CN110509569B - 一种复合材料纵横加筋壁板整体固化成型工装 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种复合材料纵横加筋壁板整体固化成型工装，由纵横加筋壁板、底座、上型腔模具、第一型腔模具、第二型腔模具和中间型腔模具组成，底座用于预成型纵横加筋壁板外形，上型腔模具用于预成型纵横加筋壁板内型A区，第一、第二型腔模具分别用于预成型纵横加筋壁板内型B区和D区，中间型腔模具用于预成型纵横加筋壁板内型C区，上型腔模具成型模用于预成型上型腔模具，中间型腔模具成型模用于预成型中间型腔模具。将纵横加筋壁板分成多个区域，并分别在不同模具上成型，进行组装，使纵横加筋壁板一次共固化成型；即可缩短产品生产周期，又可降低生产成本，实现无人机上的金属材质零件被复合材料零件取代。

Description

一种复合材料纵横加筋壁板整体固化成型工装

技术领域

本发明涉及一种整体共固化成型用工装，特别是涉及一种无人机复合材料纵横加筋壁板整体共固化成型用工装。

背景技术

带筋整体壁板将传统飞机结构中的蒙皮、骨架元素和连接构件制成一体，从而实现减重、降低生产成本并缩短装配周期和工作量的目的，同时提高外形的装配质量和疲劳寿命，但整体壁板形状复杂,其固化成形一直是生产中的难题之一。

随着无人机使用和制造的快速发展，如何实现飞机整体壁板成形，并提高零件的成形效率和质量成为研究的热点。发明专利CN 105437536 B公开了“一种带加强筋的复合材料壁板成形工装”，该壁板成形工装包括下模框架、盖板、定位器、芯模、橡胶块、均压钢板、压紧螺钉、真空袋，解决其复合材料加强筋壁板整体成形过程中的加强筋定位，以及成形加压问题，零件上表面成型质量及精度问题。但操作时需要两套成型模具，需进罐固化两次，固化成本高，且模具制造费用较高。在专利CN 108943775 A提出了“一种整体化制备工型纵横加筋复合材料壁板的模具”，该模具采用组合式内芯模，将“工”型翻边没有覆盖的部位设计成可自由脱出的U型芯模，然后在U型芯模外表面通过螺栓连接经分块设计的C型成型模；采用该芯模制备的纵横加筋壁板在脱模时，可先将U型芯模脱出，然后沿垂直于“工”型加强筋腹板方向将C型成型模按设计顺序依次取出。该模具基于RTM成型工艺要求，RTM成型件承载能力的标准偏差是热压罐成型件的2倍，且平均最大承载为热压罐成型件的0.7倍，不适用于承力件的生产。

发明内容

为了避免现有技术存在的不足，本发明提出一种复合材料纵横加筋壁板整体固化成型工装。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:包括纵横加筋壁板、底座、上型腔模具、第一型腔模具、中间型腔模具、第二型腔模具、上型腔模具成型模和中间型腔模具成型模，纵横加筋壁板分成多个区域，分别在不同模具上成型，再进行组装，使纵横加筋壁板一次共固化成型，其特征在于所述底座为梯形结构，上部中间有轴向凹槽用于与纵横加筋壁板外形面配合，底座凹槽的内型面与纵横加筋壁板外型面尺寸一致，底座凹槽的高度大于纵横加筋壁板高度；底座上表面有对称的销钉孔和螺孔，用于定位和紧固第一型腔模具和第二型腔模具，底座两侧面有对称的螺孔用来安装吊环；

所述中间型腔模具位于纵横加筋壁板中间部位，第一型腔模具和第二型腔模具分别位于中间型腔模具的两侧对称安装，所述上型腔模具位于纵横加筋壁板外侧；

所述第一型腔模具与所述第二型腔模具为两个结构相同的部件,第一型腔模具与第二型腔模具分别包括紧固螺栓、活动块、螺栓、内螺纹圆柱销、型腔主体模和T型件，型腔主体模具上开有销孔和螺孔，型腔主体模具下部开有凹槽，活动块位于型腔主体模具凹槽处，活动块与型腔主体模具通过螺栓定位与紧固，型腔主体模具上有与T型件相配合的销孔和螺孔，两侧的螺孔用于脱模时安装脱模器，T型件上有用于连接和定位的销孔和螺孔，通过内螺纹圆柱销、紧固螺栓将组合后的活动块与型腔主体模具固定在底座上。

所述底座用于预成型纵横加筋壁板外形，底座内型面尺寸与纵横加筋壁板外型面尺寸一致，精度为0～0.10mm，表面粗糙度为1.6，其高度比纵横加筋壁板高10～15mm。

所述纵横加筋壁板与底座配合，铺贴时长度方向超出裁边线10～15mm，高度方向在上表面翻边长度为10～15mm。

所述上型腔模具位于纵横加筋壁板外侧，铺贴时在上表面翻边长度为10～15mm。

有益效果

本发明提出的一种复合材料纵横加筋壁板整体固化成型工装，由纵横加筋壁板、底座、上型腔模具、第一型腔模具、第二型腔模具和中间型腔模具组成，底座用于预成型纵横加筋壁板外形，上型腔模具用于预成型纵横加筋壁板内型A区，第一型腔模具用于预成型纵横加筋壁板内型B区，中间型腔模具用于预成型纵横加筋壁板内型C区，第二型腔模具用于预成型纵横加筋壁板内型D区，上型腔模具成型模用于预成型上型腔模具，中间型腔模具成型模用于预成型中间型腔模具。将纵横加筋壁板分成多个区域，并分别在不同模具上成型，进行组装，使纵横加筋壁板一次共固化成型。可保证纵横加筋壁板铺层的完整性，又可保证纵横加筋壁板的精度，而且缩短了产品生产周期，降低生产成本，使产品重量减轻约37％，实现无人机上的金属材质零件被复合材料零件取代。

附图说明

下面结合附图和实施方式对本发明一种复合材料纵横加筋壁板整体固化成型工装作进一步详细说明。

图1为纵横加筋壁板结构轴测图。

图2为本发明复合材料纵横加筋壁板整体固化成型工装爆炸图。

图3为本发明复合材料纵横加筋壁板整体固化成型工装俯视图。

图4为本发明的底座预成型纵横加筋壁板外形轴测图。

图5a为本发明的上型腔模具成型模示意图。

图5b为本发明的上型腔模具预成型纵横加筋壁板内型的示意图。

图6a为本发明的活动块俯视图。

图6b为图6a的E-E向剖视图。

图7a为本发明的第一型腔模具预成型纵横加筋壁板内型的俯视图。

图7b为图7a的G-G向剖视图。

图8a为本发明的中间型腔模具成型模的轴测图。

图8b为本发明的中间型腔模具用于预成型纵横加筋壁板内型的剖视图。

图中:

1.纵横加筋壁板 2.底座 3.上型腔模具 4.第一型腔模具 5.中间型腔模具 6.第二型腔模具 7.紧固螺栓 8.活动块 9.螺栓 10.型腔主体模具 11.T型件12.内螺纹圆柱销13.上型腔模具成型模 14.中间型腔模具成型模

A区为上型腔模具用于预成型纵横加筋壁板内型区

B区为第一型腔模具用于预成型纵横加筋壁板内型区

C区为中间型腔模具用于预成型纵横加筋壁板内型区

D区为第二型腔模具用于预成型纵横加筋壁板内型区

具体实施方式

本实施例是一种复合材料纵横加筋壁板整体固化成型工装。

参阅图1～图8b，本实施例复合材料纵横加筋壁板整体固化成型工装由纵横加筋壁板1、底座2、上型腔模具3、第一型腔模具4、中间型腔模具5、第二型腔模具6、上型腔模具成型模13和中间型腔模具成型模14组成；其中，底座2为梯形结构，上部中间有轴向凹槽用于与纵横加筋壁板1外形面配合，底座2凹槽的内型面与纵横加筋壁板1外型面尺寸一致；底座2凹槽的高度大于纵横加筋壁板1高度；底座2上表面有销钉孔和螺孔，用于定位和紧固第一型腔模具4与所述第二型腔模具6，底座2两侧的螺孔用来安装吊环。

中间型腔模具5位于纵横加筋壁板1中间部位；第一型腔模具4与第二型腔模具6分别位于中间型腔模具5的两侧对称安装，上型腔模具3位于纵横加筋壁板1外侧。

第一型腔模具4与第二型腔模具6为两个结构相同的部件,第一型腔模具4与第二型腔模具6各包括紧固螺栓7、活动块8、螺栓9、内螺纹圆柱销12、型腔主体模10和T型件11；型腔主体模具10上开有销孔和螺孔，型腔主体模具10下部开有凹槽；活动块8位于型腔主体模具10凹槽处，活动块8与型腔主体模具10通过螺栓9定位与紧固；组合后的外型面尺寸与纵横加筋壁板1内型面尺寸一致，高度与底座2上表面齐平；型腔主体模具10上有与T型件11相配合的销孔和螺孔，两侧的螺孔用于脱模时安装脱模器，T型件11上有连接和定位的销孔和螺孔，通过内螺纹圆柱销12、紧固螺栓7将组合后的活动块8与型腔主体模具10固定在底座2上。

底座2用于预成型纵横加筋壁板1外形，底座2的内型面尺寸与纵横加筋壁板1外型面尺寸一致，精度为0～0.10mm，表面粗糙度为1.6，其高度比纵横加筋壁板高10～15mm。

本实施例中，纵横加筋壁板分成多个区域，分别在不同模具上成型，再进行组装，使纵横加筋壁板一次共固化成型；其中，上型腔模具3用于预成型纵横加筋壁板1内型A区，第一型腔模具4用于预成型纵横加筋壁板1内型B区；中型腔模具5用于预成型纵横加筋壁板1内型C区；第二型腔模具6用于预成型纵横加筋壁板1内型D区；上型腔模具成型模13用于预成型上型腔模具3；中型腔模具成型模14用于预成型中型腔模具5。

纵横加筋壁板1位于底座2上部，铺贴时长度方向超出裁边线10～15mm，高度方向在上表面翻边长度10～15mm。

上型腔模具3位于纵横加筋壁板1外侧，铺贴时在上表面翻边长度10～15mm。

实施例

本实施例中，纵横加筋壁板1的尺寸参数参照表1：

表1纵横加筋壁板1的尺寸参数 单位:mm

项目	长度	宽度	零件最大后度	产品厡材料	成型方式
						参数	376	224	55	碳纤维预浸料	热压罐成型

本实施例中底座2、下活动块8、型腔主体模具10、T型件11、上型腔模具成型模13，中型腔模具成型模14原材料为Q235，上型腔模具3、中间型腔模具5原材料为AIRCAST3700A/B硅橡胶，定位、紧固件选用国家或行业标准。

(1)底座2结构设计：底座2用于预成型纵横加筋壁板1外形，底座2的内型面尺寸与纵横加筋壁板1外型面尺寸一致，精度为0～0.10mm，表面粗糙度为1.6，高度比纵横加筋壁板高10～15mm；其余轮廓尺寸在安装第一型腔模具4和右型腔模具6后，满足成型复合材料密封抽真空需求即可，底座2上表面销钉孔和螺纹孔均为盲孔，其中销钉孔位置精度±0.05mm，用以准确定位和紧固第一型腔模具4和第二型腔模具6，两侧孔安装吊环螺钉，在模具表面刻裁边线，线宽0.2mm深0.3mm。

(2)上型腔模具成型模13内型腔尺寸根据纵横加筋壁板1内型A区型面尺寸、纵横加筋壁板1固化温度的高低、所选硅橡胶材料的膨胀系数确定，本实施例上型腔模具成型模13内型腔周圈尺寸比纵横加筋壁板1内型A区型面周圈尺寸缩小0.3mm，高度与底座2上表面齐平,精度为0～0.1mm。

(3)上型腔模具3结构设计：将所选AIRCAST3700A/B硅橡胶材料注满上型腔模具成型模13，常温固化成型，脱模后得到上型腔模具3。

(4)第一型腔模具4结构设计：第一型腔模具4是组合模具，活动块8、型腔主体模具10组合后的外型面尺寸与纵横加筋壁板1内型B区型面尺寸一致，精度为-0.1～0mm，高度与底座2上表面齐平，两者之间分模面选用斜面与平面组合形式，活动块8上销钉孔为通孔，位置精度±0.05mm，型腔主体模具10上与其相配合的孔分为上下两段，上段为销孔，下段为螺纹孔，位置精度±0.05mm，螺栓9通过此孔可将两零件精确定位与紧固；在保证型腔主体模具10刚性足够和定位准确的前提下，靠近活动块8处凹槽尺寸越大越好，使得活动块8在固化时得到足够罐压，在型腔主体模具10上还有与T型件11相配合的销钉孔和螺纹孔，两侧的螺纹孔为脱模时安装脱模器，型腔主体模具10上所有销钉孔位置精度±0.05mm，销钉孔和螺纹孔均为盲孔，精致螺栓9将两个零件连接为一个整体，在模具表面刻裁边线，线宽0.2mm深0.3mm；T型件11功能为连接和定位，销钉孔和螺栓孔为通孔，销钉孔位置精度±0.05mm，在刚度足够的条件下，T字下部尽可能的窄，以方便组装后抽真空需求，利用内螺纹圆柱销12、紧固螺栓7将组合后的活动块8、型腔主体模具10定位在底座2上。

(5)中型腔模具成型模14内型腔尺寸根据纵横加筋壁板1内型C区型面尺寸、纵横加筋壁板1固化温度的高低、所选硅橡胶材料的膨胀系数确定，本实施例中型腔模具成型模14内型腔周圈尺寸比纵横加筋壁板1内型C区型面周圈尺寸缩小0.3mm，高度与底座2上表面齐平,精度为0～0.1mm。

(6)中间型腔模具5结构设计：将所选AIRCAST3700A/B硅橡胶材料注满中型腔模具成型模14，常温固化成型，脱模后得到中间型腔模具5。

(7)第二型腔模具6结构设计：第二型腔模具6为第一型腔模具4的对称件。

(8)数据分析及处理：根据底座2、第一型腔模具4、第二型腔模具6、上型腔模具成型模13、中型腔模具成型模14的三坐标测量结果，分析上型腔模具3、第一型腔模具4、中型腔模具5、第二型腔模具6与底座2的间隙，反馈到复合材料成型工艺，设计铺层方案，精确控制纵横加筋的含胶量。

模具使用方法

a.在底座2上按复材工艺要求铺贴纵横加筋壁板1外型，铺贴时注意长度方向超出裁边线10mm～15mm，高度方向在上表面翻边长度10～15mm，第一型腔模具4、第二型腔模具6安装位置不需要翻边，按工艺要求进行抽真空处理。

b.在上型腔模具3上按复材工艺要求铺贴纵横加筋壁板1内型A区，铺贴时注意在上表面翻边长度10～15mm，按工艺要求进行抽真空处理。

c.将第一型腔模具4、第二型腔模具6上的T型件11分别拆除，再在第一型腔模具4、第二型腔模具6上按复材工艺要求铺贴纵横加筋壁板1内型B区、D区，铺贴时注意在上表面翻边长度10～15mm，活动块8上表面不需要翻边，按工艺要求进行抽真空工序完成后，重新安装T型件11。

d.在中间型腔模具5上按复材工艺要求铺贴纵横加筋壁板1内型C区，铺贴时高度与上表面齐平，按工艺要求进行抽真空处理。

e.对铺贴好复合材料的各模具进行组装及处理：

①利用内螺纹圆柱销12、紧固螺栓7将左型腔模具4、右型腔模具6定位并紧固；

②安装上型腔模具3；

③安装中间型腔模具5；

④按复材工艺要求铺贴纵横加筋壁板1内型E区、F区；

⑤拔掉第一型腔模具4、第二型腔模具6上的螺栓9，使得活动块8在热压罐固化时，可以在高压作用下向侧壁单方向略作移动，可以对纵横加筋壁板1侧边施加罐压；

⑥卸掉型腔主体模具10与T型件11连接的紧固螺栓7，保留内螺纹圆柱销12，使得活动块8、型腔主体模具10在热压罐固化时，可在高压作用下垂直略作移动，可以对纵横加筋壁板1底板施加罐压；

⑦纵横加筋壁板1在热压罐高温高压固化时每个部分都受到罐压或硅橡胶膨胀压力的作用，可以保证固化压力，避免架桥现象的产生；

⑧将上型腔模具3、第一型腔模具4、第二型腔模具6上表面的复合材料翻边裁掉，根据复材工艺典型规范要求，对整个工装上表面进行密封、抽真空。

f.固化：按热压罐成形工艺要求进行。

g.脱模与修边：固化完成后，取出上型腔模具3、中间型腔模具5；卸掉T型件11，用脱模器连接型腔主体模具10上的螺纹孔，拔出下活动块8、型腔主体模具10，可将纵横加筋壁板1从底座2上脱模。按模具刻线进行裁边，得到一次共固化产品。

Claims (1)

1.一种复合材料纵横加筋壁板整体固化成型工装，包括纵横加筋壁板、底座、上型腔模具、第一型腔模具、中间型腔模具、第二型腔模具、上型腔模具成型模和中间型腔模具成型模，纵横加筋壁板分成多个区域，分别在不同模具上成型，再进行组装，使纵横加筋壁板一次共固化成型，其特征在于：所述底座为梯形结构，上部中间有轴向凹槽用于与纵横加筋壁板外形面配合，底座凹槽的内型面与纵横加筋壁板外型面尺寸一致，底座凹槽的高度大于纵横加筋壁板高度；底座上表面有对称的销钉孔和螺孔，用于定位和紧固第一型腔模具和第二型腔模具，底座两侧面有对称的螺孔用来安装吊环；所述中间型腔模具位于纵横加筋壁板中间部位，第一型腔模具和第二型腔模具分别位于中间型腔模具的两侧对称安装，所述上型腔模具位于纵横加筋壁板外侧；所述第一型腔模具与所述第二型腔模具为两个结构相同的部件，第一型腔模具与第二型腔模具分别包括紧固螺栓、活动块、螺栓、内螺纹圆柱销、型腔主体模和T型件，型腔主体模具上开有销孔和螺孔，型腔主体模具下部开有凹槽，活动块位于型腔主体模具凹槽处，活动块与型腔主体模具通过螺栓定位与紧固，型腔主体模具上有与T型件相配合的销孔和螺孔，两侧的螺孔用于脱模时安装脱模器，T型件上有用于连接和定位的销孔和螺孔，通过内螺纹圆柱销、紧固螺栓将组合后的活动块与型腔主体模具固定在底座上；

所述底座用于预成型纵横加筋壁板外形，底座内型面尺寸与纵横加筋壁板外型面尺寸一致，精度为0～0.10mm，表面粗糙度为1.6，其高度比纵横加筋壁板高10～15mm；

所述纵横加筋壁板与底座配合，铺贴时长度方向超出裁边线10～15mm，高度方向在上表面翻边长度为10～15mm；

所述上型腔模具位于纵横加筋壁板外侧，铺贴时在上表面翻边长度为10～15mm。