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质控分享 | 复合材料的质量控制

信息来源:hhuu.biz   时间: 2019-02-14  浏览次数:93


复合材料以其比强度、比模量高和可设计性优势,在航天飞行器上得到广泛应用。面临航天领域的新形势,复合材料生产质量已逐步成为企业生存和发展的关键之一,而保证复合材料产品质量的关键环节在于产品的制造质量。

产品生产过程是指企业从产品计划、产品设计到产品制造的全过程,广义上还包括产品市场和产品的销售。而产品生产过程的质量管理是指产品生产全过程的质量管理。产品生产过程质量管理主要包括对生产条件的控制、对关键工序的控制、对重要工序的控制、对特种工艺的控制、对技术文件的控制、对装配质量的控制等。本文中的过程主要指直接影响复合材料产品生产的制造过程;管理主要包括复合材料生产过程工艺过程质量控制、质量流程控制以及质量单据统计管理,本章主要介绍复合材料生产过程工艺过程控制。复合材料以其比强度、比模量高和可设计性优势,在航天飞行器上得到广泛应用。面临航天领域的新形势,复合材料生产质量已逐步成为企业生存和发展的关键之一,而保证复合材料产品质量的关键环节在于产品的制造质量。

产品生产过程是指企业从产品计划、产品设计到产品制造的全过程,广义上还包括产品市场和产品的销售。而产品生产过程的质量管理是指产品生产全过程的质量管理。产品生产过程质量管理主要包括对生产条件的控制、对关键工序的控制、对重要工序的控制、对特种工艺的控制、对技术文件的控制、对装配质量的控制等。本文中的过程主要指直接影响复合材料产品生产的制造过程;管理主要包括复合材料生产过程工艺过程质量控制、质量流程控制以及质量单据统计管理,本章主要介绍复合材料生产过程工艺过程控制。

复合材料生产过程质量控制是指在产品生产过程中,检测和控制工艺质量特征因素的变化,控制产品质量因素在允许的范围内波动,以保证生产处于稳定状态,从而减少或防止不合格品的产生。在质量的控制和管理中要根据产品的技术要求和工艺规范,深入研究产品生产中的波动规律,判断并找出造成异常波动的原因,并采取相应措施使波动保持在技术规范之内。

工艺过程质量的控制主要包括生产条件的控制、关键工序的控制、计量条件的控制以及不合格品的控制。对生产条件的控制因素大体可以分为 6类,人(men)、设备(machine)、材料(material)、方法(method)、测量(measure)、环境(environment);对关键工序的控制是指对于关键工序除了控制生产条件以外还要掌握工序质量的变化趋势,并采取相应措施使其处于受控状态;对计量条件的控制直接影响到质量数据的准确性,因而必须严格控制;对不合格品的控制是指由相关部门负责对不合格品进行相应的管理以及质量改进信息的反馈。

复合材料厂零部件的生产工艺主要由预浸料的制作、预浸料的铺叠、固化成型、胶接固化等,现对其主要影响因素分析如下:

预浸料的制造工艺主要是控制树脂含量和挥发份含量。预浸料的制作过程一般是在固定的温度、湿度、尘埃粒子度等环境条件下的进行的。由于复合材料沿纤维方向的拉伸强度和模量与先进复合材料中的纤维体积含量几乎成正比,故树脂含量不易过高;然而树脂含量过低,则会影响材料的层间剪切强度和纤维方向的压缩强度,故必须严格控制温度、纤维张力、浸渍时间、浸胶的浓度和粘度以及环境的温度和湿度。这些因素相互制约,有必要对各个因素进行实时控制和调节。


成型工艺主要包括铺叠和固化。铺叠时要注意预浸料的纤维方向、铺层次序和层次以及拼接方法等。固化成型过程是整个生产工艺中最为重要和关键的部分,在这一过程中,树脂和纤维成为先进复合材料,即树脂与纤维粘合并且树脂低分子转化为高分子,在这一过程中既有化学反应也有物理变化。要保证固化过程的正常,最为主要的就是保证仪器仪表的工作正常,把握好升温速度、停止抽真空时机、开始加压时间、加压速度等关键因素。加压一般在挥发物要除尽、树脂开始凝胶之前开始,之后迅速加至最大压力。若加压过早,则树脂中的挥发物没有除尽,会导致空隙且树脂流动性大、分布不均匀;若加压过迟,则树脂已经凝固,会影响层间的粘结力,从而导致制件分层。而升温速度过快,会导致加压的时间难以控制。另外,固化成型还受预浸料的影响,预浸料的存放时间、固化程度、吸湿程度等都会影响固化时的特征及在升温过程中的流变特性。针对不同存放状态的预浸料应选择不同的升温加压过程,故需在使用前对每批预浸料进行热分析,以确定他的固化特征,制定制件的固化工艺参数。

成型工艺的质量一般最后用随炉试件的检查来验证。(所谓随炉试件即在生产制件的同时用相同的原材料经过同样的工艺过程制成的可供破坏性试验的试件。有时也可从制件的边料上截取试样以验证工艺过程的质量和检验方法的可靠性。这时一般着重检查受树脂固化过程影响较大的性能,例如复合材料的纤维体积含量、孔隙率、层间剪切强度、弯曲强度和模量等。

在复合材料生产过程控制中应用统计技术进行质量控制,就是针对上述各个质量影响因素,通过采样数据分析相关信息,从而对各个影响因素进行预测和推断,找出问题,提出方案,解决问题,使复合材料生产中的过程能力的确定和控制更加系统化和科学化。

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