CN110625963B - 一种具有变厚度、转角特征的复合材料构件的制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种具有变厚度、转角特征的复合材料构件的制造方法，步骤为：将复合材料构件坯料在成型工装上进行铺叠;在表面放置成型模；将复合材料构件划分为厚区域和薄区域；在厚区域，放置软质层，即：靠近成型模工装先铺放一层橡胶层，再铺叠两层织物层；织物层在转角区断开；在断开区上放置一层橡胶层；在薄区域，不放置软质层；依次铺放可剥层、吸胶层、隔离膜、透气毡和真空袋，抽真空后进行加热加压固化成型。本发明基于区域划分与放置‑辅助材料放置策略，解决了现有技术存在的构件内部故障，外部纤维褶皱以及无法适用于变厚度的带转角区的复合材料构件等问题，显著提高具有转角区和变厚度的复合材料构件的表面质量和内部质量。

Description

一种具有变厚度、转角特征的复合材料构件的制造方法

技术领域

本发明涉及复合材料技术领域，具体涉及具有变厚度、转角特征的复合材料构件的制造。

背景技术

在航空航天领域，为了进一步降低飞行器的重量，复合材料构件已经从传统的蒙皮件等非承力构件向主承力的梁、肋构件方向发展。复合材料构件的结构也从单一的平板结构，转变为变厚度、多转角的复杂结构。复合材料构件在厚度过渡区、转角区往往会发生难以避免的表面褶皱、凹凸不平、没有光泽等缺陷。

通过检索国内外相关的文献发现，何凯等人（发明专利：非平板复合材料构件的固化成型方法与成型模）提出了一种柔性软模及其制造方法，其特征为转角区放置纯橡胶层，在平直面放置由橡胶层与织物层组合二层的弹性软质层。上述方法存在以下三个问题：1)转角区采用的橡胶层过于柔软，无法保证转角区的型面，适用于直角过渡而非圆角过渡的复合材料构件；2)橡胶层与织物层之间的拼缝或者热膨胀不匹配会在复合材料构件上拼接区形成褶皱；3)该方法不适用于变厚度复合材料构件。王海雷等人（发明专利：一种整体成型加筋复合材料壁板内型面的复合膜）提出了一种整体成型加筋复合材料壁板内型面的复合模，其特征为设计了由铝或树脂基复合材料构成的上凸缘成型软模，腹板成型软模，下凸缘及R角成型软模，以及由刚性填料与基体材料构成的上R角成型软模。上述方法存在以下三个问题：1)转角区过于坚硬，难以与阳模成型复合材料的转角区匹配，容易产生内部分层；2）未考虑拼缝或者热膨胀不匹配会在复合材料构件上拼接区形成褶皱；3)该方法不适用于变厚度复合材料构件。

发明内容

本发明的目的是针对具有变厚度、转角特征的复合材料构件，解决复合材料厚度过渡区、转角区的表面褶皱、凹凸不平、没有光泽等缺陷问题。

本发明的技术方案思路是：

一种具有变厚度、转角特征的复合材料构件的制造方法，

S1 将复合材料构件坯料在成型工装上进行铺叠;

S2 在表面放置成型模；

S3将复合材料构件划分为厚区域和薄区域，所述厚区域厚度值大于2.5mm；所述薄区域厚度小于等于2.5mm；

S4在厚区域，放置软质层，即：靠近成型模工装先铺放一层全铺层的橡胶层，再铺叠两层织物层；织物层在转角区断开，并留有间隙；然后在断开区上放置一层橡胶层；

S5在复合材料的薄区域，不放置软质层；

S6依次铺放可剥层、吸胶层、隔离膜、透气毡和真空袋，抽真空后进行加热加压完成复合材料构件2的固化成型。

所述软质层为橡胶层和织物层中的一种或两种混合的材料。

所述织物层在转角区断开的间隙为

~

，

为复合材料构件转角区的半径。

所述在断开区上放置的橡胶层的宽度比织物层断开的间隙大2~10mm。

所述步骤S6，当复合材料构件均为薄区域时，透气毡放置时不经过复合材料构件转角区。

所述的成型模工装材料为INVAR钢，铝合金或复合材料。

所述织物层在厚区域和薄区域的过渡区设有倒角。

本发明的有益效果是：

本发明基于区域划分-成型模设计与放置-辅助材料放置策略，解决了现有技术存在的构件内部无损故障，外部纤维褶皱以及无法适用于变厚度的带转角区的复合材料构件等问题，显著提高具有转角区和变厚度的复合材料构件的表面质量和内部质量。

附图说明

图1是配合成型模使用的复合材料构件的典型截面图。

图中：1-成型工装、2-复合材料构件、3-橡胶层、4-织物层。

具体实施方式

下面结合附图和实例对本发明作进一步的说明：

实施例1

本发明一种具有变厚度、转角特征的复合材料构件的制造方法，

S1 将复合材料构件坯料在成型工装上进行铺叠;

S2 在表面放置成型模

S3将复合材料构件划分为厚区域和薄区域，所述厚区域厚度值大于2.5mm；所述薄区域厚度小于等于2.5mm；

S4在复合材料的薄区域，不放置软质层；

S5在厚区域，放置软质层，其中：靠近成型模工装先铺放一层全铺层的橡胶层，再铺叠两层织物层；织物层在转角区断开，并留有间隙；最后在断开区上放置一层橡胶层；

其中，所述织物层在转角区断开的间隙为

~

，

为复合材料构件转角区的半径；在断开区上放置的橡胶层的宽度比织物层断开的间隙大2~10mm；

S6依次铺放可剥层、吸胶层、隔离膜、透气毡和真空袋，抽真空后进行加热加压完成复合材料构件2的固化成型。

实施例2

本发明一种具有变厚度、转角特征的复合材料构件的制造方法，

将复合材料制件划分为厚区域和薄区域，在成型模工装上针对不同厚度区域铺放不同软质层；

对软质层按照固化工艺进行固化从而制造得到成型模；

将复合材料制件坯料在成型工装上进行铺叠；

铺叠完成后，在表面放置成型模；然后在由此组成的成型模表面，铺放辅助材料，抽真空并固化成型复合材料制件。

所述的厚区域为厚度值大于2.5mm；所叙述的薄区域为小于等于2.5mm；

所述的软质层包括橡胶层和织物层组成的一种或两种混合的材料，其中织物层可选用复合材料制件的坯料；

所述的成型模工装，其是与复合材料制件贴近辅助材料表面的几何形状、大小一致的刚性模具体，材料可为INVAR钢，铝合金，复合材料等；

所述的针对不同厚度区域铺放不同软质层的策略包括以下三种情况：

1）复合材料制件全部为薄区域。不放置软质层；2）复合材料制件全部为厚区域，软质层放置为：靠近成型模工装先铺放一层全铺层的橡胶层，再铺叠两层织物层。织物层在转角区断开，断开的间隙为

~

。其中

为复合材料制件转角区的半径，最后在断开区放置一层橡胶层，橡胶层宽度比织物断开间隙大2~10mm；3）复合材料制件部分为薄区域，部分为厚区域，软质材料放置为：靠近成型模工装先铺放一层全铺层的橡胶层。根据划分，在薄区域不放置织物层；在厚区域，若该区域为不包括转角区，则不放置织物层，若包含转角区，再铺叠两层织物层。织物层在转角区断开，断开的间隙为

~

。其中

为复合材料制件转角区的半径，最后在断开区放置一层橡胶层，橡胶层宽度比织物断开间隙大2~10mm。在厚区域和薄区域的过渡区，对织物层进行倒角

所述铺放辅助材料时，当复合材料制件均为薄区域时，其中透气毡放置时不经过复合材料制件转角区。否则，透气毡尽量完全铺放复合材料制件表面。

实施例3

对复合材料构件2为厚度为3.0mm的碳纤维增强双马树脂基复合材料，复合材料构件2转角区半径为10mm，本发明一种具有变厚度、转角特征的复合材料构件的制造方法，具体步骤为：

在成型模工装上先后放置橡胶层3一层，织物层4两层，以及转角区的局部橡胶层3。织物层4材料选择复合材料构件2的织物材料，转角区的断开间隙为5mm。最外层的橡胶层3宽度为10mm。上述软质层材料经过固化形成成型模。

在成型工装1上铺放复合材料构件2。随后放置成型模。其中，成型工装1采用INVAR钢制材料。

在成型模上依次放置如下辅助材料：可剥层、吸胶层、隔离膜、透气毡和真空袋，抽真空后进行加热加压完成复合材料构件2的固化成型。

以上仅是本发明的具体应用范例，对本发明的保护范围不构成任何限制。凡采用等同变换或是等效替换而形成的技术方案，均落在本发明权利保护范围之内。

本发明未涉及部分与现有技术相同或可采用相同技术加以实现。

Claims (6)

1.一种具有变厚度、转角特征的复合材料构件的制造方法，其特征在于，步骤为：

S1 将复合材料构件坯料在成型工装上进行铺叠;

S2 在表面放置成型模；

S3将复合材料构件划分为厚区域和薄区域，所述厚区域厚度值大于2.5mm；所述薄区域厚度小于等于2.5mm；

S4在厚区域，放置软质层，即：靠近成型模工装先铺放一层全铺层的橡胶层，再铺叠两层织物层；织物层在转角区断开，并留有间隙；然后在断开区上放置一层橡胶层；

S5在复合材料的薄区域，不放置软质层；

S6依次铺放可剥层、吸胶层、隔离膜、透气毡和真空袋，抽真空后进行加热加压完成复合材料构件2的固化成型；

所述步骤S6，当复合材料构件均为薄区域时，透气毡放置时不经过复合材料构件转角区。

2.根据权利要求1所述一种具有变厚度、转角特征的复合材料构件的制造方法，其特征在于，所述软质层为橡胶层和织物层中的一种或两种混合的材料。

3.根据权利要求1所述一种具有变厚度、转角特征的复合材料构件的制造方法，其特征在于，所述织物层在转角区断开的间隙为

~

，

为复合材料构件转角区的半径。

4.根据权利要求1所述一种具有变厚度、转角特征的复合材料构件的制造方法，其特征在于，所述在断开区上放置的橡胶层的宽度比织物层断开的间隙大2~10mm。

5.根据权利要求1所述一种具有变厚度、转角特征的复合材料构件的制造方法，其特征在于，所述的成型模工装材料为INVAR钢，铝合金或复合材料。

6.根据权利要求1所述一种具有变厚度、转角特征的复合材料构件的制造方法，其特征在于，所述织物层在厚区域和薄区域的过渡区设有倒角。

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