CN107283868A - 一种成型碳纤维复合材料加筋壁板的筋条整体定位方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于复合材料技术领域，涉及一种成型碳纤维复合材料加筋壁板时筋条定位技术的改进。本发明针对使用殷瓦钢材质或碳纤维复合材料的成型模具，采用碳纤维复合材料整体筋条定位板进行定位，利用其与模具材质相近的热膨胀系数的特点，可方便地实现对大型异型复合材料壁板的筋条进行精确定位，同时可降低模具加工的难度，方便筋条成型时的安装组合及真空袋的封装操作，提升复合材料加筋壁板制件的生产质量和效率。

Description

一种成型碳纤维复合材料加筋壁板的筋条整体定位方法
技术领域
本发明属于复合材料技术领域，涉及一种成型碳纤维复合材料加筋壁板时筋条定位技术的改进。
背景技术
复合材料加筋壁板是航空飞行器机身壁板和翼面壁板常用的结构形式，特别是大型机身壁板，型面的曲率变化特别大，其上的筋条也随型面扭曲变化，而筋条的位置精度关系到整个壁板的装配是否干涉，因而控制筋条的位置精度是大尺寸异型复合材料加筋壁板的制造关键技术。但采用先固化成型蒙皮再在蒙皮上胶接已固化或共胶接未固化筋条的工艺路线时，传统的筋条定位方法是在成型蒙皮模具上设计跨越壁板长或宽度尺寸的金属定位块，定位块的两端固定在模具的边缘，筋条紧贴金属定位块进行定位，该方法对于曲度变化大的大型壁板，其金属定位块通常加工困难，并且当筋条的分布密集大时，安装金属定位块的空间很小，操作变得繁琐。为解决以上困难，市面上也出现过采用在模具上架空的金属框架，再通过框架上的定位销定位筋条模具的工艺方法，但在该方法中的框架需架空到蒙皮模具上空一定的高度，因而定位精度较差，同时每根定位销须穿过真空袋膜，封装繁琐，固化时漏气的风险大。
发明内容
本发明的目的：提出一种成型碳纤维复合材料加筋壁板时筋条定位技术的改进，解决大型、异型复合材料壁板筋条的定位工装制备复杂或定位精度不高及定位操作不便的难题。
本发明的技术方案：
成型碳纤维复合材料加筋壁板的筋条整体定位方法的工艺步骤如下：
(1)把已固化的碳纤维复合材料壁板蒙皮精确安放在殷瓦钢材质或碳纤维复合材料材质的蒙皮模具上，再在其上安装碳纤维复合材料整体筋条定位板，定位板的安装通过与模具上的定位桩的配合定位；
(2)在整体筋条定位板的筋条定位空腔内安放胶膜和已固化的筋条(胶接)或未固化的筋条及筋条模具(共胶接)；
(3)把整个制件和定位板都封装进入真空袋，并送入热压罐内固化。
所述的一种碳纤维复合材料整体筋条定位板，其特征在于，该定位板由碳纤维预浸料在模具上一次整体铺贴成型制成。整体筋条定位板具有数量不低于2个，且分别可与蒙皮模具上定位桩配合的定位孔；在每个壁板筋条位置又按筋条形状加工的定位空腔。
所述的一种碳纤维复合材料整体筋条定位板，由碳纤维预浸料在模具上一次整体铺贴成型制成，操作步骤如下：(1)在蒙皮模具上成型与蒙皮同厚度的蒙皮假件；(2)在蒙皮假件上铺贴一层带胶脱模布；(3)用数字设备投影出筋条的位置线后标刻出筋条位置；(4)铺贴预浸料，每层铺贴覆盖至全部蒙皮区域及定位桩；(5)封装真空袋后送入热压罐进行固化成型；(6)脱模后按筋条位置线进行手工铣切，加工出筋条定位空腔。
所述的一种成型复合材料加筋壁板的筋条整体定位方法，其特征在于，所述的筋条的截面形状为T形、J型、工形或者Ω型。
所述的一种成型碳纤维复合材料加筋壁板的筋条整体定位板，其厚度为1～10mm，所述的碳纤维预浸料为单向纤维预浸料或织物预浸料。
本发明的优点：在殷瓦钢或碳纤维复合材料材质的模具上成型碳纤维复合材料加筋壁板，采用本发明有以下优点：
(1)用碳纤维复合材料制备定位板与模具材料热膨胀率相近，因而定位精度高且重复性好；
(2)采用在假蒙皮上直接铺贴成型定位板，无需繁琐的外形机加工，因而制造简单方便；
(3)使用时定位板随形紧贴蒙皮，因而可直接被封装进入真空袋内与制件一同参与加压过程，使真空袋的封装简单高效，操作简单；
(4)整体定位工艺方案特别适合异型壁板的各种位置的筋条定位，适应性强。
附图说明
图1是本发明T型加筋壁板的整体定位方法示意图；
图2是本发明J型加筋壁板的整体定位方法示意图；
图3是本发明工型加筋壁板的整体定位方法示意图；
图4是本发明Ω型加筋壁板的整体定位方法示意图。
具体实施方式：
下面对本发明作出进一步的详细说明，参见附图。一种成型碳纤维复合材料加筋壁板的筋条整体定位方法，使用殷瓦钢材质或碳纤维复合材料的成型模具，蒙皮为已预先固化，再在其上胶接已固化的筋条或者共胶接未固化的筋条，其特征在于，工艺步骤如下：
(1)把已固化的碳纤维复合材料壁板蒙皮4精确安放在蒙皮模具1上，再在其上通过模具上的定位桩2的配合来安装碳纤维复合材料整体筋条定位板3；
(2)在整体筋条定位板的筋条定位空腔内安放胶膜和已固化的筋条5(胶接)或安放胶膜和未固化的筋条5及筋条模具6(共胶接)；
(3)把整个制件和定位板都封装进入真空袋7，并送入热压罐内固化。
所述的一种碳纤维复合材料整体筋条定位板，由碳纤维预浸料在模具上一次整体铺贴成型制成。整体筋条定位板具有数量不低于2个，且分别可与蒙皮模具上定位桩配合的定位孔；在每个壁板筋条位置有按筋条形状加工筋条定位空腔。
所述的一种碳纤维复合材料整体筋条定位板，由碳纤维预浸料在模具上一次整体铺贴成型制成，操作步骤如下：(1)在蒙皮模具上成型与蒙皮同厚度的蒙皮假件；(2)在蒙皮假件上铺贴一层带胶脱模布；(3)用数字设备投影出筋条的位置线后标刻出筋条位置；(4)铺贴预浸料，每层铺贴覆盖至全部蒙皮区域及定位桩；(5)封装真空袋后送入热压罐进行固化成型；(6)脱模后按筋条位置线进行手工铣切加工，加工出筋条定位空腔；(8)筋条整体定位板涂脱模剂或贴脱模布即完成制备。
所述的一种成型复合材料加筋壁板的筋条整体定位方法，其特征在于，所述的筋条的截面形状为T形、J型、工形或者Ω型。
所述的一种成型碳纤维复合材料加筋壁板的筋条整体定位板，其厚度为1～10mm，所述的碳纤维预浸料为单向纤维预浸料或织物预浸料。
具体实施例
实施例1
成型带“J”形筋条的碳纤维复合材料加筋壁板，尺寸壁板尺寸约5mX2m，壁板厚度约3～6mm，壁板呈“V”状双曲面变化，共20多根J形筋条按多排纵横分布，筋条长度不一。采用高温固化ZT7H/5429双马来酰亚胺单向碳纤维预浸料材料成型制造，研制时采用先固化蒙皮再在蒙皮上共胶接湿筋条的工艺路线，共胶接固化的最高成型温度为200℃。使用殷瓦钢成型模具，模具的蒙皮成型区域外设计了8个定位圆柱桩，桩直径为15mm，高出模具型面约15mm。
复合材料筋条定位板制造按以下步骤进行：(1)选用双马来酰亚胺碳纤维织物预浸料3198P/5429作为定位板材料，其玻璃化转变温度Tg为225℃；(2)用高温180℃固化的玻璃布环氧树脂预浸料按蒙皮的厚度计算铺层数量，并在模具上完成假蒙皮的铺贴；(3)在热压罐中固化假蒙皮；(4)已固化的假蒙皮不脱模，全部表面贴一层带不干胶的四氟乙烯脱模布TOOLTEC-CS5；(5)用数字投影仪在假蒙皮的脱模布上投影出筋条位置，并用刀手工刻出筋条位置线；(6)在假蒙皮上铺贴3198P/5429预浸料，16层对称铺层，铺贴区域覆盖全部假蒙皮和定位桩，定位桩位置预浸料剪孔铺平；(7)用热压罐按3198P/5429预浸料的固化工艺参数固化定位板；(8)完成定位板固化后脱模，按定位板上的筋条位置线手工铣切出筋条定位空腔，修配至用激光跟踪仪检验筋条位置合格；(9)用带胶脱模布TOOLTEC-CS5铺贴所有定位板表面后即完成复合材料筋条定位板制造。
成型该纵横“J”形加筋壁板碳纤维复合材料筋条的步骤如下：(1)把已固化的碳纤维复合材料壁板蒙皮精确安放在蒙皮模具上，并用Flashbreaker压敏胶带固定；(2)再在蒙皮模具上以定位桩的配合来安装碳纤维复合材料整体筋条定位板；(3)在整体筋条定位板的每个定位空腔开口内铺放一层J-299双马高温固化胶膜和筋条预浸料毛坯件，并在预浸料毛坯上安装好筋条成型模；(4)把整个制件和定位板都封装进入真空袋后送入热压罐内；(5)按化ZT7H/5429的共胶接固化工艺参数完成固化后出罐；(6)脱出每个筋条的成型模，并脱出定位板，即得到研制的带纵横“J”形筋条的碳纤维复合材料加筋壁板制件。经检验，壁板的所有的筋条位置偏差精度满足设计要求。
实施例2
胶接碳纤维复合材料加筋壁板的“工”形筋条，尺寸壁板尺寸约8mX2m，壁板厚度约3～4mm，壁板呈双曲面变化，共20多根“工”形筋条按多排纵向分布，筋条长度不一。采用高温固化T300/5228A单向碳纤维环氧树脂预浸料材料成型制造，研制时采用采用已固化蒙皮和已固化干筋条进行胶接的工艺路线，胶接固化的最高成型温度为180℃。使用殷瓦钢成型模具，模具的蒙皮成型区域外设计了6个定位圆柱桩，桩直径为25mm，高出模具型面约8mm。
选用双马来酰亚胺碳纤维单向预浸料T700/5429，按照实施例1同样的步骤制造复合材料筋条定位板。该壁板“工”形筋条的胶接步骤如下：(1)把已固化的碳纤维复合材料壁板蒙皮精确安放在蒙皮模具上，并用Flashbreaker压敏胶带固定；(2)再在蒙皮模具上以定位桩定位，安装碳纤维复合材料整体筋条定位板；(3)在整体筋条定位板的每个定位空腔开口内安放一层J-116B环氧树脂高温固化胶膜和已固化的“工”形筋条零件；(4)把整个制件和定位板都封装进入真空袋后送入热压罐内；(5)按J-116B的胶接固化工艺参数完成固化后出罐；(6)出罐后脱出定位板，即得到研制的带“工”形筋条的碳纤维复合材料加筋壁板制件。经检验，壁板的所有的筋条位置偏差精度满足设计要求。

Claims (5)

1.一种成型碳纤维复合材料加筋壁板的筋条整体定位方法，其特征在于，工艺步骤如下：
(1)把已固化的碳纤维复合材料壁板蒙皮精确安放在殷瓦钢材质或碳纤维复合材料材质的蒙皮模具上，再在其上安装碳纤维复合材料整体筋条定位板，定位板的安装通过与模具上的定位桩的配合定位；
(2)在整体筋条定位板的筋条定位空腔内安放胶膜和已固化的筋条或未固化的筋条及筋条模具；
(3)把整个制件和定位板都封装进入真空袋，并送入热压罐内固化。
2.根据权利1所述的一种碳纤维复合材料整体筋条定位板，其特征在于，该定位板由碳纤维预浸料在模具上一次整体铺贴成型制成。整体筋条定位板具有数量不低于2个，且分别可与蒙皮模具上定位桩配合的定位孔；整体筋条定位板具有在壁板每个筋条位置按筋条形状加工的定位空腔。
3.根据权利2所述的一种碳纤维复合材料整体筋条定位板，由碳纤维预浸料在模具上一次整体铺贴成型制成，操作步骤如下：(1)在蒙皮模具上成型与蒙皮同厚度的蒙皮假件；(2)在蒙皮假件上铺贴一层带胶脱模布；(3)用数字设备投影出筋条的位置线后标刻出筋条位置；(4)铺贴预浸料，每层铺贴覆盖至全部蒙皮区域及定位桩；(5)封装真空袋后送入热压罐进行固化成型；(6)脱模后按筋条位置线进行手工铣切，加工出筋条定位空腔。
4.根据权利1所述的一种成型复合材料加筋壁板的筋条整体定位方法，其特征在于，所述的筋条的截面形状为T形、J型、工形或者Ω型。
5.根据权利2所述的一种成型碳纤维复合材料加筋壁板的筋条整体定位板，其厚度为1～10mm，所述的碳纤维预浸料为单向纤维预浸料或织物预浸料。
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