CN111152482A - 一种适于rfi工艺的帽型加筋壁板预成型体制备方法 - Google Patents

一种适于rfi工艺的帽型加筋壁板预成型体制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于高性能树脂基复合材料低成本制造技术领域，涉及一种适于RFI工艺的帽型加筋壁板预成型体制备方法。本发明针对帽型复合材料加筋壁板结构特点、采用的材料特性、RFI工艺过程中的预成型体与模具的组装要求及对加筋壁板的质量要求，提出一种既便于干态纤维操作，又能满足帽型加筋型面和位置与最终成型模配合要求的预成型体制备和尺寸控制方法，实现了帽型加筋壁板RFI整体成型，保证了帽型加筋壁板最终质量要求。

Description

一种适于RFI工艺的帽型加筋壁板预成型体制备方法
技术领域
本发明属于高性能树脂基复合材料低成本制造技术领域，涉及一种适于RFI工艺的帽型加筋壁板预成型体制备方法。
背景技术
由于液体成型技术可以结合缝合、编织等三维增强技术提高层间强度和抗冲击损伤能力，克服传统二维层合板复合材料结构层间性能弱的不足，近年来得到越来越多的应用。由于缝合与三维编织相比能更好保持层合结构面内性能的前提下有效提高厚度方向性能，而且可以根据结构的实际载荷状况设计预成型体的缝合区域和缝合密度，更有利于结构重量和成本的优化，因此缝合法成为目前航空领域实现复合材料结构三维增强的一种主要方式。
大尺寸加筋壁板是航空复合材料广泛采用的结构形式，而RFI(Resin FilmInfusion)工艺是一种适合大尺寸壁板类构件整体成型的低成本复合材料液体成型技术。RFI的工艺原理是采用干态纤维机织物制备干态纤维预成型体，在升温过程中树脂膜熔融渗入干态纤维，升温固化得到复合材料制件。由于RFI工艺不仅可以结合缝合技术对层合板结构进行Z向增强，而且还具有纤维含量高、适合大尺寸加筋壁板类整体成型的优势，因此越来越多的需要三维增强的高性能大尺寸加筋壁板采用了缝合/RFI工艺进行整体成型。把复合材料蒙皮和加强筋等多个零件缝合成一体，提高结构整体性的同时，减少紧固件的使用量，降低装配工作量，并实现结构减重。
帽型复合材料加筋壁板由于具有较好的刚度而成为飞机结构上常用的一种复合材料加筋壁板形式，也成为近年来采用缝合/RFI工艺成型的一种很典型的壁板结构。与其他“T”型、“J”型、“工”型加筋壁板不同，由于帽型加筋壁板的帽型加筋与蒙皮之间形成的是细长的空腔，结构不开敞，整体成型难度较大，不仅涉及帽型加筋非开敞区域加压、脱模，采用RFI工艺整体成型还涉及树脂如何浸润干态纤维避免干斑、干态纤维如何制备成帽型加筋预成型体诸多难题。考虑帽型加筋非开敞型腔脱模，型腔内模具需要采用软模，外侧采用刚性模具保证帽型加筋外形。而帽型加筋、蒙皮铺叠所采用的是干态纤维机织物，干态纤维未经树脂浸润缺乏定型能力，铺叠难度大，维型困难，同时帽型加筋的帽顶、侧面、R角等与模具的配合面多，由于帽型加筋内侧采用软模、外侧采用刚性阴模均不适合用于帽型加筋预成型体的铺叠，需要单独设计帽型加筋的铺叠模，作为帽型加筋铺叠模，如果所铺叠的帽型加筋的截面尺寸、形状与帽型加筋成型模组装时型面不容易匹配，在与壁板成型模组装时不仅工作量大，而且会出现帽型加筋型面和位置与模具出现干涉导致无法组装模具，所成型的零件常常出现因为帽型加筋预成型体与模具配合不好造成纤维屈曲皱褶以及R角架桥造成的富脂现象。可以说，在帽型加筋壁板缝合/RFI整体成型中，帽型加筋加筋壁板缝合预成型体的制备是关系壁板质量的一个关键环节。
发明内容
本发明的目的是，提供一种用于RFI工艺的在预成型体制备过程中既便于铺叠又可控制帽型加筋截面形状尺寸的方法，降低帽型加筋铺叠难度的同时使帽型加筋型面和位置与成型模具达到良好配合不出现干涉，不仅便于预成型体与成型模具组装，而且避免帽型加筋出现纤维皱褶或R区架桥富脂的质量缺陷，保证帽型加筋壁板质量。
本发明的技术解决方案：一种适于RFI工艺的帽型加筋壁板预成型体制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
(a)将帽型加筋壁板分为帽型加筋铺层单元3、蒙皮铺层单元4、填料单元5；
(b)设计专用帽型加筋预成型模；
(c)帽型加筋铺层单元3、蒙皮铺层单元4、填料单元5分别预成型；
(d)将预成型帽型加筋铺层单元3、蒙皮铺层单元4、填料单元5与帽型加筋壁板成型模具组装，预压定型并定位形成预定型帽型加筋壁板预成型体；
(e)预定型帽型加筋壁板预成型体缝合、切边制备成为帽型加筋壁板预成型体。
所述步骤b中，所述专用帽型加筋预成型模由若干芯模1和支撑模2组成；每根帽型加筋铺层单元3均设计对应的芯模1，多根芯模1均匀固定在支撑模2上，芯模1外型面按对应帽型加筋铺层单元3的内型面设计。
所述步骤c中，所述帽型加筋铺层单元3预成型，帽型加筋铺层单元3分为两侧腹板6和帽顶7及两侧翻边84个区域，其中两侧腹板6和帽顶7合称为M区域，其余为N区域；按帽型加筋铺层单元3展开后的尺寸铺叠，将铺叠好的帽型加筋铺层单元3按定位标识铺放在对应的芯模1上，使帽型加筋铺层单元3两侧腹板6、帽顶7内表面与预成型模的芯模1型面贴合，翻边8的内表面与芯模两侧的支撑模2型面贴合。各帽型加筋铺层单元3铺放完成后分别铺放辅助材料，在支撑模2上封装，抽真空或进热压罐预压定型。
所述展开后的尺寸：帽型加筋铺层单元3展开宽度B＝b+h1+h2+b1+b2+i，其中i根据帽型加筋铺层单元两侧边缘所留余量之和，展开长度按对应帽型加筋两端各延长15mm～60mm
所述帽型加筋铺层单元铺叠：在平台上分别按帽型加筋铺层单元3的展开尺寸和要求的铺层顺序、铺层方向铺叠每个帽型加筋铺层单元3，其中M区域可层间铺放树脂膜，铺叠完成后在每个帽型加筋铺层单元3上标识帽型加筋顶部中轴线位置用于后续在预成型模上铺放时的定位基准。
所述步骤c中，蒙皮铺层单元4预成型，蒙皮全厚度参与缝合的只有1个缝合蒙皮单元9，按缝合蒙皮单元9的尺寸和要求的铺层顺序、铺层方向在蒙皮外形模11上铺叠缝合蒙皮单元9，缝合蒙皮单元9不需要缝合的区域可层间铺放树脂膜。
所述步骤c中，蒙皮铺层单元4预成型，蒙皮部分厚度参与缝合的分为缝合蒙皮单元9和非缝合蒙皮单元10，按缝合蒙皮单元9的尺寸和要求的铺层顺序、铺层方向在蒙皮外形模11上铺叠缝合蒙皮单元9，缝合蒙皮单元9不需要缝合的区域可层间铺放树脂膜；按非缝合蒙皮单元10的尺寸和要求的铺层顺序、铺层方向在蒙皮外形模11上铺叠非缝合蒙皮单元10，非缝合蒙皮单元10可层间铺放树脂膜。
所述步骤c中，填料单元5预成型，填料单元5的截面按填充区外形，计算材料用量时，所需机织物宽度D＝Ks/t，其中s为填充区截面的理论面积，t为机织物单层厚度，K为调整系数取1.0～1.2，填料单元5按计算的材料用量通过与之截面一致的模具进行预成型。
所述步骤d中，第一种情况，如果帽型加筋铺层单元3长度方向中间没有断口，将缝合蒙皮单元9在蒙皮外形模11上定位，将帽型加筋内型模12组装在缝合蒙皮单元9上对应帽型加筋铺层单元3的位置，在帽型加筋内型模12两侧按帽型加筋铺层单元3实际长度放置填料单元5，然后组装已经过预定型的帽型加筋铺层单元3。
所述步骤d中，第二种情况，如果帽型加筋铺层单元3长度方向中间有断口，将缝合蒙皮单元9在蒙皮外形模11上定位后先组装断口位置的蒙皮内型模13，然后将帽型加筋内型模12组装在缝合蒙皮单元9上对应帽型加筋铺层单元3的位置，在帽型加筋内型模12两侧按每段帽型加筋长度放置填料单元5，然后组装已经过预定型的帽型加筋铺层单元3。
本发明的优点是：
(1)对帽型加筋铺层单元分区并按展开后尺寸铺叠然后在预成型模上定型的方案，铺叠工艺性好、效率高，且不容易出现架桥，经过预定型后帽型加筋与成型模具组装时不干涉，避免组装过程产生皱褶和纤维屈曲。
(2)帽型加筋铺层单元预定型后将帽型加筋内侧模、外侧模与蒙皮组装在一起，按内、外侧模型面、位置进行再次预压定型、定位，缝合前即保证了帽型加筋的型面和位置精度，避免造成缝合后出现帽型加筋相对于蒙皮位置偏差问题。
(3)多根芯模固定于一个支撑模体上以支撑模作为载体，降低细长的长桁模加工难度，避免使用过程中变形，同时便于封装操作。
(4)帽型加筋内侧模、填料单元、帽型加筋铺层单元依次在蒙皮上铺放定位，便于掌握帽型加筋内侧模、填料等在蒙皮上的位置，操作工艺性好。
(5)帽型加筋与蒙皮缝合前通过预压消除预成型体铺叠后与最终零件厚度的压缩量，避免缝合线屈曲，使缝合更好的发挥Z向增强效果。
附图说明
图1帽型加筋壁板铺层单元划分示意图
图2帽型加筋预成型模示意图
图3帽型铺层单元参数及区域划分示意图
图4实施例1帽型加筋壁板截面尺寸
图5实施例2帽型加筋壁板截面尺寸
图6帽型加筋壁板铺层单元组装示意图
图7帽型加筋壁板预成型体与模具组装示意图
图8帽型加筋壁板缝合预成型体在外形模上定位示意图
具体实施方式
下面对本发明做进一步详细说明。
如图1-图3所示，一种适于RFI工艺的帽型加筋壁板预成型体制备方法，该方法包括以下步骤：
(a)将帽型加筋壁板分为帽型加筋铺层单元3、蒙皮铺层单元4、填料单元5；
(b)设计专用帽型加筋预成型模；
(c)帽型加筋铺层单元3、蒙皮铺层单元4、填料单元5分别预成型；
(d)将预成型帽型加筋铺层单元3、蒙皮铺层单元4、填料单元5与帽型加筋壁板成型模具组装，预压定型并定位形成预定型帽型加筋壁板预成型体；
(e)预定型帽型加筋壁板预成型体缝合、切边制备成为帽型加筋壁板预成型体。
所述步骤b中，所述专用帽型加筋预成型模由若干芯模1和支撑模2组成；每根帽型加筋铺层单元3均设计对应的芯模1，多根芯模1均匀固定在支撑模2上，间距约30mm～200mm，支撑模2边缘距离外侧芯模1根部约50mm～200mm，要求气密性。芯模1外型面按对应帽型加筋铺层单元3的内型面设计，芯模1外型面按帽型加筋铺层单元3的内型面设计，截面的两侧型面按帽型加筋铺层单元3两侧腹板6内型截面分别向内偏移h＝(0.3～0.5)T，其中T为帽型加筋铺层单元3两侧腹板6的厚度；芯模1截面的顶部型面按帽型加筋铺层单元3帽顶7内型截面的顶面向上偏移h；上R角R上＝r1-T-h，其中r1为帽型加筋铺层单元3外型面上R角；下R角R下＝r2+T+h，其中r2为帽型加筋铺层单元3外型面下R角，精确到小数点后一位。芯模1的长度方向按帽型加筋铺层单元3轴线随形，长度按对应帽型加筋铺层单元3的两端各延长15mm～60mm。
所述步骤c中，所述帽型加筋铺层单元3预成型，帽型加筋铺层单元3分为两侧腹板6和帽顶7及两侧翻边84个区域，其中两侧腹板6和帽顶7合称为M区域，其余为N区域；按帽型加筋铺层单元3展开后的尺寸铺叠，将铺叠好的帽型加筋铺层单元3按定位标识铺放在对应的芯模1上，使帽型加筋铺层单元3两侧腹板6、帽顶7内表面与预成型模的芯模1型面贴合，翻边8的内表面与芯模两侧的支撑模2型面贴合。各帽型加筋铺层单元3铺放完成后分别铺放辅助材料，在支撑模2上封装，抽真空或进热压罐预压定型。
所述展开后的尺寸：帽型加筋铺层单元3展开宽度B＝b+h1+h2+b1+b2+i，其中i根据帽型加筋铺层单元两侧边缘所留余量之和，取30mm～100mm，展开长度按对应帽型加筋两端各延长15mm～60mm。
所述帽型加筋铺层单元铺叠：在平台上分别按帽型加筋铺层单元3的展开尺寸和要求的铺层顺序、铺层方向铺叠每个帽型加筋铺层单元3，其中M区域可层间铺放树脂膜，铺叠完成后在每个帽型加筋铺层单元3上标识帽型加筋顶部中轴线位置用于后续在预成型模上铺放时的定位基准。当铺层单元厚度超过1.2mm时可以考虑将铺层分解为若干厚度不超过1.2mm的铺层组进行铺叠。
所述步骤c中，蒙皮铺层单元4预成型，蒙皮全厚度参与缝合的只有1个缝合蒙皮单元9，缝合蒙皮单元9外廓尺寸均按蒙皮4理论外形边缘单边向外偏移15mm～50mm，蒙皮外形模11铺贴或涂抹隔离材料后铺叠缝合蒙皮单元9，按缝合蒙皮单元9的尺寸和要求的铺层顺序、铺层方向在蒙皮外形模11上铺叠缝合蒙皮单元9，缝合蒙皮单元9不需要缝合的区域可层间铺放树脂膜。
所述步骤c中，蒙皮铺层单元4预成型，蒙皮部分厚度参与缝合的分为缝合蒙皮单元9和非缝合蒙皮单元10，缝合蒙皮单元9和非缝合蒙皮单元10外廓尺寸按蒙皮4理论外形边缘单边向外偏移15mm～50mm，缝合蒙皮单元9和非缝合蒙皮单元10外廓尺寸一致。蒙皮外形模11铺贴或涂抹隔离材料后分别铺叠缝合蒙皮单元9和非缝合蒙皮单元10，按缝合蒙皮单元9的尺寸和要求的铺层顺序、铺层方向在蒙皮外形模11上铺叠缝合蒙皮单元9，缝合蒙皮单元9不需要缝合的区域可层间铺放树脂膜，缝合蒙皮单元9铺叠完成后封装抽真空或进热压罐预压；按非缝合蒙皮单元10的尺寸和要求的铺层顺序、铺层方向在蒙皮外形模11上铺叠非缝合蒙皮单元10，非缝合蒙皮单元10可层间铺放树脂膜，非缝合蒙皮单元10铺叠完成后封装抽真空预压。如果除帽型加筋铺层单元3翻边区域之外缝合蒙皮单元9还存在其他缝合区域，缝合蒙皮单元9预压后在专用缝合设备上定位按要求的缝合参数在这些区域进行缝合。
所述步骤c中，填料单元5预成型，填料单元5的截面按填充区外形，计算材料用量时，所需机织物宽度D＝Ks/t，其中s为填充区截面的理论面积，t为机织物单层厚度，K为调整系数取1.0～1.2，填料单元5按计算的材料用量通过与之截面一致的模具进行预成型。
所述步骤d中，第一种情况，如果帽型加筋铺层单元3长度方向中间没有断口，将缝合蒙皮单元9在蒙皮外形模11上定位，将帽型加筋内型模12组装在缝合蒙皮单元9上对应帽型加筋铺层单元3的位置，在帽型加筋内型模12两侧按帽型加筋铺层单元3实际长度放置填料单元5，然后组装已经过预定型的帽型加筋铺层单元3。帽型加筋铺层单元3与缝合蒙皮单元9、填料单元5及帽型加筋内侧模12组合好之后与帽型加筋外侧模14及定位装置15组装，铺放辅助材料封装，进热压罐预压按加筋壁板成型模的型面及位置对帽型加筋进行精确定型、定位形成预定型帽型加筋壁板预成型体。
所述步骤d中，第二种情况，如果帽型加筋铺层单元3长度方向中间有断口，将缝合蒙皮单元9在蒙皮外形模11上定位后先组装断口位置的蒙皮内型模13，然后将帽型加筋内型模12组装在缝合蒙皮单元9上对应帽型加筋铺层单元3的位置，在帽型加筋内型模12两侧按每段帽型加筋长度放置填料单元5，然后组装已经过预定型的帽型加筋铺层单元3。
经过精确定型、定位后的预定型帽型加筋壁板预成型体在专用缝合设备上定位，按要求的缝合区域和参数进行缝合形成帽型加筋壁板缝合预成型体。
蒙皮只有一个铺层单元的，将帽型加筋壁板缝合预成型体在蒙皮外形模11上定位并固定，按帽型加筋翻边边缘切除多余材料。蒙皮有两个铺层单元的，将非缝合蒙皮单元10预先在蒙皮外形模11上定位，然后定位帽型加筋壁板缝合预成型体，两个铺层单元定位并固定后，按帽型加筋翻边边缘切除多余材料。
实施例1：
某帽型加筋壁板尺寸2.5m×0.8m，带有2根等截面尺寸帽型加筋，截面尺寸见图4，帽型加筋上R角半径r1为7mm下R角半径r2＝4mm。所用机织物单层厚度0.16mm，蒙皮有25个纤维机织物铺层，厚度4mm，帽型加筋共15层，厚度2.4mm，帽型加筋下翻边与蒙皮缝合，通过RFI工艺整体成型。采用本方案制备该帽型复合材料加筋壁板预成型体，具体操作方法如下：
(a)帽型加筋壁板单元划分
将帽型加筋壁板分为帽型加筋铺层单元3、蒙皮铺层单元4和填料单元53个铺层单元。
(b)帽型加筋预成型模设计
帽型加筋预成型模由芯模1、支撑模2两部分组成。加筋壁板上每根帽型加筋铺层单元3均设计对应的芯模1，芯模1均匀固定在支撑模2上，间距约100mm，支撑模2边缘距离外侧芯模1根部约150mm。支撑模2选用刚性材料，采用框架式结构，模板厚度6mm，要求气密性。芯模1材料选用刚性材料，芯模1外型面按对应帽型加筋铺层单元3的内型面设计，截面的两侧型面按帽型加筋铺层单元3两侧腹板6内型截面分别向内偏移h＝0.4×2.4＝1.0mm，芯模1截面的顶部型面按帽型加筋铺层单元3帽顶7内型截面的顶面向上偏移h；上R角R上＝7-2.4-1.0＝3.6mm，其中r1为帽型加筋铺层单元3外型面上R角；下R角R下＝4+2.4+1.0＝7.4mm。芯模1的长度方向按帽型加筋铺层单元3轴线随形，长度按对应帽型加筋铺层单元3的两端各延长30mm。
(c)帽型加筋壁板各单元预成型
C1.帽型加筋铺层单元预成型
帽型加筋铺层单元3尺寸确定：帽型加筋铺层单元3展开宽度B＝55+50+50+20+25+40＝240mm，展开长度按对应帽型加筋铺层单元3两端各延长20mm。
帽型加筋铺层单元3区域划分：帽型加筋铺层单元3分为两侧腹板6和帽顶7及两侧翻边84个区域，其中两侧腹板6和帽顶7合称为M区域，其余为N区域。
帽型加筋铺层单元3铺叠：将帽型铺层单元3按厚度1.2mm分成2个铺层组进行铺叠。在平台上先后按帽型加筋铺层单元3每个铺层组的展开尺寸和要求的铺层顺序、铺层方向铺叠，其中M区域层间铺放树脂膜，铺叠完成后在各帽型加筋铺层单元3上标识帽型加筋顶部中轴线位置用于后续在预成型模上铺放时的定位基准。
帽型加筋铺层单元3预成型：帽型加筋预成型模铺贴或涂抹隔离材料后进行帽型铺层单元的铺叠。将铺叠好的帽型加筋铺层单元3按定位标识铺放在对应的芯模1上，使帽型加筋铺层单元3两侧腹板6、帽顶7内表面与帽型筋预成型模的芯模1型面贴合，翻边8的内表面与芯模两侧的支撑模2型面贴合。各帽型加筋铺层单元3铺放完成后分别铺放辅助材料，在支撑模2上封装真空袋，抽真空或进热压罐预压定型。
C2.蒙皮铺层单元预成型
蒙皮铺层单元和区域划分：蒙皮只有1个缝合蒙皮单元9，缝合蒙皮单元9对应帽型加筋铺层单元3翻边的区域为缝合区，其余为非缝合区域。
蒙皮铺层单元尺寸确定：缝合蒙皮单元9外廓尺寸均按蒙皮理论外形边缘单边向外偏移25mm。
蒙皮铺层单元预成型：蒙皮外形模11铺贴或涂抹隔离材料后进行蒙皮铺层单元4的铺叠。按对应铺层单元的尺寸和要求的铺层顺序、铺层方向在蒙皮外形模11上铺叠缝合蒙皮单元9，缝合蒙皮单元9的非缝合区域层间铺放树脂膜，铺叠完成后封装抽真空预压。
C3.填料单元预成型
填料单元5的截面按填充区外形，填充区理论面积s＝12.22mm2，所需机织物宽度D＝1.1×12.22/0.16＝84mm。填料单元5按计算的材料用量通过与之截面一致的模具进行预成型。
(d)帽型加筋壁板各单元组合预定型
将缝合蒙皮单元9在蒙皮外形模11上定位，将帽型加筋内型模12组装在缝合蒙皮单元9上对应的帽型加筋型腔的位置，在帽型加筋内型模12两侧按帽型加筋实际长度放置填料单元5，组装相应的已经过预定型的帽型加筋铺层单元3。
帽型加筋铺层单元3与缝合蒙皮单元9、填料单元5及帽型加筋内侧模12组合好之后与帽型加筋外侧模14及定位装置15组装，铺放辅助材料封装真空系统，进热压罐预压按加筋壁板成型模的型面及位置对帽型加筋进行精确定型、定位形成预定型帽型加筋壁板预成型体。
(e)预定型帽型加筋壁板预成型体缝合、切边
经过精确定型、定位后的预定型帽型加筋壁板在专用缝合设备上定位，按要求在区域和参数进行缝合形成帽型加筋壁板缝合预成型体。
将帽型加筋壁板缝合预成型体在蒙皮外形模11上定位并固定，按帽型加筋翻边边缘切除多余材料。
实施例2：
尺寸为6.0m×0.9m帽型加筋壁板，带有4根两种截面尺寸帽型加筋铺层单元3，帽型加筋铺层单元3长度5.2m，中间有两个断口，截面尺寸见图5，帽型加筋铺层单元3上R角半径r1为8mm下R角半径r2＝3mm。所用机织物单层厚度0.2mm，蒙皮铺层单元4有30个纤维机织物铺层，厚度6mm，帽型加筋铺层单元3共16层，厚度3.2mm，蒙皮铺层单元4内侧25层在帽型加筋两端及帽型加筋铺层单元3翻边区域缝合，外侧5层不缝合，通过RFI工艺整体成型。采用本方案制备该帽型复合材料加筋壁板预成型体，具体操作方法如下：
(a)帽型加筋壁板单元划分
将帽型加筋壁板分为帽型加筋铺层单元3、蒙皮铺层单元4和填料单元53个铺层单元。
(b)帽型加筋预成型模设计
帽型加筋预成型模由芯模1、支撑模2两部分组成。加筋壁板上每根帽型加筋均设计对应的芯模1，根芯模1均匀固定在支撑模2上，间距约100mm，模板边缘距离外侧芯模1根部约150mm。支撑模2选用刚性材料，采用框架式结构，模板厚度10mm，要求气密性。芯模1材料选用刚性材料，芯模1外型面按对应帽型加筋铺层单元3的内型面设计，截面的两侧型面按帽型加筋铺层单元3两侧腹板6内型截面分别向内偏移h＝0.5×3.2＝1.6mm，芯模1截面的顶部型面按帽型加筋铺层单元3帽顶7内型截面的顶面向上偏移h；上R角R上＝8-3.2-1.6＝3.2mm，其中r1为帽型加筋铺层单元3外型面上R角；下R角R下＝3+3.2+1.6＝7.8mm。芯模1的长度方向按帽型加筋铺层单元3轴线随形，长度按对应帽型加筋铺层单元3的两端各延长30mm。
(c)帽型加筋壁板各单元预成型
C1.帽型加筋铺层单元预成型
帽型加筋铺层单元尺寸确定：2根小截面尺寸的帽型加筋铺层单元3展开宽度B＝40×3+26×2+50＝172mm，2根大截面尺寸的帽型加筋铺层单元3展开宽度B＝70×3+26×2+50＝312mm，展开长度5260mm。
帽型加筋铺层单元区域划分：每个帽型加筋铺层单元3分为两侧腹板6和帽顶7及两侧翻边84个区域，其中两侧腹板6和帽顶7合称为M区域，其余为N区域。
帽型加筋铺层单元铺叠：将每个帽型铺层单元3按分成3个铺层组进行铺叠，第一个铺层组6层，后两个铺层组各5层。在平台上先后按每个铺层组的展开尺寸和要求的铺层顺序、铺层方向铺叠，其中M区域层间铺放树脂膜，铺叠完成后在各帽型加筋铺层单元3上标识帽型加筋顶部中轴线位置用于后续在预成型模上铺放时的定位基准。
帽型加筋铺层单元预成型：帽型加筋预成型模铺贴或涂抹隔离材料后进行帽型铺层单元的铺放。将铺叠好的帽型加筋铺层单元按定位标识铺放在对应的芯模1上，使帽型加筋铺层单元3两侧腹板6、帽顶7内表面与预成型模的芯模1型面贴合，翻边8的内表面与芯模两侧的支撑模2型面贴合。各帽型加筋铺层单元3铺放完成后分别铺放辅助材料，在支撑模2上封装真空袋，抽真空或进热压罐预压定型。
C2.蒙皮铺层单元预成型
蒙皮铺层单元和区域划分：蒙皮分为缝合蒙皮单元9和非缝合蒙皮单元10，外侧5层非缝合蒙皮单元10和内侧25层缝合蒙皮单元9，缝合蒙皮单元9每个帽型加筋翻边对应区域为缝合区，其余为非缝合区域。
蒙皮铺层单元尺寸确定：缝合蒙皮单元9外廓尺寸均按蒙皮理论外形边缘单边向外偏移25mm。
蒙皮铺层单元尺寸确定：缝合蒙皮单元9和非缝合蒙皮单元10外廓尺寸一致，均按蒙皮理论外形边缘单边向外偏移35mm，
蒙皮铺层单元预成型：蒙皮外形模11铺贴或涂抹隔离材料后进行蒙皮铺层单元的铺叠。按对应铺层单元的尺寸和要求的铺层顺序、铺层方向在蒙皮外形模11上铺叠缝合蒙皮单元9，缝合蒙皮单元9的M区域层间铺放树脂膜，铺叠完成后封装抽真空或进热压罐预压。
蒙皮铺层单元预成型：蒙皮外形模11铺贴或涂抹隔离材料后进行蒙皮铺层单元的铺叠。按对应铺层单元的尺寸和要求的铺层顺序、铺层方向在蒙皮外形模11上铺叠缝合蒙皮单元9、非缝合蒙皮单元10，缝合蒙皮单元9的非缝合区域及非缝合蒙皮单元10层间铺放树脂膜。缝合蒙皮单元9铺叠完成后封装进热压罐预压。非缝合蒙皮单元10铺叠完成后封装抽真空预压。缝合蒙皮单元9预压后在专用缝合设备上定位按要求的缝合参数在两端缝合区域进行缝合。
C3.填料单元预成型
填料单元5的截面按填充区外形，填充区理论面积s＝8.82mm2，所需机织物宽度D＝1.2×8.82/0.2＝53mm。填料单元5按计算的材料用量通过与之截面一致的模具进行预成型。
(d)帽型加筋壁板各单元组合预定型
将缝合蒙皮单元9在蒙皮外形模11上定位后先组装断口位置的蒙皮内型模13，然后将帽型加筋内型模12组装在缝合蒙皮单元9上对应的帽型加筋型腔的位置，在帽型加筋内型模12两侧按每段帽型加筋长度放置填料单元5，组装相应的已经过预定型的帽型加筋铺层单元3，如图6。
帽型加筋铺层单元3与缝合蒙皮单元9、填料单元5及帽型加筋内侧模12组合好之后与帽型加筋外侧模14及定位装置15组装，如图7，铺放辅助材料封装真空系统，进热压罐预压按加筋壁板成型模的型面及位置对帽型加筋进行精确定型、定位形成预定型帽型加筋壁板预成型体。
(e)预定型帽型加筋壁板预成型体缝合、切边
经过精确定型、定位后的预定型帽型加筋壁板预成型体在专用缝合设备上定位，按要求在区域和参数进行缝合形成帽型加筋壁板缝合预成型体。
如图8将非缝合蒙皮单元10预先在蒙皮外形模11上定位，然后定位帽型加筋壁板缝合预成型体，两个铺层单元定位并固定后，按帽型加筋翻边边缘切除多余材料。

Claims (10)

1.一种适于RFI工艺的帽型加筋壁板预成型体制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
(a)将帽型加筋壁板分为帽型加筋铺层单元(3)、蒙皮铺层单元(4)、填料单元(5)；
(b)设计专用帽型加筋预成型模；
(c)帽型加筋铺层单元(3)、蒙皮铺层单元(4)、填料单元(5)分别预成型；
(d)将预成型帽型加筋铺层单元(3)、蒙皮铺层单元(4)、填料单元(5)与帽型加筋壁板成型模具组装，预压定型并定位形成预定型帽型加筋壁板预成型体；
(e)预定型帽型加筋壁板预成型体缝合、切边制备成为帽型加筋壁板预成型体。
2.根据权利要求1所述的帽型加筋壁板预成型体制备方法，其特征在于：步骤(b)中，所述专用帽型加筋预成型模由若干芯模(1)和支撑模(2)组成；每根帽型加筋铺层单元(3)均设计对应的芯模(1)，多根芯模(1)均匀固定在支撑模(2)上，芯模(1)外型面按对应帽型加筋铺层单元(3)的内型面设计。
3.根据权利要求1所述的帽型加筋壁板预成型体制备方法，其特征在于：步骤(c)中，所述帽型加筋铺层单元(3)预成型，帽型加筋铺层单元(3)分为两侧腹板(6)和帽顶(7)及两侧翻边(8)4个区域，其中两侧腹板(6)和帽顶(7)合称为M区域，其余为N区域；按帽型加筋铺层单元(3)展开后的尺寸铺叠，将铺叠好的帽型加筋铺层单元(3)按定位标识铺放在对应的芯模(1)上，使帽型加筋铺层单元(3)两侧腹板(6)、帽顶(7)内表面与预成型模的芯模(1)型面贴合，翻边(8)的内表面与芯模两侧的支撑模(2)型面贴合。各帽型加筋铺层单元(3)铺放完成后分别铺放辅助材料，在支撑模(2)上封装，抽真空或进热压罐预压定型。
4.根据权利要求3所述的帽型加筋壁板预成型体制备方法，其特征在于：所述展开后的尺寸：帽型加筋铺层单元(3)展开宽度B＝b+h1+h2+b1+b2+i，其中i根据帽型加筋铺层单元两侧边缘所留余量之和，展开长度按对应帽型加筋两端各延长15mm～60mm。
5.根据权利要求3所述的帽型加筋壁板预成型体制备方法，其特征在于：帽型加筋铺层单元铺叠：在平台上分别按帽型加筋铺层单元(3)的展开尺寸和要求的铺层顺序、铺层方向铺叠每个帽型加筋铺层单元(3)，其中M区域可层间铺放树脂膜，铺叠完成后在每个帽型加筋铺层单元(3)上标识帽型加筋顶部中轴线位置用于后续在预成型模上铺放时的定位基准。
6.根据权利要求1所述的帽型加筋壁板预成型体制备方法，其特征在于：步骤(c)中，蒙皮铺层单元(4)预成型，蒙皮全厚度参与缝合的只有1个缝合蒙皮单元(9)，按缝合蒙皮单元(9)的尺寸和要求的铺层顺序、铺层方向在蒙皮外形模(11)上铺叠缝合蒙皮单元(9)，缝合蒙皮单元(9)不需要缝合的区域可层间铺放树脂膜。
7.根据权利要求1所述的帽型加筋壁板预成型体制备方法，其特征在于：步骤(c)中，蒙皮铺层单元(4)预成型，蒙皮部分厚度参与缝合的分为缝合蒙皮单元(9)和非缝合蒙皮单元(10)，按缝合蒙皮单元(9)的尺寸和要求的铺层顺序、铺层方向在蒙皮外形模(11)上铺叠缝合蒙皮单元(9)，缝合蒙皮单元(9)不需要缝合的区域可层间铺放树脂膜；按非缝合蒙皮单元(10)的尺寸和要求的铺层顺序、铺层方向在蒙皮外形模(11)上铺叠非缝合蒙皮单元(10)，非缝合蒙皮单元(10)可层间铺放树脂膜。
8.根据权利要求1所述的帽型加筋壁板预成型体制备方法，其特征在于：步骤(c)中，填料单元(5)预成型，填料单元(5)的截面按填充区外形，计算材料用量时，所需机织物宽度D＝Ks/t，其中s为填充区截面的理论面积，t 为机织物单层厚度，K为调整系数取1.0～1.2，填料单元(5)按计算的材料用量通过与之截面一致的模具进行预成型。
9.根据权利要求1所述的帽型加筋壁板预成型体制备方法，其特征在于：步骤(d)中，第一种情况，如果帽型加筋铺层单元(3)长度方向中间没有断口，将缝合蒙皮单元(9)在蒙皮外形模(11)上定位，将帽型加筋内型模(12)组装在缝合蒙皮单元(9)上对应帽型加筋铺层单元(3)的位置，在帽型加筋内型模(12)两侧按帽型加筋铺层单元(3)实际长度放置填料单元(5)，然后组装已经过预定型的帽型加筋铺层单元(3)。
10.根据权利要求1所述的帽型加筋壁板预成型体制备方法，其特征在于：步骤(d)中，第二种情况，如果帽型加筋铺层单元(3)长度方向中间有断口，将缝合蒙皮单元(9)在蒙皮外形模(11)上定位后先组装断口位置的蒙皮内型模(13)，然后将帽型加筋内型模(12)组装在缝合蒙皮单元(9)上对应帽型加筋铺层单元(3)的位置，在帽型加筋内型模(12)两侧按每段帽型加筋长度放置填料单元(5)，然后组装已经过预定型的帽型加筋铺层单元(3)。
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