CN110774622B - 大尺寸大长径比等截面复合材料口型梁的成型方法及芯模 - Google Patents

大尺寸大长径比等截面复合材料口型梁的成型方法及芯模 Download PDF

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Abstract

本发明涉及复合材料成型技术领域，尤其涉及一种大尺寸大长径比等截面复合材料口型梁的成型方法及芯模。成型方法采用金属夹芯和泡沫芯模结合的方式，对待成型口型梁的预成型体起到很好的支撑，而且能保证产品的平直度，并且成型时无需注入填充材料，比传统的先注入再去除的方式更方便、高效，产品质量更高，大大缩短了复合材料口型梁的加工周期，提高口型梁的内腔质量。芯模包括金属夹芯，在金属夹芯的外侧设置泡沫芯模，该金属芯模与金属夹芯弱连接，泡沫芯模的外型面与待成型口型梁的内型面匹配。使用该芯模能够有效提高大尺寸大长径比等截面复合材料口型梁的成型效率，有效避免复合材料口型梁的内壁易出现损伤的问题，并且结构简单。

Description

大尺寸大长径比等截面复合材料口型梁的成型方法及芯模
技术领域
本发明涉及复合材料成型技术领域，尤其涉及一种大尺寸大长径比等截面复合材料口型梁的成型方法及芯模。
背景技术
复材零部件以其高强高模、耐高温耐疲劳等性能在航空航天领域大量应用，飞机复材零件甚至占到某些飞机部件的70％。
目前，对于复合材料口型梁，针对小尺寸零件可以采用阳模成型、硅橡胶成型等多种方式成型，而对于大尺寸大长径比等截面的口型梁，多采用水溶性芯模或低温熔融芯模。例如，水溶性芯模需要先在模具中浇注水溶性材料并且要保持一定的强度，而在产品成型后，需要在模具内倒入一定温度的水，将模具溶解倒出。这些方式成型工艺复杂，另外去除填充材料时容易损伤复合材料口型梁的内壁。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明的第一个目的是提供一种大尺寸大长径比等截面的复合材料口型梁的成型方法，解决现有成型工艺复杂，易损伤复合材料口型梁的内壁的问题。
本发明的第二个目的是提供一种用于大尺寸大长径比等截面的复合材料口型梁成型的有芯模，使用该芯模进行大尺寸大长径比等截面的复合材料口型梁成型，能够有效的减化工艺，避免复合材料口型梁的内壁易出现损伤的问题。
(二)技术方案
为了实现上述第一个目的，本发明第一方面提供了一种大尺寸大长径比等截面复合材料口型梁的成型方法，其第一种实现方式包括以下步骤：
S1、采用长度不小于待成型口型梁长度的金属夹芯，在金属夹芯的外周侧设置泡沫芯模，泡沫芯模与金属夹芯之间采用弱连接，且泡沫芯模的外型面与待成型口型梁的内型面匹配；
S2、在泡沫芯模外铺覆待成型口型梁的预成型体；
S3、在预成型体外依次铺覆隔离膜和透气毡；
S4、在透气毡外套设真空袋，并对真空袋内抽真空；
S5、在抽真空后，将上述装配体整体放入烘箱内加热，使预成型体固化成型为复合材料口型梁；
S6、拆模，拆除真空袋、透气毡和隔离膜，对金属夹芯施加抽力或推力，将金属夹芯与泡沫芯模分离，再将泡沫芯模与复合材料口型梁分离，得到复合材料口型梁。
结合第一方面的第一种实现方式，本发明第一方面的第二种实现方式中，步骤S1中泡沫芯模通过硅脂胶与金属夹芯粘接。
结合第一方面的第一种实现方式或第二种实现方式，本发明第一方面的第三种实现方式中，在铺覆待成型口型梁的预成型体之前，先在泡沫芯模外铺覆脱模布。使表面光滑平整，成型后的口型梁内表面光滑无褶皱，质量更高。
结合第一方面的第一种实现方式至第三种实现方式中的任一种实现方式，本发明第一方面的第四种实现方式中：
步骤S1中的泡沫芯模为PMI泡沫制成；和/或
步骤S1中的金属夹芯为铝金属制成。
结合第一方面的第一种实现方式至第四种实现方式，本发明第一方面的第五种实现方式中：
在金属夹芯外侧铺覆材料之前，先将金属夹芯的两端可转动地安装在支架上；
放入烘箱时，将金属夹芯从支架上拆除。
为了实现上述第二个目的，本发明第二方面还提供了一种用于大尺寸大长径比等截面复合材料口型梁成型的芯模，其第一种实现方式包括：
金属夹芯，金属夹芯的长度不小于待成型口型梁长度；
泡沫芯模，泡沫芯模设置在金属夹芯的外周，并与金属夹芯弱连接，向金属夹芯施加抽力或推力，金属夹芯能够与泡沫芯模分离；
泡沫芯模的外型面与待成型口型梁的内型面匹配。
结合第二方面的第一种实现方式，本发明第二方面的第二种实现方式中，泡沫芯模与金属夹芯之间通过硅脂胶粘接。
结合第二方面的第一种实现方式或第二种实现方式，本发明第二方面的第三种实现方式中，泡沫芯模的外侧铺覆有脱模布。
结合第二方面的第一种实现方式至第三种实现方式中任一种实现方式，本发明第二方面的第四种实现方式中，金属夹芯的两端设有支撑轴，用于与支架连接，使金属夹芯能够相对支架转动。
结合第二方面的第一种实现方式至第四种实现方式中任一种实现方式，本发明第二方面的第五种实现方式中：
泡沫芯模为PMI泡沫制成；和/或
金属夹芯为铝金属制成。
(三)有益效果
本发明的上述技术方案具有如下优点：本发明提供的大尺寸大长径比等截面复合材料口型梁的成型方法，采用金属夹芯和泡沫芯模结合的方式，对待成型口型梁的预成型体起到很好的支撑，而且能保证产品的平直度，并且成型时无需浇注和注入除水溶性或低温熔融等填充材料，比传统的先注入再去除的方式更方便、高效，产品质量更高，大大缩短了复合材料口型梁的加工周期，提高复合材料口型梁的内腔质量。
本发明提供的用于大尺寸大长径比等截面复合材料口型梁成型的芯模，采用长度不小于待成型口型梁长度的金属夹芯，在金属夹芯的外侧设置泡沫芯模，并与金属夹芯弱连接，泡沫芯模的外型面与待成型口型梁的内型面匹配。该芯模能够对待成型口型梁的预成型体起到很好的支撑，而且能保证产品的平直度，并且结构简单。使用该芯模能够有效提高大尺寸大长径比等截面复合材料口型梁的成型效率，有效避免复合材料口型梁的内壁易出现损伤的问题，提高复合材料口型梁的内腔质量。
附图说明
本发明附图仅仅为说明目的提供，图中各部件的比例与数量不一定与实际产品一致。
图1是本发明实施例中一种口型梁的横截面示意图；
图2是本发明实施例中一种芯模的结构示意图；
图3是本发明实施例中另一种芯模的结构示意图
图4是本发明实施例中口型梁与芯模未分离状态的横截面示意图。
图中：1：金属夹芯；2：泡沫芯模；21：上泡沫板；22：下泡沫板；23：左泡沫板；24：右泡沫板；3：脱模布；4：口型梁；41：内层壁；42：蜂窝夹芯层；43：外层壁。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例一
本发明实施例以图1所示的大尺寸大长径比等截面复合材料口型梁为例，用于进一步解释说明本发明所提供的大尺寸大长径比等截面复合材料口型梁的成型方法。
图1示出的是口型梁4的横截面，该口型梁4的长度为4750mm，宽度为200mm，高度为80mm，以图1所示的结构及方位为例具体描述如下：该口型梁4的腔内的上下两侧各设有一个蜂窝结构，该蜂窝结构由内层壁41、蜂窝夹芯层42和外层壁43组成，内层壁41的两端与外层壁43连接，内层壁41与外层壁43形成一腔体，蜂窝夹芯层放置在腔体内形成蜂窝结构。
以下具体描述利用本发明提供的大尺寸大长径比等截面复合材料口型梁的成型方法对图1所示的口型梁4进行成型的步骤：
步骤S1：选用一个长度不小于4750mm的金属块作为金属夹芯1，根据口型梁4的腔体特性，该金属块的横截面为长方形。在该金属夹芯1的外周侧设置泡沫芯模2，该泡沫芯模2与金属夹芯1之间采用弱连接，能够有效防止成型过程中泡沫芯模2滑移。
此处所述的弱连接是指两者相对固定，在不受到过大的轴向力的情况下，两者之间相对固定，在向金属夹芯1施加一定的推力或拉力，在不破坏两者结构的情况下，能够使金属夹芯1与泡沫芯模2分离。
需要说明的是，泡沫芯模2采用轻质、低膨胀率的泡沫材料，且要具有一定刚度，以能够支撑预浸料而不变形为标准，例如，聚甲基丙烯酰亚胺(PMI)泡沫。
在一些具体地实施方式中，此处弱连接的一种实现方式可以是泡沫芯模2紧贴覆在金属夹芯1；另一种实现方式还可以是泡沫芯模2通过间隔粘接的方式粘接在金属夹芯1上，例如，在金属夹芯1上每隔一段距离设置一个粘接点，在粘接点涂抹一定量的粘接剂。再一种实现方式中，还可以使用粘度不高的粘接剂全面涂抹，使两者全面粘接。
泡沫芯模2的外型面与待成型口型梁的内型面匹配，使待成型口型梁在成型后其内型面具有所设计的型面结构，例如，口型梁的内型面某处有凸起，在泡沫芯模2的外型面相对应的位置具有与凸起相对应的凹部，使口型梁的内型面与泡沫芯模的外型面能够完全贴合。
步骤S2：在泡沫芯模2外铺覆待成型口型梁的预成型体，具体在本实施例中，在泡沫芯模2外依次铺设内层壁41、蜂窝夹芯层42和外层壁43，形成待成型口型梁的预成型体，参见图4所示。
上述步骤S2中所述的内层壁41和外层壁43是从结构上进行的划分，两者均为预浸料。
步骤S3：在制成的预成型体外依次铺覆隔离膜和透气毡。
步骤S4：在透气毡外套设真空袋，并对真空袋内抽真空。
步骤S5：在抽真空后，将上述装配体整体放入烘箱内加热，使预成型体固化成型为复合材料口型梁。
S6、拆模，拆除真空袋、透气毡和隔离膜，对金属夹芯1施加抽力或推力，即可将所述金属夹芯1与泡沫芯模2分离，再将泡沫芯模2与复合材料口型梁分离，得到复合材料口型梁。
在一些优选地实施方式中，步骤S1中泡沫芯模2通过硅脂胶与金属夹芯1粘接。
在一些优选地实施方式中，参见图2所示，泡沫芯模2由上泡沫板21，下泡沫板22、左泡沫板23和右泡沫板24组成，方便与金属夹芯1组合。
优选地，参见图3所示，在铺覆待成型口型梁的预成型体之前，先在所述泡沫芯模外铺覆脱模布3，使多个泡沫板之间形成一个整体，而且方便脱模。优选地，脱模布3为单面带胶脱模布。
在一些优选地实施方式中，泡沫芯模2为聚甲基丙烯酰亚胺(PMI)泡沫制成，该泡沫为高强度和刚度的耐热泡沫塑料，能够满足中高温、高压固化和预浸料工艺要求。
在一些优选地实施方式中，金属夹芯1为铝金属制成。
为了方便在金属夹芯1上进行各种材料铺设，避免在铺设中损坏泡沫芯模的外型面，在一些优选地实施方式中，在进行铺设之前，将金属夹芯1安装在支架上，使金属夹芯1能够相对支架转动，在铺设泡沫芯模2时，铺设一面后，翻转金属夹芯1，再铺设另一面。后续其他铺设也可以以此方式损伤，损伤简单方便。在需要放入烘箱时，将金属夹芯1从支架上拆除即可。
需要说明的是，根据复合材料口型梁的结构不同，制作待成型口型梁的预成型体的步骤会有不同，制作待成型口型梁的预成型体为现有技术，本领域技术人员能够根据不同的口型梁结构，进行相应的变化，本实施例并非是对本申请方案的限定。
实施例二
如图2所示，本实施例提供了一种用于大尺寸大长径比等截面复合材料口型梁成型的芯模，该芯模包括金属夹芯1和泡沫芯模2。其中，金属夹芯1的长度不小于待成型口型梁长度，泡沫芯模2的外型面与待成型口型梁的内型面匹配。泡沫芯模2设置在所述金属夹芯1的外周，并与金属夹芯1弱连接，以向所述金属夹芯施加一定的抽力或推力，金属夹芯能够与泡沫芯模2分离为准，弱连接的具体方式在实施例一中已进行了举例，在此不再赘述。
在一些优选地实施方式中，参见图2所示，泡沫芯模2由上泡沫板21，下泡沫板22、左泡沫板23和右泡沫板24组成，方便与金属夹芯1组合。
在一些优选地实施方式中，参见图3所示，在铺覆待成型口型梁的预成型体之前，先在泡沫芯模2外铺覆脱模布3，使多个泡沫板之间形成一个整体，而且方便脱模。优选地，脱模布3为单面带胶脱模布。
在一些优选地实施方式中，泡沫芯模2为聚甲基丙烯酰亚胺(PMI)泡沫制成，该泡沫为高强度和刚度的耐热泡沫塑料，能够满足中高温、高压固化和预浸料工艺要求。
在一些优选地实施方式中，金属夹芯1为铝金属制成。
为了方便在金属夹芯1上进行各种材料铺设，避免在铺设中损坏泡沫芯模的外型面，在一些优选地实施方式中，在进行铺设之前，将金属夹芯1安装在支架上，使金属夹芯1能够相对支架转动。在铺设泡沫芯模2时，铺设一面后，翻转金属夹芯1，再铺设另一面。后续其他铺设也可以以此方式损伤，损伤简单方便。
一个具体地实现方式中，金属夹芯1的两端设有支撑轴，使金属夹芯1通过两端的支撑轴方便地安装在支架上。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：并非每个实施例仅包含一个独立的技术方案，不存在方案冲突的情况下，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
此外，在不脱离本发明的范围的情况下，对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种大尺寸大长径比等截面复合材料口型梁的成型方法，其特征在于， 包括以下步骤：
S1、采用长度不小于待成型口型梁长度的金属夹芯，在所述金属夹芯的外周侧设置泡沫芯模，所述泡沫芯模与所述金属夹芯之间采用弱连接，在不受到过大的轴向力的情况下，两者之间相对固定，向所述金属夹芯施加一定的推力或拉力，在不破坏两者结构的情况下，能够使所述金属夹芯与所述泡沫芯模分离，且所述泡沫芯模的外型面与待成型口型梁的内型面匹配，所述泡沫芯模为PMI泡沫制成；
S2、在所述泡沫芯模外铺覆待成型口型梁的预成型体；
S3、在所述预成型体外依次铺覆隔离膜和透气毡；
S4、在所述透气毡外套设真空袋，并对真空袋内抽真空，形成装配体；
S5、在抽真空后，将上述装配体整体放入烘箱内加热，使预成型体固化成型为复合材料口型梁；
S6、拆模，拆除真空袋、透气毡和隔离膜，对所述金属夹芯施加抽力或推力，将所述金属夹芯与所述泡沫芯模分离，再将泡沫芯模与复合材料口型梁分离，得到复合材料口型梁。
2.根据权利要求1所述的成型方法，其特征在于：步骤S1中所述泡沫芯模通过硅脂胶与所述金属夹芯粘接。
3.根据权利要求1所述的成型方法，其特征在于：在铺覆待成型口型梁的预成型体之前，先在所述泡沫芯模外铺覆脱模布。
4.根据权利要求1-3任一项所述的成型方法，其特征在于：步骤S1中的所述金属夹芯为铝金属制成。
5.根据权利要求1所述的成型方法，其特征在于：在所述金属夹芯外侧铺覆材料之前，先将所述金属夹芯的两端可转动地安装在支架上；
放入烘箱时，将所述金属夹芯从所述支架上拆除。
6.一种用于大尺寸大长径比等截面复合材料口型梁成型的芯模，其特征在于，包括：
金属夹芯，所述金属夹芯的长度不小于待成型口型梁长度；
泡沫芯模，所述泡沫芯模设置在所述金属夹芯的外周，并与所述金属夹芯弱连接，向所述金属夹芯施加抽力或推力，所述金属夹芯能够与所述泡沫芯模分离；
所述泡沫芯模的外型面与待成型口型梁的内型面匹配；
所述泡沫芯模为PMI泡沫制成。
7.根据权利要求6所述的芯模，其特征在于：所述泡沫芯模与所述金属夹芯之间通过硅脂胶粘接。
8.根据权利要求6所述的芯模，其特征在于：所述泡沫芯模的外侧铺覆有脱模布。
9.根据权利要求6所述的芯模，其特征在于：所述金属夹芯的两端设有支撑轴，用于与支架连接，使所述金属夹芯能够相对所述支架转动。
10.根据权利要求6所述的芯模，其特征在于：所述金属夹芯为铝金属制成。
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