CN110271205A - 一种成型复合材料ω形曲率长桁的工艺方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于复合材料制造领域，涉及一种成型复合材料Ω形曲率长桁的工艺方法。制备长桁铺叠模具，长桁定位卡板成型模具及长桁辅助匀压盖板成型模具，在蒙皮成型模具一次固化成型球面曲率蒙皮，在长桁铺叠模具上完成长桁坯料铺叠与切割，在蒙皮成型模具上放置长桁定位卡板，长桁内形面放置胶膜，将长桁坯料与泡沫芯组合，将长桁组件转移至蒙皮表面进行定位于预压实，然后放置与定位长桁辅助匀压盖板，最后进行长桁胶接固化成型。本发明不仅能保证长桁固化成型质量，而且定位卡板、辅助匀压盖板可以长期使用而不变形，通过设计不同功能的模具使零件和辅助盖板的制造均为数字量传递，避免了传统的在芯材上、工艺件上铺叠的模拟量传递的不确定性。

Description

一种成型复合材料Ω形曲率长桁的工艺方法

技术领域

本发明属于复合材料制造领域，涉及一种成型复合材料Ω形曲率长桁的工艺方法。

背景技术

复合材料零件凭借高比强度、比模量、重量轻、抗疲劳、耐腐蚀、阻燃性以及易于整体固化成型等特点，逐步应用于飞机主承力构件。球面框作为后机身与中后机身部段之间的工艺分离面，需满足包括限制增压载荷、极限增压载荷、限制负压载荷、极限负压载荷等机身气密载荷下的气密性要求，是飞机中的主承力构件。传统金属球面框构件为球面蒙皮上铆接加强辐条结构，辐条定位结构用卡板数量较多，铆接操作复杂且操作空间小。

复合材料球面框零件为先固化球面曲率蒙皮，再将PMI刚性泡沫填充球面Ω形曲率长桁与蒙皮胶接共固化。复材球面框零件相比金属件具有重量轻、制造装配关系简单、易于整体成型等特点。Ω形曲率长桁对球面蒙皮起支撑作用，增加蒙皮的稳定性，长桁制造精度影响产品质量。长桁制造定位精度、成型位置度以及长桁与蒙皮共胶接成型质量等均是复材球面框制造关键点和控制难点。

一般胶接复材壁板长桁曲率不大，制造上可通过成型模具和工艺方法保证长桁定位和成型质量。参照金属球面框构件比较普遍的制造经验，球面框长桁定位通常使用卡板定位，卡板基于球面框球心旋转，每根长桁定位卡板的定位面设计与长桁形面相同，将卡板定位面紧贴长桁形面，从而完成长桁定位。对于复合材料球面框零件，球心位置未设置开口区域，不存在球心旋转机构设计区域，且长桁内填充泡沫结构使用卡板压紧方式易对泡沫结构造成破坏，此方法不适用球面曲率蒙皮粘接长桁。如果不使用卡板定位而基于激光投影手段，在蒙皮上粘接泡沫然后在泡沫型面上铺叠预浸料，铺叠过程中无论是使用塑料刮板还是真空压实方式对预浸料坯料进行压实，均会导致泡沫边缘或倒角处在铺叠过程中损坏，影响产品质量。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种成型球面曲率蒙皮胶接Ω形曲率长桁的工艺方法，保证长桁在制造过程中的定位精度、位置度以及成型质量。

为了达到上述目的，本发明的技术方案为：

一种成型球面曲率蒙皮胶接Ω形曲率长桁的工艺方法，适用一种球面框结构零件包括球面曲率蒙皮，PMI刚性泡沫填充球面Ω形曲率长桁，长桁卧边呈错层结构，泡沫与长桁间、泡沫与蒙皮间、长桁与蒙皮间均通过胶膜粘接；

一种成型球面曲率蒙皮胶接Ω形曲率长桁的工艺方法，包括以下步骤：

第一步，模具制备

制备长桁铺叠模具，模具铺叠面基于泡沫芯数模外形面提取并制造，模具上设置激光投影靶标点和封装区域，实现激光投影辅助手工铺叠、修整及真空压实操作，基于激光投影仪投影长桁理论外轮廓切割线完成坯料外形切割；

制备长桁定位卡板成型模具，模具铺叠面基于蒙皮数模外形面提取并制造，模具上设置激光投影靶标点和封装区域，实现激光投影辅助手工铺叠、修整、真空压实以及固化成型操作，基于模具上净尺寸线完成定位卡板的外形切割；

制备长桁辅助匀压盖板成型模具，模具铺叠面基于长桁数模外形面提取并制造，模具上设置激光投影靶标点和封装区域，实现激光投影辅助手工铺叠、修整、真空压实以及固化成型操作，基于模具上净尺寸线完成盖板的外形切割；

第二步，一次固化成型球面曲率蒙皮

在蒙皮成型模具上铺叠、封装、固化成型球面曲率蒙皮；

第三步，长桁坯料铺叠与切割

在长桁铺叠模具上完成长桁坯料铺叠、真空压实以及长桁外轮廓切割操作，将完成外轮廓尺寸切割的长桁坯料从长桁铺叠模具上分离；

第四步，放置定位卡板

在蒙皮成型模具上放置长桁定位卡板，通过定位销连接蒙皮成型模具和长桁定位卡板上的销孔完成卡板定位的放置，相邻两个定位卡板定位一根长桁；

第五步，长桁坯料与泡沫芯组合

长桁内形面放置胶膜，将泡沫芯与长桁内形面配合，由于泡沫芯与长桁易产生配合不协调现象，通过拇指指压长桁端头坯料，产生坯料凹陷即长桁与泡沫芯不匹配，需重新协调泡沫芯位置，直到拇指指压不产生凹陷为止；填充了泡沫芯的长桁在卧边一侧放置整张胶膜形成由泡沫芯填充的长桁组件；

第六步，长桁组件定位

将长桁组件转移至蒙皮表面，通过定位在蒙皮成型模具上的两个相邻长桁定位卡板定位长桁组件；

第七步，长桁组件预压实

将长桁组件进行真空预压实，为防止泡沫芯滑移与倒角处破损，真空压实参数控制为：真空值-0.06～-0.08Mpa，压实时间5-7min；

第八步，长桁辅助匀压盖板放置与定位

匀压盖板为扇形，通过盖板外轮廓与激光投影仪投影在蒙皮表面上的投影线对正完成盖板初定位；通过盖板内形面与长桁外形面协调、配合完成匀压盖板的精确放置与定位；盖板易在长桁端头出现不匹配的现象，通过拇指指压长桁端头的匀压盖板，产生凹陷即盖板与端头不匹配，重新协调匀压盖板，直到拇指指压不产生凹陷为止；完成定位的匀压盖板使用压敏胶带粘接、固定在蒙皮上，邻近盖板间隙控制为0-1mm，保证邻近盖板间隙配合并能够互相牵制；

第九步，长桁胶接固化成型

放置辅助材料并制真空袋，按照树脂固化参数进行长桁胶接固化成型。

本发明的有益效果为：本发明的方法不仅能保证长桁固化成型质量，而且定位卡板、辅助匀压盖板等均可以长期使用而不变形。通过设计不同功能的模具使得所有零件和辅助盖板的制造均为数字量传递，避免了传统的在芯材上铺叠、工艺件上铺叠的模拟量传递的不确定性。在长桁铺叠模上完成长桁的精准铺叠与修形，保证长桁铺叠质量、长桁内形面与泡沫面配合的准确性，避免在泡沫形面上直接铺叠与修形导致的泡沫芯外形面损坏。长桁定位卡板为碳纤维制造，卡板轻便且使用和拆卸方便，避免金属卡板笨重不易操作的缺点。通过长桁定位卡板限制长桁横、纵向滑移达到长桁精准定位。通过长桁外形面放置辅助匀压盖板保证长桁成型质量和限制长桁固化偏移。取消了固化期间的长桁定位卡板放置，避免了定位卡板导致的长桁卧边坯料翘曲和卡板变形等问题。

附图说明

图1为一种泡沫填充Ω形曲率长桁粘接蒙皮组件结构示意图；

图2为图1中A-A的放大视图，泡沫填充Ω形曲率长桁的截面示意图；

图3为图2中B点的放大，长桁卧边错层的结构示意图；

图4蒙皮成型模具示意图；

图5长桁铺叠模具示意图；

图6(a)长桁定位卡板成型模具示意图；

图6(b)长桁定位卡板成型模具示意图；

图7(a)辅助匀压盖板成型模具

图7(b)长桁辅助匀压盖板示意图；

图8长桁组件胶接示意图；

图中：1蒙皮；2长桁；3泡沫芯；4长桁卧边长边侧边缘；5蒙皮成型模具；6长桁卧边短边侧边缘；7长桁定位卡板；8长桁定位卡板定位销孔；9长桁铺叠模具铺叠面；10靶点；11长桁铺叠模；12投影仪投影的切割线；13模具上净尺寸划线；14定位卡板成型模具铺叠面；15定位卡板成型模具；16长桁辅助匀压盖板成型模具铺叠面；17长桁辅助匀压盖板成型模具；18长桁组件外形面粘接胶膜；19长桁端头；20长桁辅助匀压盖板；21长桁组件内形面粘接胶膜。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明做进一步说明。

如图1所示，一种球面框结构零件包括球面曲率蒙皮1，PMI刚性泡沫3填充球面Ω形曲率长桁2。

如图2所示，长桁2卧边呈错层结构。

泡沫3与长桁2间通过胶膜17粘接，泡沫3与蒙皮1间、长桁2与蒙皮1间通过胶膜18粘接。

一种成型球面曲率蒙皮胶接Ω形曲率长桁的工艺方法，包括以下步骤：

1)模具制备

制备长桁铺叠模具11，模具铺叠面9基于泡沫芯数模外形面提取并制造，模具上设置激光投影靶标点10和封装区域等，能够实现激光投影辅助手工铺叠、修整以及真空压实等操作，最终基于激光投影仪投影长桁理论外轮廓切割线12完成坯料外形切割；

制备长桁定位卡板成型模具15，模具铺叠面14基于蒙皮数模外形面提取并制造，模具上设置激光投影靶标点10和封装等区域，能够实现激光投影辅助手工铺叠、修整、真空压实以及固化成型等操作，最终基于模具上净尺寸线13完成定位卡板的外形切割；

制备长桁辅助匀压盖板成型模具17，模具铺叠面16基于长桁数模外形面提取并制造，模具上设置激光投影靶标点10和封装等区域，能够实现激光投影辅助手工铺叠、修整、真空压实以及固化成型等操作，最终基于模具上净尺寸线13完成盖板的外形切割。

2)一次固化成型球面曲率蒙皮

在蒙皮成型模5上铺叠、封装、固化成型球面曲率蒙皮1。

3)长桁坯料铺叠与切割

在长桁铺叠模具11上完成长桁坯料铺叠、真空压实以及长桁外轮廓切割等操作，最终基于激光投影仪投影长桁理论外轮廓切割线11完成坯料外形切割，将完成外轮廓尺寸切割的长桁2从铺叠模具上分离。

4)放置定位卡板

在蒙皮成型模具5上放置长桁定位卡板7，通过定位销连接蒙皮成型模具5和长桁定位卡板7上的销孔8完成卡板定位与放置，相邻两个定位卡板定位一根长桁。

5)长桁坯料与泡沫芯组合

参见图8中A工步所示，长桁2内形面放置长桁组件内形面粘接胶膜21，然后将泡沫芯3与长桁1内形面配合，由于泡沫芯3与长桁2易产生配合不协调现象，通过拇指指压长桁端头19，如长桁端头19产生坯料凹陷即长桁2与泡沫芯3不匹配，需重新协调泡沫芯3位置，直到拇指指压长桁端头19不产生凹陷为止。参见图8中B工步所示，填充了泡沫芯3的长桁2在外形面放置整张长桁组件外形面粘接胶膜18，形成由泡沫芯3填充的长桁2组件。

6)长桁组件定位

参见图8中C工步，将长桁2组件旋转并将转移至蒙皮1，通过定位在蒙皮成型模具5上的两个相邻长桁定位卡板7定位长桁2组件。

7)长桁组件预压实

将所有长桁2组件转移至蒙皮1表面并进行真空预压实，为防止泡沫芯2滑移与倒角处破损，真空压实参数控制为：真空值-0.06～-0.08Mpa，压实时间5-7min。

8)长桁辅助匀压盖板放置与定位

利用长桁辅助匀压盖板成型模具17完成，长桁辅助匀压盖板20为扇形，通过长桁辅助匀压盖板20外轮廓与激光投影仪投影在蒙皮1表面上的投影线对正完成盖板初定位。通过长桁辅助匀压盖板20内形面与长桁2外形面协调、配合完成长桁辅助匀压盖板20的精确放置与定位。长桁辅助匀压盖板20易在长桁端头19出现不匹配的现象，通过拇指指压长桁端头19的长桁辅助匀压盖板20，如产生凹陷即长桁辅助匀压盖板20与端头不匹配，需重新协调匀压长桁辅助匀压盖板20，直到拇指指压不产生凹陷为止。完成定位的长桁辅助匀压盖板20需使用压敏胶带粘接、固定在蒙皮1上，为保证邻近盖板间隙配合并能够互相牵制，邻近长桁辅助匀压盖板20间隙控制为0-1mm。

9)长桁胶接固化成型

放置辅助材料并制真空袋，按照树脂固化参数进行长桁胶接固化成型。

Claims (1)

1.一种成型球面曲率蒙皮胶接Ω形曲率长桁的工艺方法，其特征在于，该工艺方法适用一种球面框结构零件，球面框结构零件包括球面曲率蒙皮，PMI刚性泡沫填充球面Ω形曲率长桁，长桁卧边呈错层结构，泡沫与长桁间、泡沫与蒙皮间、长桁与蒙皮间均通过胶膜粘接；具体包括以下步骤：

第一步，制备模具

制备长桁铺叠模具，模具铺叠面基于泡沫芯数模外形面提取并制造，模具上设置激光投影靶标点和封装区域，实现激光投影辅助手工铺叠、修整及真空压实操作，基于激光投影仪投影长桁理论外轮廓切割线完成坯料外形切割；

制备长桁定位卡板成型模具，模具铺叠面基于蒙皮数模外形面提取并制造，模具上设置激光投影靶标点和封装区域，实现激光投影辅助手工铺叠、修整、真空压实以及固化成型操作，基于模具上净尺寸线完成定位卡板的外形切割；

制备长桁辅助匀压盖板成型模具，模具铺叠面基于长桁数模外形面提取并制造，模具上设置激光投影靶标点和封装区域，实现激光投影辅助手工铺叠、修整、真空压实以及固化成型操作，基于模具上净尺寸线完成盖板的外形切割；

第二步，一次固化成型球面曲率蒙皮

在蒙皮成型模具上铺叠、封装、固化成型球面曲率蒙皮；

第三步，长桁坯料铺叠与切割

在长桁铺叠模具上完成长桁坯料铺叠、真空压实以及长桁外轮廓切割操作，将完成外轮廓尺寸切割的长桁坯料从长桁铺叠模具上分离；

第四步，放置定位卡板

在蒙皮成型模具上放置长桁定位卡板，通过定位销连接蒙皮成型模具和长桁定位卡板上的销孔完成卡板定位的放置，相邻两个定位卡板定位一根长桁；

第五步，长桁坯料与泡沫芯组合

长桁内形面放置胶膜，将泡沫芯与长桁内形面配合，由于泡沫芯与长桁易产生配合不协调现象，通过拇指指压长桁端头坯料，产生坯料凹陷即长桁与泡沫芯不匹配，需重新协调泡沫芯位置，直到拇指指压不产生凹陷为止；填充了泡沫芯的长桁在卧边一侧放置整张胶膜形成由泡沫芯填充的长桁组件；

第六步，长桁组件定位

将长桁组件转移至蒙皮表面，通过定位在蒙皮成型模具上的两个相邻长桁定位卡板定位长桁组件；

第七步，长桁组件预压实

将长桁组件进行真空预压实，为防止泡沫芯滑移与倒角处破损，真空压实参数控制为：真空值-0.06～-0.08Mpa，压实时间5-7min；

第八步，长桁辅助匀压盖板放置与定位

匀压盖板为扇形，通过盖板外轮廓与激光投影仪投影在蒙皮表面上的投影线对正完成盖板初定位；通过盖板内形面与长桁外形面协调、配合完成匀压盖板的精确放置与定位；盖板易在长桁端头出现不匹配的现象，通过拇指指压长桁端头的匀压盖板，产生凹陷即盖板与端头不匹配，重新协调匀压盖板，直到拇指指压不产生凹陷为止；完成定位的匀压盖板使用压敏胶带粘接、固定在蒙皮上，邻近盖板间隙控制为0-1mm，保证邻近盖板间隙配合并能够互相牵制；

第九步，长桁胶接固化成型

放置辅助材料并制真空袋，按照树脂固化参数进行长桁胶接固化成型。