王林風(fēng) 鞏一甲 龐新強(qiáng) 惠佳

摘? 要：隨著膠接技術(shù)的不斷發(fā)展，其在可靠性及耐久性方面取得了重要突破，特別是在汽車和航空航天等結(jié)構(gòu)領(lǐng)域，膠接連接的應(yīng)用日漸廣泛。本文針對(duì)某飛機(jī)防冰前緣在制造過程中底部出現(xiàn)氣動(dòng)外緣型值公差超差現(xiàn)象，研究了該現(xiàn)象產(chǎn)生的原因及機(jī)理，同時(shí)提出了相應(yīng)的改進(jìn)措施，并且完成了現(xiàn)場跟蹤驗(yàn)證，有效解決了氣動(dòng)外緣型值公差超差問題。

關(guān)鍵詞：膠接? 防冰前緣? 氣動(dòng)外緣型值公差? 改進(jìn)措施

中圖分類號(hào)：? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1674-098X（2021）06（a）-0042-04

Improvement on the process method of aerodynamic edge type value out of tolerance for anti-ice leading edge

WANG Linfeng? GONG Yijia? PANG Xinqiang? HUI Jia

（AVIC Xi'an Aircraft Industry Group Company Co.， Ltd.， Xi'an， Shaanxi Province， 710000 China）

Abstract： Important breakthrough have been made in reliability and durability with the continuous development of bonding technology. The application of bonding joint is becoming more and more extensive especially in the field of automobile， aviation and spaceflight. The reason and mechanism of the aerodynamic edge type value out of tolerance are researched according to the bottom of anti-ice leading edge in the manufacturing process， and the corresponding improvement measures are proposed and verified， which solves the aerodynamic edge type value out of tolerance effectively.

Key Words： Bonding; Anti-ice leading edge; Aerodynamic edge type value tolerance; Improvement measures

目前，復(fù)合材料與金屬常用的連接方式主要有機(jī)械連接、膠接連接以及混合連接[1-2]。機(jī)械連接包括螺栓連接和鉚釘連接，機(jī)械連接的優(yōu)勢在于安全可靠、接頭強(qiáng)度高、便于維修拆卸，抗沖擊性好、操作方便等。其缺點(diǎn)在于開孔會(huì)引起應(yīng)力集中、因連接件增加接頭重量、連接效率較低等[3]。膠接連接是通過膠粘劑將不同的零件連接成不可拆卸的整體的一種連接方式[4]。與機(jī)械連接相比，膠接連接具有減輕構(gòu)件質(zhì)量、耐腐蝕性能好、抗疲勞性能好、絕緣性能好、減小結(jié)構(gòu)應(yīng)力集中以及容易實(shí)現(xiàn)膠接成型一體化等方面的優(yōu)勢，因此被廣泛應(yīng)用于各種異形件、結(jié)構(gòu)復(fù)雜件、薄壁結(jié)構(gòu)等[5-7]，目前應(yīng)用較為廣泛，性能可靠?；旌线B接是至少采用2種連接方法將2個(gè)或多個(gè)被連接構(gòu)件連接在一起，通常是貫穿厚度的連接，與膠接同時(shí)使用[8]。

我國某飛機(jī)防冰前緣主要用于防止飛機(jī)尾翼前緣結(jié)冰，其結(jié)構(gòu)形式均為內(nèi)、外表面為金屬蒙皮，中部夾有6層玻璃纖維預(yù)浸料，最中間層為加溫元件，用2層膠膜與玻璃纖維預(yù)浸料層粘接。工作原理為用電加溫元件將熱量傳導(dǎo)到外蒙皮上，防止飛機(jī)尾翼前緣結(jié)冰。防冰前緣的結(jié)構(gòu)詳見圖1，該零件的氣動(dòng)性能要求較高，屬于翼面類I區(qū)零件，依據(jù)設(shè)計(jì)文件，對(duì)于裝配完成的部件，其氣動(dòng)外緣型值基本公差為±1mm，局部公差為±2mm。對(duì)于制造完成的防冰前緣零件，依據(jù)容差分配文件，零部件相對(duì)于外形檢驗(yàn)樣板的氣動(dòng)外緣型值公差為±1mm。對(duì)于防冰前緣蒙皮，依據(jù)相關(guān)文件，在施加定量壓力為14.7N（1.5kg）的情況下，相對(duì)制造或檢驗(yàn)依據(jù)的貼合間隙不應(yīng)超過0.5mm。在實(shí)際生產(chǎn)中，防冰前緣底部相對(duì)于外形檢驗(yàn)樣板的間隙超過了2mm，不能滿足部件的氣動(dòng)外緣型值局部公差要求，具體超差形式如圖2所示。

本文以某飛機(jī)防冰前緣為對(duì)象，對(duì)該零件底部產(chǎn)生氣動(dòng)外緣型值公差超差的原因及機(jī)理進(jìn)行了分析，然后提出了相應(yīng)的改進(jìn)措施，從而使得零件的氣動(dòng)外緣型值公差滿足文件要求，同時(shí)也為金屬膠接U型結(jié)構(gòu)件的設(shè)計(jì)及成型工藝的改進(jìn)提供依據(jù)。

1? 制造工藝簡述

防冰前緣內(nèi)外蒙皮的材料均為2024-T3（δ0.02"），玻璃纖維預(yù)浸料的材料牌號(hào)為MXB7701/1581 DP，蒙皮與玻璃纖維預(yù)浸料之間采用環(huán)氧膠粘劑體系中溫膠接固化而成，底膠為BR-127 THF，膠膜為FM73M-OST 5級(jí)膠膜。

內(nèi)外蒙皮通過鋁合金包鋁薄板滾彎成形，成型模為凸模，然后手工制零件下陷。防冰前緣通過3次固化過程膠接而成，首先是外蒙皮與玻璃纖維預(yù)浸料之間鋪貼完成，進(jìn)行第一次固化，然后鋪貼加溫元件，進(jìn)行第二次固化，最后鋪貼玻璃纖維預(yù)浸料與內(nèi)蒙皮，進(jìn)行第三次固化。成型模為凹模。

2? 原因分析

在未膠合狀態(tài)下，外蒙皮處于加壓狀態(tài)下在裝配型架卡板上（14.7N，即1.5kg的力）的底部間隙測量結(jié)果如表1所示，經(jīng)過相同的工藝流程制造之后，使用切面樣板測量的零件底部間隙值如表2所示。

從表1中的測量數(shù)據(jù)可以看出，外蒙皮在加壓狀態(tài)下仍無法與裝配型架卡板完全貼合，且相對(duì)于裝配型架卡板之間的間隙值在部分肋位置處超過了0.5mm，不符合相關(guān)文件要求，同時(shí)外蒙皮2的加壓貼合狀態(tài)要差于外蒙皮1的加壓貼合狀態(tài)。經(jīng)過相同的工藝流程制造之后，零件2與切面樣板之間的貼合程度要差于零件1與切面樣板之間的貼合程度。這表明外蒙皮與膜胎之間的貼合狀態(tài)直接影響最終零件與膜胎之間的貼合狀態(tài)。

3? 機(jī)理分析

依據(jù)熱壓罐內(nèi)作用在零件上的壓力分布情況，以熱壓罐內(nèi)壓力恒定為前提，分析零件在固化過程中的受力變化。如果零件與成型模之間不貼合，則U形零件的底部在熱壓罐中受到的力如圖3（a）所示，U形零件的底部分別受向下的罐內(nèi)壓力和側(cè)向的罐內(nèi)壓力，其中側(cè)向的罐內(nèi)壓力分解為向下的壓力F1和向左右兩側(cè)的壓力F2，當(dāng)兩側(cè)分別受F2施加力時(shí)，零件的上部分已與成型模側(cè)面貼實(shí)，無法向下移動(dòng)。當(dāng)零件上部分與成型模側(cè)面完全貼合之后，則成型模會(huì)給零件一個(gè)反作用力，如圖3（b）所示，該反作用力分解為向上和向左右兩側(cè)的壓力，其中向上的力則會(huì)抵消一部分向下的罐壓，導(dǎo)致零件底部受到的力小于罐壓，最終導(dǎo)致零件底部無法貼胎。

依據(jù)受力分析結(jié)果，若要零件底部與成型模之間完全貼合，則只需要增加U形零件底部所受的向下的壓力，因此，采取的改進(jìn)措施是在U形零件的底部增加工裝壓緊裝置，該壓緊裝置可以依據(jù)不同的固化階段隨零件型面的不同而進(jìn)行調(diào)節(jié)，增加工裝壓緊裝置后零件的受力如圖3（c）所示，從圖3（c）中可以看出，壓緊裝置自身的重力及通過壓緊裝置對(duì)零件的傳壓使得零件底部所受的壓力大大增加，因此可以有效改善零件底部氣動(dòng)外緣型值公差超差的問題。

4? 改進(jìn)措施

為了解決防冰前緣氣動(dòng)外緣型值公差超差問題，在零件制造過程中提出了一系列的改進(jìn)措施，具體如下。

（1）申請(qǐng)專用的防冰前緣蒙皮檢驗(yàn)夾具，在零件預(yù)裝工序檢查交付的蒙皮與檢驗(yàn)夾具之間的間隙是否滿足文件要求，對(duì)于不滿足文件要求的蒙皮要進(jìn)行返工處理，從而保證合格的蒙皮用于后續(xù)生產(chǎn)中，從源頭避免不合格零件產(chǎn)生。具體操作過程為：將未膠合的蒙皮放在專用的蒙皮檢驗(yàn)夾具上，使用檢驗(yàn)夾具自帶的壓緊裝置將蒙皮內(nèi)部撐開，從而使的蒙皮外表面與檢驗(yàn)夾具的內(nèi)側(cè)貼合，然后使用塞尺測量蒙皮底部與檢驗(yàn)夾具之間的間隙。

（2）改進(jìn)零件成型模，在成型模上增加工裝壓緊裝置，該壓緊裝置可以依據(jù)不同的固化階段隨零件型面的不同而進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而通過施加機(jī)械壓力使得零件在固化過程中貼合成型模。

上述改進(jìn)措施經(jīng)過了現(xiàn)場跟蹤驗(yàn)證，防冰前緣零件未出現(xiàn)氣動(dòng)外緣型值公差超差的現(xiàn)象，該改進(jìn)措施的實(shí)施對(duì)于防冰前緣底部氣動(dòng)外緣型值公差超差問題的改善具有重要作用。

5? 結(jié)語

本文針對(duì)某飛機(jī)水平安定面防冰前緣在制造過程中出現(xiàn)氣動(dòng)外緣型值公差超差的現(xiàn)象，研究了該現(xiàn)象產(chǎn)生的機(jī)理及影響因素。通過該項(xiàng)目研究，有效驗(yàn)證了金屬蒙皮與玻璃纖維預(yù)浸料在固化成型過程中，金屬蒙皮與膜胎之間的貼合狀態(tài)對(duì)最終零件外形的影響，以及U型零件在制造過程中完善的工裝設(shè)計(jì)對(duì)最終成型之后零件外形的重要性，同時(shí)也為后續(xù)類似零件的制造過程提供了重要參考。

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