CN112297467A - 一种帽型长桁加筋壁板制造的工艺方法 - Google Patents

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侯富立
杨倩倩
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Abstract

本发明涉及一种帽型长桁加筋壁板制造的工艺方法，属于飞机制造中复合材料制造技术领域。本发明通过利用定制复合材料蒙皮的铺贴工装、复合材料帽型长桁铺贴、预成型、固化和所用均压板制作的工装、复合材料蒙皮与帽型长桁胶接所成R角区域所放捻子条的成型工装、胶接用橡胶芯模的制作工装、长桁之间定位用的“T”型复合材料限位块、以及铺贴蒙皮的铺丝机和辅助长桁定位用的激光投影设备，来完成帽型长桁加筋壁板的制造，即可达到产品的制造工艺和质量要求，也可满足设计相关指标的要求。

Description

一种帽型长桁加筋壁板制造的工艺方法
技术领域
本发明涉及一种帽型长桁加筋壁板制造的工艺方法，属于飞机制造中复合材料制造技术领域。
背景技术
复合材料长桁加筋壁板类的结构件具有重量轻、扭转刚度高、弯曲稳定性好等优良的性能，在航空航天等领域已得到大量的应用，尤其是在大型民用飞机机身壁板上的应用，更是占据了主导地位。
在各类长桁加筋壁板中，应用较多的有T型、J型、I型、L型、帽型等，其中帽型长桁与其它型长桁相比，扭转刚度、弯曲稳定性能更优，所以大型民用飞机机身壁板长桁的选型更趋向于帽型长桁。而目前帽型长桁加筋壁板的成型具有长桁本身成型厚度较难控制，捻子条和帽型长桁内型面所对应蒙皮区域成型后的表面质量难以控制，长桁与蒙皮胶接后长桁轴线位置精度较难控制等问题，急需一种简单、可行、易操作的工艺方法来实现这种帽型长桁加筋壁板的制造。
发明内容
本发明的目的在于提供一种帽型长桁加筋壁板制造的工艺方法，满足该类结构产品的制造及质量要求。
本发明针对一种帽型长桁加筋壁板的结构件，通过利用定制复合材料蒙皮的铺贴工装、复合材料帽型长桁铺贴、预成型、固化和所用均压板制作的工装、复合材料蒙皮与帽型长桁胶接所成R角区域所放捻子条的成型工装、胶接用橡胶芯模的制作工装、长桁之间定位用的“T”型复合材料限位块、以及铺贴蒙皮的铺丝机和辅助长桁定位用的激光投影设备，来完成帽型长桁加筋壁板的制造，即可达到产品的制造工艺和质量要求，也可满足设计相关指标的要求。
本发明为了实现上述目的，采用如下技术方案：
一种帽型长桁加筋壁板制造的工艺方法，该方法包括如下步骤：
（1）长桁固化成型模的制作；
制作长桁固化成型模，以长桁零件的内型面为基准，刻出零件的净边缘线，打上羊冲眼；
（2）长桁预成型均压板的制作；
制作长桁预成型均压板前，先制作长桁预成型均压板成型模，以长桁零件的外型面为基准；
长桁预成型均压板成型模制作完成后，再在长桁预成型均压板成型模上铺贴碳纤维预浸料和airpad橡胶，然后按照碳纤维预浸料的固化参数对长桁预成型均压板进行固化，固化完成后将其加工修整到位待用；
（3）长桁与蒙皮组装所用芯模的制作；
以长桁、腻子条、蒙皮胶接所成内型面为基准制作芯模成型模，芯模成型模由阴模、芯棒和盖板组成，成型芯模时，依次在芯棒上铺贴1层碳纤维预浸料、1层airpad橡胶、1层碳纤维预浸料，要求铺贴对接开口缝留在长桁顶部的中间区域，然后放入铺贴了1层脱模布的阴模内，盖上盖板，按照碳纤维预浸料的固化参数进行打真空固化，固化完成后将其加工修整到位待用；
（4）长桁在蒙皮上定位用定位块的制作；
用与蒙皮、长桁相同的碳纤维预浸料铺贴、固化成型加工定位块的碳纤维层压板，成型完成后数控加工出具体定位块的尺寸；
（5）长桁的预成型及固化；
在长桁铺贴平板模具上进行铺贴，并每铺贴4～6层进行抽真空预压实，最后一层铺贴完成后再进行一次总的抽真空预压实，然后再将其放置在事先加温至60℃～80℃的长桁预成型模上用手进行按压，随形后，再进行打袋抽真空压实，压实结束后，将其取下，放置在长桁固化成型模上，并盖上长桁预成型均压板进行加温固化，固化完成后将其加工修整到位待用；
（6）蒙皮的铺贴
在蒙皮铺贴成型模上利用铺丝机进行铺贴，铺贴完成后，用真空袋对其进行覆盖防护，防止表面污染，待后续与长桁进行胶接；
（7）捻子条成型模及捻子条的制作
捻子条成型模的制作，以长桁底部边缘与蒙皮胶接所成R角区域的形腔为基准，在此基础上整体缩小0.2mm～0.5mm，并做对称处理，并刻出理论边缘线及较理论边缘线缩小0.3mm～0.6mm的刻线；
捻子条成型模制作完成后，用碳纤维预浸料在长桁平板成型模上铺贴层压板，然后放于捻子条成型模内，盖上盖板进行压实，压实后捻子条长度方向的一边按照缩小的刻线进行剪裁，另一边按照理论刻线进行剪裁，剪裁到位后待用；
（8）胶膜、腻子条、芯模的放置
将尺寸加工到位、胶接区域打磨并清理干净后的长桁开口朝上放置，即底部边缘朝上，在胶接区域铺贴胶膜，胶膜铺贴完成后将芯模放于长桁内型面内，然后再将腻子条放于长桁与蒙皮胶接所成R角区，要求腻子条与长桁胶接区域之间要放置胶膜，与蒙皮胶接区域之间不放胶膜；
（9）长桁在蒙皮上的定位
利用激光定位的方式，将铺贴了胶膜和放置了腻子条的长桁放置在蒙皮上，然后用事先加工好的定位块对相邻两长桁之间的间隙进行填充，并用耐高温压敏胶带对其和长桁进行辅助粘结定位；
（10）共胶接固化
将长桁与蒙皮定位好的壁板进行打真空，按照蒙皮材料的固化参数进行加温加压固化，固化完成后加工修整到位。
进一步的，在长桁零件的内型面的基础上整体外形缩小0.2mm，表面粗糙度不大于0.8um；羊冲眼的深度为0.1mm～0.2mm，直径为0.2mm～0.3mm。
进一步的，在步骤（2）中：长桁预成型均压板成型模以长桁零件的外型面为基准，在此基础上整体外形缩小0.2mm，长桁预成型均压板成型模的顶部R角较长桁零件外型面顶部R角大0.3 mm～0.4 mm，长桁预成型均压板成型模的底部R角较长桁零件外型面底部R角缩小0.3～0.4 mm。
进一步的，在步骤（2）中：长桁预成型均压板成型模上铺贴碳纤维预浸料和airpad橡胶的铺贴层要求为：
长桁底部边缘为1层碳纤维预浸料、1层airpad橡胶、1层碳纤维预浸料；
顶部和腰部为1层airpad橡胶、1层碳纤维预浸料、1层airpad橡胶，底部R角区域与底部边缘的铺层及层数保持一致，腰部的中间1层碳纤维预浸料嵌入底部边缘中间1层airpad橡胶内，嵌入深度为4mm～5mm。
进一步的，在步骤（3）中：阴模的整体型面在基准的基础上扩大0.2mm，芯棒整体型面在基准的基础上缩小2.0mm，盖板为2.0mm厚的铝制平板。
进一步的，在步骤（4）中：定位块具体要求为：
第一边长=20mm，公差±2 mm；
第二边长=1.5mm，公差±0.1mm；
第三边长=1.5 mm，公差±0.1 mm；
第四边长=2.0mm，公差±0.2 mm。
进一步的，在步骤（6）中：铺丝机参数设置为：压力：90kg～110kg，温度：45℃～60℃，速度：25m/min～35m/min。
进一步的，在步骤（7）中：铺贴层压板的铺层要求为交错铺放，相邻两层方向不同，相邻两层的角度相差为45℃。
进一步的，还包括步骤（11）无损检测；利用无损检测设备对长桁与蒙皮的胶接质量进行无损检测。
进一步的，还包括步骤（12）重点尺寸检测；壁板蒙皮厚度、长桁轴线位置的检测。
本发明的有益效果：
本方案能够在大型客机具有该类结构产品及试验件的成型上产生很好的成型效果。
附图说明
图1为本发明的帽型长桁铺贴平板模示意图；
图1中：11-铺贴余量线；12-铺贴净边缘线；
图2为本发明的长桁预成型模俯视示意图；
图2中：21-余量线；22-零件外形净边缘线；
图3为本发明的长桁预成型模端面示意图；
图3中：31-长桁预成型模端面；
图4为本发明的蒙皮铺贴及成型模示意图；
图4中：11-铺贴余量线；12-铺贴净边缘线；
图5为本发明的腻子条成型模示意图；
图5中：51-盖板；52-底座；
图6为本发明的长桁与蒙皮胶接所成内R角区域示意图；
图6中：61-内R角区域；
图7为本发明放置捻子条后的示意图；
图7中：71-捻子条；
图8为本发明长桁在蒙皮上定位示意图；
图8中：81-复材定位块；
图9为图8中A-A面示意图；
图9中：81-复材定位块；91长桁；93-蒙皮；
图10为本发明壁板中蒙皮和长桁的示意图；
图10中：91-长桁；93-蒙皮；
图11为本发明橡胶和碳纤维预浸料相嵌示意图；
图11中：111- airpad橡胶；112-碳纤维预浸料；
图12为本发明定位块尺寸示意图；
图12中：a-第一边长；b-第二边长；c-第三边长；d-第四边长。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中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一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，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。
具体实施步骤如下：
1）长桁固化成型模的制作
制作长桁固化成型模，外形如图2、3长桁预成型模示意图所示，以长桁零件的内型面为基准，在此基础上整体外形缩小0.2mm左右，表面粗糙度不大于0.8um，刻出零件的净边缘线，并按一定间距的要求打上羊冲眼，羊冲眼的深度0.1mm～0.2mm，直径0.2mm～0.3mm，便于长桁零件固化成型后的加工。
2）长桁预成型均压板的制作
制作长桁预成型均压板前，先制作长桁预成型均压板成型模，以长桁零件的外型面为基准，在此基础上整体外形缩小0.2mm左右，顶部R角较长桁零件外型面顶部R角大0.3～04，底部R角较长桁零件外型面底部R角缩小0.3～0.4，以保证长桁零件固化后顶部和底部R角区域及长桁腰部区域的厚度满足设计要求。
长桁预成型均压板成型模制作完成后，再在长桁预成型均压板成型模上铺贴碳纤维预浸料和airpad橡胶，铺贴层及层数要求为：长桁底部边缘为1层碳纤维预浸料、1层airpad橡胶、1层碳纤维预浸料，顶部和腰部为1层airpad橡胶、1层碳纤维预浸料、1层airpad橡胶，底部R角区域与底部边缘的铺层及层数保持一致，要求腰部的中间1层碳纤维预浸料嵌入底部边缘中间1层airpad橡胶内，嵌入深度为4mm～5mm（如图11所示）。然后按照碳纤维预浸料的固化参数对长桁预成型均压板进行固化，固化完成后将其加工修整到位待用。
3）长桁与蒙皮组装所用芯模的制作
以长桁、腻子条、蒙皮胶接所成内型面为基准制作芯模成型模，芯模成型模由阴模、芯棒和盖板组成，阴模整体型面在基准的基础上扩大0.2mm，芯棒整体型面在基准的基础上缩小2.0mm，盖板为2.0mm厚的铝制平板，成型芯模时，依次在芯棒上铺贴1层碳纤维预浸料、1层airpad橡胶、1层碳纤维预浸料，要求铺贴对接开口缝留在长桁顶部的中间区域，然后放入铺贴了1层脱模布的阴模内，盖上盖板，按照碳纤维预浸料的固化参数进行打真空固化，固化完成后将其加工修整到位待用。
4）长桁在蒙皮上定位用定位块的制作
用与蒙皮、长桁相同的碳纤维预浸料铺贴、固化成型加工定位块的碳纤维层压板，成型完成后数控加工出具体定位块的尺寸，具体要求为：第一边长a=20mm，公差±2 mm；第二边长b=1.5mm，公差±0.1mm；第三边长c=1.5 mm，公差±0.1 mm；第四边长d=2.0mm，公差±0.2mm；如图12所示。
5）长桁的预成型及固化
在长桁铺贴平板模具（如图1所示）上按照设计要求的铺层进行铺贴，并每铺贴4～6层进行抽真空预压实，最后一层铺贴完成后再进行一次总的抽真空预压实，然后再将其放置在事先加温至60℃～80℃的长桁预成型模上用手进行按压，随形后，再进行打袋抽真空压实，压实结束后，将其取下，放置在长桁固化成型模上，并盖上长桁预成型均压板进行加温固化，固化完成后将其加工修整到位待用。
6）蒙皮的铺贴
在蒙皮铺贴成型模（如图4所示）上利用铺丝机进行铺贴，铺丝机参数设置为：压力：90kg～110kg，温度：45℃～60℃，速度：25m/min～35m/min，铺贴完成后，用真空袋对其进行覆盖防护，防止表面污染，待后续与长桁进行胶接。
7）捻子条成型模及捻子条的制作
捻子条成型模（如图5所示）的制作，以长桁底部边缘与蒙皮胶接所成R角区域的形腔为基准，在此基础上整体缩小0.2mm～0.5mm，并做对称处理，要求刻出理论边缘线及较理论边缘线缩小0.3mm～0.6mm的刻线。
捻子条成型模制作完成后，用碳纤维预浸料在长桁平板成型模上铺贴一定宽度和厚度的层压板，铺层要求为+45°、0°、-45°交错铺放，相邻两层方向不同，上下最外面两层要求为+45°或-45°，然后放于捻子条成型模内，盖上盖板进行压实，压实后捻子条长度方向的一边按照缩小的刻线进行剪裁，另一边按照理论刻线进行剪裁，剪裁到位后待用。
8）胶膜、腻子条、芯模的放置
将尺寸加工到位、胶接区域打磨并清理干净后的长桁开口朝上（即底部边缘朝上）放置，在胶接区域铺贴一定宽度设计规定牌号的胶膜，胶膜铺贴完成后将芯模放于长桁内型面内，然后再将腻子条放于长桁与蒙皮胶接所成R角区，如图6、7所示，要求腻子条与长桁胶接区域之间要放置胶膜，与蒙皮胶接区域之间不放胶膜。
9）长桁在蒙皮上的定位
利用激光定位的方式，将铺贴了胶膜和放置了腻子条的长桁放置在蒙皮上，然后用事先加工好的定位块（如图12所示）对相邻两长桁之间的间隙进行填充（如图8、9所示），并用耐高温压敏胶带对其和长桁进行辅助粘结定位，以保证固化成型后长桁轴线的位置精度满足设计要求。
10）共胶接固化
将长桁与蒙皮定位好的壁板（如图10）进行打真空，按照蒙皮材料的固化参数进行加温加压固化，固化完成后加工修整到位。
11）无损检测
按要求利用无损检测设备对长桁与蒙皮的胶接质量进行无损检测。
12）重点尺寸检测
壁板蒙皮厚度、长桁轴线位置的检测。
制作过程：
在洁净间内利用铺带机（可手工）在平板模具（如图1）上按设计铺层要求完成复材帽型长桁的铺贴，并进行预压实，然后将其置于事先在烘箱中加温至80℃左右的长桁预成型模（如图2、3）上进行手工压型，压型完成后，再进行打真空进罐固化，固化完成后，对固化后的复材帽型长桁进行加工修整，无损检测，厚度检测，合格后切边至设计数模理论要求的外形尺寸，并对复材帽型长桁边缘进行倒角，然后清理干净，放置于洁净间内指定的位置待用；利用铺丝机（不建议手工）在蒙皮铺贴成型模（如图4）上按设计铺层要求完成复材蒙皮的铺贴，并进行预压实，将前面做好的复材帽型长桁与蒙皮胶接的区域进行打磨，并清理干净，然后在胶接区域铺贴设计选用的胶膜，并将预成型好的捻子条放于复材帽型长桁与蒙皮胶接组合所成的内R角区域上（如图5、6、7），并在每一根复材帽型长桁内进行打真空，然后再通过激光定位的方式将复材帽型长桁与蒙皮进行组装定位，并用胶带及定位块进行固定和定位（如图8、9），以保证固化后长桁的位置符合设计要求，然后再进行组装后的打真空，进罐进行固化，固化完成后，对壁板（如图10）进行无损检测，合格后，加工至设计数模理论要求的外形尺寸，并通过测厚仪按设计要求对壁板蒙皮的厚度进行检测，厚度合格后即可证明该壁板符合设计要求的各项性能指标。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式；但本发明的保护范围并不局限于此。任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其改进构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种帽型长桁加筋壁板制造的工艺方法，其特征在于该方法包括如下步骤：
（1）长桁固化成型模的制作；
制作长桁固化成型模，以长桁零件的内型面为基准，刻出零件的净边缘线，打上羊冲眼；
（2）长桁预成型均压板的制作；
制作长桁预成型均压板前，先制作长桁预成型均压板成型模，以长桁零件的外型面为基准；
长桁预成型均压板成型模制作完成后，再在长桁预成型均压板成型模上铺贴碳纤维预浸料和airpad橡胶，然后按照碳纤维预浸料的固化参数对长桁预成型均压板进行固化，固化完成后将其加工修整到位待用；
（3）长桁与蒙皮组装所用芯模的制作；
以长桁、腻子条、蒙皮胶接所成内型面为基准制作芯模成型模，芯模成型模由阴模、芯棒和盖板组成，成型芯模时，依次在芯棒上铺贴1层碳纤维预浸料、1层airpad橡胶、1层碳纤维预浸料，要求铺贴对接开口缝留在长桁顶部的中间区域，然后放入铺贴了1层脱模布的阴模内，盖上盖板，按照碳纤维预浸料的固化参数进行打真空固化，固化完成后将其加工修整到位待用；
（4）长桁在蒙皮上定位用定位块的制作；
用与蒙皮、长桁相同的碳纤维预浸料铺贴、固化成型加工定位块的碳纤维层压板，成型完成后数控加工出具体定位块的尺寸；
（5）长桁的预成型及固化；
在长桁铺贴平板模具上进行铺贴，并每铺贴4～6层进行抽真空预压实，最后一层铺贴完成后再进行一次总的抽真空预压实，然后再将其放置在事先加温至60℃～80℃的长桁预成型模上用手进行按压，随形后，再进行打袋抽真空压实，压实结束后，将其取下，放置在长桁固化成型模上，并盖上长桁预成型均压板进行加温固化，固化完成后将其加工修整到位待用；
（6）蒙皮的铺贴
在蒙皮铺贴成型模上利用铺丝机进行铺贴，铺贴完成后，用真空袋对其进行覆盖防护，防止表面污染，待后续与长桁进行胶接；
（7）捻子条成型模及捻子条的制作
捻子条成型模的制作，以长桁底部边缘与蒙皮胶接所成R角区域的形腔为基准，在此基础上整体缩小0.2mm～0.5mm，并做对称处理，并刻出理论边缘线及较理论边缘线缩小0.3mm～0.6mm的刻线；
捻子条成型模制作完成后，用碳纤维预浸料在长桁平板成型模上铺贴层压板，然后放于捻子条成型模内，盖上盖板进行压实，压实后捻子条长度方向的一边按照缩小的刻线进行剪裁，另一边按照理论刻线进行剪裁，剪裁到位后待用；
（8）胶膜、腻子条、芯模的放置
将尺寸加工到位、胶接区域打磨并清理干净后的长桁开口朝上放置，即底部边缘朝上，在胶接区域铺贴胶膜，胶膜铺贴完成后将芯模放于长桁内型面内，然后再将腻子条放于长桁与蒙皮胶接所成R角区，要求腻子条与长桁胶接区域之间要放置胶膜，与蒙皮胶接区域之间不放胶膜；
（9）长桁在蒙皮上的定位
利用激光定位的方式，将铺贴了胶膜和放置了腻子条的长桁放置在蒙皮上，然后用事先加工好的定位块对相邻两长桁之间的间隙进行填充，并用耐高温压敏胶带对其和长桁进行辅助粘结定位；
（10）共胶接固化
将长桁与蒙皮定位好的壁板进行打真空，按照蒙皮材料的固化参数进行加温加压固化，固化完成后加工修整到位。
2.根据权利要求1所述的帽型长桁加筋壁板制造的工艺方法，其特征在于：在步骤（1）中：在长桁零件的内型面的基础上整体外形缩小0.2mm，表面粗糙度不大于0.8um；羊冲眼的深度为0.1mm～0.2mm，直径为0.2mm～0.3mm。
3.根据权利要求1所述的帽型长桁加筋壁板制造的工艺方法，其特征在于：在步骤（2）中：长桁预成型均压板成型模以长桁零件的外型面为基准，在此基础上整体外形缩小0.2mm，长桁预成型均压板成型模的顶部R角较长桁零件外型面顶部R角大0.3 mm～0.4 mm，长桁预成型均压板成型模的底部R角较长桁零件外型面底部R角缩小0.3～0.4 mm。
4.根据权利要求1所述的帽型长桁加筋壁板制造的工艺方法，其特征在于：在步骤（2）中：长桁预成型均压板成型模上铺贴碳纤维预浸料和airpad橡胶的铺贴层要求为：
长桁底部边缘为1层碳纤维预浸料、1层airpad橡胶、1层碳纤维预浸料；
顶部和腰部为1层airpad橡胶、1层碳纤维预浸料、1层airpad橡胶，底部R角区域与底部边缘的铺层及层数保持一致，腰部的中间1层碳纤维预浸料嵌入底部边缘中间1层airpad橡胶内，嵌入深度为4mm～5mm。
5.根据权利要求1所述的帽型长桁加筋壁板制造的工艺方法，其特征在于：在步骤（3）中：阴模的整体型面在基准的基础上扩大0.2mm，芯棒整体型面在基准的基础上缩小2.0mm，盖板为2.0mm厚的铝制平板。
6.根据权利要求1所述的帽型长桁加筋壁板制造的工艺方法，其特征在于：在步骤（4）中：定位块具体要求为：
第一边长（a）=20mm，公差±2 mm；
第二边长（b）=1.5mm，公差±0.1mm；
第三边长（c）=1.5 mm，公差±0.1 mm；
第四边长（d）=2.0mm，公差±0.2 mm。
7.根据权利要求1所述的帽型长桁加筋壁板制造的工艺方法，其特征在于：在步骤（6）中：铺丝机参数设置为：压力：90kg～110kg，温度：45℃～60℃，速度：25m/min～35m/min。
8.根据权利要求1所述的帽型长桁加筋壁板制造的工艺方法，其特征在于：在步骤（7）中：铺贴层压板的铺层要求为交错铺放，相邻两层方向不同，相邻两层的角度相差为45℃。
9.根据权利要求1所述的帽型长桁加筋壁板制造的工艺方法，其特征在于：还包括步骤（11）无损检测；利用无损检测设备对长桁与蒙皮的胶接质量进行无损检测。
10.根据权利要求1所述的帽型长桁加筋壁板制造的工艺方法，其特征在于：还包括步骤（12）重点尺寸检测；壁板蒙皮厚度、长桁轴线位置的检测。
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