座舱盖的体积注射成形

飞机座舱盖特别是先进战斗机的座舱盖，属关键部件，它集多种功能于一身，既要求结构强度高、重量轻、耐冲击而且又要光学性能好，视野广，同时还要有优异的雷达隐身及视觉性能。成本要低也是不可缺少的前提条件。为了满足这些要求，座舱盖的成形工艺是基础性的因素。目前在战斗机座舱成形方面主要采用层合玻璃的模压成形工艺，工艺复杂要求高、废品率高、成本高。早在20世纪90年代初，国外就在研究用注射成形法来代替模压成形，经过10年的探索，解决了一些难题。如今已基本上取得成功，即将在一些军机上试飞。
　　 1．体积注射成形的发展经过及现状
　　所谓体积注射成形是指大块座舱玻璃的成形，是相对层合的板材玻璃成形而言的。
　　据最新报道，体积注射成形（以下简称注射成形）的座舱盖于2003年底将在T38教练机上试飞，F/A-22的座舱盖也将在2004年试飞。材料为聚碳酸酯。传统的抛光、层合及压力成形法的制造工时需6个星期，而用注射成形法只需1个小时。T-38的座舱盖大约重20～23kg，F/A-22的重90kg,尺寸2794mm×1270mm×812mm。现有注射成形机可注射重205kg的工件。传统成形法的手工很昂贵，废品率有的高达20～30%。
　　早在1993年就曾经对F-16战斗机注射成形第一个原型座舱盖，虽然能透明，但是畸变不能满足美空军的光学标准。但现在由于有了能制造实际上无缺陷的表面的工装以及体积注射成形技术，首个可飞行的注射成形座舱盖在2003年12月装载在T-38上飞行。
　　本来要用注塑成形制造座舱盖是不可能的。一方面是由于它的物理尺寸，但是由于开发了光学上正确的模具以及具有专利权的体积注射成形工艺来制造厚壁件才取得成功。目前EnviroTech、波音及美空军已成功制成层厚达66mm的飞机透明材料，具有所需的结构性能及光学透晰度。
　　座舱盖的制造目前用的是Envirotech公司1963年开发的体积注射成形技术，所不同的是所用的树脂，由丙烯酸酯改为聚碳酸酯，另外还用了一些专利性的技术。所用的树脂是具有UV稳定剂的Dow plastics300树脂，注射工艺是：将树脂在挤压机中加热到熔化阶段。然后将树脂聚集在一个由EnviroTech公司设计的专用设备内，注射入模内直到完全固结为止。然后打开模具，用剥离机构将座舱盖件从芯子上取下，并在取下系统上冷却几分钟。
　　 2．座舱盖注射成形的挑战及效益
　　 美国EnviroTech公司市场及技术经理介绍座舱盖注射成形的两大难点之一是无框架座舱盖的成形，因为要在透明材料中模塑大的固定用嵌入件，即铝、钛或复合材料件，这些零件与机身相连接。这是减少飞机机身装配的一个重要因素。由于采用注射成形技术可以生产变厚度的并模塑入起连接作用嵌入件的座舱盖，而用层合工艺时，整个座舱盖的厚度只限于均一厚度。无框架舱盖在1993年F-16的原型件时就采用了，估计将来F/A-22座舱盖仍将模塑入固定用的嵌入件。因这种方法有利于飞机隐身并且短时间内更换受损伤的舱盖而无需像传统方法那样靠螺接来紧固。
　　另一个挑战是注射成形机周围的干净环境问题，即要求有净室的环境。
　　根据来自美国空军的反馈，注射成形法的优点是生产率高、成本低，模塑嵌入件及制造无边框舱盖的效益重大。另一优点是质量稳定，目前飞机舱盖的头盔显示要逐个进行校准，采用注射成形座舱盖时，由于每一舱盖均一样无需对每一头盔进行重新校准。
　　但并不是每种飞机舱盖都值得用昂贵的注射成形模，EnviroTech公司正在研究注射成形板料的可能性，注射成形可以生产高质量的板料从而可以取消昂贵的模压所需的抛光工序。
　　经过10年的开发，飞机透明材料现开始收到成效。目前正在等待F/A-22工作的结论，如获成功，注射成形的应用将超出飞机扩展到其它工业。
　　 1993年美国空军/洛克希德的开发计划是确定注射成形舱盖用于F-16的可能性，在生产线上生产了160个舱盖。空军取样并进行了冲击、光传输以及光学透明度的试验以考察注射成形的聚碳酸酯是否可用作飞机透明件。结果令人满意，指定责成EnviroTech公司制造全尺寸的座舱盖。
　　目前正在进行下一代透明件（NGT）的开发计划，T38及F/A-22的注射成形是计划的一部分。根据2003年1月麦道/波音的合同，制成了首个光学正确的元件，这一成果的取得是由于开发了新的模具抛光法。
　　目前飞机舱盖采用的模压法，要求进行模压抛光、层合、包模成形，时间长达6～8个星期。要求将经过挤压的聚碳酸酯或聚丙烯酸酯放于两块大型铸造玻璃之间（在真空袋中）在热压罐中加热。抛光可改善挤压板表面光度，改进表面完善性，经抛光的板经装配层合（在热压罐的真空袋中加热加压粘结）。最后的包膜成形或真空成形是将粘结的装配件包在热空气炉的心轴上，切边，再安装在框架上，对F-16此过程耗时6个星期。
　　手工模压成形舱盖废品率有的高达20%～30%，高的原因可能是因聚碳酸酯或聚丙烯酸酯材料的缺陷、层合板之间的粘结不足以及成形中的问题，手工成形问题还有厚度不均匀引起的。双段注射成形的主要废品率来自污染，废品率相当低。飞机座舱盖特别是先进战斗机的座舱盖，属关键部件，它集多种功能于一身，既要求结构强度高、重量轻、耐冲击而且又要光学性能好，视野广，同时还要有优异的雷达隐身及视觉性能。成本要低也是不可缺少的前提条件。为了满足这些要求，座舱盖的成形工艺是基础性的因素。目前在战斗机座舱成形方面主要采用层合玻璃的模压成形工艺，工艺复杂要求高、废品率高、成本高。早在20世纪90年代初，国外就在研究用注射成形法来代替模压成形，经过10年的探索，解决了一些难题。如今已基本上取得成功，即将在一些军机上试飞。
　　 1．体积注射成形的发展经过及现状
　　所谓体积注射成形是指大块座舱玻璃的成形，是相对层合的板材玻璃成形而言的。
　　据最新报道，体积注射成形（以下简称注射成形）的座舱盖于2003年底将在T38教练机上试飞，F/A-22的座舱盖也将在2004年试飞。材料为聚碳酸酯。传统的抛光、层合及压力成形法的制造工时需6个星期，而用注射成形法只需1个小时。T-38的座舱盖大约重20～23kg，F/A-22的重90kg,尺寸2794mm×1270mm×812mm。现有注射成形机可注射重205kg的工件。传统成形法的手工很昂贵，废品率有的高达20～30%。
　　早在1993年就曾经对F-16战斗机注射成形第一个原型座舱盖，虽然能透明，但是畸变不能满足美空军的光学标准。但现在由于有了能制造实际上无缺陷的表面的工装以及体积注射成形技术，首个可飞行的注射成形座舱盖在2003年12月装载在T-38上飞行。
　　本来要用注塑成形制造座舱盖是不可能的。一方面是由于它的物理尺寸，但是由于开发了光学上正确的模具以及具有专利权的体积注射成形工艺来制造厚壁件才取得成功。目前EnviroTech、波音及美空军已成功制成层厚达66mm的飞机透明材料，具有所需的结构性能及光学透晰度。
　　座舱盖的制造目前用的是Envirotech公司1963年开发的体积注射成形技术，所不同的是所用的树脂，由丙烯酸酯改为聚碳酸酯，另外还用了一些专利性的技术。所用的树脂是具有UV稳定剂的Dow plastics300树脂，注射工艺是：将树脂在挤压机中加热到熔化阶段。然后将树脂聚集在一个由EnviroTech公司设计的专用设备内，注射入模内直到完全固结为止。然后打开模具，用剥离机构将座舱盖件从芯子上取下，并在取下系统上冷却几分钟。
　　 2．座舱盖注射成形的挑战及效益
　　 美国EnviroTech公司市场及技术经理介绍座舱盖注射成形的两大难点之一是无框架座舱盖的成形，因为要在透明材料中模塑大的固定用嵌入件，即铝、钛或复合材料件，这些零件与机身相连接。这是减少飞机机身装配的一个重要因素。由于采用注射成形技术可以生产变厚度的并模塑入起连接作用嵌入件的座舱盖，而用层合工艺时，整个座舱盖的厚度只限于均一厚度。无框架舱盖在1993年F-16的原型件时就采用了，估计将来F/A-22座舱盖仍将模塑入固定用的嵌入件。因这种方法有利于飞机隐身并且短时间内更换受损伤的舱盖而无需像传统方法那样靠螺接来紧固。
　　另一个挑战是注射成形机周围的干净环境问题，即要求有净室的环境。
　　根据来自美国空军的反馈，注射成形法的优点是生产率高、成本低，模塑嵌入件及制造无边框舱盖的效益重大。另一优点是质量稳定，目前飞机舱盖的头盔显示要逐个进行校准，采用注射成形座舱盖时，由于每一舱盖均一样无需对每一头盔进行重新校准。
　　但并不是每种飞机舱盖都值得用昂贵的注射成形模，EnviroTech公司正在研究注射成形板料的可能性，注射成形可以生产高质量的板料从而可以取消昂贵的模压所需的抛光工序。
　　经过10年的开发，飞机透明材料现开始收到成效。目前正在等待F/A-22工作的结论，如获成功，注射成形的应用将超出飞机扩展到其它工业。
　　 1993年美国空军/洛克希德的开发计划是确定注射成形舱盖用于F-16的可能性，在生产线上生产了160个舱盖。空军取样并进行了冲击、光传输以及光学透明度的试验以考察注射成形的聚碳酸酯是否可用作飞机透明件。结果令人满意，指定责成EnviroTech公司制造全尺寸的座舱盖。
　　目前正在进行下一代透明件（NGT）的开发计划，T38及F/A-22的注射成形是计划的一部分。根据2003年1月麦道/波音的合同，制成了首个光学正确的元件，这一成果的取得是由于开发了新的模具抛光法。
　　目前飞机舱盖采用的模压法，要求进行模压抛光、层合、包模成形，时间长达6～8个星期。要求将经过挤压的聚碳酸酯或聚丙烯酸酯放于两块大型铸造玻璃之间（在真空袋中）在热压罐中加热。抛光可改善挤压板表面光度，改进表面完善性，经抛光的板经装配层合（在热压罐的真空袋中加热加压粘结）。最后的包膜成形或真空成形是将粘结的装配件包在热空气炉的心轴上，切边，再安装在框架上，对F-16此过程耗时6个星期。
　　手工模压成形舱盖废品率有的高达20%～30%，高的原因可能是因聚碳酸酯或聚丙烯酸酯材料的缺陷、层合板之间的粘结不足以及成形中的问题，手工成形问题还有厚度不均匀引起的。双段注射成形的主要废品率来自污染，废品率相当低。