CN110815858A - 一种用于r角区域碳捻丝的制作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于R角区域碳捻丝的制作方法，通过手动铺丝方式制备碳捻丝，完成C型框复合材料结构件的碳捻丝制造过程，保证每一根细条均能够完全随型，使三角区的表面质量和内部质量等均符合设计要求，保证产品质量稳定性。并且，本发明方法通过外模压制，可以控制填充量，避免出现填充量不足或过度填充的现象，保证产品质量稳定性。并且，本发明制备方法可以保证碳捻丝连贯性，从而提高产品成型质量等要求。另外，本发明方法不需要预压实工装，节约制造成本。

Description

一种用于R角区域碳捻丝的制作方法
技术领域
本发明涉及一种用于R角区域碳捻丝的制作方法。
背景技术
树脂基碳纤维复合材料具有比强度、比刚度高，可设计性强，抗疲劳断裂性能好，耐腐蚀，尺寸稳定性好等优越的性能，是目前航空、航天、交通等领域中应用十分广泛的高性能结构材料。
L型加强筋条的C型框架结构，如图1所示，是复合材料制件中较为常见的加强结构件，通常分为等截面C型框和变截面C型框等结构形式，其特点为C型结构整体尺寸较大、结构复杂，且为弧形结构，曲率高，但是C型框同时可以满足载荷强度、减少链接、降低成本，能够全面发挥复合材料的承载减重作用。对于这种结构，由于外载作用，在三角区部位会存在较大的应力集中，制造时必须用单向带预浸料填充，以保证三角区尺寸及内部质量。由于C型框结构复杂，三角区暴露在产品表面形成R角，该处R角不易控制，且三角区尺寸和厚度不易保证、三角区的表面质量和内部质量不合格等问题，大尺寸大曲率弧形结构零件尤为明显。因此必须采用必要的预成型方法保证填充质量，一般采用碳捻丝成型方法进行填充，避免出现填充量不足或过度填充，从而保证产品质量稳定性。
碳捻丝成型工艺：可先用0°单向带预浸料卷成圆柱状，再用表面光洁的金属圆棒（直径与三角区相适）滚压成形，如图2所示。但是，这种方式制备得到的碳捻丝刚度较大，在曲率较大的区域不能完全随型，无法保证产品质量，其金相结构如图3所示。另外，采用碳捻丝成型工艺的缺点主要有以下几个方面：1、对于大曲率的C型框，一般碳捻丝成型工艺易造成捻丝部分区域厚度较大，刚度强，在填充过程中容易产生褶皱，使得三角区尺寸和厚度不易保证。2、对于大尺寸C型框，碳捻丝在填充过程中，不能够完全随型，尤其是在曲率变化较大的区域，易出现富树脂等现象，影响零件质量，造成三角区的表面质量和内部质量不合格。3、一般碳捻丝成型工艺中，填充量一般通过理论计算得到数据进行制备，但是这种理论数据往往与实际应用中存在一定误差，因而填充量无法控制，不能保证产品质量稳定性。4、对于不同类型的C型框，需制备不同规格的碳捻丝预成型工装，增加制造成本。
发明内容
针对上述存在的问题，本发明提供一种用于R角区域碳捻丝制作方法，通过手动铺丝方式制备碳捻丝，完成C型框复合材料结构件的碳捻丝制造过程，保证每一根细条均能够完全随型，使三角区的表面质量和内部质量等均符合设计要求，保证产品质量稳定性。具体技术方案如下：
一种用于R角区域碳捻丝的制作方法，包括步骤如下：
1）工件组装：将L型立筋与C型腹板进行定位组装，二者之间形成三角形的待填充捻丝的R角区域；
2）手动填丝：通过手动铺丝方式将单向带细条填充在步骤1）中所述的R角捻丝区内，并且边填充边进行预压实，使填充的捻丝预成型；
3）中止填丝：重复步骤2）直至填充的捻丝与L型立筋的R角目视齐平为止；
4）预抽验证：将工件成型的外侧工装根据定位孔进行定位组装，使压力垫压在填充的捻丝上，然后进行预抽，目视检查捻丝填充区域是否有明显被工装压出的痕迹；
5）补充填丝：对步骤4）中无工装压出痕迹的区域继续填充单向带细条，并再次用外侧工装合模，进行预抽的方式进行验证，直至所有捻丝均被压力垫压出明显痕迹。
6）合模成型：经步骤5）补充填丝后，L型立筋与C型腹板组装的R角区域被填满，然后将外侧工装合模，经固化工艺处理后，即形成R角区域的捻丝结构。
作为优选的技术方案的，步骤2）中，所述单向带细条为由相互平行的连续纤维或单向织物经浸渍树脂后制成的带状预浸料。
作为进一步优选的技术方案的，所述单向带细条为碳纤维带状预浸料。
作为优选的技术方案的，步骤2）中，所述预压实的频率为每填充10条单向带细条便进行一次，直至填满。
作为优选的技术方案的，前述的用于R角区域碳捻丝的制作方法，所用的单向带细条，其直径为3mm。
本发明的有益效果是：
与现有技术相比，本发明具有以下几个优势：
1）与传统制备碳捻丝方法相比，该方式制备碳捻丝可以完全随型，同时避免在大曲率区域产生褶皱，使得三角区尺寸和厚度得到保证，同时三角区的表面质量和内部质量等均符合设计要求。
2）通过外模压制，可以控制填充量，避免出现填充量不足或过度填充的现象，保证产品质量稳定性。
3）本发明制备方法可以保证碳捻丝连贯性，从而提高产品成型质量等要求。
4）本发明制备方法不需要预压实工装，节约制造成本。
附图说明
图1为本发明的L型加强筋条的C型框架结构示意图；
图2为现有的碳捻丝成型工艺过程示意图；
图3为现有的碳捻丝成型工艺制得的碳捻丝金相图；
图4为本发明方法制得的碳捻丝金相图。
具体实施方式
下面将结合实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动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。
本实施例是一种用于R角区域碳捻丝的制作方法，包括步骤如下：
1）工件组装：将L型立筋与C型腹板进行定位组装，二者之间形成三角形的待填充捻丝的R角区域，该区域为对称或不对称的均可。
2）手动填丝：通过手动铺丝方式将直径为3mm的碳纤维单向带预浸料细条填充在步骤1）中所述的待填充捻丝的R角区域内；此外，也可以通过本方法填充其他的由相互平行的连续单向织物经浸渍树脂后制成的带状预浸料。本实施例中，每填充10条单向带细条便采用真空袋压法进行一次预压实，以通过这种方式使填充的捻丝预成型。
3）中止填丝：重复步骤2），直至填充的捻丝与L型立筋的R角目视齐平为止；
4）预抽验证：将用于工件成型的外侧工装根据定位孔进行定位组装，使压力垫压在填充的捻丝上，然后进行预抽，预抽结束后，目视检查捻丝填充区域是否有明显被工装压出的痕迹；
5）补充填丝：对步骤4）中无工装压出痕迹的区域继续填充单向带细条，并再次用外侧工装合模，进行预抽的方式进行验证，直至所有捻丝均被压力垫压出明显痕迹。
6）合模成型：经步骤5）补充填丝后，L型立筋与C型腹板组装的R角区域被填满，然后将外侧工装合模，经固化工艺处理后，即形成R角区域的捻丝结构，其金相结构如图4所示。
与传统制备碳捻丝方法相比，本发明制备的碳捻丝可以完全随型，同时避免在大曲率区域产生褶皱，使得三角区尺寸和厚度得到保证，同时三角区的表面质量和内部质量等均符合设计要求。同时，通过外模压制，可以控制填充量，避免出现填充量不足或过度填充的现象，保证产品质量稳定性。并且，本发明制备方法可以保证碳捻丝连贯性，从而提高产品成型质量等要求。另外，本发明方法不需要预压实工装，节约制造成本。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。此外，应当理解，以上所述的仅是本发明的一个较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (5)

1.一种用于R角区域碳捻丝的制作方法，其特征在于：包括步骤如下：
1）工件组装：将L型立筋与C型腹板进行定位组装，二者之间形成三角形的待填充捻丝的R角区域；
2）手动填丝：通过手动铺丝方式将单向带细条填充在步骤1）中所述的待填充捻丝的R角区域内，并且边填充边进行预压实，使填充的捻丝预成型；
3）中止填丝：重复步骤2）直至填充的捻丝与L型立筋的R角目视齐平为止；
4）预抽验证：将用于工件成型的外侧工装根据定位孔进行定位组装，使压力垫压在填充的捻丝上，然后进行预抽，目视检查捻丝填充区域是否有明显被工装压出的痕迹；
5）补充填丝：对步骤4）中无工装压出痕迹的区域继续填充单向带细条，并再次用外侧工装合模，进行预抽的方式进行验证，直至所有捻丝均被压力垫压出明显痕迹；
6）合模成型：经步骤5）补充填丝后，L型立筋与C型腹板组装的R角区域被填满，然后将外侧工装合模，经固化工艺处理后，即形成R角区域的捻丝结构。
2.根据权利要求1所述的用于R角区域碳捻丝的制作方法，其特征在于：步骤2）中，所述单向带细条为由相互平行的连续纤维或单向织物经浸渍树脂后制成的带状预浸料。
3.根据权利要求2所述的用于R角区域碳捻丝的制作方法，其特征在于：所述单向带细条为碳纤维带状预浸料。
4.根据权利要求1所述的用于R角区域碳捻丝的制作方法，其特征在于：步骤2）中，所述预压实的频率为每填充10条单向带细条便进行一次，直至填满。
5.根据权利要求1至权利要求4任意一项所述的用于R角区域碳捻丝的制作方法，其特征在于：所述单向带细条的直径为3mm。
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