復(fù)合材料是由兩種或兩種以上不同性質(zhì)的材料欧啤，通過物理或化學(xué)的方法褪秀，在宏觀上組成具有新性能的材料怀樟。相對鋼筋混凝土等傳統(tǒng)復(fù)合材料末盔，近50年發(fā)展起來的筑舅，以碳纖維、玻璃纖維等作為增強材料的新型輕質(zhì)高強復(fù)合材料又被稱為先進復(fù)合材料陨舱。

　　經(jīng)過幾十年的發(fā)展翠拣，先進復(fù)合材料以其高比模量、高比強度游盲、高耐腐蝕性等優(yōu)越的性能误墓，逐漸在航空航天領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。在航天領(lǐng)域益缎，由于輕質(zhì)復(fù)合材料在減重增程方面的明顯效果谜慌，以及在防熱增強方面的優(yōu)越性能，從頭錐莺奔、喉襯到彈體欣范、發(fā)動機外殼，越來越多的構(gòu)件采用復(fù)合材料來生產(chǎn)令哟。同樣在航空制造業(yè)恼琼，在過去幾十年中，復(fù)合材料走過了一段從僅用于整流罩等非承力構(gòu)件，到用于尾翼等次承力部位翼抡，最后被成功地應(yīng)用于軍機和民機的主承載結(jié)構(gòu)上的發(fā)展歷程鸡蒲，使得復(fù)合材料不再僅僅扮演減重的角色，其增強性能和可靠性也得到了認可响奋。

　　盡管如此束咙，經(jīng)過了幾十年的工藝改進，復(fù)合材料的制造成本和原料成本降幅仍低于人們的預(yù)期救眯。目前还凸，碳纖維增強環(huán)氧樹脂預(yù)浸料的原材料成本仍比鋁合金高5~10倍，而制造成本則更高浸速。共固化技術(shù)雖然可以通過實現(xiàn)構(gòu)件的高度整體化和減少零件數(shù)量的辦法來降低成本童盏，但實踐證明其帶來了更高的循環(huán)成本和非循環(huán)成本。另一方面就灸，傳統(tǒng)的預(yù)浸料/熱壓罐成型工藝并非對任何構(gòu)件都試用呛疫。某些形狀復(fù)雜或承受高集中載荷的構(gòu)件雖然也曾嘗試用這種工藝來生產(chǎn)，但往往因為過高的成本泡嘴，最終被金屬材料所替代甫恩。可見酌予，高昂的成本在很大程度上降低了復(fù)合材料構(gòu)件的市場競爭力磺箕，限制了復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的進一步推廣。

　　可見抛虫，要進一步提高復(fù)合材料在航空航天工業(yè)中的用量松靡，就必須尋求一種低成本的成型工藝，而樹脂傳遞模塑（RTM）工藝是降低復(fù)合材料結(jié)構(gòu)成本最有希望的工藝之一建椰。這種工藝采用低粘度樹脂注入閉合模具中雕欺，樹脂沿已預(yù)先鋪設(shè)或經(jīng)預(yù)成型處理的增強材料間的空隙流動并浸潤增強材料，注塑完成后在模具型腔內(nèi)通過模具加熱固化成型棉姐。與其他傳統(tǒng)復(fù)合材料成型工藝相比屠列，RTM有許多優(yōu)點：適于生產(chǎn)形狀復(fù)雜復(fù)合材料構(gòu)件、無需膠衣樹脂也可獲得光滑的雙表面伞矩、產(chǎn)品從設(shè)計到投產(chǎn)時間短笛洛、生產(chǎn)效率高、生產(chǎn)設(shè)備簡單等乃坤。RTM模具和產(chǎn)品可采用CAD進行設(shè)計政庆，模具制造相對容易，材料選擇廣泛袱黎。RTM成型的構(gòu)件易于實現(xiàn)局部增強以及局部加厚匕蚁，之前需要后期粘接的復(fù)雜構(gòu)件（如蒙皮加筋結(jié)構(gòu)）易于一次成型。RTM工藝成型過程中樹脂揮發(fā)少道夭，有利于勞動保護和環(huán)境保護渊唁。成本方面，相對于預(yù)浸料成型工藝倾断，采用RTM工藝單位質(zhì)量的價格可以減少30%~50%仆玖。而隨著工藝水平的不斷完善，RTM工藝也實現(xiàn)了在飛機主承力結(jié)構(gòu)的成型守皆。RTM工藝的應(yīng)用為復(fù)合材料在航空航天工業(yè)中的進一步推廣注入了新的活力歪低。

　　RTM工藝與模具設(shè)計

　　復(fù)合材料RTM成型工藝的生產(chǎn)流程包括以下5個步驟：

　　（1）預(yù)成型：將增強體干料加工成零件需要的形狀砸镀，之后放入型腔中盔曼，增強體與型腔內(nèi)壁之間盡可能不留縫隙；

　〕辍（2）注塑：樹脂通過注射裝置注入型腔吴侦，樹脂在增強體的空隙間流動，并浸潤增強體坞古；

　”溉汀（3）固化：待樹脂充分填充型腔后，利用模具上的加熱裝置對型腔內(nèi)的樹脂進行加熱痪枫，令其充分固化织堂；

　　（4）開模：將型腔的上下模分開奶陈，取出固化后的復(fù)合材料構(gòu)件易阳，如有可拆卸型芯和拆卸型芯；

　〕粤！（5）剪邊：對復(fù)合材料構(gòu)件進行修剪闽烙，裁去為出入膠孔預(yù)留的邊緣，并做適當?shù)拇蚰ド椋_保光潔黑竞。

　　RTM工藝涉及的加工設(shè)備主要包括注射裝置和模具兩部分。模具的用途包括增強體預(yù)成型尤吟，確定構(gòu)件形貌和樹脂流動路徑拘能，對樹脂加熱固化、保障脫模等翁骗。根據(jù)所要生產(chǎn)的構(gòu)件的不同和工藝方案的不同侣沐，模具具有極高的可設(shè)計性。根據(jù)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)與工藝一體化設(shè)計的特點引笛，在零件設(shè)計的同時設(shè)計模具是十分必要的笆低。

　　在大型結(jié)構(gòu)件的注塑過程中，如果注膠和出膠系統(tǒng)的選擇不當，那么就會造成澆注時間過長忌挺，樹脂在未充滿構(gòu)件之前已經(jīng)有一部分固化痊撤，導(dǎo)致樹脂流動性變差，最終使構(gòu)件不能完全成型嫂藏，變?yōu)閺U品榔夹；注膠系統(tǒng)和出膠系統(tǒng)選擇不當，會造成樹脂使用量變大峻胞，浪費樹脂答渔，甚至需要修改后或設(shè)計工裝/模具，從而導(dǎo)致工藝成本提高侥涵。此外沼撕，正確選擇注膠和出膠系統(tǒng)還可以降低復(fù)合材料結(jié)構(gòu)件在成型過程中出現(xiàn)的干斑數(shù)量，避免氣泡的產(chǎn)生芜飘。對于復(fù)雜形狀的結(jié)構(gòu)件端朵，合理安排注膠口和出膠口的位置和數(shù)量，適時地開啟和關(guān)閉注膠口和出膠口燃箭，同樣可以避免工藝過程中出現(xiàn)的問題冲呢，避免修改或重新設(shè)計工裝/模具，提高產(chǎn)品的質(zhì)量招狸。

　　RTM工藝技術(shù)需要在生產(chǎn)之前設(shè)計敬拓、加工出合適的工裝設(shè)備，確定合適的工藝參數(shù)裙戏。如何在較低的成本和周期下設(shè)計出既能滿足生產(chǎn)工藝需要乘凸，又能保證產(chǎn)品質(zhì)量要求的工裝/模具一直是業(yè)界積極探討的熱點之一。傳統(tǒng)的方法是憑經(jīng)驗進行試模累榜，不僅耗時耗力营勤，而且難以保證產(chǎn)品質(zhì)量，已經(jīng)很難滿足現(xiàn)代復(fù)合材料工裝/模具設(shè)計生產(chǎn)的需要癣辉。在工藝工裝設(shè)計和制造過程中采用數(shù)字化技術(shù)進行仿真模擬模鹿，是提高開發(fā)效率，降低生產(chǎn)成本和提高產(chǎn)品質(zhì)量的有效途徑之一传起。

　　隨著CAE技術(shù)的不斷發(fā)展挚雾，在工裝/模具設(shè)計和產(chǎn)品制造之前，對設(shè)計和生產(chǎn)過程進行合理的數(shù)字化仿真掺挺，通過仿真結(jié)果來指導(dǎo)設(shè)計和生產(chǎn)钩氓，能夠避免生產(chǎn)和設(shè)計過程中的問題，合理設(shè)計工裝/模具狰丝，不失為提高產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率的重要途徑织刹。

　　PAM-RTM仿真輔助模具設(shè)計

　　歐洲第一大工程軟件供應(yīng)商ESI集團早在十幾年前就已經(jīng)致力于這方面的研究颖脸，并且已經(jīng)取得了驕人的成績。PAM-RTM作為專業(yè)的RTM過程模擬軟件佛岛，是ESI集團旗下復(fù)合材料價值鏈中重要的產(chǎn)品之一翩赐，能方便準確地模擬RTM工藝過程中樹脂的流動過程、流動速度烫饼、壓力分布、固化過程试读、溫度分布等結(jié)果杠纵，優(yōu)化模具設(shè)計和工藝參數(shù)，降低設(shè)計生產(chǎn)周期和費用钩骇，已成為工業(yè)界廣泛使用的RTM設(shè)計開發(fā)工具比藻。

　　PAM-RTM是高性價比的模擬液態(tài)復(fù)合成型的解決方案。將產(chǎn)生缺陷部件的風(fēng)險降至最小倘屹，有助于掌握工具設(shè)計和制造過程银亲。PAM-RTM提供了預(yù)設(shè)計的快速解決方案，并細化過程和模具優(yōu)化纽匙、最終設(shè)計檢驗計算务蝠。而且，PAM-RTM計算上市時間并降低工具安裝和注射過程的成本烛缔。

　　PAM-RTM模擬的工藝覆蓋面廣馏段，囊括了包括閉模RTM、考慮模具加熱的RTM践瓷、真空輔助RTM（VARI）亭颈、CRTM及ACRTM等在內(nèi)的絕大多數(shù)主流RTM工藝；操作簡便叶刮，工程師可以很快學(xué)會操作悠蹬；計算迅速，利用DARCY定律求解搓捅，保證了計算的精度跛拌；后處理結(jié)果直觀，無須進入其他界面直接觀察模擬結(jié)果铆性；準確模擬樹脂充模和固化過程派暴，優(yōu)化纖維與樹脂的搭配，優(yōu)化注膠口和出膠口位置相梳，優(yōu)化注膠流速和注膠壓力咏逛。綜上可以幫助企業(yè)大幅度減少設(shè)計時間成本和由大量試模導(dǎo)致的經(jīng)濟成本，提高工作效率奢惋，提高企業(yè)設(shè)計能力预隆。

　　注膠口和出膠口的位置是RTM模具設(shè)計工作需要最早確定的設(shè)計參數(shù)乔蜀。不同的注膠口和出膠口位置選擇會直接影響樹脂的填充路徑、總的填充時間膳灶、填充過程中樹脂在腔體內(nèi)的壓力分布咱士、樹脂前鋒流動速度、樹脂損失量等轧钓，進而決定產(chǎn)品是否可能存在氣泡序厉、干斑的分布和數(shù)量等缺陷水平。不合理的注/出膠口選擇甚至可能導(dǎo)致樹脂無法充滿等情況毕箍。

　　在模具設(shè)計之初采用計算機仿真技術(shù)模擬在不同的注/出膠口方案中樹脂在型腔內(nèi)的填充過程弛房，就可以提前預(yù)測樹脂能否填滿整個型腔，總的注塑時間是否合理而柑，以及樹脂損失量等文捶，從而減少試模次數(shù)和盡可能避免模具的重新設(shè)計。

　　對于結(jié)構(gòu)復(fù)雜的復(fù)合材料構(gòu)件媒咳，諸如蒙皮加筋結(jié)構(gòu)的一次成型粹排，往往需要多個注膠口和多個出膠口通過相應(yīng)的開關(guān)進程控制來實現(xiàn)充分的填充。此時涩澡，即便采用了相同的注膠口/出膠口分布方案顽耳，注/出膠口的開關(guān)歷程不同，填充情況也會截然不同汹涯。因此雳犹，模具設(shè)計不僅要給出模具的CAD數(shù)模，還要給出各個膠口的開關(guān)歷程方案渡表。

　　使用PAM-RTM娶讽，可以通過設(shè)置與相應(yīng)傳感器相關(guān)聯(lián)的控制開關(guān)來控制各膠口的開關(guān)狀態(tài)。從而模擬在各種開關(guān)歷程中赐罪，樹脂的注塑情況涉等，從而快速高效地得到較為合理的樹脂注塑方案。

　　對于船體详础、風(fēng)電葉片等大型復(fù)合材料產(chǎn)品往往采用真空輔助RTM成型工藝（VARI工藝）來生產(chǎn)程挑。對于這些大尺寸的產(chǎn)品，不僅僅需要注膠口和注膠口位置的選擇普易，往往還需要通過使用導(dǎo)流管道臊耳，將大的構(gòu)件劃分成多個填充區(qū)域，從而避免了樹脂在增強體的多孔介質(zhì)中傳遞過長距離畜股，縮短注塑時間并降低宏觀干斑出現(xiàn)的可能颈侈。

　　采用計算機仿真技術(shù)能夠快速預(yù)報不同的導(dǎo)流方案對注塑過程的影響，幫助模具設(shè)計人員快速地確定較為合理的導(dǎo)流管道分布闷旧。

　　結(jié)束語

　　隨著復(fù)合材料產(chǎn)品向著尺寸更大长豁、更厚钧唐，結(jié)構(gòu)更復(fù)雜，一體化程度要求更高等特點匠襟，RTM工藝將更多得到各個工業(yè)領(lǐng)域的關(guān)注钝侠。作為RTM工藝相關(guān)設(shè)備中影響產(chǎn)品質(zhì)量最顯著的設(shè)備，RTM模具設(shè)計也正面臨著新一輪的挑戰(zhàn)酸舍。將計算機仿真技術(shù)融入到RTM模具的設(shè)計工作中能夠有效地提高設(shè)計效率帅韧，盡可能地避免模具的重新設(shè)計，降低多次試模引起的時間成本和經(jīng)濟成本啃勉。

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