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摘 要：复合材料整体件制造技术是目前复材发展的核心技术，其中复材零件固化过程中加筋壁板轴线度的偏移是复材壁板制造薄弱环节之一。T型加筋壁板成型中提高T型长桁轴线偏差是解决部件装配协调的关键技术。该文叙述了一种典型复合材料T型加筋壁板的成型工艺设计，介绍了在加筋壁板成型工艺中的关键技术控制，解决了成型过程中的技术质量问题。最终验证了复合材料T型加筋壁板的成型工艺设计的有效性。
关键词：T型加筋壁板 工艺设计 共胶接
中图分类号：V25 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2019）04（c）-0056-03
Abstract： The manufacturing technique of composite integrated products is the core of composite industry，the one of manufacturing composite panel difficulty is axial deviation during curing process.Improving T shape stringer’s axial deviation is a key technique to solve assembly coordination in the period of T shape stiffened composite panel.This research expounds a typical process design method of composite stiffened panel，introduces the key technique and resolves the quality matters during curing process.The result is proved that this process design method of composite stiffened panel is available.
Key Words： T Shape Stiffened Composite Panel;Process design;Co-bonding
先進轻质复合材料凭借其高比强度和高比刚度，耐腐蚀和抗疲劳性能好，以及易于整体成型等优点，正在逐步成为国内外新一代飞机的主要结构材料。其中波音787飞机和空客A350飞机中复合材料重量占比分别达50%和52%[1-2]。
该文描述的T型加筋壁板，长桁结构复杂，长桁变厚、变截面且有多处下陷，长桁内部质量保证困难;蒙皮变厚且曲率大，保证长桁轴线度困难。为提高零件质量、保证长桁轴线度，该文创新性改进了长桁左右合模成型工装并总结了长桁工艺补偿方案，极大程度改善了长桁无损质量;采用可调式袋外卡板的工装方案，定位装置可依据长桁的厚度等实际状态进行适应性调整，大幅提升了长桁轴线度的实际精度，为其他类似结构零件提供了借鉴。
1 加筋壁板简介
1.1 T型加筋壁板结构
大多数飞机由五个主要部分组成，即机翼、机身、尾翼、起落装置和动力装置。机翼、机身、尾翼、起落架是构成机体的主要部件，这些部件的发展趋势是用复合材料逐步取代传统金属材料[3]。该文描述了一种T型加筋壁板工艺成型过程。T型加筋壁板由1件壁板加7件T型长桁组成，尺寸为3800mm×1200mm如图1;T型长桁由左右腹板面、缘条面及R区捻子组成如图2。
1.2 T型加筋壁板材料介绍
该文中描述的T型加筋壁板使用材料为碳纤维单向带AC531/CCF800、碳纤维织物AC531/CF8611。
1.3 工艺装备的选用
1.3.1 T型长桁成型工装
常见的T型长桁成型工装主要为左右合模工装（如图3）或上下合模工装（如图4）。
左右合模工装相比较上下合模，两半模分别铺贴预浸料后，无需翻转上模再合模，更方便。故此次试验件使用左右合模长桁工装进行成型，并进行优化。
（1）左右半模无连接关系，制定了长桁活动芯模的整体连接方案，提高了左、右芯模对合的同步性。
（2）长桁工装由左右半模对合组成，一侧为分段活动半模形式，一侧为固定半模焊接在底座上，工装两端头配备可拆卸的“L”型固定挡块，保证对合后两半模齐平度。
优化后的长桁成型工装大幅提高了长桁无损质量，节省了成本。
1.3.2 T型加筋壁板成型工装
组件工装是薄壁框架式成型胶接夹具工装，即蒙皮成型模与壁板长桁共胶接夹具为一套共用工装如图5。薄壁框架式结构保证了工装制造刚性、强度等需求的前提下，降低了工装质量，提高了工装的热传导性。
（1）工装在翼肋位置设置长桁定位检验卡板，用于长桁定位及检测长桁轴线偏差，卡板开口处一侧增大开口方便长桁装卡并设置为螺纹扭紧装置，另一侧与长桁留一定的理论间距。
（2）长桁端头设置定位块，用于长桁长度方向的定位。
（3）工装配备导气槽，用于长桁壁板胶接固化时，预浸料内气体排出。
1.4 T型加筋壁板成型工艺流程 由图6可知，长桁固化后切割至净尺寸与预压实后的蒙皮使用压力垫及定位卡板限位组合后进行共胶接，固化后进行数控铣切外形无损检测合格后喷漆交付。
2 试验验证
2.1 T型长桁制造
2.1.1 长桁制造过程优化
（1）因长桁的下陷较多，为防止匀压板过厚带来的缘条面传压不均匀易出现无损缺陷，匀压板采用了几种不同方式，对比结果见表1。
最终，3号结构形式匀压板效果最好，故长桁匀压板直接使用铝制匀压板。
（2）长桁R区捻子制造通过R区加捻工装及填充量计算公式加捻，改善了R区的压力传导效果及底缘面的平整度。
2.1.2 长桁内部质量优化
由于长桁采用左右半模对合的工装形式，對合后长桁左右半模间隙不均匀，且长桁控厚台阶在左右半模对合后，无法检测实际控厚台阶与零件理论厚度关系。故长桁腹板面易出现无损缺陷。
此次试验件工装控厚台阶厚度公差走负差且采用殷钢工装成型零件，保证长桁内部致密且无损检测合格。
2.2 T型加筋壁板制造
2.2.1 内部质量
T型加筋壁板组件经超声检测无损合格。
2.2.2 外形公差
固化时长桁安装袋外卡板措施高效可行。长桁理论轴线度偏差控制在0.5mm以下。
贴胎间隙满足0.5mm。
3 结语
该研究以一种典型复材加筋壁板为对象，通过成型工艺设计及试验件制造，得出结论。
（1）采用可调式袋外卡板的工装方案，定位装置可依据长桁的厚度等实际状态进行适应性调整，大幅提升了长桁轴线度的实际精度;
（2）为改善长桁制造过程中，缘条面的压力传导效果，测试了卡斯特板、铝板、AIRPAD+玻璃布共计3种复合材料压力垫的实际使用效果，逐步确定了类似零件的压力垫制造方案;
（3）针对长桁左、右芯模局部配合不良的问题，制定并验证了不同的工艺补偿措施，改善了压力传递效果，提高了制件的内部密实程度。
参考文献
[1] Niggemannc，Songys，Gillespiejw，etal.Experimental investigation of the controlled atmospheric pressure resin infusion （CAPRI） process[J].Journal of Composite Materials，2008，42（11）：1049-1061.
[2] TSOTSIS T K. Interlayer toughening of composite materials[J]. Polymer Composites，2009，30（1）：70-86.
关键词：T型加筋壁板 工艺设计 共胶接
中图分类号：V25 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2019）04（c）-0056-03
Abstract： The manufacturing technique of composite integrated products is the core of composite industry，the one of manufacturing composite panel difficulty is axial deviation during curing process.Improving T shape stringer’s axial deviation is a key technique to solve assembly coordination in the period of T shape stiffened composite panel.This research expounds a typical process design method of composite stiffened panel，introduces the key technique and resolves the quality matters during curing process.The result is proved that this process design method of composite stiffened panel is available.
Key Words： T Shape Stiffened Composite Panel;Process design;Co-bonding
先進轻质复合材料凭借其高比强度和高比刚度，耐腐蚀和抗疲劳性能好，以及易于整体成型等优点，正在逐步成为国内外新一代飞机的主要结构材料。其中波音787飞机和空客A350飞机中复合材料重量占比分别达50%和52%[1-2]。
该文描述的T型加筋壁板，长桁结构复杂，长桁变厚、变截面且有多处下陷，长桁内部质量保证困难;蒙皮变厚且曲率大，保证长桁轴线度困难。为提高零件质量、保证长桁轴线度，该文创新性改进了长桁左右合模成型工装并总结了长桁工艺补偿方案，极大程度改善了长桁无损质量;采用可调式袋外卡板的工装方案，定位装置可依据长桁的厚度等实际状态进行适应性调整，大幅提升了长桁轴线度的实际精度，为其他类似结构零件提供了借鉴。
1 加筋壁板简介
1.1 T型加筋壁板结构
大多数飞机由五个主要部分组成，即机翼、机身、尾翼、起落装置和动力装置。机翼、机身、尾翼、起落架是构成机体的主要部件，这些部件的发展趋势是用复合材料逐步取代传统金属材料[3]。该文描述了一种T型加筋壁板工艺成型过程。T型加筋壁板由1件壁板加7件T型长桁组成，尺寸为3800mm×1200mm如图1;T型长桁由左右腹板面、缘条面及R区捻子组成如图2。
1.2 T型加筋壁板材料介绍
该文中描述的T型加筋壁板使用材料为碳纤维单向带AC531/CCF800、碳纤维织物AC531/CF8611。
1.3 工艺装备的选用
1.3.1 T型长桁成型工装
常见的T型长桁成型工装主要为左右合模工装（如图3）或上下合模工装（如图4）。
左右合模工装相比较上下合模，两半模分别铺贴预浸料后，无需翻转上模再合模，更方便。故此次试验件使用左右合模长桁工装进行成型，并进行优化。
（1）左右半模无连接关系，制定了长桁活动芯模的整体连接方案，提高了左、右芯模对合的同步性。
（2）长桁工装由左右半模对合组成，一侧为分段活动半模形式，一侧为固定半模焊接在底座上，工装两端头配备可拆卸的“L”型固定挡块，保证对合后两半模齐平度。
优化后的长桁成型工装大幅提高了长桁无损质量，节省了成本。
1.3.2 T型加筋壁板成型工装
组件工装是薄壁框架式成型胶接夹具工装，即蒙皮成型模与壁板长桁共胶接夹具为一套共用工装如图5。薄壁框架式结构保证了工装制造刚性、强度等需求的前提下，降低了工装质量，提高了工装的热传导性。
（1）工装在翼肋位置设置长桁定位检验卡板，用于长桁定位及检测长桁轴线偏差，卡板开口处一侧增大开口方便长桁装卡并设置为螺纹扭紧装置，另一侧与长桁留一定的理论间距。
（2）长桁端头设置定位块，用于长桁长度方向的定位。
（3）工装配备导气槽，用于长桁壁板胶接固化时，预浸料内气体排出。
1.4 T型加筋壁板成型工艺流程 由图6可知，长桁固化后切割至净尺寸与预压实后的蒙皮使用压力垫及定位卡板限位组合后进行共胶接，固化后进行数控铣切外形无损检测合格后喷漆交付。
2 试验验证
2.1 T型长桁制造
2.1.1 长桁制造过程优化
（1）因长桁的下陷较多，为防止匀压板过厚带来的缘条面传压不均匀易出现无损缺陷，匀压板采用了几种不同方式，对比结果见表1。
最终，3号结构形式匀压板效果最好，故长桁匀压板直接使用铝制匀压板。
（2）长桁R区捻子制造通过R区加捻工装及填充量计算公式加捻，改善了R区的压力传导效果及底缘面的平整度。
2.1.2 长桁内部质量优化
由于长桁采用左右半模对合的工装形式，對合后长桁左右半模间隙不均匀，且长桁控厚台阶在左右半模对合后，无法检测实际控厚台阶与零件理论厚度关系。故长桁腹板面易出现无损缺陷。
此次试验件工装控厚台阶厚度公差走负差且采用殷钢工装成型零件，保证长桁内部致密且无损检测合格。
2.2 T型加筋壁板制造
2.2.1 内部质量
T型加筋壁板组件经超声检测无损合格。
2.2.2 外形公差
固化时长桁安装袋外卡板措施高效可行。长桁理论轴线度偏差控制在0.5mm以下。
贴胎间隙满足0.5mm。
3 结语
该研究以一种典型复材加筋壁板为对象，通过成型工艺设计及试验件制造，得出结论。
（1）采用可调式袋外卡板的工装方案，定位装置可依据长桁的厚度等实际状态进行适应性调整，大幅提升了长桁轴线度的实际精度;
（2）为改善长桁制造过程中，缘条面的压力传导效果，测试了卡斯特板、铝板、AIRPAD+玻璃布共计3种复合材料压力垫的实际使用效果，逐步确定了类似零件的压力垫制造方案;
（3）针对长桁左、右芯模局部配合不良的问题，制定并验证了不同的工艺补偿措施，改善了压力传递效果，提高了制件的内部密实程度。
参考文献
[1] Niggemannc，Songys，Gillespiejw，etal.Experimental investigation of the controlled atmospheric pressure resin infusion （CAPRI） process[J].Journal of Composite Materials，2008，42（11）：1049-1061.
[2] TSOTSIS T K. Interlayer toughening of composite materials[J]. Polymer Composites，2009，30（1）：70-86.