帽形梁先進拉擠熱壓裝置研究

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1、帽形梁先進拉擠熱壓裝置研究半ResearchonHotPressingEquipmentofAdvancedPultrusionManufacturedHatStiffener南京航空航天大學竇沖齊俊偉肖軍肖健程琨[摘要】以加筋壁板應用為背景，研究帽形梁先進拉擠熱壓裝置。提出熱壓模具長度設計方法，選定了熱壓模具加壓工作方式；以制件成型后各截面厚度一致為原則，給定截面尺寸進行受力分析與有限元驗證；優(yōu)化模具加壓點間距，完成加壓機構設計；選定預浸料體系，計算所需加熱功率，設計加熱方案；最后，完成了熱壓裝置研制和帽形梁拉擠試驗。關鍵詞：先進拉擠

2、成型有限元熱壓裝置IABSTRACT】Withthewiderapplicationofthestiffenerstructure，thehotpressingequipmentofadvancedpultrusionmanufacturedhatstiffenersisstudied．Thelengthdesignofthemoldispromoted，andthepressingmethodischosen．Theforceanalysisofgivensectionalsizeandthefiniteelementanalysis

3、areperformed．Thespacingdistancesbetweenthepressurepointsareopti-mized，andthedesignofpressingequipmentarecomplet—ed．Theprepregmaterialsystemisdetermined，theheatingpoweriscalculated，andtheheatingschemeisdesigned．Finally,theresearchoftheequipmentisaccomplishedandtheadvanced

4、pultrusionprocessofhatstiffenersistested．Keywords：AdvancedpuitrusionFiniteelementHotpressingequipment碳纖維／環(huán)氧復合材料相比于鋁合金可減重25％，但可能增加50％～100％的成本11-2]。如何在減輕結構重量的同時有效控制成本成為復合材料應用的關鍵。復合材料成本主要包括3部分：原材料、制造、質量控制與性能檢測，分別約為20％、70％、10％，降低制造成本是控制復合材料成本的關鍵因素p】，主要方法包括：(1)設計制造一體化?；(2)制造過

5、程自動化，相關自動化成型技術有自動鋪絲技術(AFP)、自動鋪帶技術(ATL)、先進拉擠技術(ADP)等。加筋壁板可以獲得非常好的總體和局部剛度，是飛行器輕質結構的主要形式，如復合材料整體機翼等[4-51。加強筋的成型制造成本大于蒙皮，實現其自動化對降低t國家商用飛機制造工程技術研究中心創(chuàng)新基金(SAMCl2-JS一15—022)資助。74航空制造技術·2013年第7期成本意義重大，發(fā)達國家已經采用先進拉擠成型(ADP)和自動加強筋成型(ASFM)等，國內南京航空航天大學齊俊偉等研制出了C形梁的ADP原理樣機【6】，在此基礎上進一步研究其

6、他型材的自動化成型很有意義。本文以應用廣泛的帽形型材為對象，研制ADP熱壓裝置，為工藝研究奠定基礎。1熱壓裝置壓力方案設計溫度、壓力、時間是熱壓工藝的重要參數[_”，制件從熱壓模具牽引出模時必須達到一定的固化度，ADP通常為60％。80％tsl；成型壓力取決于所采用預浸料的種類以及制品的結構形狀尺寸，熱壓主模具長度的選擇以及制件截面尺寸的設計是關鍵。1．1熱壓模具長度設計ADP熱壓模具長度直接影響拉擠速度：模具越長，拉擠速度越快，生產效率越高；但加壓時模具產生的撓度越大，制件受力相對不均，脫模力也越大。因此應根據所選的預浸料體系，以及制

7、件產量、生產效率、制件性能等方面的要求來綜合考慮。以熱壓出模的帽形梁各部分平均固化度達到80％、生產效率不低于o．5m／h為目標設計。在圖1中截取了預浸料坯件的一段進行分析，令AB段坯件的長度等于熱壓模具長度CD，設為，模具，坯件在熱壓模具內總的停留時間即固化時間為t固化，則將AB段坯件完全牽引出模達到所需固化度的時間為2‘固化，令總時間為‘舢最終固化制件的總長度為，固化，則：2‰化t總Z模具一Z周化’k警。(1)根據前期ADP制得C形梁的工藝試驗【2]，采用樹脂體系為雙酚一A環(huán)氧樹脂的USNl2500單向碳纖維預浸料和W3021碳纖維

8、織物預浸料，固化25min時，制件平均固化度可達到80％的要求；仍舊選用此種預浸料體系，則式(1)中，t固化=25min，取生產效率為0．6m／h，7總=lh，則，同化=0．6m，代入相關數據可得：RESE