CN104646976B - 飞机用复合材料薄壳模具型面快速制造方法 - Google Patents

飞机用复合材料薄壳模具型面快速制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种飞机用复合材料薄壳模具型面快速制造方法，针对在大型、精密复合材料成型过程中，模具一般采用Q235A、Invar等金属材料整体切削加工制造，模具工装厚度较大，造成材料成本高和热容量较大引起的变形较大等缺点，本发明提供了一种薄壳模具型面快速制造方法，选择10～12mm较薄的金属板材作为原料，通过在简易专用模具上型面补偿修型和塑料布贴膜试验，对板材进行起皱处预处理、加热合模成型、冷却后进行缝隙焊接、数控精加工成型，制造出厚度至少为4mm的薄壳模具，所制造的薄壳模具的型面厚度薄而均匀，降低了材料成本，且热容量较小，在制作复合材料零件时产生的热变形也较小，提高了复合材料制件的精度。

Description

飞机用复合材料薄壳模具型面快速制造方法
技术领域
本发明涉及一种飞机用复合材料薄壳模具型面快速制造方法。
背景技术
目前，飞机用复合材料成型模具目前主要采用金属材料整体切削加工制造，由于Q235A、Invar等金属材料耐高温、耐磨损、使用周期长等特点，因此成为复合材料模具工装制造的主要材料。Q235A具有厚度规格齐全、成本低廉、供应充足等优点，是实际生产中最常用的材料，但由于其热膨胀系数与制件相差较大，因此不适合制造大型、精密复合材料零部件；而热膨胀系数与制件接近的模具材料Invar成本过高，且厚度规格有限，通过切削加工制造模具型面存在较大困难。因此，在保证制件精度要求的前提下，如何更科学有效的制造模具型面、降低模具成本，是复合材料模具设计和制造过程中亟待解决的难题。
本发明涉及复合材料模具型面的制造方法，且以关键字‘复合材料’和‘模具’进行专利检索时，检索到发明专利26项、实用新型专利14项，未见与本发明相似专利。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是在大型、精密复合材料零部件成型过程中，模具材料一般采用Invar，材料成本及加工制造成本过高，又由于所制造的工装厚度较大，其热容量较大，因此而引起的制件变形影响精度是实际生产中存在的主要问题，本发明提出采用热成型的方法制造薄壳模具型面，即对用于制造模具型面的金属板材料进行加热，到达一定温度后取出，置于简易成型模上固定并加压，冷却成型后再进行数控精加工得到用于复合材料成型的模具型面。
本发明的目的是针对现有在大型复合材料模具以上所述的缺点及不足，本发明提出一种新型模具型面快速制造方法，可以有效的提高制件精度，保证产品质量，节省模具材料，降低成本，具有结构简单、安全可靠、适用范围宽等特点。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种飞机用复合材料薄壳模具型面快速制造方法，采用热成型的方式制造厚度至少为4mm的模具型面，可以选择较薄的金属板材作原料，原料板材厚度规格为10～12mm，避免了以往采用整体金属材料经切削加工成型所造成的毛坯尺寸过大，材料成本高的缺点；且由于所制造的模具型面厚度薄而均匀，其热容量较小，因此在制作复合材料零件时产生的热变形也较小，可大幅提高复合材料制件的精度，节省了模具材料，降低模具制造成本，实现精准成型的目的，该方法包括如下步骤：
(1)选取用于制造模具型面的材料规格，根据所需模具型面大小，选择合适平面尺寸的板材，厚度规格选为10～12mm；
(2)简易模具型面补偿修型，根据模具材料的热膨胀系数，对复合材料模具型面进行补偿处理，具体办法是对复合材料模具型面按模具材料的热膨胀系数进行比例放大，得到简易模具的型面，放大的比例为ΔL，ΔL的表达式为ΔL＝1+β×ΔT，其中β为模具材料的热膨胀系数,ΔT为成形温度与室温的差；
(3)起皱处预处理，即对板材热成形过程中的起褶皱处的切割处理，为了减少拉伸变薄和起皱，因此需要对起皱的堆料的部分预先处理，去除多余的材料，为此，在成型前，先准备一块与所选板材原料同样尺寸的塑料布膜(2)，然后采用在简易模具(1)型面上贴塑料布膜(2)的方式找出起褶皱部位及尺寸参数，将所选板材原料按塑料布膜(2)起褶皱的相应部位切割去掉多余的材料；
(4)板材加热，将起皱预处理后的板材放入高频加热炉中，根据模具具体成型不同要求设定加热温度及时间参数后对其升温加热；
(5)合模成型，将加热后的板材由高频加热炉中取出，安放在简易合型模具上，合模加压固定，使其与模具型面贴合；
(6)冷却后取出进行焊接，合模成型待温度降为正常值后，打开模具，取出成型后的材料，对预处理切割部分所形成的缝隙进行焊接；
(7)数控精加工，对焊接后的板材进行模具型面的数控抛光精加工，保证数控加工成型后的模具厚度至少为4mm，即为最终所需的薄壳模具型面。
附图说明
图1是本发明的薄壳模具型面快速制造方法的流程图。
图2是本发明的制造薄壳模具型面的原材料示意图。
图3是本发明的简易成型模具上贴塑料布膜试验示意图。
图4是本发明的薄壳模具型面原材料起褶皱处的切割处理示意图。
图5是本发明的高频加热炉加热示意图。
图6是本发明的合模成型示意图。
图7是本发明的薄壳模具结构示意图。
1-简易模具、2-塑料布膜、3-起褶皱处、4-切口缝隙、5-高频加热炉、6-起皱预处理后的板材、7-简易合型模具、8-薄壳模具。
具体实施方式
本技术方案还可以通过以下技术措施来实现并下面结合附图对本发明作进一步的描述：
图1是本发明的薄壳模具型面快速制造方法的流程图，该方法包括如下步骤：
(1)选取用于制造模具型面的材料规格，根据所需模具型面大小，选择合适平面尺寸的板材，厚度规格选为10～12mm；
(2)简易模具型面补偿修型，根据模具材料的热膨胀系数，对复合材料模具型面进行补偿处理，具体办法是对复合材料模具型面按模具材料的热膨胀系数进行比例放大，得到简易模具的型面，放大的比例为ΔL，ΔL的表达式为ΔL＝1+β×ΔT，其中β为模具材料的热膨胀系数,ΔT为成形温度与室温的差；
(3)起皱处预处理，即对板材热成形过程中的起褶皱处的切割处理，为了减少拉伸变薄和起皱，因此需要对起皱的堆料的部分预先处理，去除多余的材料，为此，在成型前，先准备一块与所选板材原料同样尺寸的塑料布膜(2)，然后采用在简易模具(1)型面上贴塑料布膜(2)的方式找出起褶皱部位及尺寸参数，将所选板材原料按塑料布膜(2)起褶皱的相应部位切割去掉多余的材料；
(4)板材加热，将起皱预处理后的板材放入高频加热炉中，根据模具具体成型不同要求设定加热温度及时间参数后对其升温加热；
(5)合模成型，将加热后的板材由高频加热炉中取出，安放在简易合型模具上，合模加压固定，使其与模具型面贴合；
(6)冷却后取出进行焊接，合模成型待温度降为正常值后，打开模具，取出成型后的材料，对预处理切割部分所形成的缝隙进行焊接；
(7)数控精加工和修型，对焊接后的板材进行模具型面的数控抛光精加工，保证数控加工和修型成型后的模具厚度至少为4mm，即为最终所需的薄壳模具型面。
图2是本发明的制造薄壳模具型面原材料示意图，主要选取用于制造模具型面的材料规格，根据所需模具型面大小，选择合适平面尺寸的板材，厚度规格选为10～12mm。
图3是本发明的在简易模具上贴塑料布膜试验示意图，图4是本发明的薄壳模具型面原材料起褶皱处的切割处理示意图，进行简易模具(1)型面补偿修型和起皱处预处理，根据模具材料的热膨胀系数，对复合材料模具型面进行补偿处理，具体办法是对复合材料模具型面按模具材料的热膨胀系数进行比例放大，得到简易模具的型面，放大的比例为ΔL，ΔL的表达式为ΔL＝1+β×ΔT，其中β为模具材料的热膨胀系数,ΔT为成形温度与室温的差；对板材热成形过程中的起褶皱处(3)的切割处理，为了减少拉伸变薄和起皱，因此需要对起皱的堆料的部分预先处理，去除多余的材料，为此，在成型前，先准备一块与所选板材原料同样尺寸的塑料布膜(2)，然后采用在简易模具(1)型面上贴塑料布膜(2)的方式找出起褶皱部位及尺寸参数，将所选板材原料按塑料布膜(2)的起褶皱处(3)的相应部位切割去掉多余的材料，形成了切口缝隙(4)。
图5是本发明的高频加热炉加热示意图，在高频加热炉(5)进行板材加热处理，将起皱预处理后的板材(6)放入高频加热炉中，根据模具具体成型不同要求设定加热温度及时间参数后对其升温加热。
图6是本发明的合模成型的示意图，图6是本发明的所需型面的薄壳模具结构示意图，将加热后的板材由高频加热炉(5)中取出，安放在成型简易模具(7)上，合模加压固定，使其与模具型面贴合；合模成型待温度降为正常值后，打开模具，取出成型后的材料，对预处理切割部分所形成的缝隙进行焊接；对焊接后的板材进行模具型面的数控抛光精加工，保证数控加工成型后的模具厚度至少为4mm，即为最终所需的薄壳模具(8)型面。

Claims (1)

1.一种飞机用复合材料薄壳模具型面快速制造方法，其特征在于：采用热成型的方式制造厚度至少为4mm的薄壳模具型面，选择较薄的金属板材作原料，原料板材厚度规格为10～12mm，该方法包括如下步骤：
(1)选取用于制造模具型面的材料规格，根据所需模具型面大小，选择合适平面尺寸的板材，厚度规格选为10～12mm；
(2)简易模具型面补偿修型，根据模具材料的热膨胀系数，对复合材料模具型面进行补偿处理，具体办法是对复合材料模具型面按模具材料的热膨胀系数进行比例放大，得到简易模具的型面，放大的比例为ΔL，ΔL的表达式为ΔL＝1+β×ΔT，其中β为模具材料的热膨胀系数,ΔT为成形温度与室温的差；
(3)起皱处预处理，即对板材热成形过程中的起褶皱处的切割处理，为了减少拉伸变薄和起皱，因此需要对起皱的堆料的部分预先处理，去除多余的材料，为此，在成型前，先准备一块与所选板材原料同样尺寸的塑料布膜，然后采用在简易模具型面上贴塑料布膜的方式找出起褶皱部位及尺寸参数，将所选板材原料按塑料布膜起褶皱的相应部位切割去掉多余的材料；
(4)板材加热，将起皱预处理后的板料放入高频加热炉中，根据模具具体成型不同要求设定加热温度及时间参数后对其升温加热；
(5)合模成型，将加热后的板材由高频加热炉中取出，安放在简易合型模具上，合模加压固定，使其与模具型面贴合；
(6)冷却后取出进行焊接，合模成型待温度降为正常值后，打开模具，取出成型后的板材，对预处理切割部分所形成的缝隙进行焊接；
(7)数控精加工，对焊接后的板材进行模具型面的数控抛光精加工，保证数控加工成型后的模具厚度值至少为4mm，即为最终所需的薄壳模具型面。
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