CN106903905A - 一种适用于vari的c型带筋壁板复合材料的成型模具及方法 - Google Patents

一种适用于vari的c型带筋壁板复合材料的成型模具及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种适用于真空辅助成型工艺(VARI)成型C型带筋壁板复合材料的成型模具及方法，本发明的模具结构特征是由底板和芯模组合而成，通过定位孔和圆柱销实现芯模的定位。本发明利用真空辅助VARI工艺制作C型带筋壁板，采用干态纤维织物预制成型，然后通过真空辅助注胶完成C型带筋壁板成型。采用金属组合模具结合真空袋进行复合材料注胶、固化成型的方法，使制造所需的金属模具大大简化，C型带筋壁板的成型工艺简单可行，可用于工厂、科研院所的实验件和小型制件的成型，取得了模具制作成本低、操作简单方便等有益效果。

Description

一种适用于VARI的C型带筋壁板复合材料的成型模具及方法
技术领域
本发明属于真空辅助成型(VARI)技术领域，涉及一种适用于VARI的C型带筋壁板复合材料的成型模具及方法。
背景技术
航空航天领域对结构减重、轻量化的要求越来越高，运用比重小、比强度和比模量大以及结构、性能可设计性的复合材料和减少零件及紧固件数目是目前的主要解决办法。运用复合材料整体成型技术制备满足结构轻量化要求的整体结构件是目前的发展趋势。真空辅助成型工艺(Vacuum Assisted Resin Infusion，简称VARI)是一种新型的低成本的复合材料大型制件的成型技术，它是在单面刚性模具上以柔性真空袋包覆、密封纤维增强材料，然后在真空负压下排除模腔中的气体，利用树脂的流动，渗透实现对纤维及其织物的浸润，并在室温或加热条件下固化成型的一种工艺方法。
C型带筋壁板是工程实际应用中的典型承力结构件，具有重要的理论研究意义和工程实际应用价值，而复合材料VARI成型技术又是近年来的一个研究热点，然而目前还没有采用VARI工艺成型C型带筋壁板的相关专利公开，为此，本发明提供了一种适用于VARI的C型带筋壁板复合材料的成型模具及方法，适用于工厂、科研院所的实验件和小型制件的成型。
之前申请的“适用于RTM的T型带筋壁板复合材料的成型模具及成型方法”(申请号：201610202404.8)的专利，它主要提供了一种成型等截面的T型带筋壁板的成型模具及方法，而对于C型带筋壁板属于变截面结构，大大增加了成型的难度，而且它们所用的成型芯模也完全不同。其次，对于VARI或者RTM液态成形技术来说，成型复合材料结构件时，树脂的流动行为是决定制件成型成功的关键，而注冒口位置对树脂流动行为有很大的影响，因此，在用液态成形技术成型复合材料制件时要根据成型件的结构特征，合理设置注冒口的位置。本次申请的专利主要提供了一种成型航空典型复合材料结构件-C型带筋壁板的成型模具及方法。在成型模具和方法上有别于之前申请的专利。
发明内容
为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种适用于VARI的C型带筋壁板复合材料的成型模具及方法，实现实验件和小型制件的成型。
本发明的技术方案是：一种适用于VARI的C型带筋壁板复合材料的成型模具包括底板1和芯摸2；所述芯摸2横截面为楔型结构，底板1上设有盲孔，楔型结构底部通过定位销固定在底板1上。
本发明进一步的技术方案是：一种基于VARI的C型带筋壁板复合材料的成型模具的成型方法，包括如下步骤：
步骤1：用丙酮清洗模具表面并晾干，在模具表面涂一层脱模剂；根据预制件的
尺寸进行纤维裁剪；
步骤2：将n层纤维织物铺设在底板上，作为壁板预成型体；在芯模的三个成型面上包覆n层纤维后将芯模置于底板的n层纤维上，作为C型预成型体；将圆柱销插入底板和芯模的定位孔进行定位；铺层时，每层纤维织物均喷涂定型剂；所述纤维织物层数的计算公式为其中：a为制件设计厚度；ρr为成型时需要灌注树脂的密度；ρf为纤维的密度；Wf为纤维的单位面积质量；Vf为纤维体积分数；Vr为成型时需要灌注树脂的体积分数；当计算出的纤维层数不是整数时，取大于此数的最小整数；
步骤3：在C型带筋壁板预成型体外表面上依次围绕一圈铺上脱模布和导流网，将真空袋铺放在模具上，用密封胶条对模具四周进行密封，在注口和冒口处分别接上导流管，注口和其中一个冒口位于壁板预成型体边缘，另外一个冒口位于筋条顶端；用夹子夹住注口导流管，在冒口处接上真空泵，对真空袋内进行0.09～0.095MPa抽真空处理并检查气密性；
步骤4：采用5105环氧树脂和5016固化剂，按照树脂与固化剂100:30的质量比例配树脂混合剂，搅拌均匀，放入真空罐中进行15min除气操作；取下注口导流管上的夹子，将导流管浸入除气后的混合剂中，开始充模，冒口处的真空泵继续抽真空，直到纤维织物完全浸润冒口处有树脂流出时，关闭真空泵，用夹子夹住冒口处的导流管，再持续充模2～3min，然后停止充模，用夹子夹住注口导流管；在室温下固化22～24小时，然后将其放入80℃烘箱中固化6小时；固化完成后，待模具自然冷却，然后进行脱模，取出C型带筋壁板。
有益效果
本发明利用真空辅助VARI工艺制作C型带筋壁板，采用干态纤维织物预制成型，然后通过真空辅助注胶完成C型带筋壁板成型。采用金属组合模具结合真空袋进行复合材料注胶、固化成型的方法，使制造所需的金属模具大大简化，C型带筋壁板的成型工艺简单可行，可用于工厂、科研院所的实验件和小型制件的成型，取得了模具制作成本低、操作简单方便等有益效果。
附图说明
图1为底板结构示意图
图2为底板定位孔剖视图
图3为芯模结构示意图
图4为C型件的成型模具图
图5为C型件纤维预成型体的铺放截面图
图6是C型件的VARI工艺成型流程图
附图标记说明：1—底板模具；2—芯模；3—2×Φ8定位圆柱销4—注口位置；5—冒口位置芯模6—壁板预成型体
具体实施方式
现结合实施例、附图对本发明作进一步描述：
1、参见图1-图6，，考虑到C型带筋板件的形状、尺寸，以及采用的真空辅助VARI工艺中纤维的铺放、脱模、定位以及密封等工艺要求。同时考虑到制件脱模的方便，将模具设计为组合式模具，由底板1和芯模2组成。C型件的位置精度由定位销3来决定，而其垂直度以及圆角都由芯模来保障。将模具的密封结构进行简化为平面，实际成型时用密封胶将真空袋与模具进行粘合在一起进行密封。一种适用于VARI的C型带筋壁板复合材料的成型模具，包括底板和芯模，所述芯模的横截面为楔型结构，在底板和芯模的对应位置设有定位孔，定位孔以圆柱销进行定位。
一种适用于VARI的C型带筋壁板复合材料的成型方法，其特征在于该方法的操作步骤如下：
步骤1用丙酮清洗模具表面并晾干，在模具表面涂一层脱模剂；根据预制件的尺寸进行纤维裁剪，在裁剪过程中应避免纤维织物变形、松散。
步骤2将n层纤维铺设在底板上，作为壁板预成型体，在芯模成型面上包覆n层纤维，然后将芯模置于底板的n层纤维上(纤维预成型体铺层方式如图4所示)，将圆柱销插入底板和芯模的定位孔进行定位；在铺层时，每层纤维织物都均匀喷涂定型剂；所述n层纤维的计算为其中：a为制件设计厚度；ρr为成型时需要灌注树脂的密度；ρf为纤维的密度；Wf为纤维的单位面积质量；Vf为纤维体积分数；Vr为成型时需要灌注树脂的体积分数；当计算出的纤维层数不是整数时，取大于此数的最小整数；
步骤3在预成型体表面上先铺上脱模布、脱模布上铺上导流网，然后将真空袋铺放在模具上，用密封胶条对模具四周进行密封，在注口和冒口处(见图4)分别接上导流管；用夹子夹住注口导流管，在冒口处接上真空泵，对真空袋内进行0.09～0.095MPa抽真空处理并检查气密性。
步骤4本专利采用的是5105环氧树脂和5016固化剂，按照树脂与固化剂100:30的质量比例配树脂混合剂，然后搅拌均匀，放入真空罐中进行15min除气操作；取下注口导流管上的夹子，将导流管浸入除气后的混合剂中，开始充模，冒口处的真空泵继续抽真空，直到纤维织物完全浸润冒口处有树脂流出时，关闭真空泵，用夹子夹住冒口处的导流管，再持续充模2～3min，然后停止充模，用夹子夹住注口导流管；在室温下固化22～24小时，然后将其放入80℃烘箱中固化6小时；固化完成后，待模具自然冷却，然后进行脱模，取出C型件。模具设计为组合式模具，芯模定位采用定位孔、圆柱销进行定位。C型带筋板的位置精度由定位孔来决定，而其垂直度以及圆角都由芯模来决定。将模具的密封结构进行简化，芯模具表面由纤维包裹，成型时用密封胶将真空袋与底板模具粘合在一起进行密封。在铺层时，每层纤维织物都均匀喷涂少量定型剂，以防纤维织物的滑移变形。在预成型体上表面分别铺上脱模布、导流网，加快树脂的流动和对预成型体的浸润，提高充模效率。采用金属组合模具结合真空袋进行复合材料注胶、固化成型。利用真空泵实现充模过程中树脂灌注。壁板和筋条采用一次整体成型，实现实验件和小型制件的成型。
在设计用于制造C型带筋板件的模具过程中，考虑到C型带筋板件的形状、尺寸，以及采用的VARI工艺中纤维的铺放、脱模、定位以及密封等工艺要求。同时考虑到制件脱模的方便，将模具设计为组合式模具，由底板和芯模组成。C型件的位置精度由定位孔和圆柱销配合来决定，底板上孔的深度为6-8mm；C型件的垂直度以及圆角都由芯模来决定。将模具的密封结构进行简化，芯模具表面由纤维包裹，，实际成型时用密封胶将真空袋与底板模具粘合在一起进行密封。

Claims (2)

1.一种适用于VARI的C型带筋壁板复合材料的成型模具，其特征在于，包括底板(1)和芯摸(2)；所述芯摸(2)横截面为楔型结构，底板(1)上设有盲孔，楔型结构底部通过定位销固定在底板(1)上。
2.一种如权利要求1所述模具的成型方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1：用丙酮清洗模具表面并晾干，在模具表面涂一层脱模剂；根据预制件的尺寸进行纤维裁剪；
步骤2：将n层纤维织物铺设在底板上，作为壁板预成型体；在芯模的三个成型面上包覆n层纤维后将芯模置于底板的n层纤维上，作为C型预成型体；将圆柱销插入底板和芯模的定位孔进行定位；铺层时，每层纤维织物均喷涂定型剂；所述纤维织物层数的计算公式为其中：a为制件设计厚度；ρr为成型时需要灌注树脂的密度；ρf为纤维的密度；Wf为纤维的单位面积质量；Vf为纤维体积分数；Vr为成型时需要灌注树脂的体积分数；当计算出的纤维层数不是整数时，取大于此数的最小整数；
步骤3：在C型带筋壁板预成型体外表面上依次围绕一圈铺上脱模布和导流网，将真空袋铺放在模具上，用密封胶条对模具四周进行密封，在注口和冒口处分别接上导流管；用夹子夹住注口导流管，在冒口处接上真空泵，对真空袋内进行0.09～0.095MPa抽真空处理并检查气密性；
步骤4：采用5105环氧树脂和5016固化剂，按照树脂与固化剂100:30的质量比例配树脂混合剂，搅拌均匀，放入真空罐中进行15min除气操作；取下注口导流管上的夹子，将导流管浸入除气后的混合剂中，开始充模，冒口处的真空泵继续抽真空，直到纤维织物完全浸润冒口处有树脂流出时，关闭真空泵，用夹子夹住冒口处的导流管，再持续充模2～3min，然后停止充模，用夹子夹住注口导流管；在室温下固化22～24小时，然后将其放入80℃烘箱中固化6小时；固化完成后，待模具自然冷却，然后进行脱模，取出C型带筋壁板。
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