CN112793185A - 一种用于t型加筋壁板复合材料的共固化成型方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于T型加筋壁板复合材料的共固化成型方法，本方法通过金属模具工装与传压型软模工装相结合的组合成型工装，将L型、C型预成型体和预浸料捻条组合后，装配到成型工装上，封装之后进行热压罐共固化操作，最终获得设计的T型加筋壁板复合材料。本方法能够解决传统共固化成型中成型压力传递与T型筋条位置精度和型面精度难以兼顾的问题，确保T型筋条及蒙皮各个位置的预浸料叠层成型中在有精准参考基准的条件下充分密实，提高T型加筋壁板复合材料的成型精度、质量和成型效率。
Description
技术领域
本发明涉及一种T型加筋壁板复合材料的共固化成型方法，更具体地说，是指一种采用金属模具与传压型软模相结合的共固化成型方法。
背景技术
T型加筋壁板复合材料因其对结构高效的增强作用，在航空航天领域中得到大范围应用。其成型方法有共固化成型、共胶接成型和二次胶接成型三种，其中共固化成型方法可以简化工艺流程，且能够提高筋条与蒙皮结构的完整性与传载的一致性，而成为T型加筋壁板结构上的优先选择的工艺方法。
传统的T型加筋壁板复合材料，其共固化成型时往往采用全金属模具或蒙皮面为金属模具、筋条区域为软性模具的组合工装。采用全金属模具成型时，由于金属模具的型面可以通过机加保证，所以能够实现T型筋条的准确定位及较高的型面轮廓精度；但由于T型筋条的结构特性，成型压力在不同金属模块与预浸料叠层之间的传递效率较低，T型筋条的腹板区域难以充分密实，成型质量及稳定性难以保证。采用蒙皮面金属模具、筋条区域为软性模具的组合工装时，软性模具因自身的优异传压特性，能够保证T型筋条腹板、突缘所有位置的成型压力传递，实现筋条成型内部质量的保证；但软性模具部分为了保证成型压力的传递，其结构刚性相对较低，在成型中位置精度难以保证，且腹板区域容易发生模具面失稳而造成T型筋条的腹板面轮廓度精度降低。
由于两种传统的共固化成型方法各有难以保证成型质量的技术难点，所以工程上为了保证成型质量的稳定性，经常选择采用共胶接甚至二次胶接来成型T型加筋壁板复合材料，因此如何实现可工程化应用的T型加筋壁板复合材料共固化成型，提高T型加筋壁板共固化成型质量对于该结构复合材料的更广泛应用具有重要意义。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于T型加筋壁板复合材料的共固化成型方法，该方法通过金属模具工装与传压型软模工装相结合的组合成型工装，解决传统共固化成型中成型压力传递与T型筋条位置精度和型面精度难以兼顾的问题，确保T型筋条及蒙皮各个位置的预浸料叠层成型中在有精准参考基准的条件下充分密实，提高T型加筋壁板复合材料的成型精度、质量和成型效率。
为实现上述目的，本发明的一种用于T加筋壁板复合材料的共固化成型方法，包括如下步骤：
步骤1：制造与T型加筋壁板复合材料型面相匹配的金属模具工装和传压型软模工装，该金属模具工装上含有若干个立方体型模腔，每个模腔内装配一个传压型软模工装，模腔侧壁与传压型软模工装的侧壁留有间隔；
步骤2：利用预浸料制备L型、C型预成型体，将L型、C型预成型体铺贴在金属模具工装和传压型软模工装上以及间隔内，并进行预压实，保证预成型体未裹杂空气，对传压型软模工装进行固定；
步骤3：根据预压实后的各个预成型体之间的空隙，制备与空隙相匹配的预浸料捻条；
步骤4：将捻条装配在每个空隙处，再在上方铺放蒙皮预浸料叠层，进行T型预成型体的组合装配；
步骤5：将装配好的T型预成型体连同金属模具工装和传压型软模工装通过真空袋封装，送进罐中进行共固化成型，然后脱模，得到T型加筋壁板复合材料制件。
作为一种优选方式，金属模具工装为一体式工装或分体组装式工装。
作为一种优选方式，传压型软模工装的材质包括但不限于封闭式橡胶软模、硅橡胶软模、热塑弹性体模、热塑性环形膜、环封真空袋膜等。
作为一种优选方式，L型、C型预成型体可以通过手工铺覆成型，也可以是采用热隔膜预成型工艺成型。
本发明的用于T型加筋壁板结构复合材料的共固化成型方法的优点在于：(1)通过金属模具工装和传压型软模工装的组合式工装设计，能够实现T型加筋壁板复合材料的共固化成型；(2)成型过程中，金属模具工装能够确保T型筋条的位置精度及型面轮廓度精度；(3)组合工装中的传压型软模工装，能够确保T型筋条在共固化成型过程中的成型压力传递，进而保证预浸料叠层的充分密实；(4)可实现T型加筋壁板结构复合材料内部成型质量与型面精度的兼顾，便于实现工程化应用。
附图说明
图1是T型加筋壁板复合材料共固化成型的封装状态图。
图2是T型加筋壁板共固化成型后的状态图。
附图标记：1：金属模具工装；2：传压型软模工装；3：压力均压垫；4：L型预成型体；5：C型预成型体；6：预浸料捻条；7：蒙皮预浸料叠层。
具体实施方式
为使本发明的技术方案能更明显易懂，特举实施例并结合附图详细说明如下。
本发明公开了一种用于T型加筋壁板复合材料共固化成型方法，具体流程包含五个步骤：1、成型工装的设计制造；2、预浸料叠层的铺贴及预压实；3、捻条的预成型；4、预成型体的组合装配；5、预成型体的固化成型。
1、成型工装的设计制造
成型工装包括金属模具工装部分和传压型软模工装部分。所述金属模具工装部分包括但不限于一体化形式及拆分组合式形式，其材质包括但不限于钢、铝合金等。所述传压型软模工装的材质包括但不限于封闭式橡胶软模、硅橡胶软模、热塑弹性体模、热塑性环形膜、环封真空袋膜等。两部分模具工装的模腔采取间隔分布的特点，相互之间通过机械连接组合，并且能够实现传压型软模在金属模具上的定位及固定。
2、预浸料叠层的铺贴及预压实
L型、C型预成型体可以在成型工装上进行手工铺贴，也可以采用自动铺丝、自动铺带或激光投影辅助手工铺贴的方式进行平板预浸料叠层铺贴后热隔膜预成型制取。所述预浸料的增强材料包括但不限于碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维等。所述预浸料的树脂体系包括但不限于环氧树脂、酚醛树脂、双马树脂、聚酰亚胺树脂等。在完成铺贴之后，采用封装真空袋抽真空的方式对预成型体进行充分的预压实，真空度在0.075MPa以上保持30min以上。
3、捻条的预成型
捻条的预浸料用量需要根据预成型组合位置的空隙进行计算，按照一定的成型方法制备与空隙形状相匹配的捻条，例如双凹圆弧边三角形截面捻条的成型方法包括但不限于采用手工卷绕单向预浸料后模压成型、采用型面相匹配的工装拉挤成型等。
4、预成型体的组合装配
如图1所示，将L型预成型体、C型预成型体在金属模具工装上进行定位组装，在传压型软模工装上进行C型预成型体的组装并整体组合到金属模具工装上，通过传压型软模工装与金属模具工装之间的定位固定措施实现预成型体的固定。将相应的捻条进行装配后，铺放蒙皮预浸料叠层，完成T型加筋壁板复合材料预成型体的组合装配。
5、预成型体的固化成型
完成预成型体的组合装配之后，进行封装并进罐固化成型，得到最终的共固化成型的T型加筋壁板复合材料，如图2所示。
本发明的特点是：首先，采用金属模具工装与传压型软模工装相组合的组合成型工装，可以充分发挥两种不同材质模具的特点，实现T型加筋壁板复合材料的共固化成型；其次，金属模具工装的位置设置，能够确保T型筋条的位置精准度及型面精度；再次，传压型软模工装的位置设置，能够确保T型筋条在共固化成型过程中的成型压力传递，保证筋条各个位置预浸料叠层的充分密实；最后，采用金属模具工装与传压型软模工装相结合的工装，能够持续重复地保证共固化成型的精度，有助于实现批量化快速稳定生产。
通过四组实施例对本发明方法进行充分实施，每组又包括10个实施例，每组参数一致，实施的过程同上，不再赘述，每组的参数见下表。
表1 实施例参数汇总表
通过以上四组实施例可知，本发明方法相对于现有成型技术，成型后型面轮廓度精度可以由±0.4mm提高到±0.1mm，孔隙率由不大于1.5％降低到不大于0.5％。成型过程中成型压力传递是保证低孔隙率的关键，同时刚性工装的精准定位是保证T型筋条位置和型面精度的决定性因素。采用本发明方法，可以解决传统共固化成型中成型压力传递与T型筋条位置精度和型面精度难以兼顾的问题，确保T型筋条及蒙皮各个位置的预浸料叠层成型中在有精准参考基准的条件下充分密实，有效提高了T型加筋壁板复合材料的成型精度、质量和成型效率。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其进行限制，本领域的普通技术人员可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，本发明的保护范围以权利要求所述为准。
Claims (10)
1.一种用于T加筋壁板复合材料的共固化成型方法，其特征在于，包括如下步骤：
制造与T型加筋壁板复合材料型面相匹配的金属模具工装和传压型软模工装，该金属模具工装上含有若干个立方体型模腔，每个模腔内装配一个传压型软模工装，模腔侧壁与传压型软模工装的侧壁留有间隔；
利用预浸料制备L型、C型预成型体，将L型、C型预成型体铺贴在金属模具工装和传压型软模工装上以及间隔内，并进行预压实，对传压型软模工装进行固定；
根据预压实后的各个预成型体之间的空隙，制备与空隙相匹配的预浸料捻条；
将捻条装配在每个空隙处，再在上方铺放蒙皮预浸料叠层，进行T型预成型体的组合装配；
将装配好的T型预成型体连同金属模具工装和传压型软模工装通过真空袋封装，送进罐中进行共固化成型，然后脱模，得到T型加筋壁板复合材料制件。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，金属模具工装为一体式工装或分体组装式工装。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，金属模具工装的材质包括钢或铝合金。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，传压型软模工装的材质包括封闭式橡胶软模、硅橡胶软模、热塑弹性体模、热塑性环形膜或环封真空袋膜。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，金属模具工装和传压型软模工装之间采用机械可拆卸连接。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，L型、C型预成型体通过手工铺覆成型，或者通过热隔膜预成型工艺成型。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，L型、C型预成型体通过手工铺贴、自动铺丝、自动铺带或激光投影辅助手工铺贴的方式进行铺贴。
8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，预浸料的增强材料包括碳纤维、玻璃纤维或芳纶纤维，预浸料的树脂体系包括环氧树脂、酚醛树脂、双马树脂或聚酰亚胺树脂。
9.如权利要求1所述的方法，其特征在于，预压实采用封装真空袋抽真空的方式，真空度在不小于0.075MPa下保持30min以上。
10.如权利要求1所述的方法，其特征在于，捻条的成型方法包括采用手工卷绕单向预浸料后模压成型或采用型面相匹配的工装拉挤成型。
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