CN101391490B - 树脂基复合材料翼片无模具连续螺旋铺放成型方法 - Google Patents
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Abstract
树脂基复合材料翼片无模具连续螺旋铺放成型方法，它涉及树脂基复合材料翼片的成型工艺方法。本发明的目的是为了解决现有树脂基复合材料翼片成型时蒙皮纤维不连续造成的结构强度、刚度降低，生产过程中模具和成型工艺装备占用率高、批生产投资成本大、效率低等问题。实现本发明方法为：在箱形梁结构的芯材上铺层螺旋铺放复合材料，然后进行合模和固化程序构成复合材料芯管，并与金属柄胶接、铆钉铆接，或用螺钉螺接的一种或几种；在复合材料芯管和金属柄的外表面铺层螺旋连续铺放复合材料，并成型蒙皮，然后整体放入金属对模中合模固化。本发明具有产品纤维连续，能充分发挥纤维的强度和刚度，产品精度高、生产效率高、降低生产成本等优点。
Description
技术领域
本发明涉及树脂基复合材料翼片成型工艺方法。
背景技术
在飞行器上应用复合材料为设计者开发轻型飞器提供了更广阔的空间，并且复合材料的层合结构及其性能的可设计性使其可以设计出各向同性材料无法达到的气动性能。因此，复合材料日益受到航空航天等领域的青睐，现已成为新一代飞行器四大主要材料之一。在相同重量条件下，树脂基复合材料翼片具有比金属材料翼片更好的气动承载能力，有效增加飞行器的飞行高度和飞行时间，是翼片发展的一个主要方向。
负荷材料翼片大多采用碳纤维/环氧热熔预浸料铺放金属对模合模固化成型工艺，该成型工艺的优点为：(1)、干法操作，工作环境整洁；(2)、投料准确，工艺质量易于控制；(3)、成型快捷，产品制造精度高。
但是该成型工艺在树脂基复合材料翼片成型时蒙皮纤维不连续，造成结构强度、刚度降低，生产过程中模具和成型工艺装备占用率高、批生产投资成本大、效率低。翼片上下蒙皮分别成型，纤维不连续，不能充分发挥复合材料高比强度、高比刚度的特点，降低了复合材料翼片的结构效率。另外，其成型过程均在模具上进行，模具占用时间较长，批量生产时，不可避免的需投入较多数量模具，这样就会大幅度的增加成本，费用高。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有树脂基复合材料翼片成型时蒙皮纤维不连续造成的结构强度、刚度降低，生产过程中模具和成型工艺装备占用率高、批生产投资成本大、效率低等问题，提供了一种树脂基复合材料翼片无模具连续螺旋铺放成型方法。
实现本发明方法的步骤包括：
步骤一 成型箱形梁结构的芯材；
步骤二 在芯材上按顺序逐层螺旋铺放复合材料，然后进行合模和固化程序构成复合材料芯管；
步骤三 将固化后的复合材料芯管与金属柄胶接；
步骤四 然后将复合材料芯管与金属柄用铆钉铆接，或用螺钉螺接；
步骤五 在复合材料芯管和金属柄的外表面按顺序逐层螺旋铺放连续复合材料，成型整体式蒙皮；
步骤六 然后整体放入金属对模中合模固化。
本发明的优点：
1、本发明的方法解决了树脂基复合材料翼片成型蒙皮纤维不连续的难题。树脂基复合材料翼片蒙皮铺放在已成型的整体箱梁上进行，这样就可实现复合材料翼片大展弦比结构无芯模螺旋缠绕铺放技术，从而使树脂基复合材料翼片上下蒙皮纤维连续。
2、本发明有效缩短模具使用周期，极大提高了模具使用效率，降低了生产成本，适宜于大批量生产。有效防止复合材料层间破坏的同时提高了树脂基复合材料翼片扭转刚度，降低了树脂基复合材料翼片两侧边缘的翘曲度，在保证翼片力学性能的基础上，工艺成型中同时可做到树脂基复合材料翼片无模具铺放，大大降低了模具占用时间。
具体实施方式
具体实施方式一：本实施方式实现本发明方法的步骤包括：
步骤一 成型箱形梁结构的芯材；
步骤二 在芯材上按顺序逐层螺旋铺放复合材料，然后进行合模和固化程序构成复合材料芯管，铺放时铺层的角度、铺放顺序、层数根据翼片的强度、刚度要求通过结构计算来确定；
步骤三 将固化后的复合材料芯管与金属柄胶接；
步骤四 然后将复合材料芯管与金属柄用铆钉铆接，或用螺钉螺接；
步骤五 在复合材料芯管和金属柄的外表面按顺序逐层螺旋铺放连续复合材料，成型整体式蒙皮，铺放时铺层的角度、铺放顺序、层数由翼片的强度、刚度要求通过结构计算来确定；
步骤六然后整体放入金属对模中合模固化。
芯材的数量可根据产品的结构设计进行调整。
铺层是在统一铺层设计次序中，铺设的具有相同材料的、一片或多片具有确定轮廓形状且具有相同的材料取向的复合材料层片，固化前可以分割出来的铺层组合形成的铺层集是复合材料构件的组成单元。依据结构分析数据，定义复合材料构件不同区域上的铺层参数包括材料类型、铺设角度、铺设顺序、铺层数等，进行铺层设计。初步完成铺层设计后，可以分析实际铺层与最初设计铺层之间的铺层数量、厚度、材料和纤维走向的差别，并根据不同的设计模拟效果对铺层进行必要的改进。
具体实施方式二：本实施方式与实施方式一的不同之处在于芯材采用聚氨酯泡沫或PMI(聚甲基丙烯酰亚氨)泡沫，其它与实施方式一相同。
具体实施方式三：本实施方式与实施方式一的不同之处在于复合材料为碳纤维预浸料、碳布、芳纶纤维、玻璃纤维或玻璃布的一种或几种，其它与实施方式一相同。
具体实施方式四：本实施方式与实施方式一的不同之处在于铆钉材质为铝合金铆钉、钛合金铆钉、钢铆钉，螺钉材质为不锈钢螺钉或钛合金螺钉，其它与实施方式一相同。
在实际应用中，复合材料芯管与金属柄之间的连接采用胶接、胶接加铆接或胶接加螺接连接方式等几种方式，灵活选用。
Claims (3)
1.树脂基复合材料翼片无模具连续螺旋铺放成型方法，其特征在于该方法包括以下步骤：
步骤一成型箱形梁结构的芯材；
步骤二在芯材上按顺序逐层螺旋铺放复合材料，然后进行合模和固化程序构成复合材料芯管；
步骤三将固化后的复合材料芯管与金属柄胶接；
步骤四然后将复合材料芯管与金属柄用铆钉铆接，或用螺钉螺接；
步骤五在复合材料芯管和金属柄的外表面按顺序逐层螺旋铺放连续复合材料，成型整体式蒙皮；
步骤六然后整体放入金属对模中合模固化。
2.根据权利要求1所述的树脂基复合材料翼片无模具连续螺旋铺放成型方法，其特征在于芯材采用聚氨酯泡沫或PMI泡沫。
3.根据权利要求1所述的树脂基复合材料翼片无模具连续螺旋铺放成型方法，其特征在于铆钉材质为铝合金铆钉、钛合金铆钉、钢铆钉，螺钉材质为不锈钢螺钉或钛合金螺钉。
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