CN111347694A - 一种带立筋复合材料加筋壁板热压罐整体成型方法 - Google Patents

一种带立筋复合材料加筋壁板热压罐整体成型方法 Download PDF

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Abstract

一种带立筋复合材料加筋壁板热压罐整体成型方法，本发明属于复合材料成型技术领域。制造软模；产品下料；产品制造；在蒙皮成型模具上铺贴复材面板，进热压罐中固化成型后出罐，蒙皮在复材面板上铺敷，所有腹板、中间缘条、捻子条均在各自的工装上铺敷，铺敷完成后将中间缘条、捻子条脱模，将U形槽腹板、中间缘条，捻子条及两侧的L形腹板放置在定位模上组合完成后，进热压罐预成型为长桁：蒙皮带着复材面板及蒙皮成型模具也随同一起进热压罐预成型，出罐，将长桁脱模，长桁与蒙皮组合定位后，在长桁上放置可剥布、隔离膜、软模、透气毡，用真空袋封装后进热压罐固化；固化好后出罐，脱模、铣切制成产品。本发明用于制造带立筋复合材料加筋壁板。

Description

一种带立筋复合材料加筋壁板热压罐整体成型方法
技术领域
本发明属于复合材料成型技术领域，具体涉及一种带立筋复合材料加筋壁板热压罐整体成型方法。
背景技术
一种带立筋复合材料加筋壁板，主要用于升降舵面。升降舵是飞机水平尾翼可操纵的部分，主要作用是控制飞机的仰俯运动，当需要飞机抬头向上飞行时，驾驶员就会操纵升降舵向上偏转，此时升降舵所受到的气动力向下，对飞机产生一个抬头的力矩，飞机就抬头向上了。反之，如果驾驶员操纵升降舵向下偏转，飞机就会在气动力矩的作用下低头。这种俯仰运动的强度由重心和水平尾翼面的距离，和水平尾翼面上的气动力有效性决定。以往的升降舵重量偏重，结构设计复杂，难以实现，费时费力，成本高，制造周期长，工艺方案不可控。
传统的加筋壁板成型方法应用比较成熟的有硬模与硬模配合成型方法。由于带立筋加筋壁板的间宽度较宽，若采用传统方法制备带立筋复合材料加筋壁板会带来很多制造上的困难，树脂压力传递不均，蒙皮过渡区容易出现孔隙密集以及厚度不均等质量缺陷。长桁段开处腹板面与蒙皮连接处平整度，难以在成型前实现。
发明内容
本发明的目的是提供一种带立筋复合材料加筋壁板热压罐整体成型方法，为了降低长桁铺贴模加工难度进而降低成本，从而解决制造难度大，重量重、制造中造成的偏差较大及制造周期长的问题。
实现上述目的，本发明采取的技术方案是：
一种带立筋复合材料加筋壁板热压罐整体成型方法，所述方法包括以下步骤：
步骤一：制造软模；
1.1、按照产品内型面制造软模成型工装；所述软模成型工装设计时，预留软模与产品固化时的定位，并按产品技术要求设计产品边缘线及余量线；
1.2、按照软模成型工装余量线下预浸料；
1.3、将预先下好的预浸料铺贴至软模成型工装上，预浸料铺贴时每一层均抽真空，在铺贴好后的预浸料上，依次放置隔离膜及透气毡，并将软模成型工装、铺贴的预浸料、隔离膜及透气毡全部用真空袋封装完成后，推入热压罐，开始固化；固化好后出罐，将真空袋、透气毡及隔离膜取下，此时固化后的预浸料便固化成软模，脱模，按软模余量线铣切；
步骤二：产品下料；
按照产品设计要求下料复材面板、蒙皮、多个腹板、多个中间缘条及多个捻子条，所述多个腹板包括两个L形腹板和多个U形槽腹板；
步骤三：产品制造；
设计蒙皮成型模具，所述蒙皮成型模具是一个型面与蒙皮型面相同的Q235材料的模具，在蒙皮成型模具型面两端设计定位，在蒙皮成型模具上表面铺贴复材面板，进热压罐中固化成型后出罐，蒙皮在复材面板上铺敷，所有腹板、中间缘条、捻子条均在各自的工装上铺敷，铺敷完成后将中间缘条、捻子条脱模，将其中一个带定位孔铺贴好后的U形槽腹板放置在定位模上，定位固定好后在其两侧放置中间缘条，在两个所述中间缘条与定位U形槽腹板外侧拐角处放置两个捻子条，之后，依次按腹板工装上序列号以在定位模上定位好的所述U形槽腹板为基准放置其它U形槽腹板及两侧的L形腹板，在除定位U形槽腹板以外的其它每相邻两个腹板之间放置中间缘条，在其它的每个腹板外侧拐角与相邻的中间缘条之间放置捻子条，组合完成后，进热压罐预成型为长桁：同时蒙皮带着复材面板及蒙皮成型模具也随同一起进热压罐预成型，所述长桁和蒙皮同时出罐，出罐后将长桁脱模，按设计时预留定位与蒙皮组合，长桁与蒙皮组合定位后，在长桁上表面依次放置可剥布、隔离膜、软模、透气毡，并用真空袋将长桁、蒙皮、可剥布、隔离膜、软模及透气毡全部封装在一起并进热压罐固化；固化好后出罐，脱模、铣切制成产品。
本发明相对于现有技术的有益效果是：
本发明的一种带立筋复合材料加筋壁板热压罐整体成型方法：采用了软模的成型方法，满足零件内部成型质量、立筋垂直度要求，解决了树脂压力传递不均，蒙皮过渡区(指蒙皮铺贴层数长短不同区域)容易出现孔隙密集以及厚度不均等质量缺陷。实现了固化前，长桁段开处(指长桁不是整根通长的，长桁长度方向有豁口)腹板面与蒙皮连接处平整度，同时提高模具温度场均匀性，降低了生产成本。成型工艺中的软模定型装置在真空袋内，无需考虑热膨胀导致产品变形，传压传热均匀，零件内部质量好；此方法与传统方法相比，保证了成型质量，制造周期短，重量较轻，传热性好，零件的升温均匀性好，制造中造成的偏差较小，保证多制件可一次在大型热压罐内固化。
附图说明
图1为产品的俯视结构示意图，产品不包括复材面板和蒙皮模具；
图2为图1的A-A截面的剖视图；
图3为产品封装俯视结构示意图，产品不包括复材面板和蒙皮模具；
图4为图3的B-B截面的剖视图；
图5是长桁的主剖视图；
图6是图1的C处局部放大图；
图7是图3的D处局部放大图；
图8是图4的E处局部放大图；
图9是图4的F处局部放大图。
上述附图中涉及到的部件名称及标号如下：
蒙皮成型模具1、复材面板2、蒙皮3、腹板4、中间缘条5、捻子条6、可剥布7、隔离膜8、软模9、透气毡10、真空袋11、长桁12。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本发明的技术方案作进一步的详细说明，但并不局限于此，凡是对本发明技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的保护范围中。
具体实施方式一：如图1-图9所示，本实施方式披露了一种带立筋复合材料加筋壁板热压罐整体成型方法，所述方法包括以下步骤：
步骤一：制造软模9；
1.1、按照产品(即带立筋复合材料加筋壁板)内型面制造软模成型工装；所述软模成型工装设计时，预留软模9与产品固化时的定位(定位孔或定位槽)，并按产品技术要求设计产品边缘线及余量线；
1.2、按照软模成型工装余量线下预浸料；
1.3、将预先下好的预浸料铺贴至软模成型工装上，预浸料铺贴时每一层均抽真空(预浸料铺贴层数根据产品大小决定。预浸料材料为橡胶加预浸料碳布，第一层为橡胶，橡胶上表面为预浸料碳布)，在铺贴好后的预浸料上，依次放置隔离膜8及透气毡10，并将软模成型工装、铺贴的预浸料、隔离膜8及透气毡10全部用真空袋11封装完成后，推入热压罐，开始固化；固化的参数为：加压速率为0.02～0.025MPa/min，加压至0.6MPa，以加温速率2℃/min，加温至70±3℃，恒温3h，升温速率为2℃/min，升温到190℃，恒温8h，降温速率为2/min，降到55℃出罐，将真空袋11、透气毡10及隔离膜8取下，此时固化后的预浸料便固化成软模9，脱模，按软模9余量线铣切；固化好后出罐，将真空袋11、透气毡10及隔离膜8取下，此时固化后的预浸料便固化成软模9，脱模，按软模9余量线铣切(上述固化参数的选择和确定，可确保软模9内部质量，纤维光顺，尽量避免出现褶皱)；
步骤二：产品下料；
按照产品设计要求下料复材面板2、蒙皮3、多个腹板4、多个中间缘条5及多个捻子条6，所述多个腹板4包括两个L形腹板和多个U形槽腹板；
步骤三：产品制造；
设计蒙皮成型模具1，所述蒙皮成型模具1是一个型面与蒙皮型面相同的Q235材料的模具，在蒙皮成型模具1型面两端设计定位(为定位孔或定位槽，用于定位蒙皮3与软模9)，(考虑Q235材料热膨胀对复合材料加热固化时的影响)在蒙皮成型模具1上表面铺贴复材面板2，之后，进热压罐中固化，固化成型参数为：加压速率为0.02～0.025MPa/min，加压至0.6MPa，以加温速率为2℃/min，加温至70±3℃，恒温3h，升温速率为2℃/min，升温到190℃，恒温8h，降温速率为2/min，降至55℃出罐(确保零件达到完全固化最佳状态)；
蒙皮3在复材面板2上铺敷，所有腹板4、中间缘条5、捻子条6均在各自的工装上铺敷，铺敷完成后将中间缘条5、捻子条6脱模，将其中一个带定位孔铺贴好后的U形槽腹板放置在定位模上，定位固定好后在其两侧放置中间缘条5，在两个所述中间缘条5与定位U形槽腹板4外侧拐角处放置两个捻子条6，之后，依次按腹板工装上序列号以在定位模上定位好的所述U形槽腹板为基准放置其它U形槽腹板及两侧的L形腹板，在除定位U形槽腹板以外的其它每相邻两个腹板4之间放置中间缘条5，在其它的每个腹板4外侧拐角与相邻的中间缘条5之间放置捻子条6，组合完成后，进热压罐预成型为长桁12：同时蒙皮3带着复材面板2及蒙皮成型模具1也随同一起进热压罐预成型，蒙皮3、长桁12预成型参数一致：抽真空，真空度至少达到0.08MPa，开始升温，升温速率为0.2℃/min～2℃/min，升温至50±5℃(罐温不超过70℃)，开始加正压，加压速率为0.02MPa/min～0.025MPa/min；当正压达到0.6±0.05MPa时，保温20min后开始降温，降温速率为3℃/min，温度降至45℃以下后卸压，蒙皮3和长桁12同时出罐，出罐后将长桁12脱模，按设计时预留定位与蒙皮3组合，长桁12与蒙皮3组合定位后，在长桁12上表面依次放置可剥布7、隔离膜8、软模9、透气毡10，并用真空袋11将长桁12、蒙皮3、可剥布7、隔离膜8、软模9及透气毡10全部封装在一起并进热压罐固化；固化参数为：抽真空至少达到-0.08MPa，开始加正压，加压速率为0.02MPa/min～0.025MPa/min；压力达到0.14MPa时将真空袋与大气连通，保持连通状态直至固化完成；当正压达到0.6MPa～0.65MPa时开始升温，升温速率为0.06℃/min～3℃/min，在180±6℃保温至少120min后开始降温，降温速率为3℃/min，温度降至60℃以下后卸压出罐，脱模，铣切制成产品。
步骤三中，封装注意事项：
1.零件表面(零件是指蒙皮3、长桁12组合到一起整体叫零件)依次放置可剥布7、隔离膜8(为无孔隔离膜)、软膜9、透气毡10及真空袋11，并使用密封胶条进行封装；注意真空嘴放置时在蒙皮成型模封装区相对位置最远处放置两个真空嘴，可根据零件大小及零件外型适当增加真空嘴数量。
2.隔离膜8应超出铺层边缘至少25mm，但不要超过透气毡10的边缘；
3.尽量减少不必要的真空袋11皱褶，皱褶位置应尽量减少对零件表面的影响或另加衬垫防止皱褶传递在零件表面；
4.特别注意封装好后的零件边角、凹陷、凸起、拐角等处，确保真空袋11没有架桥；
5.透气毡10的大小应大于零件达到完全覆盖零件状态，拐角处透气毡10应断开；
6.在蒙皮成型模两端头产品余量外对角各放置1个真空接嘴(放置已检测合格的真空嘴)，其中1个为检测真空嘴，按抽气管路最远设置；
7.真空嘴底座下垫4～6层透气毡10，真空嘴不能放置在零件表面，否则会造成零件的缺陷；
8.进行完全真空度检查，抽完全真空度不低于-0.08MPa，真空袋11下的压力稳定10min后断掉或关闭真空源；5min内真空表读数下降不应超过0.017Mpa。若检查不合格则仔细查找泄漏点，并用密封条密封泄露处，必要时重新制真空袋11。在零件对角边缘余量处各放置2个热电偶，用于测量零件温度，检测零件固化过程中温度均匀性。
9.封装结束后，去掉真空袋11，在每个零件表面使用记号笔标识零件号、零件序列号及预浸料力学寿命截止时间。

Claims (6)

1.一种带立筋复合材料加筋壁板热压罐整体成型方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：
步骤一：制造软模(9)；
1.1、按照产品内型面制造软模成型工装；所述软模成型工装设计时，预留软模(9)与产品固化时的定位，并按产品技术要求设计产品边缘线及余量线；
1.2、按照软模成型工装余量线下预浸料；
1.3、将预先下好的预浸料铺贴至软模成型工装上，预浸料铺贴时每一层均抽真空，在铺贴好后的预浸料上，依次放置隔离膜(8)及透气毡(10)，并将软模成型工装、铺贴的预浸料、隔离膜(8)及透气毡(10)全部用真空袋(11)封装完成后，推入热压罐，开始固化；固化好后出罐，将真空袋(11)、透气毡(10)及隔离膜(8)取下，此时固化后的预浸料便固化成软模(9)，脱模，按软模(9)余量线铣切；
步骤二：产品下料；
按照产品设计要求下料复材面板(2)、蒙皮(3)、多个腹板(4)、多个中间缘条(5)及多个捻子条(6)，所述多个腹板(4)包括两个L形腹板和多个U形槽腹板；
步骤三：产品制造；
设计蒙皮成型模具(1)，所述蒙皮成型模具(1)是一个型面与蒙皮型面相同的Q235材料的模具，在蒙皮成型模具(1)型面两端设计定位，在蒙皮成型模具(1)上表面铺贴复材面板(2)，进热压罐中固化成型后出罐，蒙皮(3)在复材面板(2)上铺敷，所有腹板(4)、中间缘条(5)、捻子条(6)均在各自的工装上铺敷，铺敷完成后将中间缘条(5)、捻子条(6)脱模，将其中一个带定位孔铺贴好后的U形槽腹板放置在定位模上，定位固定好后在其两侧放置中间缘条(5)，在两个所述中间缘条(5)与定位U形槽腹板外侧拐角处放置两个捻子条(6)，之后，依次按腹板工装上序列号以在定位模上定位好的所述U形槽腹板为基准放置其它U形槽腹板及两侧的L形腹板，在除定位U形槽腹板以外的其它每相邻两个腹板(4)之间放置中间缘条(5)，在其它的每个腹板(4)外侧拐角与相邻的中间缘条(5)之间放置捻子条(6)，组合完成后，进热压罐预成型为长桁(12)：同时蒙皮(3)带着复材面板(2)及蒙皮成型模具(1)也随同一起进热压罐预成型，所述长桁(12)和蒙皮(3)同时出罐，出罐后将长桁(12)脱模，按设计时预留定位与蒙皮(3)组合，长桁(12)与蒙皮(3)组合定位后，在长桁(12)上表面依次放置可剥布(7)、隔离膜(8)、软模(9)、透气毡(10)，并用真空袋(11)将长桁(12)、蒙皮(3)、可剥布(7)、隔离膜(8)、软模(9)及透气毡(10)全部封装在一起并进热压罐固化；固化好后出罐，脱模、铣切制成产品。
2.根据权利要求1所述的一种带立筋复合材料加筋壁板热压罐整体成型方法，其特征在于：在步骤一的1.3中，所述预浸料铺贴时每一层均抽真空，真空度要求：至少-0.08MPa，时间5-15min。
3.根据权利要求1所述的一种带立筋复合材料加筋壁板热压罐整体成型方法，其特征在于：在步骤一的1.3中，进罐固化的参数为：加压速率为0.02～0.025MPa/min，加压至0.6MPa，以加温速率2℃/min，加温至70±3℃，恒温3h，升温速率为2℃/min，升温到190℃，恒温8h，降温速率为2/min，降到55℃出罐。
4.根据权利要求1所述的一种带立筋复合材料加筋壁板热压罐整体成型方法，其特征在于：步骤三中，在蒙皮成型模具(1)上表面铺贴复材面板(2)，进热压罐中固化成型参数为：加压速率为0.02～0.025MPa/min，加压至0.6MPa，以加温速率为2℃/min，加温至70±3℃，恒温3h，升温速率为2℃/min，升温到190℃，恒温8h，降温速率为2/min，降至55℃出罐。
5.根据权利要求1所述的一种带立筋复合材料加筋壁板热压罐整体成型方法，其特征在于：步骤三中，蒙皮(3)、长桁(12)预成型：抽真空，真空度至少达到0.08MPa，开始升温，升温速率为0.2℃/min～2℃/min，升温至50±5℃，开始加正压，加压速率为0.02MPa/min～0.025MPa/min；当正压达到0.6±0.05MPa时，保温20min后开始降温，降温速率为3℃/min，温度降至45℃以下后卸压，蒙皮(3)和长桁(12)同时出罐。
6.根据权利要求1所述的一种带立筋复合材料加筋壁板热压罐整体成型方法，其特征在于：步骤三中，所述真空袋(11)将长桁(12)、蒙皮(3)、可剥布(7)、隔离膜(8)、软模(9)及透气毡(10)全部封装在一起并进热压罐固化的参数为：抽真空至少达到-0.08MPa，开始加正压，加压速率为0.02MPa/min～0.025MPa/min；压力达到0.14MPa时将真空袋(11)与大气连通，保持连通状态直至固化完成；当正压达到0.6MPa～0.65MPa时开始升温，升温速率为0.06℃/min～3℃/min，在180±6℃保温至少120min后开始降温，降温速率为3℃/min，温度降至60℃以下后卸压出罐。
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