航空模压成型工艺

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1、航空模压成型工艺为追求轻质商用飞机，一个最新开启的前沿是飞机内部托架的轻质生产，其中许多托架都是长型材形式的。这些重要的但不经常被见到的飞机组装部件——C形通道、H形梁、U型剖面、L形和T形桁条、以及空心梯形桁条，长期以来都是由铝制成的。模压成型，一个与汽车和工业复合材料关系更紧密的加工工艺，将改变这种铝制托架的局面。模压成型(CCM)，是一个自动的半连续加工过程，可以将增强的可作热压成形的输入料带入到模具中，然后制作有效的无限长的异形型材和平面板。由一人操作，该计算机控制过程生产产品的速度，与拉挤成型的生产速度接近，异形型材的生产速度高

2、达40米/小时（131英尺/小时），而平面板的生产速度高达91米/小时（300英尺/小时）。左边为CCM异形型材生产线，右边为CCM平面板生产线。这两条生产线都是自动化的，由一人操作。每一条生产线都具备电脑控制喂料、挤压、切割和堆积功能。不像热塑性拉挤成型，热塑性树脂在模具中被注入到干纤维中去，模压成型采用的输入料，与航空环氧预浸料相似，是高均衡的、用高端热塑性塑料浸渍过的连续纤维增强材料，包括聚醚醚酮(PEEK)、PEKK、聚醚酰亚胺（PEI）和聚苯硫醚（PPS）。对于非航空应用而言，聚丙烯（PP）和其他工程塑料是常见的基体材料。由此产

3、生的热塑性结构具备了航空级别的优质质量，不可用的部分通常少于1%（已通过层压显微照片得到证实），而对于经热压处理的复合材料而言，要求不可用的部分少于2%。Xperion公司已经采用模压成型工艺，为用于固定空客A330/A340飞机室内侧壁板的碳纤维/聚醚酰亚胺横杆扣件装置，制作长型材和托架（如本图所示）。目前为止，商业产品的制作已经使用碳纤维或玻璃纤维（尽管他们可以由芳纶或其它纤维制成），其中包括高负荷结构构件，比如，用来固定空客A330/A340飞机室内侧壁板的碳纤维/聚醚酰亚胺横杆扣件装置。CCM制造商XperionAerospace

4、GmbH公司（位于德国黑尔福德）表示，已经生产出3万多个这样的扣件，这些复合材料扣件代替了传统的铝制扣件，重量减轻约50%，生产成本降低了21%，两年后，部件拒绝率将小于0.1%。工艺历史模压成型(CCM)不是一种新型工艺，20世纪90年代初，Dornier飞机制造公司（位于德国）的UlrichSpelz——一位热塑性复合材料(TPC)先驱，开发了此工艺并获得了专利。1999年，UlrichSpelz创立了ACM公司（即AdvancedCompositesandMachinesGmbH,位于德国，马克多夫），目的是为了推动CCM工艺的发展

5、；为客户测试新的热塑性复合材料及原型模具；并使部件投入到批量生产中去。一个早期的成功产品是用于BicoAG公司（位于瑞士，Schänis）创新板条床设计的卡条，该卡条被提名为2002年JEC奖的候选产品。为适应模压成型，ACM公司与DyneDesignEngineering公司（位于瑞士，Niederlenz）及制造商NägeliSwissAG公司（位于瑞士，Güttingen）合作，调整了卡条设计。CCM机器中装入了五层Gurit公司的Plytron60%玻璃增强聚丙烯单向预浸带后，就开始加热并挤压这种材料。由此产生的加固片材自动被切割

6、成650毫米×200毫米（25.6英寸×7.9英寸）的板块。这些板块被送入到一台双面图案成形液压机内，液压机对其加热直到可以压印为止，每50秒，压印25根发条，每根卡条25毫米宽，大约70毫米长，1.4毫米厚（0.98英寸×2.75英寸×0.06英寸）。到2007年为止，通过这种工艺平均每年生产的卡条有140万根。Xperion采用模压成型工艺，为BicoAG公司压制复合材料床用卡条，从2001年到2007年一共生产了800万根卡条。2004年，ACM公司与波音公司幻影工作室合作，协助其开发用于未来飞机（比如787梦想飞机）的热塑性复合材

7、料部件。合作计划中包括了用作圣路易斯工厂研究平台的可生产板材和异形型材的CCM机器。这促使ACM公司寻找一个更大的制造商合作者，来承担这项重大的投资。Xperion公司完成了对Dornier公司的部分收购并于2000年正是成立，该公司于2007年1月1日收购了ACM公司，Spelz仍然任命首席技术经理一职。Xperion公司于2005年交付了CCM机器，在Spelz的领导下，公司继续与波音合作，利用模压成型工艺，制造各种热塑性复合材料飞机部件。“波音公司需要更多更大的部件”，Spelz回想道：“所以Xperion公司开始考虑在美国成立一个

8、工厂的好处。”于是一个与CDI公司（CuttingDynamicsInc.位于俄亥俄州）合资的企业出现了，各自拥有50%的股份。CDI公司是Sikorsky公司（位于康涅狄格州，斯特拉特福）长