CN109130247B - 航空复材c型盒体零件成型方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种航空复材C型盒体零件成型方法，采用硬质外模、硬质芯模，在硬质芯模的下表面上铺贴预浸料，然后扣入硬质外模内，再采用真空袋将前述的整体套装在内进行封闭，而后在高温高压下使预浸料固化制成C型盒体零件；固化前，硬质芯模的下表面与硬质外模的内表面之间的间隙Δ＝L×(β－α)×X+δ，其中，L为C型盒体零件基本尺寸，α为固化温度下硬质外模的膨胀率，β为固化温度下硬质芯模的膨胀率，X为补偿系数0.5，δ为C型盒体零件固化后厚度，以铺贴的所述预浸料的厚度形成所述间隙。本发明制得的C型盒体零件外形完全符合数模理论外形，尺寸精确、厚度均匀，表面光滑平整，避免了硬质外模、软膜芯模成型所产生的缺陷。
Description
技术领域
本发明涉及一种航空复材零件的成型方法，特别是C型盒体零件的成型方法。
背景技术
航空复合材料C型盒体零件(如附图1所示)的制造主要采用硬质外模、软膜芯模进行成型的方法，其中软膜芯模的类别有气囊芯模、橡胶芯模、真空袋。
以气囊芯模作为软膜芯模的成型方法，是先在硬质外模上铺贴预浸料，放置气囊芯模，预浸料在高温高压下实现从湿料状态向干料状态的固化转变，从而形成C型盒体零件。此方法的不足之处有：1、由于零件的内表面接触的气囊芯模是橡胶材质，橡胶面属于软接触，而预浸料的增强体是纤维编织一层，软接触加压会导致固化后的零件表面呈现纤维编织纹路，因此制得的零件内表面不平，后续装配操作会产生装配间隙，同时其厚度均匀性较差；2、气囊芯模需要通过先做的假件翻制而成，同时气囊芯模是橡胶材质，使用寿命较短，其制造成本高、制造周期长，还不耐用。
以橡胶芯模作为软膜芯模的成型方法，成型过程与以气囊芯模作为软膜芯模的成型方法相同，不同的是气囊芯模是通过外压传递进行零件加压，橡胶芯模是通过橡胶本身的膨胀性能进行零件加压。此方法的不足之处有：1、制得的零件内表面不平，后续装配操作会产生装配间隙，同时其厚度均匀性较差，原因与以气囊芯模作为软膜芯模的成型方法相同；2、橡胶芯模需要通过先做的橡胶浇注模翻制而成，同时橡胶芯模是橡胶材质，使用寿命较短，其制造成本高、制造周期长，还不耐用。
以真空袋作为软膜芯模的成型方法，成型过程与以气囊芯模作为软膜芯模的成型方法相同。此方法的不足之处有：由于零件的内表面与真空袋的接触属于软接触，而预浸料的增强体是纤维编织一层，软接触加压会导致固化后的零件表面呈现纤维编织纹路，同时真空袋的褶皱会引起预浸料料层在固化时形成褶皱，因此制得的制得的零件内表面有褶皱，后续装配操作无法进行，同时其厚度均匀性较差。
发明内容
发明目的：针对上述问题，本发明的目的是提供一种航空复材C型盒体零件的成型方法，使得到的零件具有良好的表面质量。
技术方案：一种航空复材C型盒体零件成型方法，采用硬质外模、硬质芯模，在硬质芯模的下表面上铺贴预浸料，然后扣入硬质外模内，再采用真空袋将前述的整体套装在内进行封闭，而后在高温高压下使预浸料固化制成C型盒体零件；
固化前，硬质芯模的下表面与硬质外模的内表面之间的间隙Δ＝L×(β－α)×X+δ，其中，L为C型盒体零件基本尺寸，α为固化温度下硬质外模的膨胀率，β为固化温度下硬质芯模的膨胀率，X为补偿系数0.5，δ为C型盒体零件固化后厚度，以铺贴的所述预浸料的厚度形成所述间隙。
最佳的，硬质外模的材质为钢、硬质芯模的材质为铝，固化温度为180℃，L为0.1m，α为1.92mm，β为3.68mm，X为0.5，δ为1.4mm，制得的C型盒体零件孔隙率不超过1％，厚度均匀性不超过±5％。
最佳的，硬质外模的材质为钢、硬质芯模的材质为铝，固化温度为180℃，L为0.5m，α为1.92mm，β为3.68mm，X为0.5，δ为4.4mm，制得的C型盒体零件孔隙率不超过1％，厚度均匀性不超过±5％。
最佳的，硬质外模的材质为钢、硬质芯模的材质为铝，固化温度为180℃，L为0.18m，α为1.92mm，β为3.68mm，X为0.5，δ为1.58mm，制得的C型盒体零件孔隙率不超过1％，厚度均匀性不超过±5％。
最佳的，硬质外模的材质为碳纤维、硬质芯模的材质为铝，固化温度为180℃，L为0.1m，α为0.11mm，β为3.68mm，X为0.5，δ为1.4mm，制得的C型盒体零件孔隙率不超过1％，厚度均匀性不超过±5％。
最佳的，硬质外模的材质为殷钢、硬质芯模的材质为铝，固化温度为180℃，L为0.21m，α为0.24mm，β为3.68mm，X为0.5，δ为2.7mm，制得的C型盒体零件孔隙率不超过1％，厚度均匀性不超过±5％。
最佳的，硬质外模的材质为殷钢、硬质芯模的材质为铝，固化温度为180℃，L为0.32m，α为0.24mm，β为3.68mm，X为0.5，δ为3.2mm，制得的C型盒体零件孔隙率不超过1％，厚度均匀性不超过±5％。
有益效果：与现有技术相比，本发明的优点是：制得的C型盒体零件外形完全符合数模理论外形，尺寸精确、厚度均匀，表面光滑平整，均为贴膜面的光滑表面质量，消除了假件、橡胶浇注模等过渡工装发生的成本，避免了硬质外模、软膜芯模成型所产生的缺陷。
附图说明
图1为C型盒体零件结构示意图；
图2为本发明成型示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。
实施例1
一种航空复材C型盒体零件成型方法，如附图2所示，采用硬质外模1、硬质芯模2，在硬质芯模的下表面上铺贴预浸料3，然后扣入硬质外模内，再采用真空袋4将前述的整体套装在内进行封闭，而后在高温高压下使预浸料固化制成C型盒体零件。
固化前，硬质芯模的下表面与硬质外模的内表面之间的间隙Δ＝L×(β－α)×X+δ，硬质外模的材质为钢、硬质芯模的材质为铝，固化温度为180℃，L为C型盒体零件基本尺寸，L＝0.1m，δ为C型盒体零件固化后厚度，δ＝1.4mm，α为固化温度下硬质外模的膨胀率，α＝1.92mm，β为固化温度下硬质芯模的膨胀率，β＝3.68mm，X为补偿系数0.5。计算得Δ＝1.488mm≈1.5mm，即将间隙控制在1.5mm，以铺贴的预浸料的厚度形成该间隙。制得的C型盒体零件孔隙率不超过1％，厚度均匀性不超过±5％，表面平滑无胶棱。
本发明原理基于：复合材料零件在固化前的预浸料原材料厚度比固化后的成型零件厚度要厚，在同一温度下，硬质外模、硬质芯模的材料不同则膨胀率不同。为此，应用热胀冷缩原理，采用不同膨胀率的材料作为硬质外模、硬质芯模，通过合理设计硬质芯模的下表面与硬质外模的内表面之间的间隙，通过在高温高压环境下的膨胀进行对零件加压固化。
预浸料在高温高压下固化时，如附图2所示，空心箭头指依靠硬质芯模膨胀实现对零件左右两个侧边加压，实心箭头指依靠热压罐等固化环境压力实现对零件底面加压，固化后的零件轻松脱模，硬质芯模的特性实现零件表面平整，硬质芯模的膨胀率均一性实现对零件厚度的均匀性控制。
实施例2
与实施例1基本相同，区别在于：硬质外模的材质为钢、硬质芯模的材质为铝，固化温度为180℃，L为C型盒体零件基本尺寸，L＝0.5m，δ为C型盒体零件固化后厚度，δ＝4.4mm，α为固化温度下硬质外模的膨胀率，α＝1.92mm，β为固化温度下硬质芯模的膨胀率，β＝3.68mm，X为补偿系数0.5。计算得Δ＝4.84mm≈4.8mm，即将间隙控制在4.8mm，以铺贴的预浸料的厚度形成该间隙。制得的C型盒体零件孔隙率不超过1％，厚度均匀性不超过±5％，表面平滑无胶棱。
实施例3
与实施例1基本相同，区别在于：硬质外模的材质为钢、硬质芯模的材质为铝，固化温度为180℃，L为C型盒体零件基本尺寸，L＝0.18m，δ为C型盒体零件固化后厚度，δ＝1.58mm，α为固化温度下硬质外模的膨胀率，α＝1.92mm，β为固化温度下硬质芯模的膨胀率，β＝3.68mm，X为补偿系数0.5。计算得Δ＝1.7384mm≈1.7mm，即将间隙控制在1.7mm，以铺贴的预浸料的厚度形成该间隙。制得的C型盒体零件孔隙率不超过1％，厚度均匀性不超过±5％。
实施例4
与实施例1基本相同，区别在于：硬质外模的材质为碳纤维、硬质芯模的材质为铝，固化温度为180℃，L为C型盒体零件基本尺寸，L＝0.1m，δ为C型盒体零件固化后厚度，δ＝1.4mm，α为固化温度下硬质外模的膨胀率，α＝0.11mm，β为固化温度下硬质芯模的膨胀率，β＝3.68mm，X为补偿系数0.5。计算得Δ＝1.5785mm≈1.6mm，即将间隙控制在1.6mm，以铺贴的预浸料的厚度形成该间隙。制得的C型盒体零件孔隙率不超过1％，厚度均匀性不超过±5％。
实施例5
与实施例1基本相同，区别在于：硬质外模的材质为殷钢、硬质芯模的材质为铝，固化温度为180℃，L为C型盒体零件基本尺寸，L＝0.21m，δ为C型盒体零件固化后厚度，δ＝2.7mm，α为固化温度下硬质外模的膨胀率，α＝0.24mm，β为固化温度下硬质芯模的膨胀率，β＝3.68mm，X为补偿系数0.5。计算得Δ＝3.0612mm≈3.06mm，即将间隙控制在3.06mm，以铺贴的预浸料的厚度形成该间隙。制得的C型盒体零件孔隙率不超过1％，厚度均匀性不超过±5％。
实施例6
与实施例1基本相同，区别在于：硬质外模的材质为殷钢、硬质芯模的材质为铝，固化温度为180℃，L为C型盒体零件基本尺寸，L＝0.32m，δ为C型盒体零件固化后厚度，δ＝3.2mm，α为固化温度下硬质外模的膨胀率，α＝0.24mm，β为固化温度下硬质芯模的膨胀率，β＝3.68mm，X为补偿系数0.5。计算得Δ＝3.7504mm≈3.75mm，即将间隙控制在3.75mm，以铺贴的预浸料的厚度形成该间隙。制得的C型盒体零件孔隙率不超过1％，厚度均匀性不超过±5％。
可见，上述各实施例制得的C型盒体零件外形完全符合数模理论外形，尺寸精确、厚度均匀，表面光滑平整，均为贴膜面的光滑表面质量。
Claims (7)
1.一种航空复材C型盒体零件成型方法，其特征在于：采用硬质外模、硬质芯模，在硬质芯模的下表面上铺贴预浸料，然后扣入硬质外模内，再采用真空袋将前述的整体套装在内进行封闭，而后在高温高压下使预浸料固化制成C型盒体零件；
固化前，硬质芯模的下表面与硬质外模的内表面之间的间隙Δ＝L×(β－α)×X+δ，其中，L为C型盒体零件基本尺寸，α为固化温度下硬质外模的膨胀率，β为固化温度下硬质芯模的膨胀率，X为补偿系数0.5，δ为C型盒体零件固化后厚度，以铺贴的所述预浸料的厚度形成所述间隙。
2.根据权利要求1所述的航空复材C型盒体零件成型方法，其特征在于：硬质外模的材质为钢、硬质芯模的材质为铝，固化温度为180℃，L为0.1m，α为1.92mm，β为3.68mm，X为0.5，δ为1.4mm，制得的C型盒体零件孔隙率不超过1％，厚度均匀性不超过±5％。
3.根据权利要求1所述的航空复材C型盒体零件成型方法，其特征在于：硬质外模的材质为钢、硬质芯模的材质为铝，固化温度为180℃，L为0.5m，α为1.92mm，β为3.68mm，X为0.5，δ为4.4mm，制得的C型盒体零件孔隙率不超过1％，厚度均匀性不超过±5％。
4.根据权利要求1所述的航空复材C型盒体零件成型方法，其特征在于：硬质外模的材质为钢、硬质芯模的材质为铝，固化温度为180℃，L为0.18m，α为1.92mm，β为3.68mm，X为0.5，δ为1.58mm，制得的C型盒体零件孔隙率不超过1％，厚度均匀性不超过±5％。
5.根据权利要求1所述的航空复材C型盒体零件成型方法，其特征在于：硬质外模的材质为碳纤维、硬质芯模的材质为铝，固化温度为180℃，L为0.1m，α为0.11mm，β为3.68mm，X为0.5，δ为1.4mm，制得的C型盒体零件孔隙率不超过1％，厚度均匀性不超过±5％。
6.根据权利要求1所述的航空复材C型盒体零件成型方法，其特征在于：硬质外模的材质为殷钢、硬质芯模的材质为铝，固化温度为180℃，L为0.21m，α为0.24mm，β为3.68mm，X为0.5，δ为2.7mm，制得的C型盒体零件孔隙率不超过1％，厚度均匀性不超过±5％。
7.根据权利要求1所述的航空复材C型盒体零件成型方法，其特征在于：硬质外模的材质为殷钢、硬质芯模的材质为铝，固化温度为180℃，L为0.32m，α为0.24mm，β为3.68mm，X为0.5，δ为3.2mm，制得的C型盒体零件孔隙率不超过1％，厚度均匀性不超过±5％。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right |
Denomination of invention: Forming method for C-shaped box parts made of aviation composite materials Effective date of registration: 20230509 Granted publication date: 20210226 Pledgee: Bank of Jiangsu Limited by Share Ltd. Zhenjiang branch Pledgor: FESHER AVIATION COMPONENTS (ZHENJIANG) CO.,LTD. Registration number: Y2023980039985 |
|
| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right | ||
| PC01 | Cancellation of the registration of the contract for pledge of patent right |
Granted publication date: 20210226 Pledgee: Bank of Jiangsu Limited by Share Ltd. Zhenjiang branch Pledgor: FESHER AVIATION COMPONENTS (ZHENJIANG) CO.,LTD. Registration number: Y2023980039985 |