CN112590241B - 一种适用于z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Z型结构复合材料的热隔膜预成型方法，首先通过初次预成型工装完成初次成型，然后通过将第一主体工装倒置后与二次预成型工装对接完成二次成型，得到预成型体。本发明借助初次预成型工装和二次预成型工装，使得在预浸料的铺贴不再受限于铺带头或铺丝头的尺寸，实现预浸料的稳定铺放，且能够实现未固化预浸料叠层坯料件的可控转移，避免了两次热隔膜预成型的工装转换带来的预浸料型面失稳的风险，保证了Z型结构的精确成形。

Description

一种适用于Z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Z型结构复合材料的热隔膜预成型方法。
背景技术
航空航天的特殊应用环境，决定了其对结构材料不断追求轻量化。树脂基复合材料因其突出的比强度、比模量优势，已经成为航空航天结构中的首选材料选项。复合材料结构设计一体化的特点使得复合材料除了自身的质轻高强之外，还能够通过设计不同的增强形式以进一步发挥高性能纤维的力学性能，如采用不同形式的长桁增强蒙皮结构，其中Z型长桁就是一种典型的长桁形式。在复合材料结构中，Z型结构既可作为增强体固化后胶接用于复合材料结构的增强，也可作为预成型体结构共固化或共胶接用于Z型或J型长桁增强。
传统上，Z型长桁采用手工铺贴预成型，其铺贴过程因存在凹凸外形型面，铺放成型效率和质量稳定性相对较低，难以满足复合材料结构的进一步拓展应用。而由于Z型结构的特殊结构形式，目前已经广泛采用的自动化成型方法，包括自动铺带工艺和自动铺丝工艺，受限于铺带头和铺丝头的尺寸因素，很难实现结构中的90°和45°铺层的稳定铺放。对于Z型结构，如采用传统的热隔膜预成型方法，料片与工装之间难以实现有效的准确定位和固定措施，无法满足精准的成型质量保障。
发明内容
为解决上述问题，本发明提出了一种适用于Z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Z型结构复合材料的热隔膜预成型方法，所述Z型结构包括主体部以及折弯设置在所述主体部两端的缘条部，所述热隔膜预成型方法包括如下步骤：
初次成型：将预浸料铺贴在组合状态下的初次预成型工装上后，将分离状态下的支撑有预浸料的初次预成型工装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；
二次成型：将分离状态下的支撑有预浸料叠层坯料件的初次预成型工装倒置后，与二次预成型工装对接后，将预浸料叠层坯料件在未固化状态下转移至所述二次预成型工装上，随后将支撑有预浸料叠层坯料件的二次预成型工装放入热隔膜预成型设备内进行热隔膜成型，得到预成型体；
其中，所述初次预成型工装包括第一主体工装和第一辅助工装，所述第一主体工装具有第一主体铺贴面和第一主缘条面；所述第一辅助工装包括第一辅助主铺贴面和第一辅助缘条面；在组合状态下，所述第一主体铺贴面与所述第一辅助主铺贴面位于同一平面，且所述第一主缘条面与所述第一辅助缘条面拼合；分离状态下的支撑有预浸料的初次预成型工装为支撑有预浸料的第一主体工装；
所述二次预成型工装具有第二主体铺贴面、第二主缘条面和第三主缘条面；初次预成型工装与二次预成型工装对接时，使得所述第一主体铺贴面与所述第二主体铺贴面相对，且所述第一主缘条面与所述第二主缘条面相对，铺贴在所述第一主体铺贴面上的所述预浸料叠层坯料件部分延伸至所述第二主体铺贴面靠近所述第三主缘条面的一端的外侧。
优选的，在组合状态下，所述第一主体工装通过固定组件与所述第一辅助工装组合固定。
优选的，所述固定组件为螺栓和螺母。
优选的，将分离状态下的支撑有预浸料叠层坯料件的初次预成型工装倒置后，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，所述预浸料为单向预浸料或者织物预浸料。
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Z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)借助初次预成型工装和二次预成型工装，使得在预浸料的铺贴不再受限于铺带头或铺丝头的尺寸，实现预浸料的稳定铺放，保证了Z型结构的精确成形；
(2)通过初次预成型工装与二次预成型工装的对接，实现了未固化预浸料叠层坯料件的可控转移，避免了两次热隔膜预成型的工装转换带来的预浸料型面失稳的风险；
(3)通过定位组件，使得初次预成型工装和二次预成型工装的定位精准，保证了热隔膜预成型体的位置及尺寸精度。
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为将预浸料铺贴在分离状态下的初次预成型工装时的示意图；
图3为初次热隔膜预成型时的示意图；
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预成型工装对接时的示意图；
图6为将预浸料叠层坯料件转移至二次预成型工装后的示意图；
图7为二次热隔膜预成型时的示意图；
图8为本发明Z型结构复合材料预成型体的结构示意图；
附图标记：
1-Z型结构预成型体；10-主体部；11-缘条部；100-预浸料；101-预浸料叠层坯料件；2-初次预成型工装；21-第一主体工装；210-第一柱体铺贴面；211-第一主缘条面；22-第一辅助工装；220-第一辅助主铺贴面；221-第一辅助缘条面；3-二次预成型工装；300-第二主体铺贴面；301-第二主缘条面；302-第三主缘条面。
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Z型结构复合材料的热隔膜预成型方法，复合材料制成的所述Z型结构1包括主体部10以及折弯设置在所述主体部10两端的缘条部11，请参照图8，Z型结构的预成型体1具有位于左侧的内径α和外径R1，以及位于右侧的内径β和外径R2，两个内径为尖角，而两个外径为圆角。
用于成型上述Z型结构所述热隔膜预成型方法包括如下步骤：
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包括第一主体工装21和第一辅助工装22，具体地，所述第一主体工装21具有第一主体铺贴面210和第一主缘条面211；而所述第一辅助工装22包括第一辅助主铺贴面220和第一辅助缘条面221；两者的横截面接近于梯形状。
请参阅图1至图3，首先，将所述初次预成型工装组合，即将预浸料铺贴在组合状态下的初次预成型工装上后，在组合状态下，所述第一主体铺贴面210与所述第一辅助主铺贴面220位于同一平面，且所述第一主缘条面211与所述第一辅助缘条面221拼合，使得预浸料能够稳定的铺贴在第一主体工装21和第一辅助工装22；在其中一个实施例中，为了保证两者组合的稳定性，保证铺贴预浸料的质量，所述第一主体工装21和第一辅助工装22通过固定组件进行拼接固定，所述固定组件可以是螺栓和螺母，也可以是卡扣等其他结构。
随后，将第一辅助工装22与所述第一主体工装21分离，即将所述第一辅助工装22由所述第一主体工装21上拆除，也即分离状态下的支撑有预浸料的初次预成型工装2仅仅包含为支撑有预浸料的第一主体工装21；同时分离其第一辅助主铺贴面220上的预浸料，使得呈现如图2所示的状态，预浸料100的一端延伸至所述第一主体铺贴面210靠近所述第一主缘条面211的一端的外侧；延伸出的长度经过预先设计，长度应与预成型体1的其中一个缘条部11的长度相对应。
然后，将分离状态下的支撑有预浸料的初次预成型工装2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。在初次成型过程中，将第一主体工装21和所述第一辅助工装22组合后，两者的分隔线即可作为待折弯处，保证了折弯位置的准确度；且所述第一主体铺贴面210和第一主缘条面211的连接角与预成型体的一个内径α相同，从而保证了成型的精度。
二次成型：请参照图4至图7；本过程借助二次预成型工装3和第一主体工装21，用于折弯另一个缘条部，同时形成与内径α相对应的外径R1；其中，所述二次预成型工装3具有第二主体铺贴面300、第二主缘条面301和第三主缘条面302。
首先，在未固化状态下，将支撑有预浸料叠层坯料件101的第一主体工装21倒置后，如图5所示，与二次预成型工装3对接，以将预浸料叠层坯料件101转移至所述二次预成型工装3上，所述第一主体工装21与二次预成型工装3对接时，使得所述第一主体铺贴面210与所述第二主体铺贴面300相对，且所述第一主缘条面211与所述第二主缘条面301相对，铺贴在所述第一主体铺贴面210上的所述预浸料叠层坯料件101的另一端部分延伸至所述第二主体铺贴面300靠近所述第三主缘条面302的一端的外侧；且所述第三主缘条面302与所述第一主体铺贴面300的相交角与预成型体的另一个内径β相同。
在其中一个实施例中，所述第一主体工装21工装倒置后，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，保证了两者的精准对接，避免了两次热隔膜预成型工装转换带来的预浸料型面失稳的风险。
随后将支撑有预浸料叠层坯料件101的二次预成型工装3放入热隔膜预成型设备内进行热隔膜成型，得到预成型体1。
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，所述预浸料为单向预浸料或者织物预浸料。
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 (9)

1.一种适用于Z型结构复合材料的热隔膜预成型方法，所述Z型结构包括主体部以及折弯设置在所述主体部两端的缘条部，其特征在于，所述热隔膜预成型方法包括如下步骤：
初次成型：将预浸料铺贴在组合状态下的初次预成型工装上后，将分离状态下的支撑有预浸料的初次预成型工装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；
二次成型：将分离状态下的支撑有预浸料叠层坯料件的初次预成型工装倒置后，与二次预成型工装对接后，将预浸料叠层坯料件在未固化状态下转移至所述二次预成型工装上，随后将支撑有预浸料叠层坯料件的二次预成型工装放入热隔膜预成型设备内进行热隔膜成型，得到预成型体；
其中，所述初次预成型工装包括第一主体工装和第一辅助工装，所述第一主体工装具有第一主体铺贴面和第一主缘条面；所述第一辅助工装包括第一辅助主铺贴面和第一辅助缘条面；在组合状态下，所述第一主体铺贴面与所述第一辅助主铺贴面位于同一平面，且所述第一主缘条面与所述第一辅助缘条面拼合；分离状态下的支撑有预浸料的初次预成型工装为支撑有预浸料的第一主体工装；
所述二次预成型工装具有第二主体铺贴面、第二主缘条面和第三主缘条面；初次预成型工装与二次预成型工装对接时，使得所述第一主体铺贴面与所述第二主体铺贴面相对，且所述第一主缘条面与所述第二主缘条面相对，铺贴在所述第一主体铺贴面上的所述预浸料叠层坯料件部分延伸至所述第二主体铺贴面靠近所述第三主缘条面的一端的外侧。
2.根据权利要求1所述的一种适用于Z型结构复合材料的热隔膜预成型方法，其特征在于，在组合状态下，所述第一主体工装通过固定组件与所述第一辅助工装组合固定。
3.根据权利要求2所述的一种适用于Z型结构复合材料的热隔膜预成型方法，其特征在于，所述固定组件为螺栓和螺母。
4.根据权利要求1所述的一种适用于Z型结构复合材料的热隔膜预成型方法，其特征在于，将分离状态下的支撑有预浸料叠层坯料件的初次预成型工装倒置后，通过定位组件与二次预成型工装对接。
5.根据权利要求4所述的一种适用于Z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。
6.根据权利要求1至5任一所述的一种适用于Z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。
7.根据权利要求1至5任一所述的一种适用于Z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、聚酰亚胺树脂或者酚醛树脂。
8.根据权利要求1至5任一所述的一种适用于Z型结构复合材料的热隔膜预成型方法，其特征在于，所述预浸料为单向预浸料或者织物预浸料。
9.根据权利要求1至5任一所述的一种适用于Z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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