航空模壓成型工藝

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1、航空模壓成型工藝為追求輕質(zhì)商用飛機，一個最新開啟的前沿是飛機內(nèi)部托架的輕質(zhì)生產(chǎn)，其中許多托架都是長型材形式的。這些重要的但不經(jīng)常被見到的飛機組裝部件——C形通道、H形梁、U型剖面、L形和T形桁條、以及空心梯形桁條，長期以來都是由鋁制成的。模壓成型，一個與汽車和工業(yè)復(fù)合材料關(guān)系更緊密的加工工藝，將改變這種鋁制托架的局面。模壓成型(CCM)，是一個自動的半連續(xù)加工過程，可以將增強的可作熱壓成形的輸入料帶入到模具中，然后制作有效的無限長的異形型材和平面板。由一人操作，該計算機控制過程生產(chǎn)產(chǎn)品的速度，與拉擠成型的生產(chǎn)速度接近，

2、異形型材的生產(chǎn)速度高達(dá)40米/小時（131英尺/小時），而平面板的生產(chǎn)速度高達(dá)91米/小時（300英尺/小時）。左邊為CCM異形型材生產(chǎn)線，右邊為CCM平面板生產(chǎn)線。這兩條生產(chǎn)線都是自動化的，由一人操作。每一條生產(chǎn)線都具備電腦控制喂料、擠壓、切割和堆積功能。不像熱塑性拉擠成型，熱塑性樹脂在模具中被注入到干纖維中去，模壓成型采用的輸入料，與航空環(huán)氧預(yù)浸料相似，是高均衡的、用高端熱塑性塑料浸漬過的連續(xù)纖維增強材料，包括聚醚醚酮(PEEK)、PEKK、聚醚酰亞胺（PEI）和聚苯硫醚（PPS）。對于非航空應(yīng)用而言，聚丙烯（PP

3、）和其他工程塑料是常見的基體材料。由此產(chǎn)生的熱塑性結(jié)構(gòu)具備了航空級別的優(yōu)質(zhì)質(zhì)量，不可用的部分通常少于1%（已通過層壓顯微照片得到證實），而對于經(jīng)熱壓處理的復(fù)合材料而言，要求不可用的部分少于2%。Xperion公司已經(jīng)采用模壓成型工藝，為用于固定空客A330/A340飛機室內(nèi)側(cè)壁板的碳纖維/聚醚酰亞胺橫桿扣件裝置，制作長型材和托架（如本圖所示）。目前為止，商業(yè)產(chǎn)品的制作已經(jīng)使用碳纖維或玻璃纖維（盡管他們可以由芳綸或其它纖維制成），其中包括高負(fù)荷結(jié)構(gòu)構(gòu)件，比如，用來固定空客A330/A340飛機室內(nèi)側(cè)壁板的碳纖維/聚醚酰亞

4、胺橫桿扣件裝置。CCM制造商XperionAerospaceGmbH公司（位于德國黑爾福德）表示，已經(jīng)生產(chǎn)出3萬多個這樣的扣件，這些復(fù)合材料扣件代替了傳統(tǒng)的鋁制扣件，重量減輕約50%，生產(chǎn)成本降低了21%，兩年后，部件拒絕率將小于0.1%。工藝歷史模壓成型(CCM)不是一種新型工藝，20世紀(jì)90年代初，Dornier飛機制造公司（位于德國）的UlrichSpelz——一位熱塑性復(fù)合材料(TPC)先驅(qū)，開發(fā)了此工藝并獲得了專利。1999年，UlrichSpelz創(chuàng)立了ACM公司（即AdvancedCompositesan

5、dMachinesGmbH,位于德國，馬克多夫），目的是為了推動CCM工藝的發(fā)展；為客戶測試新的熱塑性復(fù)合材料及原型模具；并使部件投入到批量生產(chǎn)中去。一個早期的成功產(chǎn)品是用于BicoAG公司（位于瑞士，Sch?nis）創(chuàng)新板條床設(shè)計的卡條，該卡條被提名為2002年JEC獎的候選產(chǎn)品。為適應(yīng)模壓成型，ACM公司與DyneDesignEngineering公司（位于瑞士，Niederlenz）及制造商N?geliSwissAG公司（位于瑞士，Güttingen）合作，調(diào)整了卡條設(shè)計。CCM機器中裝入了五層Gurit公司的P

6、lytron60%玻璃增強聚丙烯單向預(yù)浸帶后，就開始加熱并擠壓這種材料。由此產(chǎn)生的加固片材自動被切割成650毫米×200毫米（25.6英寸×7.9英寸）的板塊。這些板塊被送入到一臺雙面圖案成形液壓機內(nèi)，液壓機對其加熱直到可以壓印為止，每50秒，壓印25根發(fā)條，每根卡條25毫米寬，大約70毫米長，1.4毫米厚（0.98英寸×2.75英寸×0.06英寸）。到2007年為止，通過這種工藝平均每年生產(chǎn)的卡條有140萬根。Xperion采用模壓成型工藝，為BicoAG公司壓制復(fù)合材料床用卡條，從2001年到2007年一共生產(chǎn)了8

7、00萬根卡條。2004年，ACM公司與波音公司幻影工作室合作，協(xié)助其開發(fā)用于未來飛機（比如787夢想飛機）的熱塑性復(fù)合材料部件。合作計劃中包括了用作圣路易斯工廠研究平臺的可生產(chǎn)板材和異形型材的CCM機器。這促使ACM公司尋找一個更大的制造商合作者，來承擔(dān)這項重大的投資。Xperion公司完成了對Dornier公司的部分收購并于2000年正是成立，該公司于2007年1月1日收購了ACM公司，Spelz仍然任命首席技術(shù)經(jīng)理一職。Xperion公司于2005年交付了CCM機器，在Spelz的領(lǐng)導(dǎo)下，公司繼續(xù)與波音合作，利用模

8、壓成型工藝，制造各種熱塑性復(fù)合材料飛機部件?！安ㄒ艄拘枰喔蟮牟考?，Spelz回想道：“所以Xperion公司開始考慮在美國成立一個工廠的好處?！庇谑且粋€與CDI公司（CuttingDynamicsInc.位于俄亥俄州）合資的企業(yè)出現(xiàn)了，各自擁有50%的股份。CDI公司是Sikorsky公司（位于康涅狄格州，斯特拉特福）長