CN114953506B - 一种复合材料工形加筋壁板共固化成型方法 - Google Patents
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Abstract
一种复合材料工形加筋壁板共固化成型方法，涉及一种共固化成型方法。在芯模之间利用预浸料对称铺叠预成型体按工形贴靠组合，底部两侧制作底缘斜角，对接缝空隙填充捻子条，组合成工形长桁坯料，定位在蒙皮壁板并脱模取下芯模，在工形长桁坯料两侧凹槽内配合夹装软膜，顶缘两侧放置挡胶条后放置顶缘盖板，在外部铺盖裹附真空袋进行封装并抽真空压实，两侧放置两根金属型材进行定位，使用工艺夹夹紧，进入热压罐进行固化完成后脱模得到工形加筋壁板。通过软模代替传统的金属模具以及底缘斜角的细节设计，采用真空封装，实现长桁净边成型和压力均匀传递，一次共固化成型复合材料工形加筋壁板。
Description
技术领域
本发明涉及一种共固化成型方法，尤其是一种复合材料工形加筋壁板共固化成型方法，属于复合材料制造技术领域。
背景技术
随着复合材料技术的发展，航空航天复合材料用量逐年提升。复合材料加筋壁板是航空航天领域常见的复合材料结构，其中，工形截面长桁的结构效率尤为突出，但相对于T型、L型等截面长桁，工形截面长桁的制造相对复杂，通常的方法是将长桁通过金属模具单独制造并通过机械加工到净尺寸零件，再与蒙皮共胶接或二次胶接成为加筋壁板结构(参照说明书附图1所示)。但这种制造方式存在多个不足，长桁的成型模具一般为金属组合模具，加工周期长、成本高，制造精度和使用过程中的变形对型面配合度影响较大，容易导致孔隙密集等缺陷的生成，长桁边缘机加也容易造成过烧、分层等损伤。此外，与蒙皮共胶接或二次胶接同样容易导致型面配合不当，固化时受压不均匀，从而导致胶接界面出现分层、脱粘等缺陷，多次固化和机械加工也大幅度增加制造周期和制造成本。
上述不足严重影响结构效率较高的复合材料工形加筋壁板的推广应用，因此，本发明提供一种适用于复合材料工形加筋壁板共固化成型的方法，能够实现一次共固化成型，大幅度提高产品质量、缩短制造周期、降低制造成本。
发明内容
为解决背景技术存在的不足，本发明提供一种复合材料工形加筋壁板共固化成型方法，它通过软模代替传统的金属模具以及长桁底缘斜角的细节设计，并采用真空袋进行真空封装，实现长桁净边成型和压力均匀传递，一次共固化成型复合材料工形加筋壁板，提高制造效率的同时，保证产品内部质量和一致性，有助于降低制造成本、缩短制造周期。
为实现上述目的，本发明采取下述技术方案：一种复合材料工形加筋壁板共固化成型方法，包括以下步骤：
步骤一：将芯模进行脱模处理备用，所述芯模包括水平并列排布的两根截面为倒角矩形的杆体；
步骤二：在芯模之间利用预浸料对称铺叠左侧]形预成型体和右侧[形预成型体，所述左侧]形预成型体和所述右侧[形预成型体呈工形贴靠组合，并在工形底部两侧制作出底缘斜角；
步骤三：在左侧]形预成型体和右侧[形预成型体对接缝上下两端的R角拼接空隙位置分别填充通过预浸料碾压形成的捻子条，组合成工形长桁坯料；
步骤四：将所述工形长桁坯料定位在铺敷的蒙皮壁板对应位置并脱模取下芯模；
步骤五：将软膜进行脱模处理，所述软膜包括]和[形的两个分体模体，所述两个分体模体底部边缘加工有与底缘斜角相匹配的斜面；
步骤六：在工形长桁坯料两侧凹槽内配合夹装软膜的两个分体模体，工形长桁坯料顶缘两侧放置挡胶条，工形长桁坯料顶部与两侧所述挡胶条上放置顶缘盖板，之后在外部铺盖裹附真空袋进行封装并抽真空压实；
步骤七：在所述真空袋外部两侧放置两根金属型材将软膜和工形长桁坯料进行定位，并使用工艺夹将所述两根金属型材夹紧，保证工形长桁坯料轴线度；
步骤八：进入热压罐按预浸料工艺参数进行固化，固化完成后取下所述工艺夹、金属型材及真空袋，并将所述顶缘盖板、挡胶条及软膜进行脱模，即得到共固化成型的工形加筋壁板。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明通过特殊的封装方法实现工形加筋壁板的一次共固化成型，采用软模代替传统的金属模具，在预浸料铺叠的工形长桁坯料底部两侧制作底缘斜角，软模底部边缘加工与底缘斜角相匹配的斜面，并采用真空袋进行真空封装，实现长桁净边成型和压力均匀传递，减少长桁机加和胶接过程，在提高制造效率的同时，保证了产品内部质量和产品一致性，具有灵活实用的特点，成本低、易操作、易脱模，减少进罐固化次数和机加工作量，显著降低制造成本、缩短制造周期。
附图说明
图1是现有的工形加筋壁板的轴测示意图；
图2是本发明中工形长桁坯料的成型端面示意图；
图3是本发明中软膜的轴测示意图；
图4是本发明中工形长桁坯料铺盖裹附真空袋状态下的轴测示意图；
图5是本发明中工形长桁坯料通过金属型材定位状态下的轴测示意图；
图6是图5的局部放大图；
图7是本发明的工形加筋壁板的轴测示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是发明的一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图2～图7所示，一种复合材料工形加筋壁板共固化成型方法，包括以下步骤：
步骤一：参照图2所示，将芯模1进行脱模处理备用，所述芯模1包括水平并列排布的两根截面为倒角矩形的杆体，用于铺叠预浸料定型组合工形长桁坯料6，其中脱模处理可采用将芯模1涂脱模剂或贴单面带胶四氟布；
步骤二：参照图2、图4所示，在芯模1之间利用预浸料通过手工铺贴或自动铺放+热隔膜等方法对称铺叠左侧]形预成型体2和右侧[形预成型体3，所述左侧]形预成型体2和所述右侧[形预成型体3呈工形贴靠组合，并在工形底部两侧制作出底缘斜角4，所述底缘斜角4可采用机加、超声裁切或热隔膜成型方法制作，角度为25°～45°，与后续软膜8的斜面配合避免结构突变，保证固化压力均匀传递；
步骤三：参照图2所示，在左侧]形预成型体2和右侧[形预成型体3对接缝上下两端的R角拼接空隙位置分别填充通过预浸料碾压形成的捻子条5，组合成工形长桁坯料6，与蒙皮壁板7共固化成型为工形加筋壁板14；
步骤四：参照图4所示，将所述工形长桁坯料6定位在铺敷的蒙皮壁板7对应位置并脱模取下芯模1；
步骤五：参照图3所示，将软膜8进行脱模处理，所述软膜8包括]和[形的两个分体模体，可采用定制件截取或热压的方式进行制造，所述两个分体模体底部边缘加工有与底缘斜角4相匹配的斜面，避免结构突变，保证固化压力均匀传递，其中脱模处理可采用将软膜8表面复合聚四氟乙烯膜、包覆带胶四氟布或涂脱模剂；
步骤六：参照图4所示，在工形长桁坯料6两侧凹槽内配合夹装软膜8的两个分体模体，工形长桁坯料6顶缘两侧放置挡胶条9，工形长桁坯料6顶部与两侧所述挡胶条9上放置顶缘盖板10，之后在外部铺盖裹附真空袋11进行封装并抽真空压实，保证软膜8与工形长桁坯料6完全贴合；
步骤七：参照图5～图6所示，在所述真空袋11外部两侧放置两根金属型材12将软膜8和工形长桁坯料6进行定位，并使用工艺夹13将所述两根金属型材12夹紧，保证工形长桁坯料6轴线度；
步骤八：参照图6～图7所示，进入热压罐按预浸料工艺参数进行固化，保持升温速率1～2℃/min，固化温度120℃～180℃，保温时间3～6h，固化完成后取下所述工艺夹13、金属型材12及真空袋11，并将所述顶缘盖板10、挡胶条9及软膜8进行脱模，即得到共固化成型的工形加筋壁板14，最后根据图纸需求机加工所述工形加筋壁板14的工形长桁顶缘和壁板边缘，进行无损及型面检测，满足条件方可应用。
本发明方法通过特殊的封装方法实现工形加筋壁板14的一次共固化成型，减少长桁机加和胶接过程，在提高制造效率的同时，保证了产品内部质量和产品一致性，减少进罐固化次数和机加工作量，显著降低制造成本、缩短制造周期，具有灵活实用的特点，成本低、易操作、易脱模，采用软膜8替代传统金属模具，以及底缘斜角4的细节设计，通过真空袋11真空封装，可以将热压罐的压力完全传递到待固化复合材料零件表面，实现长桁净边成型和压力均匀传递，匀压效果好，保证工形长桁坯料6的成型质量，克服了传统金属工装结构复杂、加工周期长、成本高、易变性、压力传递不匀以及难以实现共固化成型的缺点。此外，本发明的方法也可通过芯模1及软膜8的简单更换，实现截面为L形、T形等长桁共固化成型加筋壁板的操作，也可用于单独成型共胶接壁板的净边长桁，同样属于本发明的保护范围。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的装体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同条件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
Claims (4)
1.一种复合材料工形加筋壁板共固化成型方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤一：将芯模(1)进行脱模处理备用，所述芯模(1)包括水平并列排布的两根截面为倒角矩形的杆体；
步骤二：在芯模(1)之间利用预浸料对称铺叠左侧]形预成型体(2)和右侧[形预成型体(3)，所述左侧]形预成型体(2)和所述右侧[形预成型体(3)呈工形贴靠组合，并在工形底部两侧制作出底缘斜角(4)，所述底缘斜角(4)采用机加、超声裁切或热隔膜成型方法制作，底缘斜角(4)角度为25°～45°，与后续软膜(8)的斜面配合避免结构突变，保证固化压力均匀传递；
步骤三：在左侧]形预成型体(2)和右侧[形预成型体(3)对接缝上下两端的R角拼接空隙位置分别填充通过预浸料碾压形成的捻子条(5)，组合成工形长桁坯料(6)；
步骤四：将所述工形长桁坯料(6)定位在铺敷的蒙皮壁板(7)对应位置并脱模取下芯模(1)；
步骤五：将软膜(8)进行脱模处理，所述软膜(8)包括]和[形的两个分体模体，所述两个分体模体底部边缘加工有与底缘斜角(4)相匹配的斜面；
步骤六：在工形长桁坯料(6)两侧凹槽内配合夹装软膜(8)的两个分体模体，工形长桁坯料(6)顶缘两侧放置挡胶条(9)，工形长桁坯料(6)顶部与两侧所述挡胶条(9)上放置顶缘盖板(10)，之后在外部铺盖裹附真空袋(11)进行封装并抽真空压实；
步骤七：在所述真空袋(11)外部两侧放置两根金属型材(12)将软膜(8)和工形长桁坯料(6)进行定位，并使用工艺夹(13)将所述两根金属型材(12)夹紧，保证工形长桁坯料(6)轴线度；
步骤八：进入热压罐按预浸料工艺参数进行固化，固化完成后取下所述工艺夹(13)、金属型材(12)及真空袋(11)，并将所述顶缘盖板(10)、挡胶条(9)及软膜(8)进行脱模，即得到共固化成型的工形加筋壁板(14)。
2.根据权利要求1所述的一种复合材料工形加筋壁板共固化成型方法，其特征在于：所述步骤一中脱模处理为将芯模(1)涂脱模剂或贴单面带胶四氟布。
3.根据权利要求1所述的一种复合材料工形加筋壁板共固化成型方法，其特征在于：所述步骤五中脱模处理为将软膜(8)表面复合聚四氟乙烯膜、包覆带胶四氟布或涂脱模剂。
4.根据权利要求1所述的一种复合材料工形加筋壁板共固化成型方法，其特征在于：所述步骤八进入热压罐固化保持升温速率1～2℃/min，固化温度120℃～180℃，保温时间3～6h。
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