CN111169043B - 一种适于rfi工艺的“j”型加筋壁板预成型体制备方法 - Google Patents
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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，提供一种适于RFI工艺的“J”型加筋壁板预成型体制备方法，包括：(a)按结构特征分解“J”型加筋壁板，按工艺分离面划分“J”型长桁铺层单元；(b)“J”型长桁预成型模设计；(c)“J”型长桁、蒙皮单元预成型；(d)“J”型长桁、蒙皮单元与成型模具组装、预压定型并定位形成预定型“J”型加筋壁板预成型体；(e)预定型“J”型加筋壁板预成型体缝合、切边制备成为“J”型加筋壁板预成型体。本发明通过在预成型制备过程中控制型面和长桁位置准确度，更好的保证加筋壁板的最终质量。
Description
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工艺的能改善复合材料“J”型加筋壁板质量的预成型体制备方法。
背景技术
考虑到传统二维复合材料层间性能较差抗冲击损伤性能弱等缺点，越来越多的加筋壁板结构要求采用缝合/RFI工艺进行整体成型。即采用干态机织物制备干态纤维预成型体，结合缝合技术对蒙皮或将加筋与蒙皮进行缝合，通过RFI(Resin Film Infusion)工艺在升温过程中将树脂渗入干态纤维，升温固化成型得到加筋壁板整体件，与传统工艺相比，该工艺的优势是可以结合缝合技术对二维层合板结构进行三维增强，在加筋和蒙皮间通过缝合提高界面强度，减少紧固件的使用量，提高结构整体性的同时，降低装配工作量、制造成本并实现结构减重。
RFI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。可以结合缝合技术实现传统二维层合板复合材料的三维增强，由于缝合/RFI工艺采用的是干态纤维机织物，干态纤维缺乏层间定型能力，相对于经过树脂浸润的预浸料，干态纤维机织物的铺叠工艺难度大，尤其是各种截面形式的加筋，常规的方法在预成型体制备时加筋的截面尺寸、形状与最终截面存在一定的差距，在模具组装时对加筋铺层组按加筋成型模组装工作量较大且难定型，而且带有多根加筋的整体结构壁板协调关系多位置精度要求又高，因此对于结构复杂的大尺寸壁板的纤维预成型体制备是缝合/RFI工艺的一个关键环节。
“J”型复合材料加筋壁板是飞机结构上常用的一种复合材料加筋壁板形式，也是近年来采用缝合/RFI工艺成型的其中一种比较典型的壁板结构。采用缝合/RFI工艺成型的“J”型加筋壁板，通常是采用干态纤维机织物铺叠，组合，在“J”型长桁的下翻边区域将“J”型长桁与蒙皮缝合制备成带有“J”型长桁的整体壁板缝合预成型体，然后进行树脂转移固化成型。为解决“J”型长桁整体壁板缝合预成型体制备过程中干态纤维铺叠定型问题和组装过程中常出现的预成型体与模具配合不到位的问题，提高壁板的成型质量，针对缝合/RFI工艺整体成型“J”型加筋壁板的工艺和技术要求及所采用的材料特性设计并应用了本技术方案。
发明内容：
本发明的目的是，提供一种适于RFI工艺的“J”型加筋壁板预成型体制备方法，降低“J”型长桁铺叠难度和预成型体与模具组装的难度，使“J”型长桁预成型体与模具良好配合，通过在预成型制备过程中控制型面和长桁位置准确度，更好的保证加筋壁板的最终质量。
本发明的技术解决方案：
一种适于RFI工艺的“J”型加筋壁板预成型体制备方法，包括：
(a)按结构特征分解“J”型加筋壁板，按工艺分离面划分“J”型长桁铺层单元；
(b)“J”型长桁预成型模设计；
(c)“J”型长桁、蒙皮单元预成型；
(d)“J”型长桁、蒙皮单元与成型模具组装、预压定型并定位形成预定型“J”型加筋壁板预成型体；
(e)预定型“J”型加筋壁板预成型体缝合、切边制备成为“J”型加筋壁板预成型体。
步骤(a)中，“J”型加筋壁板单元，按结构特征分为“J”型长桁和蒙皮两部分；“J”型长桁铺层按工艺分离面分为“C”型铺层单元5、“Z”型铺层单元6和“一”型铺层单元7及填料单元8，“C”型铺层单元5、“Z”型铺层单元6和填料单元8组合后称为“J”型单元。
步骤(b)中，设计“J”型长桁预成型模，“J”型长桁预成型模由长桁内形模1、底板模2、支撑模3及连接件4几部分组成。
长桁内形模1材料选用刚性材料，壁板上每根长桁均设计对应的长桁内形模1；长桁内形模1外型面按对应长桁的内型面，长桁内形模1对应长桁上翻边的型面边缘按长桁上翻边外边缘加放不小于c1的余量，长桁内形模1对应长桁下翻边的型面边缘按长桁内侧下翻边外边缘加放不小于c2的余量，其中c1、c2分别为“C”型铺层单元上下翻边所加放的余量；长桁内形模1自下翻边型面边缘设计宽度不小于15mm凸台，凸台高度按长桁“C”型铺层单元4下翻边的厚度，精确到小数点后一位；与下翻边型面垂直截取平面作为与支撑模3的配合面；长桁内形模1的长度按对应长桁总长度两端各延长15mm以上。
底板模2材料选用刚性材料，每件长桁内形模1均配有底板模2；底板模2长度与对应的长桁内形模1一致，宽度按长桁下翻边总宽度加放不小于c2+c3的余量再加上凸台的宽度，其中c3为“Z”型铺层单元下翻边所加放的余量；底板模2型面简化为平板，厚度取1.5mm～5.0mm，在长桁内形模1的凸台区域通过连接件4固定。
支撑模3选用刚性材料，采用框架式结构，模板型面设计为平板，厚度5mm～12mm，要求气密性；多根长桁内形模1均匀固定在支撑模3上，根部间距约30mm以上，模板边缘距离外侧长桁内形模1约30mm以上。
步骤(c)中，“J”型长桁单元预成型，具体步骤如下：
铺层单元尺寸确定：“J”型长桁的“C”型铺层单元5、“Z”型铺层单元6和“一”型铺层单元7、填料单元8长度一致,按对应长桁总长度两端各延长15mm以上，“C”型铺层单元5、“Z”型铺层单元6和“一”型铺层单元7宽度方向对应上下翻边的边缘分别加放余量，“C”型铺层单元5和“Z”型铺层单元6的上翻边余量c1为10mm以上，“C”型铺层单元5下翻边余量c2、“Z”型铺层单元6下翻边余量c3为15mm以上；则“C”型铺层单元5展开宽度BC、“Z”型铺层单元6展开宽度BZ、“一”型铺层单元7展开宽度B、填料单元8所需机织物展开单层宽度D分别按下面公式计算，计算数据取整：
BC＝h+b1+b2+c1+c2……………………………………①
BZ＝h+b1+b3+c1+c3……………………………………②
B＝b1+b2+c2+c3……………………………………③
D＝Ks/t……………………………………④
其中K为调整系数取1.0～1.2，s为填料区理论面积，t为机织物单层厚度，b1为上翻边理论宽度，b2为下翻边内侧理论宽度，b3为下翻边外侧理论宽度，h为长桁高度；
铺层单元区域划分：“J”型长桁的“C”型铺层单元5和“Z”型铺层单元6均有上翻边区域、下翻边区域和腹板区域，“C”型铺层单元5的腹板9和上翻边10区域合称为M区域，下翻边11区域为N区域；“Z”型铺层单元6的腹板9和上翻边10区域合称为M区域，下翻边12区域为N区域；“C”型铺层单元5和“Z”型铺层单元6M区域的宽度M均为：
M＝h+b1+c1……………………………………⑤
铺层单元铺叠：在平台上分别按“C”型铺层单元5、“Z”型铺层单元6、“一”型铺层单元7的尺寸和要求的铺层顺序、铺层方向铺叠各铺层单元，其中“C”型铺层单元5、“Z”型铺层单元6的M区域层间铺放树脂膜，铺叠完成后在各铺层单元上标识M区域和N区域的边界位置用于后续各铺层单元在“J”型长桁预成型模上组装时的定位基准；当铺层单元厚度超过1.2mm时分解成一个以上厚度不超过1.2mm的铺层组进行铺叠；填料单元8按计算的材料用量通过与之截面一致的模具进行预成型。
“J”型单元组合：长桁预成型模铺贴或涂抹隔离材料后进行“J”型单元单元的组合；将“C”型铺层单元5按定位标识铺放在长桁内形模1对应位置，使“C”型铺层单元5的腹板9、上翻边10和下翻边11的内表面三面与长桁内形模1型面贴合；然后将“Z”型铺层单元6按定位标识铺放在长桁内形模1对应位置，使“Z”型铺层单元6的腹板9和上翻边10的中界面分别与“C”型铺层单元5的腹板9、上翻边10的中界面贴合；组装底板模2用连接件4固定在长桁内形模1上；放置填料单元8，有两种情况，如果长桁中间没有断口，填料单元8；直接放置在填料区，如果长桁中间有断口，填料单元8采用隔离材料包裹后放置在填料区；然后将“Z”型铺层单元6下翻边12的中界面与底板模2贴合；
“J”型单元预定型：各”J”型单元组合完成后铺放辅助材料，在支撑模3上封装，抽真空预压定型形成J”型单元。
步骤(c)中，蒙皮单元预成型，具体步骤如下：
蒙皮单元和区域划分：缝合/RFI整体成型的加筋壁板的蒙皮有两种情况：第一种情况是蒙皮全厚度参与缝合，第二种情况是蒙皮内侧部分厚度参与缝合，外侧部分铺层不参与缝合；第二种情况蒙皮分为两个铺层单元，外蒙皮单元14和蒙皮缝合单元13，第一种情况时蒙皮仅1个蒙皮缝合单元13；其中蒙皮缝合单元13分为2类区域，按每个按缝合区单边向外偏移约5～15mm为N区域，其余为M区域；
蒙皮单元尺寸确定：各蒙皮铺层单元外廓尺寸均按蒙皮理论外形边缘单边向外偏移15mm以上，外蒙皮单元14和蒙皮缝合单元13外廓尺寸一致；
蒙皮单元预成型：蒙皮外形模15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15上铺叠蒙皮缝合单元13、外蒙皮单元14，蒙皮缝合单元13的M区域及外蒙皮单元14层间铺放树脂膜；蒙皮缝合单元13铺叠完成后封装抽真空或进热压罐预压；外蒙皮单元14铺叠完成后封装抽真空预压；如果除长桁区域之外蒙皮缝合单元13还存在其他缝合区域，蒙皮缝合单元13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。
步骤(d)中，预定型“J”型加筋壁板预成型体制备，具体操作方法如下：
将蒙皮缝合单元13在蒙皮外形模15上定位；如果长桁中间没有断口，先将“一”型铺层单元7铺放在蒙皮缝合单元13上对应的长桁位置，然后组装相应的“J”型单元；如果长桁中间有断口，组装断口位置的蒙皮内型模16后将“一”型铺层单元7铺放在蒙皮缝合单元13上对应的长桁位置，然后将填料单元8从预定型后的”J”型单元中取出，去除包裹填料单元8的隔离材料，按断口处蒙皮内型模16边缘剪除断口区的填料后组装相应的“J”型单元；
“J”型单元与蒙皮组合之后与长桁内侧成型模17、长桁外侧成型模18及定位装置19组装，铺放辅助材料封装，进热压罐加温、加压预压进一步对长桁按成型模型面及位置进行精确定型、定位形成预定型“J”型加筋壁板预成型体。
步骤(e)中，预定型“J”型加筋壁板预成型体缝合、切边，具体操作方法如下：
经过精确定型、定位后的预定型“J”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缝合加筋壁板预成型体。
蒙皮只有一个铺层单元的，将缝合后的加筋壁板预成型体在蒙皮外形模15上定位并固定，按长桁下翻边边缘切除多余材料。蒙皮有两个铺层单元的，将外蒙皮单元14预先在蒙皮外形模15上定位，然后将缝合后的加筋壁板预成型体定位并固定后按长桁下翻边边缘切除多余材料。
本发明的优点是：
(1)长桁分解为多个铺层单元先按平板铺叠然后在专用预成型模上定型的方案，铺叠工艺性好易操作、效率高、层和层之间贴合质量良好，之后经过预成型模预定型后形状尺寸与成型模具能达到良好配合，便于与成型模具组装并避免产生皱褶和纤维屈曲。
(2)长桁预成型模将多根长桁内形模固定在一个支撑模上以支撑模作为载体，降低细长的长桁内形模加工难度，避免使用过程中变形，同时便于封装操作和后期对模具型面的检测。
(3)长桁与蒙皮组合时将长桁的“一”型铺层单元、”J”型单元依次铺放定位，便于掌握各铺层单元在蒙皮上的位置，操作工艺性好。
(4)长桁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。
(5)长桁与蒙皮组合后与长桁内外侧成型模具、定位装置组装预压使长桁按最终成型模的型面及位置精确定型、定位，省掉了缝合时的定位夹具，不存在缝合夹具和成型模具之间的位置偏差，缝合后的预成型体与成型模具型面和位置一致性好，更容易配合到位，避免了型面和位置出现干涉，更好的保证了加筋壁板的质量。
附图说明
图1为本发明“J”型长桁预成型模示意图。
图2为本发明“J”型长桁长桁铺层单元划分示意图。
图3为本发明“J”型长桁区域划分示意图。
图4为本发明“J”型单元组合示意图。
图5为本发明“J”型单元与蒙皮单元组装示意图。
图6为本发明加筋壁板预成型体与成型模组装示意图。
图7为本发明缝合加筋壁板预成型体与外蒙皮单元在模具上组装示意图。
具体实施方式
下面对本发明做进一步详细说明。
一种适于RFI工艺的“J”型加筋壁板预成型体制备方法，包括：
(a)按结构特征分解“J”型加筋壁板，按工艺分离面划分“J”型长桁铺层单元。
(b)“J”型长桁预成型模设计。
(c)“J”型长桁、蒙皮单元预成型。
(d)“J”型长桁、蒙皮单元与成型模具组装、预压定型并定位形成预定型“J”型加筋壁板预成型体。
(e)预定型“J”型加筋壁板预成型体缝合、切边制备成为“J”型加筋壁板预成型体。
步骤(a)中，“J”型加筋壁板单元，按结构特征分为“J”型长桁和蒙皮两部分。“J”型长桁铺层按工艺分离面分为“C”型铺层单元5、“Z”型铺层单元6和“一”型铺层单元7及填料单元8，“C”型铺层单元5、“Z”型铺层单元6和填料单元8组合后称为“J”型单元。
步骤(b)中，设计“J”型长桁预成型模，“J”型长桁预成型模由长桁内形模1、底板模2、支撑模3及连接件4几部分组成，如图1所示。
长桁内形模1材料选用刚性材料，壁板上每根长桁均设计对应的长桁内形模1。长桁内形模1外型面按对应长桁的内型面，长桁内形模1对应长桁上翻边的型面边缘按长桁上翻边外边缘加放不小于c1的余量，长桁内形模1对应长桁下翻边的型面边缘按长桁内侧下翻边外边缘加放不小于c2的余量,其中c1、c2分别为“C”型铺层单元上下翻边所加放的余量。长桁内形模1自下翻边型面边缘设计宽度不小于15mm凸台，凸台高度按长桁“C”型铺层单元4下翻边的厚度，精确到小数点后一位。与下翻边型面垂直截取平面作为与支撑模3的配合面。长桁内形模1的长度按对应长桁总长度两端各延长15mm以上。
底板模2材料选用刚性材料，每件长桁内形模1均配有底板模2。底板模2长度与对应的长桁内形模1一致，宽度按长桁下翻边总宽度加放不小于c2+c3的余量再加上凸台的宽度，其中c3为“Z”型铺层单元下翻边所加放的余量。底板模2型面简化为平板，厚度取1.5mm～5.0mm，在长桁内形模1的凸台区域通过连接件4固定。
支撑模3选用刚性材料，采用框架式结构，模板型面设计为平板，厚度5mm～12mm，要求气密性。多根长桁内形模1均匀固定在支撑模3上，根部间距约30mm以上，模板边缘距离外侧长桁内形模1约30mm以上。
步骤(c)中，“J”型长桁单元预成型，具体步骤如下：
铺层单元尺寸确定：“J”型长桁的“C”型铺层单元5、“Z”型铺层单元6和“一”型铺层单元7、填料单元8长度一致,按对应长桁总长度两端各延长15mm以上，“C”型铺层单元5、“Z”型铺层单元6和“一”型铺层单元7宽度方向对应上下翻边的边缘分别加放余量，“C”型铺层单元5和“Z”型铺层单元6的上翻边余量c1约10mm以上，“C”型铺层单元5下翻边余量c2、“Z”型铺层单元6下翻边余量c3约15mm以上。则“C”型铺层单元5展开宽度BC、“Z”型铺层单元6展开宽度BZ、“一”型铺层单元7展开宽度B、填料单元8所需机织物展开单层宽度D分别按下面公式计算，计算数据取整。
BC＝h+b1+b2+c1+c2……………………………………①
BZ＝h+b1+b3+c1+c3……………………………………②
B＝b1+b2+c2+c3……………………………………③
D＝Ks/t……………………………………④
如图2所示，其中K为调整系数取1.0～1.2，s为填料区理论面积，t为机织物单层厚度，b1为上翻边理论宽度，b2为下翻边内侧理论宽度，b3为下翻边外侧理论宽度，h为长桁高度。
铺层单元区域划分：“J”型长桁的“C”型铺层单元5和“Z”型铺层单元6均有上翻边区域、下翻边区域和腹板区域，“C”型铺层单元5的腹板9和上翻边10区域合称为M区域，下翻边11区域为N区域。“Z”型铺层单元6的腹板9和上翻边10区域合称为M区域，下翻边12区域为N区域，如图3所示。“C”型铺层单元5和“Z”型铺层单元6M区域的宽度M均为：
M＝h+b1+c1……………………………………⑤
铺层单元铺叠：在平台上分别按“C”型铺层单元5、“Z”型铺层单元6、“一”型铺层单元7的尺寸和要求的铺层顺序、铺层方向铺叠各铺层单元，其中“C”型铺层单元5、“Z”型铺层单元6的M区域可层间铺放树脂膜，铺叠完成后在各铺层单元上标识M区域和N区域的边界位置用于后续各铺层单元在“J”型长桁预成型模上组装时的定位基准。当铺层单元厚度超过1.2mm时可以考虑分解成若干厚度不超过1.2mm的铺层组进行铺叠。填料单元8按计算的材料用量通过与之截面一致的模具进行预成型。
“J”型单元组合：长桁预成型模铺贴或涂抹隔离材料后进行“J”型单元单元的组合。将“C”型铺层单元5按定位标识铺放在长桁内形模1对应位置，使“C”型铺层单元5的腹板9、上翻边10和下翻边11的内表面三面与长桁内形模1型面贴合；然后将“Z”型铺层单元6按定位标识铺放在长桁内形模1对应位置，使“Z”型铺层单元6的腹板9和上翻边10的中界面分别与“C”型铺层单元5的腹板9、上翻边10的中界面贴合；组装底板模2用连接件4固定在长桁内形模1上；放置填料单元8，有两种情况，如果长桁中间没有断口，填料单元8可以直接放置在填料区，如果长桁中间有断口，填料单元8采用隔离材料包裹后放置在填料区；然后将“Z”型铺层单元6下翻边12的中界面与底板模2贴合，如图4所示。
“J”型单元预定型：各”J”型单元组合完成后铺放辅助材料，在支撑模3上封装，抽真空预压定型形成J”型单元。
步骤c中，蒙皮单元预成型，具体步骤如下：
蒙皮单元和区域划分：通常缝合/RFI整体成型的加筋壁板的蒙皮有两种情况：第一种情况是蒙皮全厚度参与缝合，第二种情况是蒙皮内侧部分厚度参与缝合，外侧部分铺层不参与缝合。第二种情况蒙皮分为两个铺层单元，外蒙皮单元14和蒙皮缝合单元13，第一种情况时蒙皮仅1个蒙皮缝合单元13。其中蒙皮缝合单元13分为2类区域，按每个按缝合区单边向外偏移约5～15mm为N区域，其余为M区域。
蒙皮单元尺寸确定：各蒙皮铺层单元外廓尺寸均按蒙皮理论外形边缘单边向外偏移15mm以上，外蒙皮单元14和蒙皮缝合单元13外廓尺寸一致。
蒙皮单元预成型：蒙皮外形模15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15上铺叠蒙皮缝合单元13、外蒙皮单元14，蒙皮缝合单元13的M区域及外蒙皮单元14可层间铺放树脂膜。蒙皮缝合单元13铺叠完成后封装抽真空或进热压罐预压。外蒙皮单元14铺叠完成后封装抽真空预压。如果除长桁区域之外蒙皮缝合单元13还存在其他缝合区域，蒙皮缝合单元13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。
步骤(d)中，预定型“J”型加筋壁板预成型体制备，具体操作方法如下：
如图5所示，将蒙皮缝合单元13在蒙皮外形模15上定位。如果长桁中间没有断口，先将“一”型铺层单元7铺放在蒙皮缝合单元13上对应的长桁位置，然后组装相应的“J”型单元；如果长桁中间有断口，组装断口位置的蒙皮内型模16后将“一”型铺层单元7铺放在蒙皮缝合单元13上对应的长桁位置，然后将填料单元8从预定型后的”J”型单元中取出，去除包裹填料单元8的隔离材料，按断口处蒙皮内型模16边缘剪除断口区的填料后组装相应的“J”型单元。
“J”型单元与蒙皮组合之后与长桁内侧成型模17、长桁外侧成型模18及定位装置19组装，如图6所示，铺放辅助材料封装，进热压罐加温、加压预压进一步对长桁按成型模型面及位置进行精确定型、定位形成预定型“J”型加筋壁板预成型体。
步骤(e)中，预定型“J”型加筋壁板预成型体缝合、切边，具体操作方法如下：
经过精确定型、定位后的预定型“J”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缝合加筋壁板预成型体。
蒙皮只有一个铺层单元的，将缝合后的加筋壁板预成型体在蒙皮外形模15上定位并固定，按长桁下翻边边缘切除多余材料。蒙皮有两个铺层单元的，将外蒙皮单元14预先在蒙皮外形模15上定位，然后将缝合后的加筋壁板预成型体定位并固定后按长桁下翻边边缘切除多余材料，如图7所示。
实施例
实施例1：某“J”型加筋壁板，尺寸2.0m×0.8m，带有6根与蒙皮同样长度的“J”型长桁，6根长桁在中间有1处断口，长桁高度45mm，上、下翻边宽度均20mm，腹板与上下翻边r角半径4mm。所用机织物单层厚度0.2mm，蒙皮有16个纤维机织物铺层，厚度3.2mm，“J”型加筋共12层，厚度2.4mm，蒙皮内侧12层在长桁下翻边区域参与缝合，外侧4层不缝合，通过RFI工艺整体成型。考虑“J”型长桁内、外型面尺寸、位置、外观质量要求，采用了本方案制备该“J”型复合材料加筋壁板预成型体。降低了“J”型加筋铺叠难度和预成型体与模具组装的难度，使“J”型长桁预成型体与模具良好配合，解决了“J”型长桁成型经常出现的纤维屈曲皱褶问题，有效保证了最终产品的质量。具体操作方法如下：
(a)“J”型加筋壁板单元划分
“J”型加筋壁板按由“J”型长桁和蒙皮两部分构成。将“J”型长桁划分为“C”型铺层单元5、“Z”型铺层单元6和“一”型铺层单元7及填料单元8，“C”型铺层单元5、“Z”型铺层单元6和填料单元8组合后称为”J”型单元。
(b)“J”型长桁预成型模设计
“J”型长桁预成型模由长桁内形模1、底板模2、支撑模3及连接件4几部分组成。
长桁内形模1材料选用Q235，按壁板上每根“J”型长桁的内型面设计对应的长桁内形模1，长度2050mm。长桁内形模1对应长桁上翻边的型面边缘按长桁上翻边外边缘加放10mm余量，对应长桁下翻边的型面边缘按长桁内侧下翻边外边缘加放20mm余量。自长桁内形模1下翻边型面边缘设计宽度20mm的凸台，凸台高度1.2mm。与下翻边型面垂直截取平面作为与支撑模3的配合面。
底板模2材料选用2.0mm厚LY12CZ平板，每件长桁内形模1均配有底板模2，长度2050mm，宽度按长桁下翻边总宽度加60mm。底板模2通过连接件4在凸台区域固定在长桁内形模1上。
支撑模3材料与长桁内形模1一致，采用框架式结构，模板型面设计为平板，厚度5mm，要求气密性。6根长桁内形模1均匀固定在支撑模3上，根部间距120mm，模板边缘距离外侧长桁内形模1约150mm。
(c)“J”型加筋壁板各单元预成型
C1.“J”型长桁预成型
铺层单元尺寸确定：“C”型铺层单元5展开宽度BC＝45+20+20+30＝115mm，“Z”型铺层单元6展开宽度BZ＝45+20+20+30＝115mm，“一”型铺层单元7宽度B＝20+20+40＝80mm。填料区理论面积s＝(4+1.2)2*(2-3.14/2)＝11.63mm2，K取1.05，填料单元8所需机织物宽度D＝1.05*11.63/0.2＝68mm。“C”型铺层单元5、“Z”型铺层单元6和“一”型铺层单元7、填料单元8长度一致均为2050mm。
铺层单元区域划分：“J”型长桁的“C”型铺层单元5和“Z”型铺层单元6均分为2个区域，“C”型铺层单元5的腹板9和上翻边10宽度M＝45+20+10＝75mm的区域为M区域，其余为N区域。“Z”型铺层单元6的腹板9和上翻边10宽度为75mm的区域为M区域，其余为N区域。
铺层单元铺叠：在平台上分别按“C”型铺层单元5、“Z”型铺层单元6、“一”型铺层单元7的尺寸和要求的铺层顺序、铺层方向铺叠各铺层单元，其中“C”型铺层单元5、“Z”型铺层单元6的M区域层间铺放树脂膜，铺叠完成后在“C”型铺层单元5、“Z”型铺层单元6上标识M区域和N区域的边界位置。填料单元8按计算的材料用量裁切68mm宽的单向机织物，通过与之截面一致的模具进行预成型。
“J”型单元组合：长桁预成型模铺贴隔离材料进行长桁铺层单元的组合。将“C”型铺层单元5按定位标识铺放在长桁内形模1对应位置，使“C”型铺层单元5腹板9、上翻边10和下翻边11的内表面三面与模具型面贴合；然后将“Z”型铺层单元6按定位标识铺放在对应的长桁内形模1上，使“Z”型铺层单元6腹板9和上翻边10的中界面分别与“C”型铺层单元5腹板9、上翻边10的中界面贴合；组装底板模2用连接件4固定在长桁内形模1上；填料单元8采用隔离材料包裹后放置在填料区；然后将“Z”型铺层单元6下翻边12的中界面与底板模2贴合。
“J”型单元预定型：各”J”型单元组合完成后铺放辅助材料，在支撑模3上封装真空袋，抽真空预压定型。
C2.蒙皮单元预成型
蒙皮铺层单元和区域划分：蒙皮有2个铺层单元：内侧12层蒙皮缝合单元13，外侧4层外蒙皮单元14，与长桁下翻边的缝合区单边向外偏移8mm为M区域，其余为N区域。
蒙皮铺层单元尺寸确定：蒙皮铺层单元13外廓尺寸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15铺贴隔离材料进行蒙皮铺层单元的铺叠。按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15上铺叠蒙皮缝合单元13，蒙皮铺层单元13的M区域层间铺放树脂膜。铺叠完成后封装抽真空预压。
(d)加筋壁板预成型体制备
将蒙皮铺层单元13在蒙皮外形模15上定位，组装断口位置的蒙皮内型模15后将“一”型铺层单元7铺放在蒙皮缝合单元13上对应的长桁位置，然后将填料单元8从预定型后的”J”型单元中取出，去除包裹填料单元8的隔离材料，按断口蒙皮内型模16边缘剪除断口区的填料后组装相应的”J”型单元。
长桁与蒙皮组合之后的加筋壁板预成型体与长桁内侧成型模17、长桁外侧成型模18及定位装置19组装，铺放辅助材料封装真空系统，进热压罐加温、加压预压进一步对长桁按成型模型面及位置进行精确定型、定位。
(e)预定型“J”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“J”型加筋壁板预成型体在专用缝合设备上定位，按要求的区域和参数进行缝合形成缝合加筋壁板预成型体。
将外蒙皮单元14预先在蒙皮外形模15上定位，然后定位缝合后的加筋壁板预成型体，定位并固定后按长桁下翻边边缘切除多余材料。
实施例2：某“J”型加筋壁板，尺寸5.0m*0.9m，带有6根“J”型加筋，长桁总长度4.2m，长桁高度40mm，上翻边宽度均18mm，两侧下翻边宽度均25mm，腹板与上下翻边r角半径3mm。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4.0mm，“J”型加筋共12层，厚度1.96mm。“J”型长桁下翻边区域与蒙皮缝合，通过RFI工艺整体成型。“J”型长桁内腔与多个金属件配合，断口处及两端与横梁配合，对加筋的型面尺寸、位置、外观质量均提出了较高要求，该“J”型复合材料加筋壁板预成型体制备采用了本方案，制备的预成型体与成型模能良好配合，简化了组装过程，避免了纤维屈曲和皱褶的产生，所成型零件型面质量、位置精度满足设计技术要求和装配的要求。具体操作方法如下：
(a)“J”型加筋壁板单元划分
“J”型加筋壁板按由“J”型长桁和蒙皮两部分构成。将“J”型长桁划分为“C”型铺层单元5、“Z”型铺层单元6和“一”型铺层单元7及填料单元8，“C”型铺层单元5、“Z”型铺层单元6和填料单元8组合后称为”J”型单元。
(b)“J”型长桁预成型模设计
“J”型长桁预成型模由长桁内形模1、底板模2、支撑模3及连接件4几部分组成。
长桁内形模1材料选用Q235，按壁板上每根“J”型长桁的内型面设计对应的长桁内形模1，长度4260mm。长桁内形模1对应长桁上翻边的型面边缘按长桁上翻边外边缘加放15mm余量，对应长桁下翻边的型面边缘按长桁内侧下翻边外边缘加放25mm余量。自长桁内形模1下翻边型面边缘设计宽度30mm的凸台，凸台高度1.0mm。与下翻边型面垂直截取平面作为与支撑模3的配合面。
底板模2材料选用4.0mm厚LY12CZ平板，每件长桁内形模1均配有底板模2，长度4260mm，宽度按长桁下翻边总宽度加80mm。底板模2通过连接件4在凸台区域固定在长桁内形模1上。
支撑模3材料与长桁内形模1一致，采用框架式结构，模板型面设计为平板，厚度8mm，要求气密性。6根长桁内形模1均匀固定在支撑模3上，根部间距160mm，模板边缘距离外侧长桁内形模1约200mm。
(c)“J”型长桁各单元预成型
C1.“J”型长桁预成型
长桁铺层单元划分：按工艺分离面将“J”型长桁划分为“C”型铺层单元5、“Z”型铺层单元6和“一”型铺层单元7及填料单元8，“C”型铺层单元5、“Z”型铺层单元6和填料单元8组合后称为”J”型单元。
铺层单元尺寸确定：“C”型铺层单元5展开宽度BC＝40+18+25+40＝123mm，“Z”型铺层单元6展开宽度BZ＝40+18+25+40＝123mm，“一”型铺层单元7宽度B＝25+25+50＝100mm。填料区理论面积s＝(3+1.96/2)2*(2-3.14/2)＝6.81mm2，K取1.2，填料单元8所需机织物宽度D＝1.2*6.81/0.16＝51mm。“C”型铺层单元5、“Z”型铺层单元6和“一”型铺层单元7、填料单元8长度一致均为4260mm。
铺层单元区域划分：“J”型长桁的“C”型铺层单元5和“Z”型铺层单元6均分为2个区域，“C”型铺层单元5的腹板9和上翻边10宽度M＝40+18+15＝73mm的区域为M区域，其余为N区域。“Z”型铺层单元6的腹板9和上翻边10宽度为73mm的区域为M区域，其余为N区域。
铺层单元铺叠：在平台上分别按“C”型铺层单元5、“Z”型铺层单元6、“一”型铺层单元7的尺寸和要求的铺层顺序、铺层方向铺叠各铺层单元，其中“C”型铺层单元5、“Z”型铺层单元6的M区域层间铺放树脂膜，铺叠完成后在“C”型铺层单元5、“Z”型铺层单元6上标识M区域和N区域的边界位置。填料单元8按计算的材料用量裁切51mm宽的单向机织物，通过与之截面一致的模具进行预成型。
“J”型单元组合：长桁预成型模铺贴隔离材料进行长桁铺层单元的组合。将“C”型铺层单元5按定位标识铺放在长桁内形模1对应位置，使“C”型铺层单元5腹板9、上翻边10和下翻边11的内表面三面与模具型面贴合；然后将“Z”型铺层单元6按定位标识铺放在对应的长桁内形模1上，使“Z”型铺层单元6腹板9和上翻边10的中界面分别与“C”型铺层单元5腹板9、上翻边10的中界面贴合；组装底板模2用连接件4固定在长桁内形模1上；放置填料单元8；然后将“Z”型铺层单元6下翻边12的中界面与底板模2贴合。
“J”型单元预定型：各”J”型单元组合完成后铺放辅助材料，在支撑模3上封装真空袋，抽真空预压定型。
C2.蒙皮单元预成型
蒙皮铺层单元和区域划分：蒙皮有蒙皮缝合单元131个铺层单元，分为2个区域，按长桁下翻边缝合区单边向外偏移10mm为N区域,其余为M区域。
蒙皮铺层单元尺寸确定：蒙皮缝合单元13外廓尺寸按蒙皮理论外形边缘单边向外偏移40mm。
蒙皮铺层单元预成型：蒙皮外形模15铺贴隔离材料进行蒙皮铺层单元的铺叠。按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15上铺叠蒙皮缝合单元13，蒙皮缝合单元13的M区域层间铺放树脂膜。铺叠完成后封装抽真空预压。
(d)“J”型加筋壁板各单元组合预定型
将蒙皮缝合单元14在蒙皮外形模15上定位。将“一”型铺层单元7铺放在蒙皮铺层单元13对应的长桁位置，组装相应的”J”型单元。
长桁与蒙皮组合好之后的加筋壁板预成型体与长桁内侧成型模17、长桁外侧成型模18及定位装置19组装，铺放辅助材料封装真空系统，进热压罐加温、加压预压进一步对长桁按成型模型面及位置进行精确定型、定位。
(e)预定型“J”型加筋壁板预成型体缝合、切边
经过精确定型、定位后预定型“J”型加筋壁板预成型体在专用缝合设备上定位，按要求的区域和参数进行缝合形成缝合加筋壁板预成型体。
在蒙皮外形模15上定位缝合后的加筋壁板预成型体，定位并固定后按长桁下翻边边缘切除多余材料。
Claims (9)
1.一种适于RFI工艺的“J”型加筋壁板预成型体制备方法，其特征在于，包括：
(a)按结构特征分解“J”型加筋壁板，按工艺分离面划分“J”型长桁铺层单元；
(b)“J”型长桁预成型模设计；
(c)“J”型长桁、蒙皮单元预成型；
(d)“J”型长桁、蒙皮单元与成型模具组装、预压定型并定位形成预定型“J”型加筋壁板预成型体；
(e)预定型“J”型加筋壁板预成型体缝合、切边制备成为“J”型加筋壁板预成型体；
其中，
步骤(c)中，“J”型长桁单元预成型，具体步骤如下：
铺层单元尺寸确定：“J”型长桁的“C”型铺层单元(5)、“Z”型铺层单元(6)和“一”型铺层单元(7)、填料单元(8)长度一致,按对应长桁总长度两端各延长15mm以上，“C”型铺层单元(5)、“Z”型铺层单元(6)和“一”型铺层单元(7)宽度方向对应上下翻边的边缘分别加放余量，“C”型铺层单元(5)和“Z”型铺层单元(6)的上翻边余量c1为10mm以上，“C”型铺层单元(5)下翻边余量c2、“Z”型铺层单元(6)下翻边余量c3为15mm以上；则“C”型铺层单元(5)展开宽度BC、“Z”型铺层单元(6)展开宽度BZ、“一”型铺层单元(7)展开宽度B、填料单元(8)所需机织物展开单层宽度D分别按下面公式计算，计算数据取整：
BC＝h+b1+b2+c1+c2……………………………………①
BZ＝h+b1+b3+c1+c3……………………………………②
B＝b3+b2+c2+c3……………………………………③
D＝Ks/t……………………………………④
其中K为调整系数取1.0～1.2，s为填料区理论面积，t为机织物单层厚度，b1为上翻边理论宽度，b2为下翻边内侧理论宽度，b3为下翻边外侧理论宽度，h为长桁高度；
铺层单元区域划分：“J”型长桁的“C”型铺层单元(5)和“Z”型铺层单元(6)均有上翻边区域、下翻边区域和腹板区域，“C”型铺层单元(5)的腹板(9)和上翻边(10)区域合称为M区域，下翻边(11)区域为N区域；“Z”型铺层单元(6)的腹板(9)和上翻边(10)区域合称为M区域，下翻边(12)区域为N区域；“C”型铺层单元(5)和“Z”型铺层单元(6)M区域的宽度M均为：
M＝h+b1+c1……………………………………⑤
铺层单元铺叠：在平台上分别按“C”型铺层单元(5)、“Z”型铺层单元(6)、“一”型铺层单元(7)的尺寸和要求的铺层顺序、铺层方向铺叠各铺层单元，其中“C”型铺层单元(5)、“Z”型铺层单元(6)的M区域层间铺放树脂膜，铺叠完成后在各铺层单元上标识M区域和N区域的边界位置用于后续各铺层单元在“J”型长桁预成型模上组装时的定位基准；当铺层单元厚度超过1.2mm时分解成一个以上厚度不超过1.2mm的铺层组进行铺叠；填料单元(8)按计算的材料用量通过与之截面一致的模具进行预成型，
“J”型单元组合：长桁预成型模铺贴或涂抹隔离材料后进行“J”型单元的组合；将“C”型铺层单元(5)按定位标识铺放在长桁内形模(1)对应位置，使“C”型铺层单元(5)的腹板(9)、上翻边(10)和下翻边(11)的内表面三面与长桁内形模(1)型面贴合；然后将“Z”型铺层单元(6)按定位标识铺放在长桁内形模(1)对应位置，使“Z”型铺层单元(6)的腹板(9)和上翻边(10)的中界面分别与“C”型铺层单元(5)的腹板(9)、上翻边(10)的中界面贴合；组装底板模(2)用连接件(4)固定在长桁内形模(1)上；放置填料单元(8)，有两种情况，如果长桁中间没有断口，填料单元(8)；直接放置在填料区，如果长桁中间有断口，填料单元(8)采用隔离材料包裹后放置在填料区；然后将“Z”型铺层单元(6)下翻边(12)的中界面与底板模(2)贴合；
“J”型单元预定型：各”J”型单元组合完成后铺放辅助材料，在支撑模(3)上封装，抽真空预压定型形成J”型单元。
2.如权利要求1所述的一种适于RFI工艺的“J”型加筋壁板预成型体制备方法，其特征在于，
步骤(a)中，“J”型加筋壁板单元，按结构特征分为“J”型长桁和蒙皮两部分；“J”型长桁铺层按工艺分离面分为“C”型铺层单元(5)、“Z”型铺层单元(6)和“一”型铺层单元(7)及填料单元(8)，“C”型铺层单元(5)、“Z”型铺层单元(6)和填料单元(8)组合后称为“J”型单元。
3.如权利要求1所述的一种适于RFI工艺的“J”型加筋壁板预成型体制备方法，其特征在于，
步骤(b)中，设计“J”型长桁预成型模，“J”型长桁预成型模由长桁内形模(1)、底板模(2)、支撑模(3)及连接件(4)几部分组成。
4.如权利要求3所述的一种适于RFI工艺的“J”型加筋壁板预成型体制备方法，其特征在于，
长桁内形模(1)材料选用刚性材料，壁板上每根长桁均设计对应的长桁内形模(1)；长桁内形模(1)外型面按对应长桁的内型面，长桁内形模(1)对应长桁上翻边的型面边缘按长桁上翻边外边缘加放不小于c1的余量，长桁内形模(1)对应长桁下翻边的型面边缘按长桁内侧下翻边外边缘加放不小于c2的余量，其中c1、c2分别为“C”型铺层单元上下翻边所加放的余量；长桁内形模(1)自下翻边型面边缘设计宽度不小于15mm凸台，凸台高度按长桁“C”型铺层单元下翻边的厚度，精确到小数点后一位；与下翻边型面垂直截取平面作为与支撑模(3)的配合面；长桁内形模(1)的长度按对应长桁总长度两端各延长15mm以上。
5.如权利要求3所述的一种适于RFI工艺的“J”型加筋壁板预成型体制备方法，其特征在于，底板模(2)材料选用刚性材料，每件长桁内形模(1)均配有底板模(2)；底板模(2)长度与对应的长桁内形模(1)一致，宽度按长桁下翻边总宽度加放不小于c2+c3的余量再加上凸台的宽度，其中c3为“Z”型铺层单元下翻边所加放的余量；底板模(2)型面简化为平板，厚度取1.5mm～5.0mm，在长桁内形模(1)的凸台区域通过连接件(4)固定。
6.如权利要求3所述的一种适于RFI工艺的“J”型加筋壁板预成型体制备方法，其特征在于，
支撑模(3)选用刚性材料，采用框架式结构，模板型面设计为平板，厚度5mm～12mm，要求气密性；多根长桁内形模(1)均匀固定在支撑模(3)上，根部间距30mm以上，模板边缘距离外侧长桁内形模(1)30mm以上。
7.如权利要求1所述的一种适于RFI工艺的“J”型加筋壁板预成型体制备方法，其特征在于，
步骤(c)中，蒙皮单元预成型，具体步骤如下：
蒙皮单元和区域划分：缝合/RFI整体成型的加筋壁板的蒙皮有两种情况：第一种情况是蒙皮全厚度参与缝合，第二种情况是蒙皮内侧部分厚度参与缝合，外侧部分铺层不参与缝合；第二种情况蒙皮分为两个铺层单元，外蒙皮单元(14)和蒙皮缝合单元(13)，第一种情况时蒙皮仅1个蒙皮缝合单元(13)；其中蒙皮缝合单元(13)分为2类区域，按每个按缝合区单边向外偏移5～15mm为N区域，其余为M区域；
蒙皮单元尺寸确定：各蒙皮铺层单元外廓尺寸均按蒙皮理论外形边缘单边向外偏移15mm以上，外蒙皮单元(14)和蒙皮缝合单元(13)外廓尺寸一致；
蒙皮单元预成型：蒙皮外形模(15)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(15)上铺叠蒙皮缝合单元(13)、外蒙皮单元(14)，蒙皮缝合单元(13)的M区域及外蒙皮单元(14)层间铺放树脂膜；蒙皮缝合单元(13)铺叠完成后封装抽真空或进热压罐预压；外蒙皮单元(14)铺叠完成后封装抽真空预压；如果除长桁区域之外蒙皮缝合单元(13)还存在其他缝合区域，蒙皮缝合单元(13)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。
8.如权利要求1所述的一种适于RFI工艺的“J”型加筋壁板预成型体制备方法，其特征在于，
步骤(d)中，预定型“J”型加筋壁板预成型体制备，具体操作方法如下：
将蒙皮缝合单元(13)在蒙皮外形模(15)上定位；如果长桁中间没有断口，先将“一”型铺层单元(7)铺放在蒙皮缝合单元(13)上对应的长桁位置，然后组装相应的“J”型单元；如果长桁中间有断口，组装断口位置的蒙皮内型模(16)后将“一”型铺层单元(7)铺放在蒙皮缝合单元(13)上对应的长桁位置，然后将填料单元(8)从预定型后的”J”型单元中取出，去除包裹填料单元(8)的隔离材料，按断口处蒙皮内型模(16)边缘剪除断口区的填料后组装相应的“J”型单元；
“J”型单元与蒙皮组合之后与长桁内侧成型模(17)、长桁外侧成型模(18)及定位装置(19)组装，铺放辅助材料封装，进热压罐加温、加压预压进一步对长桁按成型模型面及位置进行精确定型、定位形成预定型“J”型加筋壁板预成型体。
9.如权利要求1所述的一种适于RFI工艺的“J”型加筋壁板预成型体制备方法，其特征在于，
步骤(e)中，预定型“J”型加筋壁板预成型体缝合、切边，具体操作方法如下：
经过精确定型、定位后的预定型“J”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缝合加筋壁板预成型体；
蒙皮只有一个铺层单元的，将缝合后的加筋壁板预成型体在蒙皮外形模(15)上定位并固定，按长桁下翻边边缘切除多余材料，蒙皮有两个铺层单元的，将外蒙皮单元(14)预先在蒙皮外形模(15)上定位，然后将缝合后的加筋壁板预成型体定位并固定后按长桁下翻边边缘切除多余材料。
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