CN113021938A - 复合材料帽型长桁加筋壁板成型装置及成型工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种复合材料帽型长桁加筋壁板成型装置及成型工艺，属于飞机制造技术领域。成型装置包括芯模固定结构，芯模固定结构包括第一磁吸组件和第二磁吸组件，第一磁吸组件设于芯模上，第二磁吸组件设于帽型长桁背离其开口的外侧面，第一磁吸组件与第二磁吸组件相磁吸，将芯模固定于帽型长桁上。芯模是与帽型长桁内腔尺寸相匹配且具有特定形状的管状真空袋结构，整体较轻薄。成型工艺包括将第一磁吸组件放置到芯模的内腔中；在帽型长桁背离其开口的一侧放置第二磁吸组件，使第二磁吸组件与第一磁吸组件相磁吸；将帽型长桁翻转，并与蒙皮胶接。在帽型长桁翻转过程，能有效防止芯模坠落，保证胶接过程可操作性和胶接质量，易实现自动化制造。

Description

复合材料帽型长桁加筋壁板成型装置及成型工艺
技术领域
本发明涉及飞机制造技术领域，尤其涉及一种复合材料帽型长桁加筋壁板成型装置及成型工艺。
背景技术
碳纤维树脂基复合材料具有优异的性能，帽型(或Ω型)结构稳定性好，轴线载荷传递效率高，因此碳纤维树脂基复合材料的帽型长桁加筋壁板作为最典型的加筋壁板结构在航空航天领域中广泛应用，特别是大型客机的机身桶段，基本都采用了帽型长桁加筋壁板结构。加工时，采用帽型长桁先固化，再与未固化的蒙皮进行胶接再固化的共胶接工艺。
胶接固化时，为了实现帽型长桁腔体内的加压，需在帽型长桁内腔放置芯模。具体地，帽型长桁与蒙皮胶接前，一般先将芯模放入帽型长桁内腔，再将帽型长桁翻转180°与蒙皮进行胶接。翻转180°的过程中，避免帽型长桁内腔的芯模坠落是一项难题，且防止芯模坠落的方案直接影响着帽型长桁与蒙皮胶接过程的可操作性和胶接质量。现有防止芯模坠落的方案是：每间隔一段距离设一个人，手工托住芯模，但对于大尺寸壁板该方案操作困难，自动化程度低，且易引入质量问题。
另外，对于需分段的加筋壁板(如机身壁板)，壁板两端蒙皮需延伸出一段用于后续的对接装配，即帽型长桁截止端在蒙皮内部。为了保证后续对接装配的配合精度，对延伸出的蒙皮表面的质量要求更高，然而在帽型长桁截止端，传统的封装方案存在帽型长桁芯模压痕和真空袋架桥的问题，使得该部位蒙皮很容易产生压痕和凸起，表面质量难以保证。
发明内容
本发明的目的在于提供一种复合材料帽型长桁加筋壁板成型装置及成型工艺，在帽型长桁翻转过程，能有效防止芯模坠落，保证胶接过程的可操作性和胶接质量。
为实现上述目的，提供以下技术方案：
一种复合材料帽型长桁加筋壁板成型装置，包括芯模固定结构，所述芯模固定结构包括第一磁吸组件和第二磁吸组件，所述第一磁吸组件被配置为设于芯模上，所述第二磁吸组件被配置为设于所述帽型长桁背离其开口的外侧面，通过所述第一磁吸组件与所述第二磁吸组件相磁吸，将所述芯模固定于所述帽型长桁上。
进一步地，所述第一磁吸组件包括第一固定条，所述第一固定条贯穿所述芯模的内腔，所述第一固定条能够与所述第二磁吸组件相磁吸。
进一步地，所述第一磁吸组件包括第一固定条和多个第一磁吸件，多个所述第一磁吸件间隔设置于所述第一固定条上，多个所述第一磁吸件能够与所述第二磁吸组件相磁吸。
进一步地，所述第二磁吸组件包括多个第二磁吸件，对应每个所述第一磁吸件均相磁吸有至少一个所述第二磁吸件。
进一步地，还包括两个盖板，两个所述盖板被配置为分别位于所述帽型长桁的两个截止端，且所述盖板将延伸出所述帽型长桁的截止端外的蒙皮盖设。
进一步地，所述盖板靠近所述帽型长桁的一侧设有倒斜边。
一种复合材料帽型长桁加筋壁板成型工艺，采用如上所述的复合材料帽型长桁加筋壁板成型装置，包括如下步骤：
S1、将第一磁吸组件放置到芯模的内腔中；
S2、在帽型长桁背离其开口的一侧放置第二磁吸组件，使第二磁吸组件与第一磁吸组件相互磁吸；
S3、将帽型长桁翻转，并将帽型长桁与蒙皮胶接。
进一步地，步骤S1包括如下步骤：
S1.1、将磁吸有多个第一磁吸件的第一固定条送入并贯穿芯模的内腔。
进一步地，步骤S3中，在将帽型长桁与蒙皮胶接前，将延伸出帽型长桁的两个截止端外的蒙皮分别用盖板盖设。
进一步地，在步骤S3之后，进行如下步骤：
S4、将第一磁吸组件和第二磁吸组件拆除；
S5、用真空袋进行封装后，将整个加筋壁板送进热压罐中固化。
本发明的有益效果为：
本发明提供的复合材料帽型长桁加筋壁板成型装置中，通过第一磁吸组件与第二磁吸组件相互磁吸，将芯模稳定地固定于帽型长桁中，有效防止芯模从帽型长桁中掉落，保证胶接过程的可操作性及胶接质量，易于转化为自动化制造。其中，针对芯模较长的情况，第一磁吸组件包括第一固定条和多个第一磁吸件，可以很方便地将第一固定条和多个第一磁吸件送入或取出芯模内腔中，操作方便。进一步地，通过在延伸出帽型长桁的两个截止端的蒙皮上盖设盖板，防止发生真空袋架桥的在装配段上出现芯模压痕的情况，保证胶接固化质量。
本发明提供的复合材料帽型长桁加筋壁板成型工艺中，在将芯模放置于帽型长桁中的过程中，在芯模内放置第一磁吸组件，在帽型长桁背离其开口的外侧面放置第二磁吸组件，通过第二磁吸组件与第一磁吸组件相磁吸，将芯模稳定地固定于帽型长桁中，且使该过程易于实现自动化。进一步地，胶接时，在蒙皮相对于帽型长桁的两个截止端分别向外延伸的部分用盖板盖设，防止后续抽真空时，在装配段上出现芯模压痕及在帽型长桁的截止端处发生真空袋架桥导致加压不均匀或爆袋的情况，保证固化质量。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对本发明实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据本发明实施例的内容和这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的芯模固定结构与芯模和帽型长桁的安装示意图一；
图2为本发明实施例提供的芯模固定结构与芯模和帽型长桁的安装示意图二；
图3为本发明实施例提供的帽型长桁与蒙皮的安装示意图；
图4为本发明实施例提供的盖板的结构示意图；
图5为本发明实施例提供的盖板在蒙皮上的安装示意图；
图6为本发明实施例提供的盖板的局部示意图；
图7为本发明实施例提供的复合材料帽型长桁加筋壁板的封装示意图一；
图8为本发明实施例提供的复合材料帽型长桁加筋壁板的封装示意图二。
附图标记：
1-壁板成型工装；2-蒙皮；3-帽型长桁；4-芯模；5-捻条；6-芯模固定结构；6a-第一固定条；6c-第一磁吸件；6b-第二磁吸件；7-盖板；71-倒斜边；8-隔离膜；9-透气毡；10-真空袋；11-密封胶条。
具体实施方式
为使本发明解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面将结合附图对本发明实施例的技术方案作进一步地详细描述，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。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。其中，术语“第一位置”和“第二位置”为两个不同的位置。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
如图1-图3所示，本实施例提供一种复合材料帽型长桁加筋壁板成型装置，包括芯模固定结构6，用于将芯模4固定于帽型长桁3上，防止因在帽型长桁3翻转180°并与铺设于壁板成型工装1上的蒙皮2定位胶接的过程中，芯模4从帽型长桁3中掉落，保证胶接过程的可操作性及胶接质量。
该芯模固定结构6包括第一磁吸组件和第二磁吸组件。其中，第一磁吸组件设于芯模4上，第二磁吸组件设于帽型长桁3上，通过第一磁吸组件与第二磁吸组件相互磁吸，将芯模4稳定地固定于帽型长桁3上，有效防止芯模4掉落。需要说明的是，芯模4是一种与帽型长桁3的内腔尺寸相匹配且具有特定形状的管状真空袋结构，整体比较轻薄，第一磁吸组件和第二磁吸组件之间的磁吸力足以将芯模4稳定地固定于帽型长桁3上。
具体地，第一磁吸组件可设于芯模4的内腔，也可嵌设于芯模4内部。第二磁吸组件设于帽型长桁3背离其开口的外侧面，第二磁吸组件可设于帽型长桁3的帽顶和/或位于帽顶两侧的两个侧面，只要保证第二磁吸组件能够与第一磁吸组件相互磁吸，且两者之间的磁吸力足够将芯模4稳定地固定于帽型长桁3上即可。
进一步地，第一磁吸组件可沿芯模4的周向设置多个，相应地，第二磁吸组件也设置多个，以保证芯模4在帽型长桁3中的固定位置。
为保证第一磁吸组件和第二磁吸组件能够相互磁吸，第一磁吸组件和第二磁吸组件均为磁性材料；或第一磁吸组件为磁性材料，第二磁吸组件为能够与磁性材料相互磁吸的材料；或第二磁吸组件为磁性材料，第一磁吸组件为能够与磁性材料相互磁吸的材料。
可选地，本实施例中，第一磁吸组件包括第一固定条6a，第一固定条6a贯穿芯模4的内腔，可以很方便地将第一固定条6a放入比较长的芯模4内，操作方便，节省时间，第一固定条6a与第二磁吸组件相互磁吸，磁吸作用面积大，磁吸牢靠。
或者，第一磁吸组件也可包括第一固定条6a和多个第一磁吸件6c，多个第一磁吸件6c间隔设置于第一固定条6a上，通过第一固定条6a将多个第一磁吸件6c一并送入芯模4内部，送入操作方便。可选地，第二磁吸结构包括多个第二磁吸件6b，多个第二磁吸件6b分布与帽型长桁3的外侧面，并与第一磁吸件6c一一对应，每个第一磁吸件6c均对应至少一个第二磁吸件6b。第一磁吸件6c和第二磁吸件6b的数量及相邻两个第一磁吸件6c或相邻两个第二磁吸件6b之间的间隙，可根据受力分析确定。另外，对第一固定条6a是否能够与第一磁吸件6c和/或第二磁吸件6b相互磁吸不做限定。第一固定条6a优选与第一磁吸件6c相互磁吸，确保第一磁吸件6c在芯模4内的送入位置，以方便放置相应的第二磁吸件6b。
示例性地，第二磁吸结构也可包括能够与第一磁吸组件相互磁吸的第二固定条，放置方便。
进一步地，参见图4和图5，对于需要分段的加筋壁板，蒙皮2会相对于帽型长桁3的两个截止端分别向外延伸，即沿帽型长桁3的延伸方向，蒙皮2的尺寸大于帽型长桁3的尺寸。蒙皮2相对于帽型长桁3的截止端向外延伸的部分为装配段，为保证装配段的表面质量，本实施例提供的复合材料帽型长桁加筋壁板成型装置还包括两个盖板7，两个盖板7分别盖设于蒙皮2的两个装配段，能够避免后续抽真空时在装配段上出现芯模压痕及在帽型长桁3的截止端处发生真空袋架桥导致加压不均匀或爆袋的情况，保证固化质量。
参见图6，为进一步防止发生真空袋10架桥的现象，盖板7靠近帽型长桁3截止端的一侧优选设有倒斜边71，防止盖板7靠近帽型长桁3截止端的一侧为立面。盖板7的壁厚可以与帽型长桁3的壁厚相同，也可小于帽型长桁3的壁厚。
本实施例提供的复合材料帽型长桁加筋壁板成型装置中，通过第一磁吸组件与第二磁吸组件相互磁吸，将芯模4稳定地固定于帽型长桁3中，有效防止芯模4从帽型长桁3中掉落，保证胶接过程的可操作性及胶接质量，易于转化为自动化制造。其中，针对芯模4较长的情况，第一磁吸组件包括第一固定条6a和多个第一磁吸件6c，可以很方便地将第一固定条6a和多个第一磁吸件6c送入或取出芯模4内腔中，操作方便。通过在延伸出帽型长桁3的两个截止端的蒙皮2上盖设盖板7，防止发生真空袋10架桥的在装配段上出现芯模4压痕的情况，保证胶接固化质量。
本实施例还提供一种复合材料帽型长桁加筋壁板成型工艺，参见图1-图8，包括如下步骤：
在壁板成型工装1上完成蒙皮2的铺放，例如可采用自动铺丝设备进行铺设。
将第一磁吸组件放置到已定型好的芯模4的内腔中，具体为，将第一固定条6a或磁吸有多个第一磁吸件6c的第一固定条6a送入并贯穿芯模4的内腔。
将帽型长桁3倒置，使帽型长桁3的开口朝上，对帽型长桁3的胶接面进行处理并粘贴胶模。
将芯模4放置于帽型长桁3中。需要说明的是，第一磁吸组件放置到芯模4中的时间可以是芯模4放置于帽型长桁3上之前或之后。
在帽型长桁3上靠近胶接面的两个R区的内侧放置捻条5。
在帽型长桁3背离其开口的一侧放置第二磁吸组件，使第二磁吸组件与第一磁吸组件相互磁吸，从而将芯模4固定于帽型长桁3中。
将帽型长桁3翻转，并与蒙皮2进行定位胶接，同时将蒙皮2延伸出帽型长桁3的两个截止端外的部分分别用盖板7盖设。
胶接完成后，拆除第一磁吸组件和第二磁吸组件。
对胶接后的加筋壁板采用真空袋10进行打袋封装，隔离膜8和透气毡9等辅料裁切分块，真空袋10在帽型长桁3R区留出余量并打褶，真空袋10与芯模4在壁板余量外通过密封胶条11进行密封，之后将整个加筋壁板送进热压罐中固化。需要说明的是，该打袋封装的步骤为现有技术，具体不再赘述。
本实施例提供的复合材料帽型长桁加筋壁板成型工艺中，在将芯模4放置于帽型长桁3中的过程中，在芯模4内放置第一磁吸组件，在帽型长桁3背离其开口的外侧面放置第二磁吸组件，通过第二磁吸组件与第一磁吸组件相磁吸，将芯模4稳定地固定于帽型长桁3中，且使该过程易于自动化。进一步地，胶接时，在蒙皮2相对于帽型长桁3的两个截止端分别向外延伸的部分用盖板7盖设，防止后续抽真空时，在装配段上出现芯模4压痕及在帽型长桁3的截止端处发生真空袋10架桥导致加压不均匀或爆袋的情况，保证固化质量。
注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (10)

1.一种复合材料帽型长桁加筋壁板成型装置，其特征在于，包括芯模固定结构(6)，所述芯模固定结构(6)包括第一磁吸组件和第二磁吸组件，所述第一磁吸组件被配置为设于芯模(4)上，所述第二磁吸组件被配置为设于所述帽型长桁(3)背离其开口的外侧面，通过所述第一磁吸组件与所述第二磁吸组件相磁吸，将所述芯模(4)固定于所述帽型长桁(3)上。
2.根据权利要求1所述的复合材料帽型长桁加筋壁板成型装置，其特征在于，所述第一磁吸组件包括第一固定条(6a)，所述第一固定条(6a)贯穿所述芯模(4)的内腔，所述第一固定条(6a)能够与所述第二磁吸组件相磁吸。
3.根据权利要求1所述的复合材料帽型长桁加筋壁板成型装置，其特征在于，所述第一磁吸组件包括第一固定条(6a)和多个第一磁吸件(6c)，多个所述第一磁吸件(6c)间隔设置于所述第一固定条(6a)上，多个所述第一磁吸件(6c)能够与所述第二磁吸组件相磁吸。
4.根据权利要求3所述的复合材料帽型长桁加筋壁板成型装置，其特征在于，所述第二磁吸组件包括多个第二磁吸件(6b)，对应每个所述第一磁吸件(6c)均相磁吸有至少一个所述第二磁吸件(6b)。
5.根据权利要求1所述的复合材料帽型长桁加筋壁板成型装置，其特征在于，还包括两个盖板(7)，两个所述盖板(7)被配置为分别位于所述帽型长桁(3)的两个截止端，且所述盖板(7)将延伸出所述帽型长桁(3)的截止端外的蒙皮(2)盖设。
6.根据权利要求5所述的复合材料帽型长桁加筋壁板成型装置，其特征在于，所述盖板(7)靠近所述帽型长桁(3)的一侧设有倒斜边(71)。
7.一种复合材料帽型长桁加筋壁板成型工艺，其特征在于，采用如权利要求1-6任一项所述的复合材料帽型长桁加筋壁板成型装置，包括如下步骤：
S1、将第一磁吸组件放置到芯模(4)的内腔中；
S2、在帽型长桁(3)背离其开口的一侧放置第二磁吸组件，使第二磁吸组件与第一磁吸组件相互磁吸；
S3、将帽型长桁(3)翻转，并将帽型长桁(3)与蒙皮(2)胶接。
8.根据权利要求7所述的复合材料帽型长桁加筋壁板成型工艺，其特征在于，步骤S1包括如下步骤：
S1.1、将磁吸有多个第一磁吸件(6c)的第一固定条(6a)送入并贯穿芯模(4)的内腔。
9.根据权利要求7所述的复合材料帽型长桁加筋壁板成型工艺，其特征在于，步骤S3中，在将帽型长桁(3)与蒙皮(2)胶接前，将延伸出帽型长桁(3)的两个截止端外的蒙皮(2)分别用盖板(7)盖设。
10.根据权利要求7所述的复合材料帽型长桁加筋壁板成型工艺，其特征在于，在步骤S3之后，进行如下步骤：
S4、将第一磁吸组件和第二磁吸组件拆除；
S5、用真空袋(10)进行封装后，将整个加筋壁板送进热压罐中固化。
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