CN110216901B - 复合材料盒管组合型封闭腔零件固化成型装置及成型方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种复合材料盒管组合型封闭腔零件固化成型装置，主要由主体成型模、管型部分铺贴模和盒型部分铺贴模组成的阴模结构；主体成型模上设有连接管型部分铺贴模和盒型部分铺贴模的定位孔及紧固装置；管型部分铺贴模设置在盒管零件对应的管型位置，盒型部分铺贴模设置在盒管零件对应的盒型位置；在管型部分铺贴模和盒型部分铺贴模组合后的端部设有与主体成型模连接的自主调压加压组合模，自主调压加压组合模上设有定位部和调压部，实现对零件铺叠过程中的定位和固化过程中的压力调控。该复合材料盒管组合型封闭腔零件固化成型装置及成型方法，有效解决了常规金属模具带来的压力挤压，应力集中，纤维屈曲，难脱模等问题，提高了零件内部质量。

Description

复合材料盒管组合型封闭腔零件固化成型装置及成型方法

技术领域

本发明创造涉及一种复合材料盒管组合型封闭腔零件固化成型装置及成型方法，属于复合材料工艺制造领域。

背景技术

先进复合材料因其具有高比强度、比模量，优异的耐腐蚀性、耐疲劳性和可设计性等一系列优点，在航空航天领域得到广泛应用。复合材料盒管组合结构由于独特的外型特征及良好的材质性能，已被广泛用于飞机的驾驶舱、客舱及厨房内饰结构处。

大尺寸复合材料盒管组合型封闭腔零件结构成型工艺多采用共胶接、二次胶接、共固化等整体成型工艺。由于共胶接及二次胶接的成型方法会增加复合材料零件固化次数，增加制造成本，并对复合材料构件内部质量带来风险。而采用整体成型的方法，对盒型工装及管型成型工装及主体模之间的配合精度要求较高，多曲率封闭腔的结构的成型工艺和压力的传递过程复杂，使零件在成型过程中各处膨胀指数不同，零件的受外部挤压情况难以控制。

随着复合材料数字化制造技术的发展，后续部件在装配过程中对内饰件连通件的要求也越来越高。因此，一种既能保证成型后复合材料盒管组合型封闭腔零件的内部质量，又能在成型过程中减少应力集中的成型方法越来越重要。

发明内容

本发明创造要解决的技术问题是提供一种复合材料盒管组合型封闭腔零件固化成型装置及成型方法，有效解决了常规金属模具带来的压力挤压，应力集中，纤维屈曲，难脱模等问题，提高了零件内部质量。

为解决以上问题，本发明创造的具体技术方案如下：一种复合材料盒管组合型封闭腔零件固化成型装置，主要由主体成型模、管型部分铺贴模和盒型部分铺贴模组成的阴模结构；主体成型模上设有连接管型部分铺贴模和盒型部分铺贴模的定位孔及紧固装置；管型部分铺贴模设置在盒管零件对应的管型位置，盒型部分铺贴模设置在盒管零件对应的盒型位置；在管型部分铺贴模和盒型部分铺贴模组合后的端部设有与主体成型模连接的自主调压加压组合模，自主调压加压组合模上设有定位部和调压部，实现对零件铺叠过程中的定位和固化过程中的压力调控。

所述自主调压加压组合模的定位部为竖向设置的定位销孔和紧固螺纹孔，定位销孔与主体成型模采用销钉配合定位，紧固螺纹孔与主体成型模采用螺栓连接；自主调压加压组合模的调压部为对称设有长条孔，销钉插入长条孔内并与主体成型模连接。

所述的主体成型模具有容纳管型部分铺贴模和盒型部分铺贴模的型腔，型腔轮廓与管型部分铺贴模和盒型部分铺贴模配合后的外轮廓一致。

所述的主体成型模为45#钢或殷瓦钢材料。

采用固化成型装置对复合材料盒管组合型封闭腔零件固化成型的方法，包括以下步骤：

1）首先利用定位销孔，将自主调压加压组合模安装在主体成型模上；

2）在组合后的主体成型模和自主调压加压组合模上表面铺敷碳纤维预浸料，每层碳纤维预浸料在管型部分铺贴模和盒型部分铺贴模处进行避让，且由下至上每层的碳纤维预浸料避让距离由小到大阶梯性分布；

3）在管型部分铺贴模和盒型部分铺贴模分别铺敷碳纤维预浸料，每层碳纤维预浸料在边缘处进行预留，且由下至上每层的碳纤维预浸料预留距离由小到大阶梯性分布，且与步骤2）的避让距离对应；

4）先将铺敷好碳纤维预浸料的管型部分铺贴模安装在主体成型模对应位置，并处理碳纤维预浸料避让和预留处的搭接处理；然后再将铺敷好碳纤维预浸料的盒型部分铺贴模安装在主体成型模对应位置，再次处理碳纤维预浸料避让和预留处的搭接处理；

5）主体成型模、管型部分铺贴模和盒型部分铺贴模组合后的预制体具有预浸料的连接缝隙，对所有缝隙处即合模区域铺设合模带；切割2×2000mm的预浸料2层，3×2000mm尺寸的预浸料1层；将2mm宽的预浸料与3mm宽的预浸料铺敷在一起，并压实；对压实后的预制体铺敷在零件全部合模接缝区域；

6）整体组合好后，将自主调压加压组合模定位销孔处的定位销更换为插入到长条孔内的销钉，并移除紧固螺纹孔内紧固螺栓，减少固化过程中金属工装对固化零件产生的应力；

7）在组装完成的盒管型封闭腔工装内铺贴可剥布、有孔隔离膜、透气毡，并用真空袋进行封装，完成盒管型封闭腔零件的整体共固化成型后，脱模，即得到复合材料盒管型封闭腔零件。

该复合材料盒管组合型封闭腔零件固化成型装置采用单独铺敷，整体共固化成型，有效提高了盒管型组合结构封闭腔零件的成型质量，同时缩短了生产周期，节省了生产成本；采用自主调压加压端头结构，有效解决了常规金属模具带来的压力挤压，应力集中，纤维屈曲，难脱模等问题，提高了零件内部质量。

附图说明

图1为复合材料盒管组合型封闭腔零件的轴测图。

图2为本申请的固化成型装置的结构示意图。

图3为自主调压加压组合模的主视图。

图4为自主调压加压组合模的俯视图。

图5为本申请的固化成型方法的工艺流程图。

具体实施方式

为了使本发明目的、技术方案及优点更加清晰明了，以下结合附图及实施例，对本发明进一步详细描述。

本申请的固化成型装置是用于如图1所示的复合材料盒管组合型封闭腔零件，简称盒管零件05，其具有管型06结构，也具有盒型07结构。因此如图2所示，将固化成型装置分割为主体成型模01、管型部分铺贴模02和盒型部分铺贴模03组成的阴模结构，主体成型模01上设有连接管型部分铺贴模02和盒型部分铺贴模03的定位孔及紧固装置；管型部分铺贴模02设置在盒管零件5对应的管型06位置，盒型部分铺贴模03设置在盒管零件5对应的盒型07位置；在管型部分铺贴模02和盒型部分铺贴模03组合后的端部设有与主体成型模01连接的自主调压加压组合模04，自主调压加压组合模04上设有定位部和调压部，实现对零件铺叠过程中的定位和固化过程中的压力调控。盒管零件05被分成两个相对独立的盒型及管型空间，在其中一个盒型空间与管型空间结构相匹配，实现分模铺敷并共固化。

如图3和图4所示，所述的所述自主调压加压组合模04的定位部为竖向设置的定位销孔21和紧固螺纹孔22，定位销孔21与主体成型模01采用销钉配合定位，紧固螺纹孔22与主体成型模01采用螺栓连接；自主调压加压组合模04的调压部为对称设有长条孔23，销钉插入长条孔23内并与主体成型模01连接；长条形孔23确保了预浸料在沿盒型膨胀量大的轴线方向自由度为1，垂直方向自由度为0。

所述的主体成型模01具有容纳管型部分铺贴模02和盒型部分铺贴模03的型腔，型腔轮廓与管型部分铺贴模02和盒型部分铺贴模03配合后的外轮廓一致，从而保证三者配合无阶差。其中主体成型模01为45#钢或殷瓦钢材料，提高整体成型装置的整体强度。

本申请还提供了一种采用上述固化成型装置对复合材料盒管组合型封闭腔零件固化成型的方法，如图5所示，包括以下步骤：

1）首先利用定位销孔21，将自主调压加压组合模04安装在主体成型模01上；

2）在组合后的主体成型模01和自主调压加压组合模04上表面铺敷碳纤维预浸料，每层碳纤维预浸料在管型部分铺贴模02和盒型部分铺贴模03处进行避让，且由下至上每层的碳纤维预浸料避让距离由小到大阶梯性分布，分别离模具边缘5mm、10mm、15mm；

3）在管型部分铺贴模02和盒型部分铺贴模03分别铺敷碳纤维预浸料，每层碳纤维预浸料在边缘处进行预留，且由下至上每层的碳纤维预浸料预留距离由小到大阶梯性分布，且与步骤2）的避让距离对应，分别超出模具边缘8mm、13mm、20mm；

4）先将铺敷好碳纤维预浸料的管型部分铺贴模02安装在主体成型模01对应位置，并处理碳纤维预浸料避让和预留处的搭接处理；然后再将铺敷好碳纤维预浸料的盒型部分铺贴模03安装在主体成型模01对应位置，再次处理碳纤维预浸料避让和预留处的搭接处理；

5）主体成型模01、管型部分铺贴模02和盒型部分铺贴模03组合后的预制体具有预浸料的连接缝隙，对所有缝隙处即合模区域铺设合模带；切割2×2000mm的预浸料2层，3×2000mm尺寸的预浸料1层；将2mm宽的预浸料与3mm宽的预浸料铺敷在一起，并压实；对压实后的预制体铺敷在零件全部合模接缝区域；

6）整体组合好后，将自主调压加压组合模04定位销孔21处的定位销更换为插入到长条孔23内的销钉，并移除紧固螺纹孔22内紧固螺栓，减少固化过程中金属工装对固化零件产生的应力；

7）在组装完成的盒管型封闭腔工装内铺贴可剥布、有孔隔离膜、透气毡，并用真空袋进行封装，完成盒管型封闭腔零件的整体共固化成型后，去除表面的辅助材料可剥布、有孔隔离膜、透气毡和真空袋、再移除调压组合模04，最后将零件从阴模钢工装上移除，即得到复合材料盒管组合型封闭腔零件。

Claims (4)

1.一种复合材料盒管组合型封闭腔零件固化成型装置，其特征在于：主要由主体成型模（01）、管型部分铺贴模（02）和盒型部分铺贴模（03）组成的阴模结构；主体成型模（01）上设有连接管型部分铺贴模（02）和盒型部分铺贴模（03）的定位孔（12）及紧固装置（11）；管型部分铺贴模（02）设置在盒管零件（05）对应的管型（06）位置，盒型部分铺贴模（03）设置在盒管零件（05）对应的盒型（07）位置；在管型部分铺贴模（02）和盒型部分铺贴模（03）组合后的端部设有与主体成型模（01）连接的自主调压加压组合模（04），自主调压加压组合模（04）上设有定位部和调压部，实现对零件铺叠过程中的定位和固化过程中的压力调控；

所述自主调压加压组合模（04）的定位部为竖向设置的定位销孔（21）和紧固螺纹孔（22），定位销孔（21）与主体成型模（01）采用销钉配合定位，紧固螺纹孔（22）与主体成型模（01）采用螺栓连接；自主调压加压组合模（04）的调压部为对称设有长条孔（23），销钉插入长条孔（23）内并与主体成型模（01）连接。

2.如权利要求1所述的复合材料盒管组合型封闭腔零件固化成型装置，其特征在于：所述的主体成型模（01）具有容纳管型部分铺贴模（02）和盒型部分铺贴模（03）的型腔，型腔轮廓与管型部分铺贴模（02）和盒型部分铺贴模（03）配合后的外轮廓一致。

3.如权利要求1所述的复合材料盒管组合型封闭腔零件固化成型装置，其特征在于：所述的主体成型模（01）为45#钢或殷瓦钢材料。

4.采用权利要求1所述的固化成型装置对复合材料盒管组合型封闭腔零件固化成型的方法，其特征在于包括以下步骤：

1）首先利用定位销孔（21），将自主调压加压组合模（04）安装在主体成型模（01）上；

2）在组合后的主体成型模（01）和自主调压加压组合模（04）上表面铺敷碳纤维预浸料，每层碳纤维预浸料在管型部分铺贴模（02）和盒型部分铺贴模（03）边缘处进行避让，且由下至上每层的碳纤维预浸料避让距离由小到大阶梯性分布；

3）在管型部分铺贴模（02）和盒型部分铺贴模（03）分别铺敷碳纤维预浸料，每层碳纤维预浸料在边缘处进行预留，且由下至上每层的碳纤维预浸料预留距离由小到大阶梯性分布，且与步骤2）的避让距离对应；

4）先将铺敷好碳纤维预浸料的管型部分铺贴模（02）安装在主体成型模（01）对应位置，并处理碳纤维预浸料避让和预留处的搭接处理；然后再将铺敷好碳纤维预浸料的盒型部分铺贴模（03）安装在主体成型模（01）对应位置，再次处理碳纤维预浸料避让和预留处的搭接处理；

5）主体成型模（01）、管型部分铺贴模（02）和盒型部分铺贴模（03）组合后的预制体具有预浸料的连接缝隙，对所有缝隙处即合模区域铺设合模带；切割2×2000mm的预浸料2层，3×2000mm尺寸的预浸料1层；将2mm宽的预浸料与3mm宽的预浸料铺敷在一起，并压实；对压实后的预制体铺敷在零件全部合模接缝区域；

6）整体组合好后，将自主调压加压组合模（04）定位销孔（21）处的定位销更换为插入到长条孔（23）内的销钉，并移除紧固螺纹孔（22）内紧固螺栓，减少固化过程中金属工装对固化零件产生的应力；

7）在组装完成的盒管型封闭腔工装内铺贴可剥布、有孔隔离膜、透气毡，并用真空袋进行封装，完成盒管型封闭腔零件的整体共固化成型后，脱模，即得到复合材料盒管型封闭腔零件。