航空模压成型工艺.doc

航空模压成型工艺为追求轻质商用飞机一个最新开启的前沿是飞机内部托架的轻质生产其中许多托架都是长型材形式的。这些重要的但不经常被见到的飞机组装部件——C形通道、H形梁、U型剖面、L形和T形桁条、以及空心梯形桁条长期以来都是由铝制成的。模压成型一个与汽车和工业复合材料关系更紧密的加工工艺将改变这种铝制托架的局面。模压成型(CCM)是一个自动的半连续加工过程可以将增强的可作热压成形的输入料带入到模具中然后制作有效的无限长的异形型材和平面板。由一人操作该计算机控制过程生产产品的速度与拉挤成型的生产速度接近异形型材的生产速度高达40米/小时（131英尺/小时）而平面板的生产速度高达91米/小时（300英尺/小时）。左边为CCM异形型材生产线右边为CCM平面板生产线。这两条生产线都是自动化的由一人操作。每一条生产线都具备电脑控制喂料、挤压、切割和堆积功能。不像热塑性拉挤成型热塑性树脂在模具中被注入到干纤维中去模压成型采用的输入料与航空环氧预浸料相似是高均衡的、用高端热塑性塑料浸渍过的连续纤维增强材料包括聚醚醚酮(PEEK)、PEKK、聚醚酰亚胺（PEI）和聚苯硫醚（PPS）。对于非航空应用而言聚丙烯（PP）和其他工程塑料是常见的基体材料。由此产生的热塑性结构具备了航空级别的优质质量不可用的部分通常少于1%（已通过层压显微照片得到证实）而对于经热压处理的复合材料而言要求不可用的部分少于2%。Xperion公司已经采用模压成型工艺为用于固定空客A330/A340飞机室内侧壁板的碳纤维/聚醚酰亚胺横杆扣件装置制作长型材和托架（如本图所示）。目前为止商业产品的制作已经使用碳纤维或玻璃纤维（尽管他们可以由芳纶或其它纤维制成）其中包括高负荷结构构件比如用来固定空客A330/A340飞机室内侧壁板的碳纤维/聚醚酰亚胺横杆扣件装置。CCM制造商XperionAerospaceGmbH公司（位于德国黑尔福德）表示已经生产出3万多个这样的扣件这些复合材料扣件代替了传统的铝制扣件重量减轻约50%生产成本降低了21%两年后部件拒绝率将小于0.1%。工艺历史模压成型(CCM)不是一种新型工艺20世纪90年代初Dornier飞机制造公司（位于德国）的UlrichSpelz——一位热塑性复合材料(TPC)先驱开发了此工艺并获得了专利。1999年UlrichSpelz创立了ACM公司（即AdvancedCompositesandMachinesGmbH位于德国马克多夫）目的是为了推动CCM工艺的发展；为客户测试新的热塑性复合材料及原型模具；并使部件投入到批量生产中去。一个早期的成功产品是用于BicoAG公司（位于瑞士Schänis）创新板条床设计的卡条该卡条被提名为2002年JEC奖的候选产品。为适应模压成型ACM公司与DyneDesignEngineering公司（位于瑞士Niederlenz）及制造商NägeliSwissAG公司（位于瑞士Güttingen）合作调整了卡条设计。CCM机器中装入了五层Gurit公司的Plytron60%玻璃增强聚丙烯单向预浸带后就开始加热并挤压这种材料。由此产生的加固片材自动被切割成650毫米×200毫米（25.6英寸×7.9英寸）的板块。这些板块被送入到一台双面图案成形液压机内液压机对其加热直到可以压印为止每50秒压印25根发条每根卡条25毫米宽大约70毫米长1.4毫米厚（0.98英寸×2.75英寸×0.06英寸）。到2007年为止通过这种工艺平均每年生产的卡条有140万根。Xperion采用模压成型工艺为BicoAG公司压制复合材料床用卡条从2001年到2007年一共生产了800万根卡条。2004年ACM公司与波音公司幻影工作室合作协助其开发用于未来飞机（比如787梦想飞机）的热塑性复合材料部件。合作计划中包括了用作圣路易斯工厂研究平台的可生产板材和异形型材的CCM机器。这促使ACM公司寻找一个更大的制造商合作者来承担这项重大的投资。Xperion公司完成了对Dornier公司的部分收购并于2000年正是成立该公司于2007年1月1日收购了ACM公司Spelz仍然任命首席技术经理一职。Xperion公司于2005年交付了CCM机器在Spelz的领导下公司继续与波音合作利用模压成型工艺制造各种热塑性复合材料飞机部件。“波音公司需要更多更大的部件”Spelz回想道：“所以Xperion公司开始考虑在美国成立一个工厂的好处。”于是一个与CDI公司（CuttingDynamicsInc.位于俄亥俄州）合资的企业出现了各自拥有50%的股份。CDI公司是Sikorsky公司（位于康涅狄格州斯特拉特福）长期的机械加工金属部件供应商也是波音公司及BellHelicopter公司（位于德