CN109228395B - 一种复合材料机身加强筋的成型方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于树脂基复合材料成型技术领域，涉及一种复合材料机身加强筋的成型方法。本发明在机身加强筋的铺贴过程中，腹板的0度铺层使用自动铺丝工艺的窄带预浸料，后一个0度铺层的拼接缝与前一个0度铺层的拼接缝错开，保证了复合材料机身加强筋的表面质量，减少了预浸料自动下料的工作量，在复合材料机身加强筋成型过程中，取消了常用的软盖板，保证了复合材料机身加强筋的百度和表面质量。本发明提出的复合材料机身加强筋的成型方法，保证了复合材料加强筋的成型质量，简化了成型工艺、缩短了制造周期、降低了制造成本。

Description

一种复合材料机身加强筋的成型方法
技术领域
本发明属于树脂基复合材料成型技术领域，涉及一种复合材料机身加强筋的成型方法。
背景技术
复合材料由于其高比强度、高比模量、可设计性和抗疲劳等一系列特点，在航空领域得到广泛使用。从非承力构件扩展到次承力构件，又从次承力构件扩展到主承力构件。复合材料机身加强筋(包括隔框和角片)是主承力构件，其特点是构件0度铺层方向是圆周方向，不是常规的固定方向，这个特点对复合材料加强筋的厚度均匀性、表面质量和外形公差提出了新的挑战。复合材料机身加强筋的常规成型方法是：加强筋成型工装制造、加强筋工艺假件铺贴固化、工艺假件修形、软盖板铺贴固化和加强筋正式件铺贴固化。常规成型方法制造的复合材料加强筋的厚度和表面质量很难满足设计要求，而且工艺复杂、制造周期长、制造成本高。
本发明的目的是提出一种复合材料机身加强筋的成型方法，保证复合材料加强筋的成型质量(尤其是零件厚度和表面质量)，同时简化成型工艺、缩短制造周期并降低制造成本。
本发明的技术解决方案是：
(1)按照复合材料机身加强筋的制造技术指标设计并制造加强筋成型工装；
(2)按照复合材料机身加强筋的制造技术指标准备预浸料自动下料文件和激光投影文件，复合材料机身加强筋的缘条和腹板的非0度铺层及缘条的0度铺层采用预浸料自动下料，并在激光投影辅助下进行手工铺贴；
(3)0度铺层的腹板使用自动铺丝工艺的预浸料，按照激光投影进行手工铺贴，其中后一个0度铺层的拼接缝与前一个0度铺层的拼接缝必须错开；
(4)重复步骤2和3，每铺贴1～3层抽一次真空，直至所有铺层均完成铺贴；然后进行封装、固化及后续加工和检测。
复合材料机身加强筋的截面是Z形、L形或J形。
所述的后一个0度铺层的拼接缝与前一个0度铺层的拼接缝错开的距离为自动铺丝工艺的预浸料宽度的一半。
本发明具有的优点和有益效果
本发明极大的简化了复合材料机身加强筋的成型方法，有效地保证了复合材料加强筋的成型质量，简化了成型苣，由常规成型方法中的加强筋成型工装制造、加强筋工艺假件铺贴固化、工艺假件修形、软盖板铺贴固化和加强筋正式件铺贴固化等工序简化为加强筋成型工装制造和加强筋正式件铺贴固化，整个制造周期和工作量大大减少；在机身加强筋的铺贴过程中，腹板的0度铺层使用自动铺丝工艺的窄带预浸料，后一个0度铺层的拼接缝与前一个0度铺层的拼接缝错开，保证了复合材料机身加强筋的表面质量，减少了预浸料自动下料的工作量，在复合材料机身加强筋成型过程中，取消了常用的软盖板，保证了复合材料机身加强筋的百度和表面质量。本发明提出的复合材料机身加强筋的成型方法，保证了复合材料加强筋的成型质量，简化了成型工艺、缩短了制造周期、降低了制造成本。
附图说明
图1是常规复合材料机身加强筋的成型方法示意图；
图2是本发明提出的复合材料机身加强筋的成型方法示意图；
图3是复合材料机身加强筋Z形的结构示意图；其中，图3a零度方向示意图，图3b腹板和缘条位置示意图；
图4是复合材料机身加强筋L形的结构示意图；其中，图4a零度方向示意图，图4b腹板和缘条位置示意图；
图5是复合材料机身加强筋的成型工装结构示意图。
具体实施方式
(1)按照复合材料机身加强筋的制造技术指标(外形要求、内部质量和装配要求等)，设计(选择工装的材料、选择工装结构形式和确定制造公差等)并制造加强筋成型工装；
(2)复合材料机身加强筋的非0度铺层和0度铺层的缘条采用预浸料自动下料和激光投影辅助下的手工铺贴成型，按照复合材料机身加强筋的制造技术指标(铺层角度公差、对缝处理方式和同一铺层角度的重复等)，用复合材料铺层软件(如：CATIA的CompositesDesign模块、FiberSIM)生成预浸料自动下料文件和激光投影文件；
(3)将预浸料自动下料文件导入预浸料自动下料机(如：GEBER cutter、爱科下料机)，将激光投影文件导入入激光投影仪(如：Virtek激光投影仪、LAP投影仪)。非0度铺层和0度铺层的缘条按自动下料文件进行预浸料下料，并按照激光投影在加强筋成型工装上进行预浸料手工铺贴。0度铺层的腹板直接使用自动铺丝工艺的窄带预浸料(通常自动铺丝工艺的预浸料的宽度为6.4毫米左右，手工铺贴用预浸料通常为1000毫米和600毫米)，按照激光投影进行手工铺贴，其中后一个0度铺层的拼接缝与前一个0度铺层的拼接缝必须错开，以保证复合材料加强筋腹板的表面质量，建议拼接缝错开的距离为自动铺丝工艺的窄带预浸料宽度的一半，以上铺贴过程中，保证铺贴到位、不架桥；
(4)重复步骤2和3，每铺贴若干层(建议1～3层)抽一次真空，直至所有铺层均完成铺贴；
(5)按工艺规范进行封装和固化，在封装过程辅助材料要避免架桥，减少褶皱；
(6)对固化后的复合材料机身加强筋脱模、机械加工、内部质量检测、厚度检测和表面质量检测等后续工作。
实施例
某复合材料机身加强筋的截面为Z形，由缘条2和腹板3组成，长度约为5000mm，宽度约为150mm，高度约为100mm，厚度约为2.24mm，由12层单向带预浸料铺贴而成，其铺层角度为：[+45/+45/0/0/-45/90]S，0度方向1沿圆周方向，要求Z形复合材料加强筋的厚度均匀，表面光滑。
按本发明的实施为：
(1)按照复合材料机身加强筋的贴模度、表面质量和零件厚度等制造技术指标，考虑到温度场的均匀性、铺贴的工艺性和外形尺寸等因素，加强筋成型工装4选用殷钢材料，采用框架式结构，每个成型工装上设计两个成型占位5；
(2)复合材料机身加强筋的非0度铺层和0度铺层的缘条2采用预浸料自动下料和激光投影辅助下的手工铺贴成型，按照复合材料机身加强筋的制造技术指标(铺层角度公差为±3度、单向带预浸料的宽度方向对接和0度铺层方向定义等)，将非0度铺层预浸料的下料宽度定为140mm，0度铺层预浸料的下料宽度按缘条2的宽度加余量下料，用复合材料铺层软件FiberSIM生成预浸料自动下料文件和激光投影文件；
(3)将步骤2生成的预浸料自动下料文件导入预浸料自动下料机GERBER cutter预浸料自动下料机(美国Gerber Technology)，将激光投影文件导入激光投影仪VirtekLaserEdge。+45度、-45度、90度铺层和缘条的0度铺层的缘条按自动下料文件进行预浸料下料，并按照激光投影在加强筋成型工装上进行预浸料手工铺贴；腹板的0度铺层直接使用自动铺丝工艺的窄带预浸料(宽约6.4mm)，按照激光投影进行手工铺贴，其中后一个0度铺层的拼接缝与前一个0度铺层的拼接缝不得重合，错开约3.2mm，保证铺贴到位、不架桥；
(4)重复步骤2和3，每铺贴1～3层抽一次真空，保证抽真空过程中不架桥，直至所有铺层均完成铺贴；
(5)按工艺规范进行封装、固化：在抽真空后的机身加强筋上分别放上无孔隔离膜、透气毡和真空袋等辅助材料，无孔隔离膜、透气毡和真空袋等辅助材料不得架桥；
(6)对固化后的复合材料机身加强筋脱模、机械加工、内部质量检测、厚度检测和表面质量检测等后续工作。

Claims (3)

1.一种复合材料机身加强筋的成型方法，其特征是，
(1)按照复合材料机身加强筋的制造技术指标设计并制造加强筋成型工装；
(2)按照复合材料机身加强筋的制造技术指标准备预浸料自动下料文件和激光投影文件，复合材料机身加强筋的缘条和腹板的非0度铺层及缘条的0度铺层采用预浸料自动下料，并在激光投影辅助下进行手工铺贴；
(3)0度铺层的腹板使用自动铺丝工艺的预浸料，按照激光投影进行手工铺贴，其中后一个0度铺层的拼接缝与前一个0度铺层的拼接缝必须错开；
(4)重复步骤2和3，每铺贴1～3层抽一次真空，直至所有铺层均完成铺贴；然后进行封装、固化及后续加工和检测；
其中，在成型过程中不使用软盖板，且使用自动铺丝工艺的预浸料用于加强筋的0度铺层。
2.根据权利要求1所述的一种复合材料机身加强筋的成型方法，其特征是，复合材料机身加强筋的截面是Z形、L形或J形。
3.根据权利要求1所述的一种复合材料机身加强筋的成型方法，其特征是，所述的后一个0度铺层的拼接缝与前一个0度铺层的拼接缝错开的距离为自动铺丝工艺的预浸料宽度的一半。
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