航空可切削塑料拉形模型面开裂分析及其控制

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1、研究论文RESEARCH航空可切削塑料拉形模型面开裂分析及其控制张勇兵1，苏艳红2。郑再阳1(1．中航工业成都飞机工业(集团)有限责任公司，成都610091；2．成都航空职业技术学院，成都610100)【摘要】传统飞机蒙皮拉形模在生产过程中容易出现型面开裂的问题，分析了飞机蒙皮拉形模可切削塑料型面开裂的原因，并提出了预防可切削塑料型面开裂的拉形模新结构。关键词：飞机蒙皮；拉形模；可切削塑料；燕尾槽AnalysisandPreVentionofSurfaceCrackingfIorMachinablePlasticStretching1’oolinAviat：ionz}【AN

2、GY．0ngbin91，suYjIhon矿，2王IENGzaiyan91(1．AVlCChengduA硫r：afIIndustrial(Group)Co．，Ltd．，Chengdu6l0091，China；2．Chengdu撕a而cPol妒chnic，Chengdu610loo，China)【ABSTRACTlCn比Heo舭nappearsonnlesurfaceofthetraditionals骶tchingtoold嘣ngitsproducing．111epaperanal-yses也ec卸sesofcrackingont11esurf．aceofmachinablep

3、lasticsm；tchingtoolf-oraircraftsl(in，anewstmctllreformachin-a_bleplastics仃etc№gtoolispresented，whilecracklecouldbeprevented．Keyw盯ds：Aircraftskin；S仃etching々00l；Machinableplastic；DovetailgmoveDoI：10．16080／i．is蛆1671．833x．2016．22．100现代民用客机的蒙皮材料正在向金属复合材料方向发展，但以铝合金材料为主的金属材料仍在大量应用。波音787飞机蒙皮以非金属复合

4、材料为主、铝合金材料为辅，空客A380飞机蒙皮以铝合金料为主、金属复合材料为辅，其他型号的民用客机蒙皮也在同时运用金属材料和非金属复合材料。因此，研究金属材料蒙皮的高质量、低成本成形仍具有广泛的现实意义。复杂曲面的铝合金材料蒙皮主要采用拉形工艺，每架飞机的蒙皮数量从数十张到数百张不等，每张复杂曲面的铝合金蒙皮都需要一套对应的拉形模。拉形模质量决定每张蒙皮的几何精度质量和表面质量，拉形模是确保铝合金蒙皮质量的重要工艺装备。单套拉形模的制造成本从数万元到数十万元不等，每个机型的拉形模总成本会达数百万元甚至上千万元。因此，拉形模制造总成本是飞机制造总成本的重要组成部分。基于此，提

5、升拉形模质量、降低拉形模成本是各航空工艺装备制造商研究的重要内容之一【l】。近年来，大型拉形模需求越来越多，但在生产过程中发现拉形模可切削塑料型面开裂现象越来越普遍，成为影响飞机研制、批量生产的重大质量问题。100航空翻造技术·2016年第22期1拉形模型面开裂的原因分析1．1传统的拉形模结构早期的拉形模结构是“木质基体+环氧树脂型面”，由于木质基体容易变形、破损、腐烂，寿命短、精度差，而且用于制造大型拉形模(民用客机蒙皮长度一般都超过3m，有的达到10m有余)时木质基体与可切削塑料层均开裂严重，如图1所示。为解决大型木质基体拉型模的开裂问题，近年来采用的拉形模结构为“钢框

6、架+铁丝网+石英砂+可切削塑料”，如图2—3所示。采用钢框架代替木质基体解决了木质基体存在的缺陷，但使用一段时间后，发现此种结构的拉形模表面可切削塑料层仍然极易开裂，严重影响型面、定位孑L、刻线的精度，如图4所示。1．2型面开裂原因分析1．2．1多种材料膨胀系数不一致产生的开裂可切削塑料固化时会产生大量热量，封闭区域最高温度达到90℃左右，这些热量、高温会引起钢框架、石英砂、铁丝网、可切削塑料各自热膨胀、冷收缩。几种研究论文图1木质基体拉型模基体、型面同时开裂Fig．1CrackIeappearinginlhewOOdybaseandthesurfaceOfthes”elc

7、hingtOOIatthesamelime图2钢框架F味2SteeIframeT切削塑料铁丝网石英砂钢框架图3钢框架拉形模结构Fig．3StnJctu怕Ofst悖lchingt001w孙steeIframe材料的热膨胀系数不一致，会导致各自的膨胀量和收缩量不同，再加上可切削塑料本身固化收缩率就达到0．1％一2％，固化过程中内部将产生大量张应力，拉形模越大、收缩量差值越大、内部产生的张应力越大，在可切削塑料本身塑性较差、脆性较大的情况下，可切削塑料在浇注过程中就可能开裂。1．2．2大尺寸模具使用过程中引起的变形开裂大