某型机整流罩夹层壁板制造工艺优化

成艳娜

摘要：本文通过对某型机整流罩夹层壁板制造工藝优化，解决了双曲面蜂窝芯展开型面选择、蜂窝芯收缩塌陷、蜂窝芯位置偏移等问题，提高了整流罩蜂窝芯夹层壁板的产品质量，满足了设计及装配要求。

关键词：蜂窝芯；展开型面；收缩塌陷；位置偏移

翼身整流罩位于机身与机翼过渡部位，是保证飞机气动外形的重要零件，为次承力构件。某型机翼身整流罩包含复合材料壁板36项，其中32项为双曲面的玻璃钢蜂窝芯夹层件。零件主材料为ZMS2212环氧预浸玻璃布和Gillcore-1/8-3.0的Nomex蜂窝芯。铺层为外蒙皮3层玻璃布，内蒙皮3层玻璃布，零件边缘加强区共12层玻璃布。整流罩零件结构复杂，存在蜂窝芯外形不规则，零件外形曲率大，单个零件包含蜂窝芯数量多等特点。整流罩零件均采用凹模成型，贴模面为气动外形面。零件加工典型工艺流程见图1。

1 整流罩零件制造技术难点

整流罩零件为双曲面蜂窝芯夹层结构，在制造过程中的技术难点包括以下方面：

1）整流罩蜂窝芯为双曲面结构，外形复杂不规则。蜂窝芯铣切前需将双曲面结构的数模展开成平面形式，而双曲面的展开存在一定误差。双曲面蜂窝芯如何选取最佳展开型面是保证铣切后蜂窝芯零件外形是否合格的关键。

2）在零件成型过程中易出现蜂窝芯收缩、表面塌陷等缺陷。生产中出现因蜂窝芯收缩而提交工程处理的问题零件。

3）整流罩零件含有多块蜂窝芯，且成型工装型面为双曲面凹模，铺贴过程中蜂窝芯定位不准确则导致固化后零件产生蜂窝芯位置偏移等缺陷。

2 夹层壁板制造工艺优化

2.1 双曲面蜂窝芯展开型面的选择

整流罩32项夹层壁板共包括蜂窝芯84项。蜂窝芯均为15.875mm高且边缘带斜角的Nomex蜂窝芯。蜂窝芯零件加工工艺流程如图2所示。

整流罩蜂窝芯为双曲面结构，外形复杂不规则。蜂窝芯铣切前必须通过专用软件将曲面结构的数模展开成平面形式，然后用于制造蜂窝芯铣切模或展开样板。而双曲面的展开存在一定误差。目前生产中使用的蜂窝芯铣切模是按照蜂窝芯中心线展开的。后期实践证明，曲率较小的蜂窝芯按照中心线展开误差较小；而对于曲率较大的蜂窝芯，按中心线展开时误差较大，外形偏小。

以图3中蜂窝芯零件为例进行说明：该蜂窝芯曲率较大，①③两处为端头，铣切模尺寸与数模尺寸一致，未出现误差；②④两处为曲线长边，铣切模比数模尺寸小10～14mm，误差较大。由此可见，曲率较大的蜂窝芯按照中心线展开时型面偏小。按照内型面展开外形最小，按照外型面展开外形最大。因此该蜂窝芯若选取外型面与中心线之间的型面进行展开，可降低误差。选取该蜂窝芯外型面、4/5型面、3/4型面、3/5等不同型面，通过CATIA软件分别模拟展开，并测量展开之后的平面边长，与蜂窝芯数模尺寸对比，寻找最佳的展开型面。结果发现，该蜂窝芯按照外型面展开误差最小。因此按照外型面展开申请蜂窝芯展开样板，取代原来按蜂窝芯中心线处展开的铣切模，用于大曲率蜂窝芯零件的外形加工。利用重新申请的展开样板进行蜂窝芯下料，蜂窝芯外形尺寸满足设计图纸及数模要求，解决了大曲率蜂窝芯外形尺寸超差问题，保证了生产进度要求。

综上可见，双曲面蜂窝芯展开型面选择分两种情况，一般曲率较小的蜂窝芯按照蜂窝芯中心线进行展开，误差最小；对于曲率较大的蜂窝芯，按中心线展开时误差较大，可采用CATIA软件分别对不同型面进行模拟展开，寻找最佳的展开型面。该结论在其他机型类似蜂窝芯壁板中亦适用。

2.2 蜂窝芯收缩塌陷问题

整流罩零件成型过程中，蜂窝芯收缩是影响产品最终质量的关键问题之一。蜂窝芯收缩的原因比较复杂，一方面是由于蜂窝芯吸潮，另一方面是由于在热压罐固化过程中，玻璃纤维面层受到压力沿工装型面产生滑移，进而带动蜂窝芯尺寸变化。生产中为防止蜂窝芯收缩塌陷采取的措施主要有蜂窝芯稳定化、防滑带法、玻璃纤维系紧法等。

2.2.1 蜂窝芯稳定化

整流罩零件的蜂窝芯边缘均为斜角，为防止蜂窝芯收缩和塌陷，可先进行蜂窝芯稳定化处理。蜂窝芯外形铣切完成后，将蜂窝芯距斜削边缘5-10mm高度范围内填充FM490A泡沫胶或其他符合工艺规范要求的填充胶，以增加蜂窝芯强度；同时在蜂窝芯斜角背面边缘70-75mm宽度范围内铺贴环形胶膜及玻璃布预浸料作为稳定化铺层。然后按相关工艺规范要求进烘箱或热压罐固化。经稳定化处理后的蜂窝芯应储存在带有干燥剂的密封袋中备用。

2.2.2 防滑带法

防滑带法为在成型工装四周胶接2英寸宽的防滑带，可达到增加面层与工装之间的摩擦力，降低固化时面层位移导致的蜂窝芯收缩问题。防滑带多次使用后出现磨损、淤胶过多、脱粘等情况时，应立即更换，一般5至10架份更换一次。

2.2.3 玻璃纤维系紧法

玻璃纤维系紧法使用玻璃布及压敏胶带将蜂窝芯一侧或两侧的蒙皮预浸料铺层固定在模具上。需要固定的预浸料层数根据零件外形确定，通常最靠近蜂窝芯的预浸料铺层要固定，并且0°和90°的整层预浸料铺层效果最好。

生产上通常将防滑带法及玻璃纤维系紧法结合使用，即在铺贴时，将蜂窝芯上下两层预浸料通过错开铺层铺贴到防滑带上，增加预浸料的摩擦力，从而减小蜂窝塌陷和收缩。

2.3 蜂窝芯位置偏移问题

整流罩零件含有多块蜂窝芯，且成型工装型面为双曲面凹模。铺贴过程中如何控制多块蜂窝芯的位置准确性是保证整流罩零件能否顺利装配的关键问题之一。铺贴时多块蜂窝芯的定位可采用两种方式，一是自制与成型工装型面相吻合的蜂窝芯定位样板，定位样板通过成型工装上的定位孔在工装上进行定位。该定位方式的缺陷为定位准确度依赖工人的技能水平，操作费时费力，蜂窝芯铺放后较难验证位置准确性。第二种是采用激光投影仪辅助定位，这需要工装上设置靶标孔并且有激光投影程序。该定位方式优势明显，可实现蜂窝芯的快速定位，且定位准确性高，蜂窝芯铺放后可再次核查位置准确性。

为解决生产中整流罩夹层壁板零件蜂窝芯偏移问题采取的措施主要有两个，一是在成型模四周安装防滑条，防止固化过程中产生蜂窝芯位置偏移，另一方面是将蜂窝芯定位样板定位优化为激光投影定位，可在铺放蜂窝芯后再次核查位置准确性，两种定位方式的对比见图4及图5。

3 总结

本文通过对某型机整流罩夹层壁板制造工艺方法优化，解决了双曲面蜂窝芯展开型面选择、蜂窝芯收缩塌陷、蜂窝芯位置偏移等加工难题，为以后蜂窝夹层复合材料零件在飞机上的广泛应用奠定了技术基础。