CN111823610A - 一种复合材料车体裙板的制备方法 - Google Patents

一种复合材料车体裙板的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种复合材料车体裙板的制备方法，其包括如下步骤：S100：采用OoA成型工艺一体成型裙板本体，裙板本体包括轴孔部和多腔结构；S200：将端部密封件与多腔结构的端部密封固定，并且对裙板本体进行加工以形成用于安装各裙板附件的安装结构；S300：将各裙板附件分别与各安装结构对应安装固定。该制备方法能够降低复合材料车体裙板的制造成本并可避免成型过程中出现脱模困难的问题。

Description

一种复合材料车体裙板的制备方法
技术领域
本发明涉及复合材料成型技术领域，具体涉及一种复合材料车体裙板的制备方法。
背景技术
复合材料车体裙板多采用夹芯结构，夹芯结构的芯材易与蒙皮脱粘，蒙皮损伤后，水气易进入芯材内部，加速结构的损坏。多腔加筋结构已经在航空上得到了广泛的应用，但航空上的多腔结构多采用橡胶芯模成型，橡胶芯模成本高昂，若直接采用低成本的金属芯模，又存在难以脱模的风险。
因此，如何提供一种复合材料车体裙板的制备方法，能够降低成本并可避免成型过程中出现脱模困难的问题，是本领域技术人员所亟需解决的。
发明内容
本发明的目的是提供一种复合材料车体裙板的制备方法，能够降低成本并可避免成型过程中出现脱模困难的问题。
为解决上述技术问题，本发明提供一种复合材料车体裙板的制备方法，包括如下步骤：
S100：采用OoA成型工艺一体成型裙板本体，所述裙板本体包括轴孔部和多腔结构；
S200：将端部密封件与所述多腔结构的端部密封固定，并且对所述裙板本体进行加工以形成用于安装各裙板附件的安装结构；
S300：将各所述裙板附件分别与各所述安装结构对应安装固定。
该车体裙板的材质为碳纤维复合材料，重量较轻，便于实现轻量化目标，并且，由于碳纤维复合材料对水汽不敏感，无预埋金属件和芯材，无界面兼容问题，从而能够保证该车体裙板的使用寿命，满足使用年限要求。
通过该制备方法所制备的车体裙板中，由于轴孔部和多腔结构是一体成型的，从能能够简化制作工艺、提高生产效率并降低成本。另外，一体成型的结构相较于通过二次装配成型的工艺来说，能够保证该裙板本体各部件之间的连接稳定性，进而保证该裙板本体的整体结构强度，保证其使用寿命。并且OoA成型工艺成本低廉，有利于裙板的批量化生产。各裙板附件的安装结构是后期对裙板本体加工形成的，可进一步简化制造工艺。
可选地，所述步骤S100中，所述采用OoA成型工艺一体成型裙板本体具体包括如下步骤：
S1：制备转轴预制体和芯模预制体，所述芯模预制体包括芯模以及设于所述芯模两侧端的预制件；
S2：将各所述芯模预制体并排设置以形成芯模组件，相邻两个所述芯模预制体的预制件之间放置立筋板并贴紧，然后将所述转轴预制体放置于所述芯模组件的一端；
S3：在所述芯模组件和所述转轴预制体的两侧端面分别铺贴外蒙皮和内蒙皮以形成基体；
S4：将所述基体放置于下模的成型面，并将上模与所述下模合模；
S5：抽出各所述芯模并形成型腔；
S6：将设于所述上模和所述下模外的真空袋以及设于所述型腔内壁的真空袋管连通并进行抽真空，然后固化；
S7：固化完成后，取出制件。
可选地，步骤S1中，所述转轴预制体的制备包括：采用预留翻边的形式将铺层依次铺贴于转轴下模的成型面，将芯棒放置于铺层的上方，然后将预留的翻边逐层绕过所述芯棒铺贴压实，将转轴上模与所述转轴下模合模固化以形成所述转轴预制体。
可选地，步骤S1中，所述芯模预制体的制备包括：将芯模表面包裹辅助材料，所述辅助材料包括所述真空袋管，在包裹有辅助材料的所述芯模的两侧端铺贴预浸料以在所述芯模的两侧端形成所述预制件。
可选地，所述辅助材料包括由内至外依次设置的透气毡、隔离膜、所述真空袋管和聚四氟乙烯胶带。
可选地，所述预制件为包裹于所述芯模的一侧端部的C型结构，所述芯模组件中相邻两个C型结构的开口反向设置。
可选地，在步骤S2和步骤S3之间还包括步骤S21：用碳纤维预浸料填充相邻两个所述预制体之间的缝隙。
可选地，所述外蒙皮的铺层方向/比例为：0°/28％，±45°/44％，90°/28％；所述内蒙皮的铺层方向/比例为：0°/21.5％，±45°/57％，90°/21.5％。
可选地，在步骤S3中，所述外蒙皮和所述内蒙皮的各铺层依次交错铺设。
可选地，端部密封件通过胶接与所述多腔结构的端部密封固定。
可选地，各所述裙板附件分别通过紧固件与各所述安装结构对应安装固定。
附图说明
图1是本发明实施例所提供的复合材料车体裙板的制备方法的流程框图；
图2是采用OoA成型工艺一体成型裙板本体的流程框图；
图3和图4是车体裙板的结构示意图；
图5是裙板本体的侧视图；
图6是车体裙板的侧视图；
图7是裙板本体铺层的局部放大图。
附图1-7中，附图标记说明如下：
1-轴孔部；2-多腔结构，21-型腔；3-外蒙皮；4-内蒙皮；5-加强筋，51-预制件，52-立筋板；6-端部密封件；7-密封槽；8-导向块。
具体实施方式
为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。
请参考图1-7，图1是本发明实施例所提供的复合材料车体裙板的制备方法的流程框图；图2是采用OoA成型工艺一体成型裙板本体的流程框图；图3和图4是车体裙板的结构示意图；图5是裙板本体的侧视图；图6是车体裙板的侧视图；图7是裙板本体铺层的局部放大图。
本发明实施例提供了一种复合材料车体裙板的制备方法，如图1所示，该制备方法具体包括如下步骤：
S100：采用OoA成型工艺(非热压罐成型)一体成型裙板本体，裙板本体包括轴孔部1和多腔结构2；
S200：将端部密封件6与多腔结构2的端部密封固定，并且对裙板本体进行加工以形成用于安装各裙板附件的安装结构；
S300：将各裙板附件分别与各安装结构对应安装固定。
详细的讲，该车体裙板的材质为碳纤维复合材料，重量较轻，便于实现轻量化目标，并且，由于碳纤维复合材料对水汽不敏感，无预埋金属件和芯材，无界面兼容问题，从而能够保证该车体裙板的使用寿命，满足使用年限要求。
通过本实施例所提供的制备方法所制备的车体裙板中，由于轴孔部1和多腔结构2是一体成型的，从能能够简化制作工艺、提高生产效率并降低成本。另外，一体成型的结构相较于通过二次装配成型的工艺来说，能够保证该裙板本体各部件之间的连接稳定性，进而保证该裙板本体的整体结构强度，保证其使用寿命。并且OoA成型工艺成本低廉，有利于裙板的批量化生产。各裙板附件的安装结构是后期对裙板本体加工形成的，可进一步简化制造工艺。
在上述实施例中，如图2所示，步骤S100中采用OoA成型工艺一体成型裙板本体，具体包括如下步骤：
S1：制备转轴预制体和芯模预制体，芯模预制体包括芯模以及设于芯模两侧端的预制件51；
S2：将各芯模预制体并排设置以形成芯模组件，相邻两个芯模预制体的预制件51之间放置立筋板52并贴紧，然后将转轴预制体放置于芯模组件的一端；
S3：在芯模组件和转轴预制体的两侧端面分别铺贴外蒙皮3和内蒙皮4以形成基体；
S4：将基体放置于下模的成型面，并将上模与下模合模；
S5：抽出各芯模并形成型腔21；
S6：将设于上模和下模外的真空袋以及设于型腔21内壁的真空袋管连通并进行抽真空，然后固化；
S7：固化完成后，取出制件。
芯模相对的两侧端分别形成一个预制件51，然后将各芯模预制体并列布置，并将相邻两个芯模预制体之间放置立筋板52，也就是说，一个芯模预制体的预制件51与另一个芯模预制体的预制件51中间夹设有一个立筋板52，然后通过固定装置将各芯模预制体和立筋板52贴紧固定以获得芯模组件，将转轴预制体放置于该芯模组件的一端后，在芯模组件和转轴预制体的两侧分别铺贴外蒙皮3和内蒙皮4以形成基体。
外蒙皮3和内蒙皮4铺贴完成后，将基体放置于下模的成型面，并充分压实使得基体与下模的成型面完全贴合，然后合上上模，其中，上模和下模的成型面均涂有脱模剂，将上模和下模合模后，抽出芯模，而芯模所在位置即形成型腔21，并且由于型腔21的腔壁(包括预制件51、外蒙皮3和内蒙皮4)均是通过铺贴预浸料形成的，所以腔壁具有一定的柔性，芯模在抽出过程中较为容易操作，不会产生脱模困难的情况，然后，在上模和下模外套上真空袋，该真空袋与位于型腔21内壁的真空袋管连通，并进行抽真空，最后固化，固化完成后打开上模取出制件，然后再对该制件进行加工、修边、打磨、装配等操作即可。
两个预制件51以及二者之间的立筋板52形成了一个位于外蒙皮3和内蒙皮4之间的加强筋5，芯模抽出后即可在相邻两个加强筋5之间的位置形成型腔21，立筋板52的设置能够在提升整体结构强度的同时，还能够在后期的合模、抽真空固化等操作过程中为预制件51提供支撑，保证其结构强度，避免预制件51在抽真空固化过程中发生褶皱变形等情况。
在裙板本体的成型过程中，仅需一次固化，无需二次装配操作，可有效提高制备效率。并且在成型过程中，铺层操作均是在芯模上完成的，上模和下模能够保证外形尺寸和表面质量，在抽真空固化过程中并不占用芯模，因此，在对前一个制件进行抽真空固化的同时，即可对芯模进行铺贴并进行下一制件的制备，从而能够进一步提高生产效率，相较于二次装配法来说，该成型方法能够提高效率30％左右；相较于气囊成型法来说，本方法所采用的模具成本仅为其(气囊成型法)模具成本的十分之一，经济性好。
在上述实施例中，步骤S1中，转轴预制体的制备包括：采用预留翻边的形式将铺层依次铺贴于转轴下模的成型面，将芯棒放置于铺层的上方，然后将预留的翻边逐层绕过芯棒铺贴压实，将转轴上模与转轴下模合模固化即可获得转轴预制体。转轴预制体单独预成型后可以产生一定的刚度，芯棒采用尼龙棒，在固化温度下进行热膨胀，转轴上模和转轴下模固定、型腔21固定，芯棒膨胀与转轴外模(包括转轴上模和转轴下模)之间的间隙变小，对预浸料产生压力，从而可保证车体裙板的轴孔部1的内部质量。
步骤S1中，芯模预制体的制备包括：将芯模表面包裹辅助材料，辅助材料包括上述真空袋管，在包裹有辅助材料的芯模的两侧端铺贴预浸料以获得芯模预制体。也就是说，位于型腔21内的真空袋管是预先包裹于芯模的外壁的，当然，本实施例中，也可以是在抽出芯模后，将真空袋管布置在型腔21的内壁，然后再将真空袋和真空袋管连通并抽真空，而将真空袋管预先包裹于芯模的外壁，并且预浸料是铺贴在包裹有辅助材料的芯模的外壁时，在抽出芯模后，该真空袋管仍然保留在型腔21内并与型腔21的内壁贴合，后期抽真空固化时，该真空袋管能够更好地与型腔21的内壁贴合，从而保证该型腔21内壁的质量。具体在步骤S7中，打开上模并取出制件后，将各型腔21内的真空袋管取出即可。
具体的，辅助材料包括由内至外依次设置的透气毡、隔离膜、上述真空袋管和聚四氟乙烯胶带。具体的，辅助材料在芯模表面的包裹顺序为：先在芯模表面包裹透气毡和隔离膜，其中，隔离膜用压敏胶带固定，再套上真空袋管，真空袋管外表面包裹聚四氟乙烯胶带。透气毡能够防止芯模将真空袋管划伤，并且，本实施例中，对于芯模的抽出方式不做限制，如可将芯模的端面设有螺栓孔，抽出时通过螺栓与螺栓孔配合并将芯模拉出即可，或者也可以从一端向另一端将芯模推出均可。
在上述实施例中，如图7所示，预制件51呈C型结构，也就是说，芯模位于两个C型结构的开口槽之间，芯模组件中相邻两个C型结构的开口是反向设置的，立筋板52夹设于两个C型结构之间。也就是说，该多腔结构2的加强筋5呈工字型结构，结构稳定性更好。并且，将预制件51设置为C型结构时，在铺贴外蒙皮3和内蒙皮4时，能够增加预制件51的各层预浸料与外蒙皮3及内蒙皮4之间的粘接面积，从而进一步保证结构稳定性。
在上述实施例中，在步骤S2和步骤S3之间还包括步骤S21：用碳纤维预浸料填充相邻两个预制体之间的缝隙，如通过碳纤维预浸料的捻条填充缝隙，直至两个预制件51之间的缝隙被填平，避免存在空隙影响该多腔结构2的整体力学性能。
在上述实施例中，外蒙皮3的铺层方向/比例为：0°/28％，±45°/44％，90°/28％；内蒙皮4的铺层方向/比例为：0°/21.5％，±45°/57％，90°/21.5％。通过仿真计算以及试验总结可知，按照上述铺层方向/比例对外蒙皮3和内蒙皮4进行铺贴能够使得该车体裙板的结构强度达到最优的效果。
在上述步骤S3中，外蒙皮3和内蒙皮4的各铺层依次交错铺设，其中外蒙皮3包括多层预浸料，内蒙皮4包括多层预浸料，一层外蒙皮3、一层内蒙皮4，一层外蒙皮3、一层内蒙皮4，如此交错铺设，并且在二者之间的接合处，外蒙皮3的端部向内蒙皮4的一侧搭接，内蒙皮4的端部向外蒙皮3的一侧搭接，保证铺贴完整、连续，并可避免产生断层接缝的情况，提高整体结构强度。
裙板本体的结构如图5所示，当将端部密封件6与多腔结构2的端部密封固定后的结构如图6所示。具体的，本实施例中，端部密封件6单独固化成型，对于其具体结构本实施例中并不做限制，如为实现轻量化可将其设置为内部具有轴向通孔的筒状结构，通过胶接将其与多腔结构2的端部密封固定，从而实现对多腔结构2的各型腔21进行密封(如图6所示)。具体的，为了进一步确保该端部密封件6与裙板本体之间的安装稳定性，端部密封件6和裙板本体之间还可以进一步通过铆接固定。
另外，本实施例中，各裙板附件(如插销锁、调风窗和导向块8等)分别通过紧固件与各安装结构对应安装，通过紧固件实现安装便于裙板附件的拆装操作，并且当裙板附件发生损坏时，便于更换。另外，上述安装结构还包括用于安装密封件的密封槽7(如图5所示)，该密封槽7位于多腔结构2朝向轴孔部1的一侧端部以及远离轴孔部1的一侧端部。
以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (11)

1.一种复合材料车体裙板的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S100：采用OoA成型工艺一体成型裙板本体，所述裙板本体包括轴孔部(1)和多腔结构(2)；
S200：将端部密封件(6)与所述多腔结构(2)的端部密封固定，并且对所述裙板本体进行加工以形成用于安装各裙板附件的安装结构；
S300：将各所述裙板附件分别与各所述安装结构对应安装固定。
2.根据权利要求1所述的复合材料车体裙板的制备方法，其特征在于，所述步骤S100中，所述采用OoA成型工艺一体成型裙板本体具体包括如下步骤：
S1：制备转轴预制体和芯模预制体，所述芯模预制体包括芯模以及设于所述芯模两侧端的预制件(51)；
S2：将各所述芯模预制体并排设置以形成芯模组件，相邻两个所述芯模预制体的预制件(51)之间放置立筋板(52)并贴紧，然后将所述转轴预制体放置于所述芯模组件的一端；
S3：在所述芯模组件和所述转轴预制体的两侧端面分别铺贴外蒙皮(3)和内蒙皮(4)以形成基体；
S4：将所述基体放置于下模的成型面，并将上模与所述下模合模；
S5：抽出各所述芯模并形成型腔(21)；
S6：将设于所述上模和所述下模外的真空袋以及设于所述型腔(21)内壁的真空袋管连通并进行抽真空，然后固化；
S7：固化完成后，取出制件。
3.根据权利要求2所述的复合材料车体裙板的制备方法，其特征在于，步骤S1中，所述转轴预制体的制备包括：采用预留翻边的形式将铺层依次铺贴于转轴下模的成型面，将芯棒放置于铺层的上方，然后将预留的翻边逐层绕过所述芯棒铺贴压实，将转轴上模与所述转轴下模合模固化以形成所述转轴预制体。
4.根据权利要求2所述的复合材料车体裙板的制备方法，其特征在于，步骤S1中，所述芯模预制体的制备包括：将芯模表面包裹辅助材料，所述辅助材料包括所述真空袋管，在包裹有辅助材料的所述芯模的两侧端铺贴预浸料以在所述芯模的两侧端形成所述预制件(51)。
5.根据权利要求4所述的复合材料车体裙板的制备方法，其特征在于，所述辅助材料包括由内至外依次设置的透气毡、隔离膜、所述真空袋管和聚四氟乙烯胶带。
6.根据权利要求2-5任一项所述的复合材料车体裙板的制备方法，其特征在于，所述预制件(51)为包裹于所述芯模的一侧端部的C型结构，所述芯模组件中相邻两个C型结构的开口反向设置。
7.根据权利要求2-5任一项所述的复合材料车体裙板的制备方法，其特征在于，在步骤S2和步骤S3之间还包括步骤S21：用碳纤维预浸料填充相邻两个所述预制体之间的缝隙。
8.根据权利要求2-5任一项所述的复合材料车体裙板的制备方法，其特征在于，所述外蒙皮(3)的铺层方向/比例为：0°/28％，±45°/44％，90°/28％；所述内蒙皮(4)的铺层方向/比例为：0°/21.5％，±45°/57％，90°/21.5％。
9.根据权利要求2-5任一项所述的复合材料车体裙板的制备方法，其特征在于，在步骤S3中，所述外蒙皮(3)和所述内蒙皮(4)的各铺层依次交错铺设。
10.根据权利要求1-5任一项所述的复合材料车体裙板的制备方法，其特征在于，端部密封件(6)通过胶接与所述多腔结构(2)的端部密封固定。
11.根据权利要求1-5任一项所述的复合材料车体裙板的制备方法，其特征在于，各所述裙板附件分别通过紧固件与各所述安装结构对应安装固定。
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