在航空制造領(lǐng)域，翼盒作為飛機主承力結(jié)構(gòu)的核心部件，其制造工藝直接決定了飛行器的性能與可靠性。本文聚焦于支線飛機翼盒結(jié)構(gòu)的先進制造體系，系統(tǒng)闡述從預浸料鋪層到熱壓罐成型的工藝集成方案，揭示關(guān)鍵技術(shù)環(huán)節(jié)與質(zhì)量管控要點。

一、預浸料選擇與鋪層設(shè)計

預浸料作為復合材料制造的基礎(chǔ)，其性能直接決定了翼盒的力學特性。主流方案采用碳纖維增強環(huán)氧樹脂預浸料體系，碳纖維軸向強度超過5GPa，密度僅1.76g/cm³，配合環(huán)氧樹脂基體可實現(xiàn)60%-70%的高纖維體積分數(shù)。預浸料需在-18℃低溫儲存，使用前需解凍至室溫并靜置8-12小時，以避免冷凝水污染。

鋪層設(shè)計需嚴格遵循力學方向要求：0°層作為主受力方向，±45°層承擔剪切載荷。復雜曲面區(qū)域需采用自動化鋪帶（ATL）或鋪絲（AFP）技術(shù)，通過實時張力監(jiān)控確保纖維束均勻分布。為防止邊緣效應，鋪層余量控制在10-15mm，復雜曲面預留5%余量。某機型翼盒蒙皮鋪層方案中，0°層占比達60%，±45°層各占20%，通過梯度鋪層設(shè)計實現(xiàn)載荷的均衡傳遞。

二、熱壓罐成型工藝集成

熱壓罐成型通過溫度-壓力-時間三參數(shù)協(xié)同控制，實現(xiàn)預浸料的高精度固化。典型固化曲線分為三階段：120℃保溫2小時完成樹脂凝膠化，180℃后固化1小時提升交聯(lián)密度，全程升溫速率嚴格控制在2℃/min以內(nèi)。壓力施加需精確匹配樹脂凝膠點，通常在0.3-0.7MPa范圍內(nèi)壓實纖維并排出揮發(fā)分。

模具設(shè)計是成型質(zhì)量的關(guān)鍵。單面模具需具備高剛度與熱穩(wěn)定性，表面粗糙度Ra≤0.8μm，型面精度±0.1mm。真空袋系統(tǒng)采用透氣氈+隔離膜+真空袋膜的組合結(jié)構(gòu)，邊緣加裝擋膠條防止樹脂流失。某案例中，通過優(yōu)化真空袋密封工藝，將孔隙率從1.2%降至0.3%，層間剪切強度提升25%。

三、工藝集成與質(zhì)量控制

集成制造的核心在于共固化技術(shù)的應用。通過將蒙皮、長桁、肋板等部件預組裝后整體進罐，可減少連接件數(shù)量并提升結(jié)構(gòu)效率。某翼盒結(jié)構(gòu)采用“π”形接頭共固化方案，將上蒙皮、下蒙皮與腹板通過膠膜連接，固化后接頭強度達到母材的90%以上。

質(zhì)量控制貫穿全流程：鋪層階段采用激光投影系統(tǒng)實時監(jiān)測纖維方向偏差；固化過程通過介電傳感器（DEA）監(jiān)測樹脂固化度，動態(tài)調(diào)整壓力參數(shù)；后處理階段采用超聲C掃描檢測內(nèi)部缺陷，孔隙率要求≤0.5%。某項目通過引入數(shù)字孿生技術(shù)，將廢品率從8%降至2.3%，生產(chǎn)效率提升40%。

四、技術(shù)挑戰(zhàn)與發(fā)展方向

當前工藝仍面臨設(shè)備成本高、生產(chǎn)周期長等挑戰(zhàn)。熱壓罐單次固化成本占制件總成本的35%-40%，且大型構(gòu)件需分塊制造后二次膠接。未來發(fā)展方向包括：1）開發(fā)低成本VARI工藝替代熱壓罐；2）推廣熱塑性復合材料自動鋪絲技術(shù)；3）應用AI算法優(yōu)化固化周期。某研究機構(gòu)已成功將VARI工藝應用于翼盒次承力結(jié)構(gòu)，設(shè)備投資降低70%，成型周期縮短60%。

通過預浸料鋪層精度控制、熱壓罐工藝參數(shù)優(yōu)化、共固化集成制造等技術(shù)的協(xié)同創(chuàng)新，可顯著提升支線飛機翼盒的制造效率與結(jié)構(gòu)性能。隨著數(shù)字化與智能化技術(shù)的深度融合，航空復合材料制造正邁向更高水平的精益化與柔性化生產(chǎn)階段。