抗鸟撞平板加筋试验件制造技术研究

抗鸟撞平板加筋试验件制造技术研究

林建梅 郭勃睿 李文敏 刘向阳

（中航西安飞机工业集团股份有限公司，陕西 西安710089）

【摘  要】以抗鸟撞平板加筋试验件为研究对象，通过对试验件中零组件成型制造的难点进行分析，开展了零组件成型制造方案攻关研究，设计了切实可行的长桁与复材平板装配方案、垫板定位粘接方案、叠层结构制孔方案。研究结果为类似结构制件的制造提供了借鉴，有效降低了研制与生产成本。

【关键词】抗鸟撞平板加筋试验件；长桁与复材平板装配；垫板定位粘接；叠层结构制孔

近年来，随着科技的创新与发展，飞机在航空运输业起着越来越重要的作用。飞机事故也随着飞机高起飞降落次数逐年增加，鸟撞事故对于飞行安全的威胁也与日俱增[1]。鸟撞的高风险部位主要集中在复合材料构件部分，开展鸟撞复合材料试验件制造技术研究对飞机设计有重要意义。当前地面模拟鸟撞试验所需的试验件包含多种类型，如平板夹芯试验件、平板加筋试验件、平板加隔板试验件、前缘和盒段组合构型试验件等[2-4]。

本文针对抗鸟撞平板加筋试验件的制造技术展开了研究。通过分析试验件零组件的结构特征和材料特点，确定了该类试验件的制造技术难点，在实际生产中以零组件质量控制作为关注重点，制定了长桁与复材平板装配、垫板定位粘接、叠层结构制孔详细可行的制造方案。研究这种结构形式制件的制造技术，将有助于积累相关经验，对构建在这类结构上更为复杂的结构也有一定的借鉴意义。

1试验件结构

平板加筋试验件外形尺寸（长度×宽度）为1200mm×800mm，由铝合金垫板、复材平板、长桁组成，边缘带有测试所需的螺栓安装孔，结构如图1所示。边缘螺栓安装孔孔径Φ6.0，孔数量102个。复材平板与复材长桁之间通过78个紧固件连接。铝合金垫板与复材件之间用室温胶粘接。

图1 平板加筋试验件结构尺寸示意图

2 试验件成型制造方案

2.1工艺流程

图2 平板加筋试验件制造工艺流程图

平板加筋试验件制造工艺流程图见图2，具体流程如下：

a)长桁制造：工装准备→材料准备→下料→铺贴→接偶→制袋→固化→脱模修整→手工铣切（按十字划线钻导孔）→外形检测→无损检测→称重

b)复材平板制造：工装准备→材料准备→下料→铺贴→接偶→制袋→固化→脱模修整→数控铣切（带导孔）→外形检测→无损检测→称重

c)长桁与复材平板紧固件装配连接：紧固件安装前准备→紧固件制孔并锪窝→清洗→密封剂准备→紧固件湿安装→硫化

d)垫板粘接叠层制孔：垫板粘接前准备→胶粘剂准备→垫板粘接→制袋→固化→淤胶清理→叠层制孔→称重

2.2模具方案

T型长桁成型模结构形式采用左右合模结构。同时，为了降低生产成本，提高生产效率，采用一模两件形式，且为了后续紧固件精准安装，在装紧固件位置划十字划线。复材平板成型模采用普通平板工装+匀压板+L形档条。

2.3长桁与复材平板紧固件装配连接方案

在制造时，按照工装反衬到长桁零件上的十字划线在长桁上钻制导孔装紧固件孔位。数控铣切复材平板时在装紧固件孔位间隔钻制导孔。利用长桁和复材平板上导孔将长桁和复材平板组合定位，用工形夹夹紧；然后在制孔位置处，按照长桁上Φ2.7导孔使用匕首钻钻至Φ4.5→铰刀铰孔至Φ5.0→塞规检查孔径，并去除制孔时产生的毛刺；随后用锪窝钻在复材平板面进行锪窝，湿安装紧固件。

2.4垫板定位粘接方案

铝合金垫板与复材制件间采用室温胶进行粘接。在制造时，铝合金垫板零件按照数模中孔位制导孔，数控铣切复材平板时按照数模中孔位间隔钻制导孔。垫板粘接时将胶黏剂均匀涂敷在垫板待粘接表面上，利用垫板和复材板上的导孔将垫板与复材板边缘对齐粘接，并插定位销固定。

2.5叠层制孔方案

叠层结构厚10.9mm，所需制孔的终孔孔径Φ6.0，孔数量102个。在制孔位置处，按照铝合金垫板上的Φ2.7的导孔使用钻头钻孔至Φ3.5→台阶扩扩孔至Φ4.8→台阶扩扩孔至Φ5.7→铰刀铰孔至Φ6.0→塞规检查孔径。完成后手工去除毛刺，并清除灰尘、金属切屑等污染物。

3试验件制造结果与分析

3.1 试验件质量

外形检测：对零件进行外形检测，利用成型模检查贴模间隙合格。

无损检测：对零件进行无损检测，无损合格，无脱粘、分层等缺陷。

表面检测：试验件表面整体较光滑平整，表面无贫、富树脂，表面纤维被树脂均匀覆盖；常温胶接组件后边缘残余淤胶符合要求；T型筋条的三角区不存在纤维褶皱、胶瘤等情况。

3.2 工艺细节优化及质量控制

a)粘接垫板过程控制

定位：复材板与垫板通过导孔定位，定位时选取合适长度的销钉。

涂胶：涂胶前用打磨粘对粘接表面进行去光泽处理，以增加粘接界面强度，使得粘接牢靠。

保护：未涂抹胶区域注意贴脱模布保护，包括垫板侧边。

淤胶清理：在涂胶冷抽后需进行淤胶初步清理，固化完成后再次清理。

b)叠层制孔质量提升

叠层结构制孔时在进出刀口（金属垫板面）容易出现毛刺，需要后续修整去毛刺，此时容易损伤孔边缘，且容易弄脏表面。因此，在制孔前先往金属垫板面铺贴脱模布，这样制孔结束后去掉脱模布，孔边缘基本无毛刺，表面也较为干净，容易清理。此外，由于试验件孔精度要求高，数量多，刀具磨损快，且孔垂直度较难保证，制孔难度大，耗时长。对于这种精度要求较高的孔，需要经过多步制孔的制件，最好在每步制孔都配备相应的垂直钻套，以保证孔垂直度；此外，孔数量多时，刀具应选择耐磨损的硬质合金钻头而非高速钢钻头。这样能同时保证孔的质量，并提升制孔效率，降低生产成本。

4 结论

本文以抗鸟撞平板加筋试验件为研究对象，通过理论分析及试验件制造，对该类型零组件的制造技术进行研究，形成了详细可行的制造方案，尤其是垫板定位粘接方案与叠层结构制孔方案，可为以后该类型零组件制造提供一定的技术支持，有效降低了研制与生产成本。

（1）复材平板与铝合金垫板通过室温胶粘接，在粘接过程中容易产生相对滑移，在制造时可通过预制导孔对二者定位，再进行后续粘接，且需抓住各个工艺环节，保证垫板定位粘接质量。

（2）铝合金垫板-复材平板-铝合金垫板叠层结构厚度大，边缘螺栓安装孔精度要求高且数量多，叠层制孔难度大，经验缺乏。针对此类叠层制孔制件，可在铝合金垫板上预制导孔，按导孔孔位开始多步制孔，先钻后铰，在每步制孔都配备相应的垂直钻套，刀具应选择耐磨损的硬质合金钻头，且在制孔前对垫板包裹脱模布保护，保证孔的质量，提升制孔效率，有效降低人工与耗材成本。

（3）申请设计工装时，要从零件结构、零件需求数量出发，综合考虑生产成本、生产效率、制造质量等。比如本次T型长桁工装，采用一模两件形式，并在装紧固件位置划十字划线，大大降低了生产成本，提高了生产效率，也使得后续紧固件得以精准安装，提升了零件质量。

参考文献

[1] 李玉龙,石霄鹏. 民用飞机鸟撞研究现状[J].航空学报，2012,33(2):189～198.

[2] 张俊琪,刘龙权,汪海. 薄面板复合材料蜂窝夹层结构冲击试验[J].复合材料学报，2014,31(4):1063～1071.

[3] 刘军,李玉龙,郭伟国,石霄鹏,彭刚,叶彪. 鸟体本构模型参数反演Ⅰ:鸟撞平板试验研究[J].航空学报，2011,32(5):802～811.

[4]陈园方,李玉龙,刘军,刘元镛. 典型前缘结构抗鸟撞性能改进研究[J].航空学报，2010,31(9):1781～1787.

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