通過建立專家知識庫，設(shè)計人員能夠根據(jù)負荷材料的3D模型，按照模具設(shè)計流程進行模具設(shè)計，節(jié)省人力，將其航空企業(yè)設(shè)計成本，提高模具的設(shè)計質(zhì)量，有效進行信息存儲。

二、復(fù)合材料構(gòu)建成型工裝數(shù)字化設(shè)計

（一）模具體的設(shè)計

飛機復(fù)合材料構(gòu)建的工裝包括模具、膠接夾具、裝配性架、數(shù)控切邊等。通過參數(shù)化和模塊化設(shè)計方法，提升工裝研制效率，能夠最大化滿足我國新機研制要求。復(fù)合材料構(gòu)建成型模具設(shè)計通常分為兩種類型，一是通過在過渡模具直接復(fù)制符合材料的模具體;二是通過數(shù)控加工得到的金屬材料的模具體。在具體設(shè)計流程上，首先要設(shè)計好復(fù)合材料構(gòu)建產(chǎn)品數(shù)模，提取成型面，確認(rèn)產(chǎn)品成型面上有無孔，有孔則需要立即修補;然后提取產(chǎn)品輪廓線，利用投影基準(zhǔn)平面得到投影線，通過遺傳算法求取投影線外包絡(luò)輪廓，從而得到模具體輪廓多邊形，選擇成型面與輪廓多邊形生成基準(zhǔn)平面，要求確保曲面和輪廓多邊形滿足設(shè)計要求，最后輸入木具體厚度參數(shù)，創(chuàng)建成型曲面的等距曲面，反復(fù)確認(rèn)等距曲面是否反方向，在反方向情況下，要以模具體輪廓多邊形拉伸實體，以成型面與等距面切割實體，確保最終等到模具的模具體。

（二）底架的設(shè)計

底架設(shè)計包括叉車口、環(huán)形方鋼、加強方鋼，且彼此之間存在著位置約束的關(guān)系，在進行二次開發(fā)的情況下，有效實現(xiàn)了復(fù)合材料構(gòu)建成型工裝的參數(shù)化設(shè)計。飛機復(fù)合材料構(gòu)建多為大尺寸、薄壁結(jié)構(gòu)，在制作精度上要求較高，為保證產(chǎn)品互換協(xié)調(diào)，利用型架將飛機裝配中的零紐件定位和夾緊，具體參數(shù)設(shè)計是根據(jù)迷局設(shè)計創(chuàng)建支架的基準(zhǔn)平面、創(chuàng)建支架輪廓的多邊形、支架的拉伸方向，選擇設(shè)計基準(zhǔn)直線、散熱孔類型，并輸入各種尺寸參數(shù)、散熱特征參數(shù)，創(chuàng)建底板輪廓的多邊形、U向零件、V向零件、外支撐板等，最后的到可行性的底架設(shè)計方案。

（三）復(fù)合材料構(gòu)建制造數(shù)字化技術(shù)

在進行模具數(shù)字化制造過程中，要依靠自動化設(shè)備的精密度、高效數(shù)字化加工設(shè)備，盡可能縮短模具制造過程，提高模具設(shè)計質(zhì)量。其中將數(shù)控加工技術(shù)作為復(fù)合材料成型模具常用的加工制造方法，框架式模具板型、RTM成型模具的型腔等都需要采用數(shù)控加工來提升加工質(zhì)量和工作效率，在具體加工過程中要先對模具表面進行處理，最大化提高模具表面性能，確定模具的硬度、耐磨性、耐腐蝕性、摩擦性能等，盡量延長模具使用壽命和效果。

三、結(jié)論

總之，就飛機復(fù)合材料構(gòu)件工裝數(shù)字化設(shè)計來看，數(shù)字化生產(chǎn)線中包括多方面內(nèi)容，相關(guān)航空工業(yè)企業(yè)要想有效提升復(fù)合材料性能，必須建設(shè)數(shù)字化設(shè)計的總體方案，加強技術(shù)研發(fā)步伐，結(jié)合國內(nèi)外關(guān)于飛機復(fù)合材料構(gòu)件內(nèi)容，不斷優(yōu)化設(shè)計，確保復(fù)合材料構(gòu)件工裝數(shù)字化設(shè)計達到標(biāo)注化程度。

參考文獻：

[1]馬瑛劍.銅包鋁雙金屬復(fù)合材料構(gòu)件工裝的數(shù)字化設(shè)計[J].世界有色金屬，2019（04）：318-319.

[2]劉順臻，姜洪博，劉東梁.復(fù)合材料主承力構(gòu)件后壓力框制造技術(shù)研究[J].航空科學(xué)技術(shù)，2019，30（07）：40-46.