CN102909866A - 一种复合材料加筋壁板长桁轴线成型控制方法 - Google Patents

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赵艳文
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本发明属于复合材料成型技术,涉及一种用于航空飞行器中复合材料加筋壁板长桁轴线成型控制进方法。本发明适用于“T”型、“工”型、“J”型等各类长桁复合材料加筋壁板长桁轴线成型控制的工装方法。成型工装主要包括长桁成型模具A与长桁成型模具B、蒙皮固化模具、垫块、轴线定位模具。将长桁成型模具A两端设计成燕尾状,并与轴线定位模具进行紧密配合,控制长桁在轴线长度方向上的偏移;轴线定位模具通过定位销固定在蒙皮固化模具上,控制长桁轴线左右偏移。本发明所提供的成型工装方法,有效地提高了长桁制件的型面质量及位置精度,防止长桁轴线发生偏移。

Description

一种复合材料加筋壁板长桁轴线成型控制方法
技术领域
本发明属于复合材料成型技术,涉及一种用于航空飞行器中复合材料加筋壁板长桁轴线成型控制进方法。
背景技术
复合材料由于其高比强度、比刚度等优异特性,越来越广泛应用于飞机结构。目前国内外新研制的飞机不但在水平安定面、副翼、垂尾等结构采用了复合材料,而且机身、机翼翼盒等主结构也采用了复合材料,使得结构一体化程度高,系统安装较为简单、减少零部件数,缩短总装时间。复合材料非比寻常的物理特性和可设计性,以及近年来生产成本的降低,加速了飞行器结构选材从金属材料向复合材料转变的进程。同时在所有复合材料承力构件设计中,蒙皮和长桁结构比较典型,其结构质量占整个机翼结构质量的40%左右,蒙皮和长桁组成的壁板结构是机翼结构中的典型构件,也是最重要的构件之一,其比较常见的有“T”型、“工”型、“J”型等复合材料长桁加筋蒙皮。
复合材料长桁加筋壁板多采用共固化、胶接共固化等整体成型工艺,长桁加筋壁板结构一般由筋条、上下缘条、单向填充带,胶膜以及蒙皮组成,在成型过程中首先将筋条铺在成型模具上,然后将上下缘条和筋条组合起来形成长桁毛坯,蒙皮被铺在蒙皮固化模具上并压实或固化,接着将长桁放置在蒙皮的预定位置上,长桁毛坯与蒙皮接触面间需放置固化用的胶膜,最后用真空袋封装整个制件并在热压罐中共固化、胶接共固化或二次胶接。在成型过程中涉及到长桁模具、蒙皮固化模具,模具之间的配合要求比较高,成型工艺和压力的传递比平板构件复杂得多,且由于成型模具中的长桁模具处于自由状态,在成型过程中长桁轴线难以控制,容易发生偏移。
目前随着复合材料朝着整体化、大型化、复杂化方向的发展,复合材料加筋壁板结构也越来越复杂,尺寸越来越大,在成型过程中压力的传递也变得复杂,易使长桁模具在成型过程中发生偏移、偏转或扭曲,长桁轴线的精度难以保证,长桁的厚度也难以控制,且固化后产品脱模也变得困难;同时随着数字化技术的发展,后续部件的装配对长桁轴线的精度要求也越来越高。因此,一种既能保证长桁成型过程中压力传递比较容易,且后续的脱模比较方便,又能控制长桁轴线精度的成型工装方法越来越重要。
发明内容
本发明的目的是提出一种成型过程简便、长桁轴线容易控制的复合材料加筋壁板长桁轴线成型控制方法。本发明的技术解决方案是,所述复合材料加筋壁板为“T”型、“工”型、“J”型、”L”型或”Z”型长桁加筋板,其成型工装方法包括下列步骤:
(1)首先将蒙皮放置在蒙皮固化模具上,将铺叠好的长桁毛坯按照设计位置放置在蒙皮表面上,长桁毛坯与蒙皮接触面之间放置与胶接固化工艺相匹配的胶膜,该胶膜将加筋长桁与蒙皮实现整体连接;
(2)进行长桁工装组装,长桁工装由长桁成型模具A和长桁成型模具B、垫块、封挡材料和轴线定位模具组成,将长桁成型模具A和长桁成型模具B放置在长桁毛坯上,长桁成型模具A的一个侧边为燕尾形,长桁成型模具A燕尾形侧边与轴线定位模具紧密配合,轴线定位模具的下表面与蒙皮的上表面具有相同的型面,轴线定位模具的两端固定在蒙皮固化模具上,并通过定位销与蒙皮固化模具连接定位,垫块放置在长桁成型模具A的燕尾区与蒙皮的间隙中,选用中温未固化的Airpad作为封档材料,封挡在长桁下缘条边缘;
(3)长桁工装组装完成后,沿蒙皮固化模具周边粘贴密封胶条,将整个制件用真空袋封装好,并检查气密性,最后将整个制件及工装采用相应的固化工艺固化成型。
所述轴线定位模具与长桁成型模具A所选材料相同,具有相同的热膨胀系数。
所述长桁成型模具A分段,且一侧设计成燕尾状,并与轴线定位模具进行紧密配合,控制长桁模具在轴线长度方向上的偏移。
所述轴线定位模具通过定位销固定在蒙皮固化模具上,控制长桁轴线左右偏移。
所述长桁成型模具B处于自由状态,便于成型时对长桁进行加压成型。
所述蒙皮是未固化或已固化的蒙皮。
本发明具有的优点和有益效果:本发明所提供的成型工装方法,有效地提高了长桁制件的型面质量及位置精度,防止长桁轴线发生偏移。本发明所述的复合材料加筋壁板长桁轴线成型控制方法通过采用轴线定位模具来控制长桁轴线的精确度,由于在长桁固化成型过程中,当长桁轴向方向过长的话,无法精确保证长桁轴向方向的扭曲和偏移,本发明可有效的解决这个问题,通过采用轴线定位模具而不是长桁成型模具来控制长桁轴线,可有效地解决长桁成型后脱模困难的问题,同时采用单侧定位的方法,可以避免长桁加压困难的问题,在控制长桁轴线精确度的同时,又可以控制长桁的厚度以及内部质量。本发明的成型定位工装机构简单,定位精度较高,有利于成型过程中真空袋的封装以及成型后产品的脱模。
附图说明
图1是本发明所提供的复合材料壁板工装组装结构示意图;其中1为蒙皮固化模具,2蒙皮,3为垫块,4为轴线定位模具,5为长桁成型模具A,6为长桁成型模具B,7为长桁毛坯,8为封挡材料;
图2是本发明所提供工装方法的效果图;
图3示出根据本发明具体示例的成型工装示意图。
具体实施方式
本发明所提供复合材料加筋壁板长桁轴线成型控制方法实施包括下列步骤:
按照图1和图2所示方法进行工装组装,整个成型工装由蒙皮固化模具1、轴线定位模具4、长桁成型模具A5和长桁成型模具B6、垫块3、封挡材料8组成。所述的长桁成型模具A5可以是分段的,便于后期固化后脱模方便,且两端设计成燕尾状,并与轴线定位模具4紧密配合,控制长桁模具在轴线长度方向上的滑移;所述的轴线定位模具4通过定位销固定在蒙皮固化模具1上(图2),控制长桁轴线左右偏移,且轴线定位模具4可以进行压力传递,对蒙皮2进行加压;所述的垫块3用于填充燕尾区长桁成型模具A5和蒙皮2之间的间隙,可以是金属材料或Airpad;所述的边缘封挡材料8为Airpad,其特点在于其未固化状态硬度较小,容易与长桁底边形状贴合。根据长桁毛坯7固化条件,在加压前,边缘封挡材料8已固化且具有一定硬度,可以有效传递压力对长桁下缘条实现封挡效果,减少树脂及纤维面内流动而流失,从而可以有效的防止缺陷的产生。
长桁工装组装完成后,沿蒙皮固化模具1周边粘贴密封胶条,将整个制件用真空袋封装好,并检查真空度,然后采用相应的固化工艺(共固化、胶接共固化或二次胶接)固化成型。
实施例
本发明实施以“工”型长桁为例,首先将准备好的长桁毛坯按照预定位置放置在蒙皮表面上,长桁与蒙皮接触面间需放置胶接用胶膜,该胶膜将长桁与蒙皮实现整体连接。所述的蒙皮可以是已固化好的,也可以是毛坯料。
其成型工装方法包括下列步骤:
首先将蒙皮放置在蒙皮固化模具上,蒙皮可以是未固化或已固化的,将铺叠好的长桁毛坯按照预定位置放置在蒙皮表面上,长桁毛坯与蒙皮接触面间放置胶接用胶膜,该胶膜将加筋长桁与蒙皮实现整体连接;进行长桁工装组装,长桁工装由长桁成型模具A和模具B、垫块、封挡材料和轴线定位模具组成,模具A与模具B用于保证“工”型长桁型面,垫块放置在燕尾区长桁模具和蒙皮之间,轴线定位模具放置在长桁成型模具A的一侧,与长桁成型模具A紧密贴合,并通过定位销与蒙皮固化模具上定位支座连接定位,封档材料选用中温未固化的Airpad,对长桁下缘条边缘进行封挡;长桁工装组装完成后,沿蒙皮固化模具周边粘贴密封胶条,将整个制件用真空袋封装好,并检查气密性,最后将整个制件及工装采用相应的固化工艺固化成型。
所述的轴线定位模具的下表面与蒙皮的上表面具有相同的型面,且与长桁成型模具A所选材料相同,具有相同的热膨胀系数;长桁成型模具可以是分段的,且两端设计成燕尾状,并与轴线定位模具进行紧密配合,控制长桁模具在轴线长度方向上的偏移。轴线定位模具通过定位销固定在蒙皮固化模具上,控制长桁轴线左右偏移,且轴线定位模具上下处于活动状态,在成型时可对蒙皮进行加压。长桁模具B处于自由状态,便于成型时对长桁进行加压。所述的长桁成型模具、轴线定位模具适用于成型“T”型、“工”型、“J”型等各类长桁。

Claims (6)

1.一种复合材料加筋壁板长桁轴线成型控制方法,其特征在于,所述复合材料加筋壁板为“T”型、“工”型、“J”型、”L”型或”Z”型长桁加筋板,其成型工装方法包括下列步骤:
(1)首先将蒙皮放置在蒙皮固化模具上,将铺叠好的长桁毛坯按照设计位置放置在蒙皮表面上,长桁毛坯与蒙皮接触面之间放置与胶接固化工艺相匹配的胶膜,该胶膜将加筋长桁与蒙皮实现整体连接;
(2)进行长桁工装组装,长桁工装由长桁成型模具A和长桁成型模具B、垫块、封挡材料和轴线定位模具组成,将长桁成型模具A和长桁成型模具B放置在长桁毛坯上,长桁成型模具A的一个侧边为燕尾形,长桁成型模具A燕尾形侧边与轴线定位模具紧密配合,轴线定位模具的下表面与蒙皮的上表面具有相同的型面,轴线定位模具的两端固定在蒙皮固化模具上,并通过定位销与蒙皮固化模具连接定位,垫块放置在长桁成型模具A的燕尾区与蒙皮的间隙中,选用中温未固化的Airpad作为封档材料,封挡在长桁下缘条边缘;
(3)长桁工装组装完成后,沿蒙皮固化模具周边粘贴密封胶条,将整个制件用真空袋封装好,并检查气密性,最后将整个制件及工装采用相应的固化工艺固化成型。
2.根据权利要求1所述的一种复合材料加筋壁板长桁轴线成型控制方法,其特征在于,所述轴线定位模具与长桁成型模具A所选材料相同,具有相同的热膨胀系数。
3.根据权利要求1所述的一种复合材料加筋壁板长桁轴线成型控制方法,其特征在于,所述长桁成型模具A分段,且一侧设计成燕尾状,并与轴线定位模具进行紧密配合,控制长桁模具在轴线长度方向上的偏移。
4.根据权利要求1所述的一种复合材料加筋壁板长桁轴线成型控制方法,其特征在于,所述轴线定位模具通过定位销固定在蒙皮固化模具上,控制长桁轴线左右偏移。
5.根据权利要求1所述的一种复合材料加筋壁板长桁轴线成型控制方法,其特征在于,所述长桁成型模具B处于自由状态,便于成型时对长桁进行加压成型。
6.根据权利要求1所述的一种复合材料加筋壁板长桁轴线成型控制方法,其特征在于,所述蒙皮是未固化或已固化的蒙皮。
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