CN112590240A - 一种适用于帽型结构复合材料的热隔膜预成型方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提出了一种适用于帽型结构复合材料的热隔膜预成型方法,包括采用初次预成型工装完成的初次成型过程和采用初次成型工装中的初次主体组件与二次预成型工装完成的二次成型过程,两次热隔膜预成型过程中,预浸料的变形和转移均在初次预成型工装上实现,避免了架桥的问题和转移过程中预浸料料片的变形问题;同时,将热隔膜预成型过程中的未固化预浸料料片的定位固定转化为刚性工装之间的定位及固定,确保预浸料料片定位的准确且具备工程化应用的可操作性。

Description

一种适用于帽型结构复合材料的热隔膜预成型方法
技术领域
本发明涉及复合材料的加工领域,特别是涉及一种适用于帽型结构复合材料的热隔膜预成型方法。
背景技术
树脂基复合材料具有质轻高强的特点,从而相比于其他传统金属材料具有突出的比强度、比模量优势,因此在对结构材料轻量化要求极为苛刻的航空航天结构应用中成为材料首选项。近些年,航空领域尤其是民航领域的快速发展为复合材料结构得以广泛应用。在航空复合材料结构中,特别是主承力结构,采用复合材料蒙皮加长桁结构是目前的主流结构形式,其中帽型长桁是应用最为广泛的一种长桁结构形式。帽型结构既可以固化后采用共胶接或胶接的形式与蒙皮连接成为一体,也可以作为预成型体直接与蒙皮共固化成为一体,发挥结构增强增刚的作用。
传统上,帽型长桁采用手工铺贴预成型,由于其结构类似于镜像对称的两个Z形结构,存在凹凸外形型面导致铺放成型效率和质量稳定性相对较低,成为复合材料结构进一步拓展应用亟需突破的难题。帽型结构的具有特殊结构几何特点形式,同时受限于铺带头和铺丝头的尺寸因素,目前已经广泛采用的自动铺带成型工艺和自动铺丝成型工艺难以实现其中90°和45°铺层铺贴成型。而采用传统的热隔膜预成型方法,由于预浸料叠层料片需要同时完成两组方向不同的弯折变形,成型过程中料片极易发生位置滑移变动和架桥问题,存在较大的成型质量稳定性风险。
发明内容
为解决上述问题,本发明提出了一种适用于帽型结构复合材料的热隔膜预成型方法
本发明的主要内容包括:
一种适用于帽型结构复合材料的热隔膜预成型方法,所述帽型结构包括帽顶部,所述帽顶部的两端向上倾斜延伸有帽腰部,两个所述帽腰部的一端均连接有帽缘部;所述热隔膜成型方法包括:
初次成型:首先,将预浸料铺贴在组合状态下的初次预成型工装上;所述初次预成型工装包括初次主体组件以及两个初次辅助组件;然后将两个所述初次辅助组件与所述初次主体组件分离,将支撑有预浸料的所述初次主体组件放入热隔膜预成型设备内进行热隔膜成型,得到预浸料叠层坯料件;
其中,所述初次主体组件具有第一主铺贴面和两个第二主铺贴面;所述初次主体组件包括上下设置的初次上模块和初次下模块,所述初次上模块的上表面为所述第一主铺贴面,其下表面与所述初次下模块的上表面拼合;所述初次上模块的侧面与所述初次下模块的侧面构成所述第二主铺贴面;两个所述初次辅助组件具有第一辅助铺贴面和第二辅助铺贴面;在组合状态下,所述第一主铺贴面与两个所述第一辅助铺贴面齐平,且两个所述第二辅助铺贴面与两个所述第二主铺贴面拼合;所述预浸料叠层坯料件具有坯料主体部和折弯设置在所述坯料主体部两端的坯料折弯部,所述坯料折弯部的长度小于所述第二主铺贴面的长度且大于所述初次上模块的斜面的长度;
二次成型:首先,将支撑有预浸料叠层坯料件的所述初次主体组件倒置,并与二次预成型工装对接;然后将所述初次下模块与所述初次上模块分离;并将二次成型工装、所述初次上模块以及预浸料叠层坯料件放入热隔膜成型设备内进行热隔膜成型,得到预浸料成型件。
优选的,所述二次预成型工装包括二次工装本体,所述二次工装本体上表面开设有第一凹槽,所述第一凹槽底部开设有第二凹槽,所述第二凹槽的底部为帽型结构的帽顶部的外表面的成型面,其侧壁为帽型结构的帽腰部的外表面的成型面;所述第一凹槽的底部平面为帽型结构的帽缘部的外表面的成型面。
优选的,所述第一凹槽的开口部内壁开设有倒角结构。
优选的,所述初次上模块与所述初次下模块通过第一固定组件可拆卸连接;所述初次辅助组件通过第二固定组件与所述初次主体组件可拆卸连接。
优选的,所述第一固定组件和所述第二固定组件为螺栓和螺母。
优选的,将支撑有预浸料叠层坯料件的所述初次主体组件倒置,并通过定位组件与二次预成型工装对接。
优选的,所述定位组件为定位销。
优选的,所述初次预成型工装和所述二次预成型工装为金属材质或者木料或者树脂聚合物。
优选的,所述预浸料的增强体包括碳纤维、玻璃纤维或者芳纶纤维,其基体树脂包括环氧树脂、双马树脂、聚酰亚胺树脂或者酚醛树脂。
优选的,采用手工铺贴、自动铺带工艺或者自动铺丝工艺将预浸料铺贴在组合状态下的初次预成型工装上。
相对于现有技术,本发明提出的一种适用于帽型结构复合材料的热隔膜预成型方法,具有如下有益效果:
(1)两次热隔膜预成型过程中,帽型结构的热隔膜变形均在初次预成型工装上实现,避免了架桥问题;
(2)热隔膜预成型过程中未固化料片的转移通过初次主体组件进行,避免了转移过程中预浸料料片的变形;
(3)将热隔膜预成型过程中的未固化预浸料料片的定位固定转化为刚性工装之间的定位及固定,确保预浸料料片定位的准确且具备工程化应用的可操作性。
附图说明
图1为将预浸料铺贴在组合状态下的初次预成型工装时的示意图;
图2为初次热隔膜预成型前的示意图;
图3为初次热隔膜预成型后的示意图;
图4为二次预成型工装的结构示意图;
图5为二次预成型工装与初次主体组件对接时的示意图;
图6为二次热隔膜预成型前的示意图;
图7为二次热隔膜预成型后的示意图;
图8为本发明帽型结构复合材料预成型体的结构示意图;
附图说明:
1-帽型结构预成型体;10-帽顶部;11-帽腰部;12-帽缘部;100-预浸料;101-预浸料叠层坯料件;1010-坯料主体部;1011-坯料折弯部;2-初次预成型工装;21-初次主体组件;210-第一主铺贴面;211-第二主铺贴面;21-1-初次上模块;21-2-初次下模块;22-初次辅助组件;220-第一辅助铺贴面;221-第二辅助铺贴面;3-二次预成型工装;30-二次工装本体;300-第一凹槽;310-第二凹槽;301-倒角结构。
具体实施方式
以下将结合附图对本发明所保护的技术方案做具体说明。
请参照图1至图8。本发明提出的一种适用于帽型结构复合材料的热隔膜预成型方法,如图8所示,使用复合材料制成的帽型结构成型体1,其包括帽顶部10,所述帽顶部10的两端向上倾斜延伸有帽腰部11,两个所述帽腰部11的一端均连接有帽缘部12,该帽型结构成型体1具有帽顶部10与帽腰部11连接处的两个尖角内径以及两个圆角外径,而所述帽腰部11和帽缘部12的连接处具有两个尖角外径和圆角内径,其中,内径是指各部分的内表面的连接处,而外径是指各部分的外表面的连接处。
本发明所述的热隔膜成型方法包括:
初次成型:本过程采用初次预成型工装2完成,所述初次预成型工装2包括初次主体组件21和两个初次辅助组件22,如图1所示,所述初次主体组件21组合在两个所述初次辅助组件22内,两个所述初次辅助组件22的横截面呈梯形状,且长边在上而短边在上;所述初次主体组件21整体呈梯形状,其与两个所述初次辅助组件22组合后,整体呈现成矩形状。
具体地,所述初次主体组件21包括上下设置的初次上模块21-1和初次下模块21-2,所述初次上模块21-1和初次下模块21-1组合后用于初次热隔膜预成型,其中,所述初次上模块21-1的上表面为第一主铺贴面210,其下表面与所述初次下模块21-1的上表面拼合;所述初次上模块21-1的侧面与所述初次下模块21-2的侧面构成所述第二主铺贴面211;两个所述初次辅助组件22具有第一辅助铺贴面220和第二辅助铺贴面221,即所述第一辅助铺贴面220为梯形状的长边,而所述第二辅助铺贴面221为梯形状的斜面;在组合状态下,所述第一主铺贴面210与两个所述第一辅助铺贴面220齐平,构成预浸料110铺贴的平面;且两个所述第二辅助铺贴面221与两个所述第二主铺贴面211拼合,保证了初次主体组件21和初次辅助组件22组合的稳定性。
初次成型过程为:首先,将预浸料100铺贴在组合状态下的初次预成型工装2上,即铺贴在所述第一主铺贴面220和两个第一辅助铺贴面220上;然后将两个所述初次辅助组件22与所述初次主体组件21分离,如图2所示,仅将支撑有预浸料100的所述初次主体组件21放入热隔膜预成型设备内进行热隔膜成型,得到预浸料叠层坯料件101,如图3所示;其中,所述预浸料叠层坯料件101具有坯料主体部1010和折弯设置在所述坯料主体部1010两端的坯料折弯部1011,且所述坯料折弯部1011的长度小于所述第二主铺贴面211的长度,同时所述坯料折弯部1011的长度大于所述初次上模块21-1的斜面的长度,更进一步地,所述初次上模块21-1的斜面的长度与预成型体1的帽腰部11的长度相当,而所述坯料折弯部1011的长度与预成型体1的帽腰部11和帽缘部12的长度之和相当,也即延伸至所述下模块21-2的斜面上的部分的长度与预成型体1的帽缘部12的长度相当。
初次成型后,将支撑有未固化的预浸料叠层坯料件101的初次主体组件21与二次预成型工装共同完成二次成型过程,以得到预成型体1。其中,如图4所示,所述二次预成型工装3包括二次工装本体30,所述二次工装本体30上表面开设有第一凹槽300,所述第一凹槽300底部开设有第二凹槽310,所述第二凹槽310的底部为帽型结构的帽顶部10的外表面的成型面,其侧壁为帽型结构的帽腰部11的外表面的成型面;所述第一凹槽300的底部平面为帽型结构的帽缘部12的外表面的成型面。
首先,将支撑有预浸料叠层坯料件101的所述初次主体组件21倒置,以与二次预成型工装3对接;然后将所述初次下模块21-2与所述初次上模块21-2分离;并将二次成型工装3、所述初次上模块21-1以及预浸料叠层坯料件101放入热隔膜成型设备内进行热隔膜成型,得到预浸料成型件1;即所述初次上模块21-2的短边也即所述第一主铺贴面210为预成型件1的帽顶部内表面的成型面,所述初次上模块21-2的斜面为预成型体1的帽腰部11的内表面的成型面。
在其中一个实施例中,所述第一凹槽300的开口部内壁开设有倒角结构301,且所述第一凹槽300的侧壁为广口的斜面,便于所述初次主体组件21放入所述第一凹槽300和第二凹槽310内,实现与二次预成型工装的对接。
在其中一个实施例中,所述初次上模块21-1与所述初次下模块21-2通过第一固定组件可拆卸连接;所述初次辅助组件通过第二固定组件与所述初次主体组件可拆卸连接。优选的,所述第一固定组件和所述第二固定组件为螺栓和螺母。
在其中一个实施例中,将支撑有预浸料叠层坯料件101的所述初次主体组件21倒置,并通过定位组件与二次预成型工装3对接。优选的,所述定位组件为定位销,从而将现有的对未固化预浸料料片的定位固定转化为刚性工装之间的定位和固定,确保了料片定位的准确。
在其中一个实施例中,所述初次预成型工装和所述二次预成型工装为金属材质或者木料或者树脂聚合物。
在其中一个实施例中,所述预浸料的增强体包括碳纤维、玻璃纤维或者芳纶纤维,其基体树脂包括环氧树脂、双马树脂、聚酰亚胺树脂或者酚醛树脂。
在其中一个实施例中,采用手工铺贴、自动铺带工艺或者自动铺丝工艺将预浸料铺贴在组合状态下的初次预成型工装2上。
以上所述仅为本发明的实施例,并非因此限制本发明的专利范围,凡是利用本发明说明书及说明书附图的内容所作的等效结构或等效流程变换,或直接或间接运用在其他相关的技术领域,均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种适用于帽型结构复合材料的热隔膜预成型方法,所述帽型结构包括帽顶部,所述帽顶部的两端向上倾斜延伸有帽腰部,两个所述帽腰部的一端均连接有帽缘部;其特征在于,所述热隔膜成型方法包括:
初次成型:首先,将预浸料铺贴在组合状态下的初次预成型工装上;所述初次预成型工装包括初次主体组件以及两个初次辅助组件;然后将两个所述初次辅助组件与所述初次主体组件分离,将支撑有预浸料的所述初次主体组件放入热隔膜预成型设备内进行热隔膜成型,得到预浸料叠层坯料件;
其中,所述初次主体组件具有第一主铺贴面和两个第二主铺贴面;所述初次主体组件包括上下设置的初次上模块和初次下模块,所述初次上模块的上表面为所述第一主铺贴面,其下表面与所述初次下模块的上表面拼合;所述初次上模块的侧面与所述初次下模块的侧面构成所述第二主铺贴面;两个所述初次辅助组件具有第一辅助铺贴面和第二辅助铺贴面;在组合状态下,所述第一主铺贴面与两个所述第一辅助铺贴面齐平,且两个所述第二辅助铺贴面与两个所述第二主铺贴面拼合;所述预浸料叠层坯料件具有坯料主体部和折弯设置在所述坯料主体部两端的坯料折弯部,所述坯料折弯部的长度小于所述第二主铺贴面的长度且大于所述初次上模块的斜面的长度;
二次成型:首先,将支撑有预浸料叠层坯料件的所述初次主体组件倒置,并与二次预成型工装对接;然后将所述初次下模块与所述初次上模块分离;并将二次成型工装、所述初次上模块以及预浸料叠层坯料件放入热隔膜成型设备内进行热隔膜成型,得到预浸料成型件。
2.根据权利要求1所述的一种适用于帽型结构复合材料的热隔膜预成型方法,其特征在于,所述二次预成型工装包括二次工装本体,所述二次工装本体上表面开设有第一凹槽,所述第一凹槽底部开设有第二凹槽,所述第二凹槽的底部为帽型结构的帽顶部的外表面的成型面,其侧壁为帽型结构的帽腰部的外表面的成型面;所述第一凹槽的底部平面为帽型结构的帽缘部的外表面的成型面。
3.根据权利要求2所述的一种适用于帽型结构复合材料的热隔膜预成型方法,其特征在于,所述第一凹槽的开口部内壁开设有倒角结构。
4.根据权利要求1所述的一种适用于帽型结构复合材料的热隔膜预成型方法,其特征在于,所述初次上模块与所述初次下模块通过第一固定组件可拆卸连接;所述初次辅助组件通过第二固定组件与所述初次主体组件可拆卸连接。
5.根据权利要求4所述的一种适用于帽型结构复合材料的热隔膜预成型方法,其特征在于,所述第一固定组件和所述第二固定组件为螺栓和螺母。
6.根据权利要求1所述的一种适用于帽型结构复合材料的热隔膜预成型方法,其特征在于,将支撑有预浸料叠层坯料件的所述初次主体组件倒置,并通过定位组件与二次预成型工装对接。
7.根据权利要求6所述的一种适用于帽型结构复合材料的热隔膜预成型方法,其特征在于,所述定位组件为定位销。
8.根据权利要求1至7任一所述的一种适用于帽型结构复合材料的热隔膜预成型方法,其特征在于,所述初次预成型工装和所述二次预成型工装为金属材质或者木料或者树脂聚合物。
9.根据权利要求1至7任一所述的一种适用于帽型结构复合材料的热隔膜预成型方法,其特征在于,所述预浸料的增强体包括碳纤维、玻璃纤维或者芳纶纤维,其基体树脂包括环氧树脂、双马树脂、聚酰亚胺树脂或者酚醛树脂。
10.根据权利要求1至7任一所述的一种适用于帽型结构复合材料的热隔膜预成型方法,其特征在于,采用手工铺贴、自动铺带工艺或者自动铺丝工艺将预浸料铺贴在组合状态下的初次预成型工装上。
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