CN106626451A - 一种l型复合材料构件铺放成型模具及其操作方法 - Google Patents

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王一奇
曾祥钱
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Abstract

本发明提供了一种L型复合材料构件铺放成型模具，属于航空复合材料制备成型领域。该模具包括底座、L型定型块、位移控制系统和测量系统，其中，位移控制系统包括手柄、螺杆、螺杆座、滑台；测量系统包括百分指示表、百分表夹具；通过螺杆的旋转实现滑台的直线位移驱动，进而控制L型定型块的精确移动，通过百分表读数实现待固化成型L型复合材料构件厚度的测量与控制。本发明提供了一种能够实现对待固化成型L型复合材料构件快速、准确的调节厚度的方法与装置，实现对L型复合材料构件成型厚度的精确控制，提高成型质量，降低其材料力学性能的离散性。

Description

一种L型复合材料构件铺放成型模具及其操作方法
技术领域
本发明属于航空复合材料制备成型领域，涉及一种L型复合材料构件铺放成型模具及其操作方法。
背景技术
复合材料具有质量轻、比强度和比刚度高、抗疲劳、耐腐蚀、耐高温等优点，广泛应用于航空工业领域，并逐渐扩展到飞机承力构件。但由于复合材料的各向异性及叠层结构等特点，难以实现复合材料构件尤其是含复杂型面的构件精确成型，在复合材料构件的制备成型过程中无法精确保证设计厚度，甚至产生气孔等缺陷，因此需要设计一种L型复合材料构件铺放成型模具，实现L型复合材料构件精确成型，保证设计厚度尺寸及成型件内部致密性。
目前，含复杂型面复合材料构件的制备成型工艺受到人们的广泛关注，在研究生产过程中多采用手工压板成型，不仅操作效率低，而且很难实现型面的精确成型，影响构件性能和使用可靠性。主要有以下几点不足：1无法实现型面完整连续成型；2无法保证构件成型厚度精确控制。而构件的成型厚度、接口面是否平整连续都会对复合材料的组分体积含量产生影响，继而影响构件的力学性能。
发明内容
本发明的目的是针对L型复合材料构件提供一种精度高、操作效率高、适应性好的快速铺放成型模具。
本发明的技术方案：
一种L型复合材料构件铺放成型模具，包括底座1、L型定型块6、位移控制系统和测量系统，位移控制系统和测量系统沿X方向和Y方向具有相同结构，实现L型定型块6沿X、Y方向精确移动；
底座1上设有L型槽、四个与工作台连接的U型槽和沿X、Y方向两条燕尾槽，L型槽内形成内侧L型定型面和外侧三段非连续L型定型面，即分别为定型面A和定型面B，用于实现与L型定型块6精准贴合；底座1通过U型槽安装螺栓固定在工作台上；
L型定型块6为L形、厚度高于底座1上L型槽的可活动块体，形成内外两个L型定型面；内外两个L型定型面分别与底座1的定型面A和定型面B精准贴合；L型定型块6平置于底座1的L型槽内，通过位移控制系统实现在L型槽内沿X、Y方向自由移动；
位移控制系统分为X向位移控制系统和Y向位移控制系统，二者结构相同；X向位移控制系统包括手柄A2、螺杆A3、螺杆座A4和滑台A5；滑台A5通过底座1的燕尾槽与底座1连接，并与螺杆3一端连接；螺杆座A4通过螺钉固接在底座1上，螺杆A3穿过螺杆座A4孔内的可更换铜套与螺杆座A4连接，手柄A2与螺杆A3另一端连接；通过手柄A2的转动，实现滑台A5沿X方向自由移动，从而精确控制L型定型块的移动。
测量系统包括X向测量系统和Y向测量系统，二者结构相同；X向测量系统包括百分指示表A8和百分表夹具A7；百分指示表A8通过百分表夹具7与螺钉固定在底座1上；百分指示表A8依靠接触产生指针偏转，实现X方向位移读数。
所述的螺杆A3和螺杆B13均为具有反向锁止功能的精密梯形螺纹杆。
本发明的有益效果：1.采用具有反向锁止功能的精密梯形螺纹杆，实现模具的精密直线位移控制进而实现对L型复合材料构件成型厚度的精确控制；2.采用两个百分表结合，实现L型复合材料构件沿X、Y向双向厚度精确可控；3.本发明进行待固化成型L型复合材料构件快速、准确的厚度调节，提高构件的厚度尺寸精度和模具安装效率，实现L型复合材料构件快速成型。
附图说明
图1是L型复合材料构件铺放成型模具的结构示意图。
图2是L型复合材料构件成型厚度调节过程的示意图。
图中：1底座；2手柄A；3螺杆A；4螺杆座A；5滑台A；6L型定型块；
7百分表夹具A；8百分指示表A；9百分指示表B；10百分表夹具B；
11滑台B；12螺杆座B；13螺杆B；14手柄B；
15待固化成型L型复合材料构件。
具体实施方式
以下结合技术方案和附图详细叙述本发明的具体实施方式。
如图1、图2所示，一种L型复合材料构件铺放成型模具，包括底座1、L型定型块6、位移控制系统和测量系统，位移控制系统和测量系统沿X方向和Y方向具有相同结构，实现L型定型块6沿X、Y方向精确移动。
底座1包含固定L型槽、四个与工作台连接的U型槽和沿X、Y方向两条燕尾槽等基本特征，其中L型槽内形成内侧L型定型面和外侧三段非连续L型定型面，即分别为定型面A和定型面B，用于实现与L型定型块6精准贴合。底座1通过U型槽安装螺栓固定在工作台上。
L型定型块6为一具有L形且高出底座1的可活动零件，形成内外两个L型定型面；内外两个L型定型面可分别与定型面A、B精准贴合。L型定型块6平置于底座1L型槽内，通过位移控制系统实现在L型槽内沿X、Y方向自由移动。
位移控制系统分为X向位移控制系统和Y向位移控制系统，二者结构相同；X向位移控制系统包括手柄A2、螺杆A3、螺杆座A4、滑台A5；滑台A5通过底座1的燕尾槽与底座1连接并与螺杆A3一端连接，螺杆座A4通过螺钉固接在底座1上，螺杆A3穿过螺杆座A4孔内的可更换铜套与螺杆座A4连接，手柄A2与螺杆A3另一端连接。通过手柄A2的转动，实现滑台A5沿X方向自由移动，从而精确控制L型定型块6的移动。
测量系统包括X向测量系统和Y向测量系统，二者结构相同；X向测量系统包括百分表夹具A7、百分指示表A8；百分指示表A8通过百分表夹具7与螺钉固定在底座1上；百分指示表A8依靠接触产生指针偏转，实现X方向位移读数。
如图1、图2所示，上述L型复合材料构件铺放成型模具的操作方法，包括如下步骤：
一种L型复合材料构件铺放成型模具的操作方法，步骤如下：
第一步，操作前期准备
(1)将活动的L型定型块6置入底座1L型槽槽内贴近定型面B，调整L型定型块6保证其与定型面B精准贴合；
(2)将待固化成型的L型复合材料构件15放入底座1L型槽内与定型面A贴合；转动手柄A2使螺杆A3推动滑台A5沿X方向做直线位移，使L型定型块6沿X向移动至与待固化成型L型复合材料构件15即将贴合；转动手柄B14使螺杆B13推动滑台B11沿Y方向做直线位移，使L型定型块6沿Y向移动至与待固化成型L型复合材料构件15即将贴合；安装百分指示表A8和百分指示表B9，将百分指示表A8和百分指示表B9分别调节到与L型定型块6接触，并调节百分指示表A8和百分指示表B9的刻度为零；
(3)根据待固化成型L型复合材料构件15设计厚度tx和ty计算X向和Y向待调节量：使用游标卡尺分别测量此时底座1L型槽内定型面A与L型定型块6的距离Tx和Ty并记录数据；计算X向待调节量Δtx＝Tx-tx，Y向待调节量Δty＝Ty-ty；
第二步，调节X、Y向位移控制系统实现待固化成型L型复合材料构件15厚度精确稳定
继续转动手柄A2使螺杆A3推动滑台A5沿X方向做直线位移，使L型定型块6沿X方向移动至百分指示表A8刻度显示为Δtx；转动手柄B14使螺杆B13推动滑台B11沿Y方向做直线位移，使L型定型块6沿Y方向移动至百分指示表B9刻度显示为Δty；
第三步，L型复合材料构件固化成型
将百分指示表A8和百分指示表B9从底座1上拆卸，将调节好的整个模具从工作台取下，置入真空袋中密封并抽真空，待检测无漏气现象，放入高温烤箱中，设定固化时间、压力和温度，待固化成型后取出模具，反向松开手柄A2和手柄B14，取出L型复合材料构件，检测验证与设计厚度是否一致。
进一步改变Tx、Ty与Δtx、Δty的值，实现对不同厚度L型复合材料构件的两个方向可控厚度固化成型。

Claims (4)

1.一种L型复合材料构件铺放成型模具，其特征在于，该L型复合材料构件铺放成型模具包括底座(1)、L型定型块(6)、位移控制系统和测量系统，位移控制系统和测量系统沿X方向和Y方向具有相同结构，实现L型定型块(6)沿X、Y方向精确移动；
底座(1)上设有L型槽、四个与工作台连接的U型槽和沿X、Y方向两条燕尾槽，L型槽内形成内侧L型定型面和外侧三段非连续L型定型面，即分别为定型面A和定型面B，用于实现与L型定型块(6)精准贴合；底座(1)通过U型槽安装螺栓固定在工作台上；
L型定型块(6)为L形、厚度高于底座(1)上L型槽的可活动块体，形成内外两个L型定型面；内外两个L型定型面分别与底座(1)的定型面A和定型面B精准贴合；L型定型块(6)平置于底座(1)的L型槽内，通过位移控制系统实现在L型槽内沿X、Y方向自由移动；
位移控制系统分为X向位移控制系统和Y向位移控制系统，二者结构相同；X向位移控制系统包括手柄A(2)、螺杆A(3)、螺杆座A(4)和滑台A(5)；滑台A(5)通过底座(1)的燕尾槽与底座(1)连接，并与螺杆(3)一端连接；螺杆座A(4)通过螺钉固接在底座(1)上，螺杆A(3)穿过螺杆座A(4)孔内的可更换铜套与螺杆座A(4)连接，手柄A(2)与螺杆A(3)另一端连接；通过手柄A(2)的转动，实现滑台A(5)沿X方向自由移动，从而精确控制L型定型块的移动；
测量系统包括X向测量系统和Y向测量系统，二者结构相同；X向测量系统包括百分指示表A(8)和百分表夹具A(7)；百分指示表A(8)通过百分表夹具(7)与螺钉固定在底座(1)上；百分指示表A(8)依靠接触产生指针偏转，实现X方向位移读数。
2.根据权利要求1所述的L型复合材料构件铺放成型模具，其特征在于，所述的螺杆A(3)和螺杆B(13)均为具有反向锁止功能的精密梯形螺纹杆。
3.权利要求1或2所述的L型复合材料构件铺放成型模具的操作方法，其特征在于，步骤如下：
第一步，操作前期准备
1)将活动的L型定型块(6)置入底座(1)L型槽槽内贴近定型面B，调整L型定型块(6)保证其与定型面B精准贴合；
2)将待固化成型的L型复合材料构件(15)放入底座1L型槽内与定型面A贴合；转动手柄A(2)使螺杆A(3)推动滑台A(5)沿X方向做直线位移，使L型定型块(6)沿X向移动至与待固化成型L型复合材料构件(15)即将贴合；转动手柄B(14)使螺杆B(13)推动滑台B(11)沿Y方向做直线位移，使L型定型块(6)沿Y向移动至与待固化成型L型复合材料构件(15)即将贴合；安装百分指示表A(8)和百分指示表B(9)，将百分指示表A(8)和百分指示表B(9)分别调节到与L型定型块(6)接触，并调节百分指示表A(8)和百分指示表B(9)的刻度为零；
3)根据待固化成型L型复合材料构件(15)设计厚度tx和ty计算X向和Y向待调节量：使用游标卡尺分别测量此时底座(1)L型槽内定型面A与L型定型块(6)的距离Tx和Ty并记录数据；计算X向待调节量Δtx＝Tx-tx，Y向待调节量Δty＝Ty-ty；
第二步，调节X、Y向位移控制系统实现待固化成型L型复合材料构件(15)厚度精确稳定
继续转动手柄A(2)使螺杆A(3)推动滑台A(5)沿X方向做直线位移，使L型定型块(6)沿X方向移动至百分指示表A(8)刻度显示为Δtx；转动手柄B(14)使螺杆B(13)推动滑台B(11)沿Y方向做直线位移，使L型定型块(6)沿Y方向移动至百分指示表B(9)刻度显示为Δty；
第三步，L型复合材料构件固化成型
将百分指示表A(8)和百分指示表B(9)从底座(1)上拆卸，将调节好的整个模具从工作台取下，置入真空袋中密封并抽真空，待检测无漏气现象，放入高温烤箱中，设定固化时间、压力和温度，待固化成型后取出模具，反向松开手柄A(2)和手柄B(14)，取出L型复合材料构件，检测验证与设计厚度是否一致。
4.根据权利要求3所述的操作方法，其特征在于，改变Tx、Ty与Δtx、Δty的值，实现对不同厚度L型复合材料构件的两个方向可控厚度固化成型。
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