CN103496179B - 工字型截面复合材料结构件的成型方法 - Google Patents

工字型截面复合材料结构件的成型方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种工字型截面复合材料结构件的成型方法，以金属假件和成型模具来成型玻璃纤维增强的硅橡胶气囊，在以该气囊为芯模与成型模具结合，成型复合材料的结构件。本发明的优点是：通过硅橡胶气囊成型结构件，第一是气囊壁薄，传热性较好，结构件与边缘的温度梯度较小，保证成型后的结构件的内部质量，第二是气囊表面的硅橡胶具有弹性，起到均压垫的作用，成型后零件表面质量较好，第三是硅橡胶气囊结合气囊自身的盒状结构，同时在工字梁结构件两端通过硅橡胶连体，气囊结构刚度较大，保证腹板成型的位置和尺寸精度，第四是气囊可重复使用，再次制造方便，有效降低了生产成本；整个成型方法对结构件的腹板与缘条均匀施压，而且与罐压相等。

Description

工字型截面复合材料结构件的成型方法
技术领域
本发明涉及一种工件的成型方法，特别是一种工字型截面复合材料结构件的成型方法。
背景技术
先进树脂基复合材料是适应航空、航天等高科技领域的需要而发展起来的一种高性能复合材料，具有比强度高、比刚度高、可设计性强、抗疲劳断裂性能好、耐腐蚀、尺寸稳定性好等优越的性能。其中热压罐工艺具有温度和压力均匀，对于不同材料、外形、尺寸及结构的零件具有很好的适应性，形体尺寸稳定性好等优点，成为了研究和制造航空航天高品质复合材料结构件的主要工艺方法之一。
先进树脂基复合材料结构件的成型工艺包含三个基本要素：赋形、浸渍和固化。目前热压罐工艺中，赋形通过模具型面和固化过程中的热压罐的压力完成，浸渍在原材料（预浸料）的复合浸渍生产过程中完成，固化通过罐内加热与保温完成。
工字梁是复合材料结构件中比较典型的结构，包含盒段、长桁以及变截面梁等结构形式。
常见的基于热压罐工艺的成型方法包括芯模成型法与管状真空袋成型法。
芯模成型法的芯模可以是金属、膨胀橡胶、可溶性芯模，该方法得到的工字梁，共同的缺点是由于芯模自身的刚度作用，工字梁腹板处的压力难以做到均匀和精确，对于大型的工字梁结构，由于芯模的热传递将导致结构件内部温度的滞后，从而影响成型质量。此外，金属芯模和膨胀橡胶芯模在变截面工字梁的情况下难以脱模，而可溶性芯模为一次性使用，成本较高。
管状真空袋成型法需要的管状真空袋是使用密封胶条将普通的真空袋薄膜粘接形成筒状结构，或在真空袋薄膜制备过程中直接吹塑成型为筒状结构。前者可以根据不同尺寸的结构进行粘接，但由于密封胶条的使用使其应用于封闭结构时不易保证其内部的密封性；后者一旦成型便具有固定的周长，适合成型工字梁盒段，在工字型长桁和变截面工字梁的成型方面存在外形尺寸上的局限性。此外，受限于真空袋自身的特性，如果工字梁缘条内表面及腹板表面有较高的精度要求，使用管状真空袋难以达到要求。
发明内容
发明目的：针对上述问题，本发明的目的是提供一种工字型截面复合材料结构件的成型方法，够均匀地传热并施加压力，具备较高的可塑能力，可以重复使用。
技术方案：一种工字型截面复合材料结构件的成型方法，包括以下步骤：
（1）制造与工字型截面结构件外形完全一致的金属假件以及相匹配的带有四周挡板的成型模具，所述挡板上开设气孔；
（2）以所述金属假件与所述成型模具所形成的带型面腔体，成型玻璃纤维增强的硅橡胶气囊，将金属假件、成型模具、硅橡胶气囊封装固化；
（3）以所述硅橡胶气囊为芯模，与所述成型模具结合，成型复合材料的工字型截面结构件；
（4）脱模拆除所述成型模具，取出制得的工字型截面结构件。
所述气孔在所述成型模具的一组对边挡板上同时开设。开设气孔起到通气作用，使硅橡胶气囊内部压力与外部热压罐的罐压相等。
脱模后，所述硅橡胶气囊重复使用。
所述玻璃纤维增强的硅橡胶气囊由中间的玻璃纤维加强层以及两侧的硅橡胶层构成。
有益效果：与现有技术相比，本发明的优点是：通过硅橡胶气囊成型结构件，第一是气囊壁薄，传热性较好，结构件与边缘的温度梯度较小，从而保证成型后的结构件的内部质量，第二是气囊表面的硅橡胶具有弹性，起到均压垫的作用，成型后零件表面质量较好，光滑无胶楞，第三是硅橡胶气囊结合气囊自身的盒状结构，同时在工字梁结构件两端通过硅橡胶连体，气囊结构刚度较大，可以保证腹板成型的位置精度和尺寸精度，第四是气囊可以重复使用，再次制造也较为方便，有效降低了结构件生产的最终成本；整个成型方法对结构件的腹板与缘条均匀施压，而且与罐压相等。
附图说明
图1为相匹配的金属假件以及带有四周挡板的成型模具示意图；
图2为玻璃纤维增强的硅橡胶气囊辅层示意图；
图3为硅橡胶气囊封装固化示意图；
图4为复合材料的工字型截面结构件封装固化示意图，图中箭头所示为施加在成型模具表面及硅橡胶气囊内部的空气压力。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。
一种工字型截面复合材料结构件的成型方法，包括以下步骤：
（1）如附图1所示，通过机加工的方式，制造与待制的工字型截面结构件外形完全一致的金属假件1以及带有四周挡板2的成型模具，其中一组侧边挡板或端面挡板上同时开设气孔3，金属假件1与成型模具应当相匹配。
（2）如附图2所示，以金属假件1与成型模具所形成的带型面腔体，成型玻璃纤维增强的硅橡胶气囊，该硅橡胶气囊由中间的玻璃纤维加强层4以及两侧的硅橡胶层5构成。如附图3所示，按照相应的硅橡胶的固化工艺，将金属假件1、成型模具、硅橡胶气囊进行真空封装6、固化。
（3）如附图4所示，以成型好的硅橡胶气囊为芯模，与成型模具相结合，封装固化，成型待制的复合材料的工字型截面结构件7，借助气孔3的通气作用，使硅橡胶气囊内部压力与外部热压罐的罐压相等。
（4）脱模时依次拆下成型模具的挡板，最后将制得的结构件7从硅橡胶气囊上取下。
根据材料和工艺不同，硅橡胶气囊可以重复使用至少十次，若气囊损坏或变形，可以利用金属假件和成型模具再次制造硅橡胶气囊。

Claims (4)

1.一种工字型截面复合材料结构件的成型方法，其特征在于包括以下步骤：
（1）制造与工字型截面结构件外形完全一致的金属假件以及相匹配的带有四周挡板的成型模具，所述挡板上开设气孔；
（2）以所述金属假件与所述成型模具所形成的带型面腔体，成型玻璃纤维增强的硅橡胶气囊，将金属假件、成型模具、硅橡胶气囊封装固化；
（3）以所述硅橡胶气囊为芯模，与所述成型模具结合，成型复合材料的工字型截面结构件；
（4）脱模拆除所述成型模具，取出制得的工字型截面结构件。
2.根据权利要求1所述的工字型截面复合材料结构件的成型方法，其特征在于：所述气孔在所述成型模具的一组对边挡板上同时开设。
3.根据权利要求1所述的工字型截面复合材料结构件的成型方法，其特征在于：脱模后，所述硅橡胶气囊重复使用。
4.根据权利要求1所述的工字型截面复合材料结构件的成型方法，其特征在于：所述玻璃纤维增强的硅橡胶气囊由中间的玻璃纤维加强层以及两侧的硅橡胶层构成。
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