CN104070688A - 一种用于模压技术成型的飞机复合材料舷窗框模具 - Google Patents

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Abstract

本发明属于航空制造技术领域，涉及一种用于模压技术成型的飞机复合材料舷窗框模具。本发明的飞机复合材料舷窗框模具采用组合模具及分体芯模技术，采用内模与底模作为预浸料铺叠模具，通过内模与底模的定位组合可保证模具位置、控制零件精度；另外，通过外模来限定芯模位置，调整分体芯模与零件贴合，解决了预浸料铺叠过程与密实后存在厚度差而导致整体芯模不能与零件相贴合的问题，同时芯模与外模接触面的角度设计提供给预浸料一个侧向压力，有利于成型过程中预浸料的压实，并且方便脱模，制造过程的可操作性好，零件质量得到保证。

Description

一种用于模压技术成型的飞机复合材料舷窗框模具
技术领域
本发明属于航空制造技术领域，涉及一种用于模压技术成型的飞机复合材料舷窗框模具。
背景技术
复合材料以其独特的高比强度，高比刚度、可设计性强、抗疲劳断裂性能好、耐腐蚀、尺寸稳定性好以及便于大面积整体成形等优点，成为当代最主要的航空结构材料之一。复合材料在飞机上应用的部位和用量已成为衡量飞机结构先进性的主要标志之一。目前，国外大型民机均大量采用复合材料，波音公司研制的B787“梦想”飞机，其复合材料用量达50％，其中，机身的舷窗框是该飞机复合材料结构的两大关键特点之一，采用新的低密度、高强度复合材料舷窗框，比传统铝合金框减重50％，而且防腐、损伤容限高。传统的铝合金舷窗框不仅重量大，制造过程采用数控加工，加工成本高，还与复合材料机身存在电化腐蚀问题。由于机身舷窗框形状复杂，在制造上有着其独特的难度和工艺特点，而模具是复合材料构件制造用的主要工艺装备，用以确定制件形状、结构关系、控制外缘和获得良好的表面质量及内部质量，在模具上完成复合材料聚合固化，有时还在成形模上进行预浸料的铺叠，复合材料模具的设计制造对复合材料构件的产品质量影响较大，要求模具的设计合理。
发明内容
本发明的目的在于提供一种设计合理、制造简单的用于模压技术成型的飞机复合材料舷窗框模具。
本发明的技术方案是，模具包括内模、底模、外模、芯模；内模为空心环形结构与底板组合而成的腔体，外形面与飞机复合材料舷窗框内型面一致，底板有定位孔及吊装孔；底模为实体板结构，上表面与飞机复合材料舷窗框底部外形型面一致，底模中部有定位孔，该定位孔与内模底板定位孔对应，底模两端有限位槽；外模为中空环形结构，两端有长方形限位块及吊装孔，限位块与底模的限位槽对应；芯模为由3-8块分体模组成的环形结构，内型面与舷窗框外型面一致，芯模外形面与外模内形面一致，外模与内模、底模共同形成芯模模腔，内模、底模、外模、芯模共同组合成飞机复合材料舷窗框腔体。
所述的内模、底模、外模、芯模均采用相同的金属材料。
所述的内模、底模、外模、芯模均采用数控加工制造。
所述的芯模的内形面与底模水平面具有角度θ，θ在5°-20°之间。
本方案的有益效果：
本发明的飞机复合材料舷窗框模具采用组合模具及分体芯模技术，采用内模与底模作为预浸料铺叠模具，通过内模与底模的定位组合可保证模具位置、控制零件精度；另外，通过外模来限定芯模位置，调整分体芯模与零件贴合，解决了预浸料铺叠过程与密实后存在厚度差而导致整体芯模不能与零件相贴合的问题，同时芯模与外模接触面的角度设计提供给预浸料一个侧向压力，有利于成型过程中预浸料的压实，并且方便脱模，制造过程的可操作性好，零件质量得到保证。用该模具通过模压技术成型制得的飞机复合材料舷窗框具有质轻、防腐、损伤容限高等优点。
本发明通过采用内模、底模铺叠预浸料，通过定位组合控制零件尺寸精度；通过采用外模来限定芯模位置，并通过采用分体芯模技术，解决预浸料铺叠过程与密实后存在厚度差而导致整体芯模不能与零件相贴合的问题，分体芯模可以通过调整与零件贴合。
附图说明
图1为本发明用于模压技术成型的飞机复合材料舷窗框模具整体结构示意图，其中，1是内模，2是底模、3是外模，4是芯模。
图2为本发明内模结构示意图，其中，5是铺叠外形面，6是定位孔，7是吊装孔。
图3为本发明底模结构示意图，其中，8是铺叠外形面，9是定位孔，10是吊装孔，11是限位槽。
图4为本发明外模结构示意图，其中，12是限位块，13是吊装孔。
图5为本发明芯模结构示意图，其中，图a是芯模结构图，图b是图a的侧视图，图中14是分型线。
图6为本发明飞机复合材料舷窗框结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作详细说明。模具包括内模1、底模2、外模3、芯模4；内模1为空心环形结构与底板组合而成的腔体，外形面5与飞机复合材料舷窗框内型面一致，底板有定位孔6及吊装孔7；底模2为实体板结构，上表面8与飞机复合材料舷窗框底部外型面一致，底模2中部有定位孔9，该定位孔与内模底板定位孔对应，底模2两端有限位槽11及吊装孔10；外模3为中空环形结构，两端有长方形限位块12及吊装孔13，限位块12与底模2的限位槽11对应；芯模4为由3-8块分体模组成的环形结构，内型面与舷窗框外型面一致，芯模4外形面与外模3内形面一致，外模3与内模1、底模2共同形成芯模4模腔，内模1、底模2、外模3、芯模4共同组合成飞机复合材料舷窗框(图6)腔体。
内模1用于将第一部分预浸料铺叠在模具外表面5上，是零件内表面成型模具；底模2用于将第二部分预浸料铺叠在上表面[8]，是零件下部外表面成型模具；内模1与底模2组合后用于将第三部分预浸料铺叠，外模3与内模1、底模2共同形成芯模4模腔，起到限制芯模偏移，保证零件外型尺寸的作用；芯模4用于保证零件的外形面；其中，内模1与底模2通过中央定位孔6、9配合定位，外模3与底模2通过限位槽11与限位块12配合定位，芯模4采用分体结构，如按图5的是分型线14分型。芯模4与外模[3]接触面具有角度θ(图5)。
上述技术方案中，所述的内模1、底模2、外模3、芯模4均采用相同刚性较大的金属材料以保证高温、高压成型过程模具结构的刚度，可确保零件的成型质量和精度。例如，采用Q235A钢。
所述的内模1、底模2、外模3、芯模4均采用数控加工制造以保证其精度。
所述的芯模4的内形面与底模2水平面具有角度θ(图5)，θ在5°-20°之间。
本发明还提供了一种使用该模具成型飞机复合材料舷窗框的模压技术。
使用该模具通过模压成型技术制得的飞机复合材料舷窗框的方法是：
1.将所有模具1、2、3、4清理干净，可以采用丙酮或酒精等溶剂擦掉模具表面的油渍，待溶剂挥发后，可以使用。
2.内模1和底模2作为预浸料的铺叠模，内模1用于第一部分预浸料铺叠，是零件内表面成型模具；铺叠时，将底面5朝上，底模2用于第二部分预浸料铺叠，是零件下部外表面成型模具；预浸料在内模1和底模2上铺叠完毕，将内模1和底模2组合在一起，通过内模定位孔6和底模定位孔9组合定位来保证零件精度，组合后在内模1和底模2上铺叠第三部分预浸料，完成飞机复合材料舷窗框(图6)的铺叠。
3.铺叠完毕，将外模3与底模2组合，通过底模限位槽11和外模限位块12进行定位，再将分体芯模4按对应位置填放在外模3与内模1、底模2共同形成芯模4模腔内，芯模4分型面角度应在满足模具使用和制造要求下尽可能小，以提高其装配精度，且芯模4的内形面与底模2水平面具有角度θ，起到成型过程在预浸料上产生一个侧向压力，有利于成型过程中预浸料的压实，并且方便脱模，最后完成模具组合。
4.在压机内进行升温、加压成型舷窗框。

Claims (4)

1.一种用于模压技术成型的飞机复合材料舷窗框模具，其特征在于，模具包括内模、底模、外模、芯模；内模为空心环形结构与底板组合而成的腔体，外形面与飞机复合材料舷窗框内型面一致，底板有定位孔及吊装孔；底模为实体板结构，上表面与飞机复合材料舷窗框底部外型面一致，底模中部有定位孔，该定位孔与内模底板定位孔对应，底模两端有限位槽及吊装孔；外模为中空环形结构，两端有长方形限位块及吊装孔，限位块与底模的限位槽对应；芯模为由3-8块分体模组成的环形结构，内型面与舷窗框外型面一致，芯模外形面与外模内形面一致，外模与内模、底模共同形成芯模模腔，内模、底模、外模、芯模共同组合成飞机复合材料舷窗框腔体。
2.如权利要求1所述的一种用于模压技术成型的飞机复合材料舷窗框模具，其特征在于，所述的内模、底模、外模、芯模均采用相同的金属材料。
3.如权利要求1所述的一种用于模压技术成型的飞机复合材料舷窗框模具，其特征在于，所述的内模、底模、外模、芯模均采用数控加工制造。
4.如权利要求1所述的一种用于模压技术成型的飞机复合材料舷窗框模具，其特征在于，所述的芯模的内形面与底模水平面具有角度θ，θ在5°-20°之间。
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