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使用可重构模具及表面加热技术进行航空用复合材料零件的成型 Daniel F. Walczyk e-mail: walczd@ Jean F. Hosford Department of Mechanical, Aerospace, Nuclear Engineering,ensselaer Polytechnic Institute,Troy, NY 12180 John M. Papazian Northrop Grumman Corporation,Bethpage, NY 4.2.4成型实验结果 测试件的成功成型需要消除凹坑（来源于模柱尖端）和抑制成型表面产生的褶皱。 每块试验中使用的复合材料试件（比如152mmX152mmX8-ply）都被2块特氟龙织物包夹，来防止其粘附于弹性层或膜板上。所有的成型都在试件上进行。比模腔的尺寸略小的试件被安放于模柱中央以创造一个对称的成型条件。 抑制褶皱与凹坑的需求初试一项实验性的研究，包括2种不同的方法。第一种方法着力于确定 到底是哪一片弹性层抑制了由于独立模柱的固有性质而产生的模面的不平。第二种方法建立在第一种的基础上，假定弹性层能够成功的压住模腔，那么在什么条件下能得到不起皱的成品。 模腔压力：在确定弹性层所需的性质上，所有的变量都被保持恒定除了弹性层（包括一些情况下，膜板也没有变化）。如表格1所示，不同弹性层和膜板的组合都被测试了，来确定它们将离散表面平整成连续表面的能力。未来的实验将涉及到凹坑倾向和工艺参数之间的定量关系（从真空吸引和膜片伸展），如成型压力和弹性层的特点（即，厚度和弹性模量）。 正如所料，不用弹性层时会出现很多凹坑（见图11（a））。由6.4毫米的厚的聚乙烯泡沫做的样品，虽然看是光滑的表面，但还存在现凹坑的。在样品图中看不到弹性层的凹坑，因为照片中的褶皱很微妙去观察。 非常光滑的表面的成形是使用厚度为25.4毫米的开放式细聚氨酯泡沫状物组成的弹性层和厚度6.4毫米的封闭式聚乙烯。图.11(b)显示了32毫米的弹性层表面不存在凹坑（这个范例中的四个边缘上存在褶皱，因此判断成形条件不是最佳）。我们把弹性层的研究结果可以概括如下：发生在视觉值小于6.4毫米厚 模版和和弹性层特有刚度特性是抑制褶皱的一个关键因素。直观地说，应用更压缩载荷高的材料用在常规的零件表面将会使它减褶皱现象。Gutowskiet [13]和 Truslow 等人都强调增加模版（2个模版）刚度来抑制传统成形中起褶的重要性。这些初步试验不能说明是厚度（即压缩）还是抗弯刚度哪一个更重要。在使用单模版的情况下，根据增量成形法，褶皱可以面褶向外或向内，如图12所示，或不出现任何情况。前面的实验观测结果表明模版片和弹性层之间存在一个低刚度的临界值，也就是防止褶皱的参数值。 在表2的底部有几个实验中的空气喷射递增成形之前不对复合材料进行加热。真空度增加至76mm Hg,，或延长模柱在沿高度上的延迟时间增加到30秒，而整体成形时间在12分钟以上，但未达到改善零件质量的目的。需要声明的是回弹效应影响所有部件的成形而不需要对复合材料进行预热。复合板成型后的几个小时之内，基本持平。这可能是石墨纤维的刚度以及环氧基体材料的粘弹性行为引起的。此观察表明在成形加工过程中的加热复合材料的重要性。 按次序组成的样本，如图9，沿短轴扭曲成型再按长轴成型，这被称为是短长;或。在一般情况下，。。，表明 5.复合加热方法的比较 虽然使用强制对流无节制，加热空气喷射机能够对8层石墨/环氧标本加热到适当的成形温度，但它肯定不是如前面提到的加热复合材料的最有效的方法。用单喷管约为180秒时间让复合材料从底部开始加热到达到82°C，输入功率为3.8千瓦。加热过程中大部分加热空气的能量流失到周围的环境。因此，进行了一系列试验以评估不同加热方法的传导效果，封闭的强制对流和封闭的红外辐射首先所提升的是热固性复合材料所需要的成型温度范围，，然后在剩下的成型过程中温度要保持在这个范围内。本次调查选择的实验细节和工艺参数如下： ? 折叠成的平面复合材料做的试件为152mmX152mmX16-层（大约厚度为3.6毫米）， R6376-T650 石墨 / 环氧 预浸料的顺序下。 ? k型热电偶的作用是用来测定温度，而复合材料的热性能 ，可以忽略不计。 ? 达到成型温度温度后温度必须维持在82-93°C。 ? 所有加热方式输入功率恒定保持为 250 W。 ? 三种加热方法在实验中的加热面积大约都为150还米的圆。 ? 厚度为13毫米的密集成的聚乙烯泡沫状物作为弹性层材料。 ? 13毫米厚的低碳钢被用来模拟离散芯片引脚的热特性。 ? 0.8毫米厚