CN108582813A - 一种翼梁模具及翼梁预成型方法和制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种翼梁模具，包括：模具本体(1)，形成为上方开口的长条形；成型凸台(2)，形成为沿模具本体(1)长度方向延伸的凸台，两条模腔沟槽(3)，分别形成在成型凸台(2)与模具本体(1)的两条长边之间的空间内；多个真空通道(4)，形成在模腔沟槽(3)的底部，沿模具本体(1)的长度方向分布，且与一抽真空装置连通。本翼梁模具通过成型凸台以及多个真空通道等结构的组合设计，解决了传统模具对应固定单一的铺贴工艺模式，实现了既满足手工铺贴工艺，又能满足自动铺带加热隔膜成型，且可在无专用的隔膜成型设备的情况下，借助热压罐或烘箱实现隔膜成型的效果、提高了实用性和通用兼容性的技术效果。
Description
技术领域
本发明涉及模具设计，属于机械装置及运输技术领域，特别是航空设备领域，尤其涉及一种翼梁模具及翼梁预成型方法和制备方法。
背景技术
现阶段国际上有三种主流飞机复合材料翼梁制备工艺：手工铺贴、自动铺带加热隔膜成型以及自动铺丝。手工铺贴：通常需根据结构形式设计相应的翼梁模具，满足手工铺贴要求；自动铺带加热隔膜成型：通常需设计自动铺带平板工装和翼梁成型模具，也需购置专用自动铺带和隔膜成型设备。
对于上述两类不同的制备工艺，当使用自动铺带加热隔膜成型工艺时需采购专用设备，设计多套独立的成型模具，此时对于设备和工装的依赖性较大，鉴于此类情况下翼梁模具通常不具备兼容性，且制造工艺的不稳定性经常会导致工装重复设计，进而导致制备成本的提高。
现有翼梁模具设计技术均基于确定的工艺及购置专用设备后进行，通用性和兼容性较差，对于专用设备的依赖性较大，通常会提高零件结构验证和制造的成本。
发明内容
本发明的目的是提供一种翼梁模具及翼梁预成型方法和制备方法，通过设置成型凸台和多个真空通道，解决了传统模具只能对应固定单一的铺贴工艺的技术问题，使得本发明的翼梁模具可兼顾手工铺贴与隔膜成型工艺对于模具设计的要求，实现了通过真空技术快速吸附成型的技术效果，可在无专用的隔膜成型设备的情况下，借助固化设备实现隔膜成型的效果；通过在真空通道上方设置盖板，盖板上设置微孔，解决了因真空通道的局部区域吸力过大而导致隔膜破损问题。
为解决上述问题，本发明的第一方面提供了一种翼梁模具，包括：模具本体，形成为上方开口的长条形；成型凸台，位于所述模具本体中部，形成为沿所述模具本体长度方向延伸的凸台，所述成型凸台与模具本体的上表面在同一高度平面上；两条模腔沟槽，分别形成在所述成型凸台与所述模具本体的两条长边之间的空间内；多个真空通道，形成在模腔沟槽的底部，沿所述模具本体的长度方向分布，且与一抽真空装置连通。
进一步的，所述多个真空通道沿深度方向贯穿所述模腔沟槽的底部，且沿所述模具本体的长度方向呈阵列分布。
进一步的，还包括：两个盖板，分别位于所述两条模腔沟槽内，沿所述模具本体的长度方向延伸，且盖设在所述多个真空通道上方；每个所述盖板上设置有多个微孔。
进一步的，至少一个所述模腔沟槽的底部分布有所述多个真空通道的位置设置有凹槽；所述盖板位于所述凹槽内。
进一步的，所述真空通道通过真空嘴与一抽真空装置连接。
进一步的，所述成型凸台的形状和尺寸与所需制造的翼梁的形状和尺寸相匹配。
进一步的，所述成型凸台的截面形状呈梯形，或带倒角或圆角的梯形。
根据本发明的另一方面，提供了一种翼梁预成型方法，包括：在成型凸台的表面喷涂脱模剂或铺覆一层隔离膜；根据所述成型凸台的形状，将多层预浸料逐层铺覆在涂有脱模剂的所述成型凸台上，或铺覆在所述隔离膜上，得到预成型翼梁。
进一步的，一种翼梁预成型方法，包括：将多层预浸料进行逐层铺贴，得到预浸料平板；将所述预浸料平板置于两层隔膜之间，或者置于真空袋中；对所述隔膜或真空袋抽真空，使得所述隔膜或真空袋夹持所述预浸料平板；将所述预浸料平板放置到所述成型凸台上；将所述两层隔膜或真空袋的边缘与所述模具本体的接触处进行密封，使得所述模腔沟槽内形成封闭的空腔；对所述模具本体(1)和所述预浸料平板加热，并对所述模腔沟槽抽真空，使得所述预浸料平板变形并贴合到所述成型凸台的表面，得到预成型翼梁。
本发明的再一方面，提供了一种翼梁制备方法，包括所述翼梁预成型方法，还包括：对所述预成型翼梁进行封装；对封装后的所述预成型翼梁进行固化成型。
本发明提供的一种翼梁模具及翼梁预成型方法和制备方法，具有如下有益的技术效果：
1、本发明提供的翼梁模具具备兼容性，既满足手工铺贴工艺，又能满足自动铺带加热隔膜成型，且可在无专用的隔膜成型设备的情况下，借助固化设备实现隔膜成型的效果、提高了实用性和通用兼容性。
2、本发明提供的翼梁模具结构紧凑、设计科学合理，降低了对于设备和工装的依赖性，从而降低零件结构验证和制造的成本。
3、本发明提供的翼梁模具设计合理，进行复合材料预成型时可以促进预浸料铺层层间滑移，可以有效控制纤维屈曲及褶皱等工艺缺陷。
4、本发明提供的翼梁模具，通过设置真空通道，实现了通过真空技术快速吸附成型的技术效果。
5、本发明提供的翼梁模具，通过在真空通道上方设置盖板，盖板上设置微孔，解决了因真空通道的局部区域吸力过大而导致隔膜破损问题，实现了隔膜带动预浸料平板成型时受力均匀，确保预浸料平板成型质量的技术效果。
6、本发明提供的翼梁预成型方法，通过采用本发明提供的翼梁模具进行铺贴直接得到预成型翼梁，满足根据结构形式设计相应的翼梁模具通过手工铺贴的需求；或者通过先将预浸料铺成预浸料平板再通过本发明提供的翼梁模具进行热隔膜成型得到预成型翼梁，而无需另外购置专用自动铺带和隔膜成型设备。
7、本发明提供的翼梁制备方法，利用本发明提供的翼梁模具和翼梁预成型方法进行预成型得到预成型翼梁，再将预成型翼梁进行固化进而得到成型翼梁，从而具备兼容性和稳定性，满足工装重复设计，进而降低制备成本。
附图说明
图1是本发明实施例一提供的翼梁模具的俯视图；
图2是本发明实施例一提供的翼梁模具的截面结构示意图；
图3是本发明实施例一提供的翼梁模具的结构分解示意图；
图4是本发明实施例一提供的翼梁模具的盖板结构示意图；
图5是本发明实施例一中一个实施方式提供的真空通道与盖板的连接示意图；
图6是本发明实施例一中另一实施方式提供的真空通道与盖板以及真空嘴的连接示意图；
图7是本发明实施二提供的翼梁预成型方法的方法流程图；
图8是本发明实施二提供的翼梁预成型的过程示意图；
图9是本发明实施三提供的翼梁预成型方法的方法流程图；
图10-图11是本发明实施例三提供的翼梁预成型的过程示意图；
图12是本发明实施例四中一个实施方式提供的翼梁制备方法的方法流程图；
图13是本发明实施例四中另一个实施方式提供的翼梁制备方法的方法流程图。
附图标记：
1、模具本体，2、成型凸台，3、模腔沟槽，4、真空通道，5、盖板，6、微孔，7、真空嘴，8、隔膜，9、预浸料平板，10、凹槽。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。
实施例一
图1是本发明实施例一提供的翼梁模具的俯视图。
图2是本发明实施例一提供的翼梁模具的截面结构示意图。
图3是本发明实施例一提供的翼梁模具的结构分解示意图。
请参照图1、图2和图3，本发明实施例一提供一种翼梁模具，包括：模具本体1、成型凸台2、两条模腔沟槽3和多个真空通道4。
模具本体1，形成为上方开口的长条形。
成型凸台2，位于模具本体1中部，形成为沿模具本体1长度方向延伸的凸台，成型凸台2与模具本体1的上表面在同一高度平面上。
两条模腔沟槽3，分别形成在成型凸台2与模具本体1的两条长边之间的空间内。
多个真空通道4，形成在模腔沟槽3的底部，沿模具本体1的长度方向分布，且与一抽真空装置连通。
具体地，模具本体1呈长盒状，使得位于成型凸台2的两侧形成一个往里凹陷的模腔沟槽3，模具本体1四周形成挡边，四个挡边的上表面与成型凸台2台面在同一高度平面上。抽真空装置启动后，通过多个真空通道4真空吸附作用对模腔沟槽3形成负压吸附，使得成型凸台2形成为所需要的翼梁型面用于进行铺贴成型，本发明的翼梁模具在实际使用时，既满足手工铺贴工艺，又能满足自动铺带加热隔膜成型，且可在无专用的隔膜成型设备的情况下，借助固化设备实现隔膜成型的效果、提高了实用性和通用兼容性。其中，固化设备包括但不限于热压罐和烘箱。
图4是本发明实施例一提供的翼梁模具的盖板结构示意图。
图5是本发明实施例一中一个实施方式提供的真空通道与盖板的连接示意图。
如图4、图5所示，在本实施例的一个实施方式中，该翼梁模具还包括；两个盖板5，分别位于两条模腔沟槽3内，沿模具本体1的长度方向延伸，且盖设在多个真空通道4上方；每个盖板5上设置有多个微孔6；盖板5上的若干个微孔6与真空通道4相连通，从而可以进一步分散抽真空时对于模腔沟槽3的真空吸力，达到更加均匀均衡的效果，有利于提高翼梁制作质量，并通过若干个均匀分布的微孔6与模腔沟槽3实现连通，从而确保不会因为真空通道4的局部区域吸力过大而导致隔膜8破损，均匀分布的微孔6可以保证隔膜8带动预浸料平板9成型时受力均匀，确保预浸料平板9成型质量。
图6是本发明实施例一中另一个实施方式提供的真空通道与盖板以及真空嘴的连接示意图。
请参照图6，在本实施例的另一个实施方式中，至少一个模腔沟槽3的底部分布有多个真空通道4的位置设置有凹槽10；盖板6位于凹槽10内，且盖设在多个真空通道4上方。
真空通道4通过真空嘴7与一抽真空装置连接。
真空通道4在模腔沟槽3底部通过真空嘴7与抽真空装置连接，盖板6的下表面与凹槽10的底部贴合，盖板6的上表面与模腔沟槽3的底面在同一平面上；盖板5位于凹槽10内，凹槽10的尺寸与盖板5的尺寸相匹配，这样结构的目的在于添加盖板5后模腔沟槽3的底面保持平整，不会影响预浸料铺层成型，提高翼梁制作质量。
可选的，真空通道4的形状与真空嘴的形状相匹配。
可选的，真空通道4为圆孔，圆孔的直径与真空嘴的直径相匹配。
可选的，多个真空通道4等距离排列。
可选的，多个真空通道4变距离排列。
可选的，每条模腔沟槽3内的真空通道数量至少为两个。
可选的，该翼梁模具还包括；透气毡。透气毡铺设在模腔沟槽3内，当该翼梁模具设置有盖板5时，透气毡铺设在盖板5上，其外形尺寸大于等于盖板5的外形尺寸。当该翼梁模具不设置盖板5时，透气毡直接铺设在多个真空通道4上，或覆盖整个模腔沟槽3，透气毡的外形尺寸以覆盖所有真空通道4为宜。
可选的，透气毡可为整体结构，也可分多块相互搭接使用。
具体地，在盖板5上或真空通道4上铺设一层透气毡，能有效保证成型时抽真空的质量。透气毡的铺设区域需保证覆盖所有真空通道4，透气毡用于热压罐固化/热隔膜成型等工艺中抽真空环节中，能有效保证预浸料成型时抽真空的质量效果。
在本实施例中，成型凸台2的形状和尺寸与所需制造的翼梁的形状和尺寸相匹配。因此，成型凸台2的截面形状根据所制造的翼梁的截面形状确定，根据所需制造的翼梁型面进行设计。
可选的，成型凸台2的截面形状呈梯形，或带倒角或圆角的梯形。
本实施例所提供的翼梁模具，通过设置成型凸台2和多个真空通道4的组合结构设计，解决了传统模具只能对应固定单一的铺贴工艺的技术问题，使得本发明的翼梁模具既满足手工铺贴工艺，又能满足自动铺带加热隔膜成型，且可在无专用的隔膜成型设备的情况下，借助固化设备实现隔膜成型的效果、提高了实用性和通用兼容性。本实施例提供的翼梁模具结构紧凑、设计科学合理，降低了对于设备和工装的依赖性，从而降低零件结构验证和制造的成本。本实施例的翼梁模具设计合理，进行复合材料预成型时可以促进预浸料铺层层间滑移，可以有效控制纤维屈曲及褶皱等工艺缺陷。
在本实施例中，模具本体1、成型凸台2和盖板6的材料包括但不限于Invar钢。
实施例二
图7是本发明实施二提供的翼梁预成型方法的方法流程图。
图8是本发明实施二提供的翼梁预成型的过程示意图。
请参照图7，本发明实施例二提供一种翼梁预成型方法，包括：
S1a，在成型凸台2的表面喷涂脱模剂或铺覆一层隔离膜。
S2a，根据成型凸台2的形状，将多层预浸料逐层铺覆在涂有脱模剂的成型凸台2上，或铺覆在隔离膜上，得到预成型翼梁。
具体地，铺贴过程请参照图8，在翼梁模具的成型凸台2的表面铺覆一层隔离膜或喷涂脱模剂。将若干层复合材料预浸料依次铺覆在涂有脱模剂翼梁模具的成型凸台2上，或铺覆在隔离膜上，按成型凸台2的形状对复合材料预浸料进行逐层铺贴，其中，预浸料是指复合材料预浸料。在铺贴过程中适时使用真空袋打袋进行抽真空，确保预浸料与模具本体1之间贴合紧密，以得预成型翼梁。
通过上述步骤可根据所需特定的结构形式进行相应的人工翼梁模具铺贴设计操作，满足手工铺贴要求。但本发明不以此为限制，也可以根据成型凸台2的形状，使用机器进行自动铺贴得到预成型翼梁。
实施例三
图9是本发明实施三提供的翼梁预成型方法的方法流程图；
图10-图11是本发明实施例三提供的翼梁预成型的过程示意图；
请参照图9，本发明实施例三提供一种翼梁预成型方法，包括：
S1b，将多层预浸料进行逐层铺贴，得到预浸料平板9；
具体地，可通过手工铺贴或自动铺带的方式，对预浸料进行逐层铺贴，得到预浸料平板9。
S2b，将预浸料平板9置于两层隔膜8之间，或者置于真空袋中。
S3b，对隔膜8或真空袋抽真空，使得隔膜8或真空袋夹持预浸料平板9。
S4b，将预浸料平板9放置到成型凸台2上。
具体地，如图10所示，将完成真空袋或双层隔膜工序的预浸料平板9铺贴平放，使其完全覆盖在模具本体1正上方，其正下方为成型凸台2的上表面。
S5b，将两层隔膜8或真空袋的边缘与模具本体1的接触处进行密封，使得模腔沟槽3内形成封闭的空腔。
具体地，隔膜8呈双层分别从预浸料平板9的上表面和下表面紧贴预浸料平板9，两层隔膜8之间使用真空密封胶条粘合，双层隔膜8或真空袋沿模具本体1的横向方向边缘与模具本体1进行密封，模具本体1的四边与隔膜8(或真空袋)接触处也使用真空密封胶条粘合。
S6b，对翼梁模具和预浸料平板9加热，并对模腔沟槽3抽真空，使得预浸料平板9变形并贴合到成型凸台2的表面，得到预成型翼梁。
具体地，对模具本体1和预浸料平板9一起加热，目的是在特定温度下增加复合材料树脂流动性，使预浸料平板9抽真空时易于产生变形，提高成型效率及质量。
请参照图10和图11，抽真空时，抽真空装置依次通过真空嘴7、真空通道4对模腔沟槽3进行抽真空操作，从而带动真空带动隔膜8或真空袋中的预浸料平板9快速形变吸附并贴合到模具凸台的型面上成型。
本发明实施例三通过上述步骤，先将预浸料铺成预浸料平板，再通过本实施例提供的方法进行热隔膜成型得到预成型翼梁，实现了自动铺带加热隔膜成型工艺，无需另外购置专用自动铺带和隔膜成型设备。
实施例四
本发明实施例四提供一种翼梁制备方法，包括实施例二或实施例三中的翼梁预成型方法，还包括：
S7，对预成型翼梁进行封装。
具体地，用真空袋或隔膜8对预成型翼梁进行重新封装，封装边缘应位于真空通道4靠近成型凸台2的一侧，其中，利用隔膜8进行封装时，上下两层隔膜8之间使用真空密封胶条粘合。
S8，对封装后的预成型翼梁进行固化成型。
具体地，将封装后的预成型翼梁置于固化设备进行固化成型，得到符合使用要求的翼梁零件。其中，固化设备包括热压罐、烘箱，但本发明不以此为限制，固化设备也可以为其他设备。
图12是本发明实施例四中一个实施方式提供的翼梁制备方法的方法流程图。
请参照图12，在本实施例的一个实施方式中，该翼梁制备方法包括实施例二中的翼梁预成型方法，其完整步骤如下：
S1a，在成型凸台2的表面喷涂脱模剂或铺覆一层隔离膜。
S2a，根据成型凸台2的形状，将多层预浸料逐层铺覆在涂有脱模剂的成型凸台2上，或铺覆在隔离膜上，得到预成型翼梁。
S7，对预成型翼梁进行封装。
S8，对封装后的预成型翼梁进行固化成型。
图13是本发明实施例四中另一个实施方式提供的翼梁制备方法的方法流程图。
请参照图13，在本实施例中的另一实施方式中，该翼梁制备方法包括实施例三中的翼梁预成型方法，其完整步骤如下：
S1b，将多层预浸料进行逐层铺贴，得到预浸料平板9。
S2b，将预浸料平板9置于两层隔膜8之间，或者置于真空袋中。
S3b，对隔膜8或真空袋抽真空，使得隔膜8或真空袋夹持预浸料平板9。
S4b，将预浸料平板9放置到成型凸台2上。
S5b，将两层隔膜8或真空袋的边缘与模具本体1的接触处进行密封，使得模腔沟槽3内形成封闭的空腔。
S6b，对翼梁模具和预浸料平板9加热，并对模腔沟槽3抽真空，使得预浸料平板9变形并贴合到成型凸台2的表面，得到预成型翼梁。
S7，对预成型翼梁进行封装。
S8，对封装后的预成型翼梁进行固化成型。
在本实施例中，翼梁预成型方法的具体步骤与实施例二或实施例三相同，在此不再赘述。
本发明旨在保护一种翼梁模具及翼梁预成型方法和制备方法，具有如下有益的技术效果：
1、本发明提供的翼梁模具具备兼容性，既满足手工铺贴工艺，又能满足自动铺带加热隔膜成型，且可在无专用的隔膜成型设备的情况下，借助固化设备实现隔膜成型的效果、提高了实用性和通用兼容性。
2、本发明提供的翼梁模具结构紧凑、设计科学合理，降低了对于设备和工装的依赖性，从而降低零件结构验证和制造的成本。
3、本发明提供的翼梁模具设计合理，进行复合材料预成型时可以促进预浸料铺层层间滑移，可以有效控制纤维屈曲及褶皱等工艺缺陷。
4、本发明提供的翼梁模具，通过设置真空通道，实现了通过真空技术快速吸附成型的技术效果。
5、本发明提供的翼梁模具，通过在真空通道上方设置盖板，盖板上设置微孔，解决了因真空通道的局部区域吸力过大而导致隔膜破损问题，实现了隔膜带动预浸料平板成型时受力均匀，确保预浸料平板成型质量的技术效果。
6、本发明提供的翼梁预成型方法，通过采用本发明提供的翼梁模具进行铺贴直接得到预成型翼梁，满足根据结构形式设计相应的翼梁模具通过手工铺贴的需求；或者通过先将预浸料铺成预浸料平板再通过本发明提供的翼梁模具进行热隔膜成型得到预成型翼梁，而无需另外购置专用自动铺带和隔膜成型设备。
7、本发明提供的翼梁制备方法，利用本发明提供的翼梁模具和翼梁预成型方法进行预成型得到预成型翼梁，再将预成型翼梁进行固化进而得到成型翼梁，从而具备兼容性和稳定性，满足工装重复设计，进而降低制备成本。
应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。
Claims (10)
1.一种翼梁模具，包括：
模具本体(1)，形成为上方开口的长条形；
成型凸台(2)，位于所述模具本体(1)中部，形成为沿所述模具本体(1)长度方向延伸的凸台，所述成型凸台(2)与模具本体(1)的上表面在同一高度平面上；
两条模腔沟槽(3)，分别形成在所述成型凸台(2)与所述模具本体(1)的两条长边之间的空间内；
多个真空通道(4)，形成在模腔沟槽(3)的底部，沿所述模具本体(1)的长度方向分布，且与一抽真空装置连通。
2.根据权利要求1所述的翼梁模具，其特征在于，
所述多个真空通道(4)沿深度方向贯穿所述模腔沟槽(3)的底部，且沿所述模具本体(1)的长度方向呈阵列分布。
3.根据权利要求2所述的翼梁模具，其特征在于，还包括：
两个盖板(5)，分别位于所述两条模腔沟槽(3)内，沿所述模具本体(1)的长度方向延伸，且盖设在所述多个真空通道(4)上方；
每个所述盖板(5)上设置有多个微孔(6)。
4.根据权利要求3所述的翼梁模具，其特征在于，
至少一个所述模腔沟槽(3)的底部分布有所述多个真空通道(4)的位置设置有凹槽(10)；
所述盖板(5)位于所述凹槽(10)内。
5.根据权利要求1-3中任意一项所述的翼梁模具，其特征在于，
所述真空通道(4)通过真空嘴(7)与一抽真空装置连接。
6.根据权利要求1所述的翼梁模具，其特征在于，
所述成型凸台(2)的形状和尺寸与所需制造的翼梁的形状和尺寸相匹配。
7.根据权利要求6所述的翼梁模具，其特征在于，
所述成型凸台(2)的截面形状呈梯形。
8.一种翼梁预成型方法，使用权利要求1-7中任意一项所述的翼梁模具，其特征在于，包括：
在成型凸台(2)的表面喷涂脱模剂或铺覆一层隔离膜；
根据所述成型凸台(2)的形状，将多层预浸料逐层铺覆在涂有脱模剂的所述成型凸台(2)上，或铺覆在所述隔离膜上，得到预成型翼梁。
9.一种翼梁预成型方法，使用权利要求1-7中任意一项所述的翼梁模具，其特征在于，包括：
将多层预浸料进行逐层铺贴，得到预浸料平板(9)；
将所述预浸料平板(9)置于两层隔膜(8)之间，或者置于真空袋中；
对所述隔膜(8)或真空袋抽真空，使得所述隔膜(8)或真空袋夹持所述预浸料平板(9)；
将所述预浸料平板(9)放置到所述成型凸台(2)上；
将所述两层隔膜(8)或真空袋的边缘与所述模具本体(1)的接触处进行密封，使得所述模腔沟槽(3)内形成封闭的空腔；
对所述翼梁模具和所述预浸料平板(9)加热，并对所述模腔沟槽(3)抽真空，使得所述预浸料平板(9)变形并贴合到所述成型凸台(2)的表面，得到预成型翼梁。
10.一种翼梁制备方法，其特征在于，包括权利要求8或9所述的翼梁预成型方法，还包括：
对所述预成型翼梁进行封装；
对封装后的所述预成型翼梁进行固化成型。
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