CN112549582A - 一种大型泡沫夹层零件成型装置及成型方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于直升机旋翼零件加工领域，具体涉及一种大型泡沫夹层零件的成型装置及成型方法。本发明大型泡沫夹层零件成型装置包括主模体、加强底座、成型挡块，所述主模体包括框架和面板，面板焊接在框架结构上，所述隔板由纵向和横向的隔板交叉焊接在一起，隔板上开有减轻的方孔。所述框架结构底部设置有方形垫板用于与加强底座连接，所述加强底座为梯形框架结构，中间设置有加强筋，上表面设置有方形垫板，所述成型挡块分成主成型挡块3和左、右胶接挡块，所述成型挡块在成型过程中分别设置在零件位置，以进行定位成型。
Description
技术领域
本发明属于直升机旋翼零件加工领域，具体涉及一种大型泡沫夹层零件的成型装置及成型方法。
背景技术
大型泡沫夹层零件由于零件尺寸较大，长度4米多，成型比较困难。特别是直升机旋翼用大型泡沫夹层零件，由于结构特异性以及零件强度要求，且尺寸比较大，有别于中小尺寸泡沫夹层零件成型方法，大型泡沫夹层零件加工工艺困难大，易出现缺陷，且要求的成型装置结构复杂，成本高，为实际工艺难题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：通过提出一种大型泡沫夹层零件的成型装置及成型方法，克服大型泡沫夹层零件加工易出现的缺陷及降低加工难度。
本发明分为两步，第一步为大型泡沫夹层零件下蒙皮单独成型，第二步为其余零件一起胶粘。
本发明大型泡沫夹层零件的成型装置，该成型装置由主模体1、加强底座2，成型挡块3组成，主模体1有纵横交错的隔板以及均匀等厚的面板焊接而成，加强底座2主要有大型方钢焊接而成，成型挡块3与主模体之间通过销钉4定位连接。
一种大型泡沫夹层零件的成型方法，利用了上述成型装置，该方法以定位在主模体1上的成型挡块3，成型挡块3与主模体1组成的型面作为成型零件下蒙皮8的型面；在型面上铺层好零件下蒙皮8的各层碳布，制作好真空袋，抽真空，最后热压罐成型。零件下蒙皮8成型好以后，卸掉成型挡块3的各个分块，在下蒙皮上放好零件泡沫13，零件左端肋10随左胶接挡块5一起安装到设计位置，通过销钉4定位，零件右端肋11随右胶接挡块6一起安装到设计位置，通过销钉4定位，零件侧肋12随侧胶接挡块7一起安装到设计位置，通过销钉4定位，在放好零件上蒙皮9，制作好真空袋，抽真空，最后热压罐成型。
本发明技术效果：有别于现有技术前期零件采用模压的形式，模具结构为上下模，零件周边的U形靠分块来保证零件的型面，由于在模压的过程中各分快之间很难保证同步，导致零件表面产生褶皱、阶差。而且分块与上下模之间的间隙在模压的过程中也很难控制，导致U型区域的厚度不均匀，影响零件的质量。
本发明通过分解各个零件单独成型，可以同时保证各个零件的质量，同时也保证了胶粘后的零件质量。另外，本发明采用这种框架结构加等厚度的面板，保证零件成型时的热均匀性，同样胶粘挡块也采用等厚度的镂空结构，同样也保证了零件胶粘时的热均匀性，保证零件成型的质量，相对现有技术，大幅提高工艺质量。
附图说明
图1是成型下蒙皮装置示意图；
图2是主模体框架结构示意图；
图3是加强底座示意图；
图4是主模体1与加强底座2连接在一起的示意图；
图5是主模体1与加强底座2连接方式的示意图；
图6是第一步成型下蒙皮示意图；
图7是工艺定位耳片孔示意图；
图8到图11是胶粘工序示意图；
图12是胶粘挡块与主模体1的连接定位方式示意图；
图13大型泡沫夹层零件示意图。
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。
本发明大型泡沫夹层零件成型装置包括主模体1、加强底座2、成型挡块3。请参阅图1，所述主模体1的材料为INVAR钢，与零件的热膨胀系数比较接近，成型出来的零件精度比较高。主模体1包括框架和面板，该面板为等厚度面板，厚度为13mm，该13mm厚度的等厚度钢面板使得主模体1能够作为支撑主体保证大型泡沫夹层零件成型。所述面板焊接在框架结构上，配合框架结构保证零件成型时的热均匀性。
请参阅图2，所述主模体的框架由纵向和横向的隔板交叉焊接在一起，其中，隔板厚度10mm,隔板间距500mm左右，隔板上开有减轻的方孔，方孔之间距离100mm左右，上述隔板的框架结构设计，可以在保证足够支撑作用时，能够有效改善成型时的热均匀性。另外，所述框架结构底部设置有方形垫板用于与加强底座2连接。
请参阅图3，其为加强底座2的示意图，有普通的矩形钢焊接而成，矩形钢上边焊接有方板，用于与主模体一连接。
请参阅图4，其为主模体1与加强底座2连接在一起的示意图，由于主模体与加强底座之间的热膨胀系数不一致，因此主模体上的连接孔位腰型孔，避免因膨胀系数不一致而导致工装遭到破坏，具体连接方式见图5，以可进行适应性调整。
所述成型挡块3安装到设计位置后，一起构成了下蒙皮8的外型面，成型挡块3同样采用INVAR钢材料，与主模体一致，与主模体之间通过销钉4定位连接。
基于上述本发明大型泡沫夹层零件成型装置，本发明大型泡沫夹层零件成型方法具体实施时，过程如下：
第一步：成型下蒙皮8
先把主成型挡块3安装到主模体1的面板上，然后以成型挡块3为基准在面板上铺好下蒙皮的各层碳布，如图6所示，进热压罐按设定的参数经行固化。
其中，热压固化参数如下：
1、真空袋抽真空至少达到-0.074MPa。
2、当热压罐压力完全达到设定压力时，开始加热。在55～165℃温度范围内，升温速率应控制在2.3℃/min，在166～174℃温度范围内，升温速率应控制在2.3℃/min，本实施例中，通过不确定试验，优选采用上述升温速度，使其刚好可以与工装面板的厚度以及胶粘挡块厚度均匀性匹配，保证零件成型时的热均匀性，对零件固化成型质量较为关键。
3、在180±6℃下、设定罐压条件下保温至少120分钟(190)。以滞后热电偶温度为准，固化从热电偶达到174℃开始计时。在整个固化过程中，所有热电偶读数必须在固化温度范围内。上述温度也为本实施例中的优选温度，通过不确定实验和工艺优化确定，以与工装面板的厚度以及胶粘挡块厚度均匀性匹配，保证零件成型时的热均匀性，有利于零件的固化成型，保证成型质量。
4、维持热压罐压力，降温至试件温度达到60℃或更低，降温速率不得超过3℃/min(3)。通过对降温速率的控制，可以使得降温过程中，温度能够与工装面板的厚度以及胶粘挡块厚度均匀性有效匹配，避免零件降温成型时的热不均匀性，以出现局部缺陷，保证零件成型质量。
5、当试件温度低于60℃后，去除压力，取出试件。
成型好的下蒙皮8脱模后，零件修边，检验后，下一步与其他零件一起胶粘。
其中，成型好的下蒙皮带有两个工艺耳片定位孔，用于胶粘时定位，工艺定位耳片孔如图7所示。其中，所述成型后定位耳片是与蒙皮一体，用于胶粘是定位蒙皮的位置，胶粘完成后再切除。
上述热压固化参数均是本发明根据大型泡沫夹层零件材料特性，结合本发明成型装置结构特点以及工艺要点，而通过不确定试验不断优化而成，通过上述参数的综合优化和配合，才能有效消除大型泡沫零件成型过程中的不可控局部缺陷，保证成型质量。
第二步：胶粘
请参阅图8至图11，检验合格的下蒙皮8重新装在拆除了主成型挡块3的主模体1上，零件左端肋10随左胶接挡块5一起安装到设计位置，通过销钉4定位，零件右端肋11随右胶接挡块6一起安装到设计位置，通过销钉4定位，完成零件的左右定位。
第三步：泡沫安装
然后泡沫13放在下蒙皮8上，零件左端肋10与零件右端肋11之间，如图9和图12所示，零件侧肋12随侧胶接挡块7一起安装到设计位置，通过销钉4定位。
第四步：蒙皮9安装热压成型
如图10所示，再放好零件上蒙皮9，如图11，制作好真空袋，抽真空，按相应参数进热压罐成型，最后得到大型泡沫夹层零件，如图13所示。
其中，本实施时，结合该特定的框架性成型结构，以及大型泡沫成型工艺特点和要求，在进行热压罐成型时，需要对其工艺参数进行综合试验，反复优化，以有效消除大型泡沫零件成型过程中的不可控局部缺陷，保证成型质量。本实施例中，初步选定试验参数如下：
1、真空袋抽真空到-0.027～-0.033MPa。
2、当热压罐压力完全达到设定压力时，开始加热。在49～165℃温度范围内，升温速率应控制在2.5℃/min,在165～174℃温度范围内，升温速率应控制在2.5℃/min，通过阶梯升温控制，以及升温速度控制，可以综合温度和压力效果，避免大尺寸泡沫在成型过程中，出现热不均匀性，减少缺陷，保证成型质量。
3、保持174～186℃温度、设定罐压条件下固化130min。以滞后热电偶温度为准，固化从热电偶达到174℃开始计时。在整个固化过程中，所有热电偶读数必须在固化温度范围内，通过严格控制固化温度，以保证泡沫在大尺寸下的成型质量，避免出现局部缺陷。
4、维持热压罐压力，降温至试件温度达到65℃或更低，降温速率不得超过5.6℃/min。
6、当试件温度低于65℃后，去除压力，取出试件。
以上所述，仅为本发明的具体实施例，对本发明进行详细描述，未详尽部分为常规技术。但本发明的保护范围不局限于此，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，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (8)
1.一种大型泡沫夹层零件成型装置，其特征在于，包括主模体、加强底座、成型挡块，所述主模体包括框架和面板，面板焊接在框架结构上，所述隔板由纵向和横向的隔板交叉焊接在一起，隔板上开有减轻的方孔，所述框架结构底部设置有方形垫板用于与加强底座连接，所述加强底座为梯形框架结构，中间设置有加强筋，上表面设置有方形垫板，所述成型挡块分成主成型挡块和左、右胶接挡块，所述成型挡块在成型过程中分别设置在零件位置，以进行定位成型。
2.根据权利要求1所述的大型泡沫夹层零件成型装置，其特征在于，所述主模体的材料为INVAR钢，与零件的热膨胀系数基本一致。
3.根据权利要求1所述的大型泡沫夹层零件成型装置，其特征在于，主模体与加强底座之间的热膨胀系数不一致，主模体上的连接孔为腰型孔。
4.根据权利要求1所述的大型泡沫夹层零件成型装置，其特征在于，所述左、右胶接挡块为等厚度镂空挡块。
5.一种大型泡沫夹层零件成型方法，其特征在于，包括如下步骤：
第一步：成型下蒙皮
先把主成型挡块安装到主模体的面板上，然后以主成型挡块为基准在面板上铺好下蒙皮的各层碳布，进热压罐按设定的参数经行固化；
第二步：检验合格的下蒙皮重新装在拆除了主成型挡块的主模体上，零件左端肋随左胶接挡块一起安装到设计位置，通过销钉定位，零件右端肋随右胶接挡块一起安装到设计位置，通过销钉定位，完成零件的左右定位；
第三步：泡沫安装
然后放上泡沫，零件侧肋随侧胶接挡块一起安装到设计位置，通过销钉定位；
第四步成型上蒙皮
再放好零件上蒙皮，制作好真空袋，抽真空，按相应参数进热压罐成型。
6.根据权利要求5所述的大型泡沫夹层零件成型方法，其特征在于，下蒙皮热压罐成型时，真空袋抽真空至少达到-0.074Mpa，当热压罐压力完全达到设定压力时，开始加热，在55～165℃温度范围内，升温速率应控制在2.3℃/min，在166～174℃温度范围内，升温速率应控制在2.3℃/min。
7.根据权利要求6所述的大型泡沫夹层零件成型方法，其特征在于，以滞后热电偶温度为准，固化从热电偶达到174℃开始计时，热压罐在180±6℃下、设定罐压条件下保温至少120分钟。
8.根据权利要求6所述的大型泡沫夹层零件成型方法，其特征在于，降温至试件温度达到60℃或更低，降温速率不得超过3℃/min。
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