CN113500800A - 一种复合材料飞机窗框hp-rtm模具及其成型工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及复合材料技术领域，尤其涉及一种复合材料飞机窗框HP‑RTM模具及其成型工艺，其中模具包括：上模和下模，以及位于上模和下模之间的型腔，预制体设置于型腔中，且内凸缘位于远离上模的一端；型腔中设置有芯块，芯块位于预制体内，对预制体进行支撑；上模设置有抽真空口和注胶口，分别对型腔内进行抽真空和注入树脂；型腔两端设置有两楔块，两楔块在靠近预制体的一端与预制体相贴合；其中，芯块热膨胀系数至少为固化成型后窗框热膨胀系数的十倍。本发明中，既解决了无法正常脱模的问题，又避免了使用多个镶件时型腔内难以清理的问题，满足了实际大批量生产的需求，在生产时，可通过多个芯块循环生产，大大提高了生产效率，减少了生产成本。

Description

一种复合材料飞机窗框HP-RTM模具及其成型工艺
技术领域
本发明涉及复合材料技术领域，尤其涉及一种复合材料飞机窗框HP-RTM模具及其成型工艺。
背景技术
复合材料因其优异的力学性能和减重效果，近年来在航空航天、轨道交通等领域越来越多的用来代替金属材料，从而实现轻量化，节省能源，加强结构强度。
为了更好的理解飞机窗框的结构特点，以图1、图2为例进行说明。
如图1，飞机窗框01通常含有一个内凸缘021和外凸缘023，以及在内外凸缘之间的L型拐角022，内外凸缘与L型拐角使窗框截面形成台阶曲面02。
如图2，飞机窗框安装在圆筒形的机身段上，其侧面的外形为了适应机身段外形，窗框通常带有一个侧向的弯曲半径R。
台阶曲面02与侧向弯曲使窗框外形复杂，长度方向的两边形成一个倒扣的结构，传统的窗框制造方法是采用延展性好的轻质金属进行成型，但随着飞机对轻量化的要求的提高，越来越多的飞机采用复合材料制造窗框。
由于飞机窗框的复杂结构，而复合材料的硬度较高、延展性差，所以在现有的飞机窗框生产过程中，通常采用预制体热压罐成型工艺，单件制作流程复杂、生产时间长，难以大批量生产，因此复合材料飞机窗框的生产成本居高不下，尺寸也难以保证。
鉴于上述问题的存在，本设计人基于从事此类产品工程应用多年丰富的实务经验及专业知识，并配合学理的运用，积极加以研究创新，以期创设一种复合材料飞机窗框HP-RTM模具及其成型工艺，使其更具有实用性。
公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本发明的总体背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。
发明内容
本发明提供了一种复合材料飞机窗框HP-RTM模具及其成型工艺，从而有效解决背景技术中的问题。
为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种复合材料飞机窗框HP-RTM模具及其成型工艺，包括：
上模和下模，以及位于上模和下模之间的型腔，预制体设置于所述型腔中，且内凸缘位于远离所述上模的一端；
所述型腔中设置有芯块，所述芯块位于预制体内，对预制体进行支撑；
所述上模设置有抽真空口和注胶口，分别对型腔内进行抽真空和注入树脂；
所述型腔两端设置有两楔块，两所述楔块在靠近预制体的一端与预制体相贴合；
其中，所述芯块热膨胀系数至少为固化成型后窗框热膨胀系数的十倍。
进一步地，所述芯块上设置有通孔，所述通孔与所述注胶口相通，所述下模在所述型腔处设置有流道，所述通孔与所述流道相通。
进一步地，所述流道包括十字槽和环形槽，所述环形槽与预制体内凸缘相贴合，所述十字槽位于所述环形槽内，所述通孔与所述十字槽交叉处相通。
进一步地，两所述楔块在相互远离的一端为与竖直方向成一定夹角的斜面，两所述斜面在竖直方向底端的距离小于在竖直方向顶端的距离。
进一步地，所述芯块上设置有第一密封槽，所述第一密封槽位于所述芯块靠近所述上模的一端，所述第一密封槽为环形；
所述下模上设置有第二密封槽，所述第二密封槽为环形，所述型腔和两所述楔块位于所述第二密封槽内；
所述抽真空口位于模具内的一端位于所述第一密封槽和所述第二密封槽之间。
本发明还包括一种复合材料飞机窗框HP-RTM成型工艺，包括如下步骤：
将模具上模打开，在型腔两端放入两楔块；
在型腔中放入预制体，使预制体的内凸缘位于远离上模的一端；
在预制体内放入冷却芯块，对预制体进行支撑；
合模抽真空后注入树脂，进行热固化成型；
开模后，将两楔块拔出；
整体取出芯块和窗框制件；
待芯块冷却后，取下窗框制件。
进一步地，在预制体内放入冷却芯块前，通过胶带将预制体外凸缘固定于下模和两楔块上，将冷却芯块放入后，再将胶带取出。
进一步地，在预制体内放入冷却芯块时，通过薄片对预制体外凸缘进行辅助固定。
进一步地，在制作预制体时，在外凸缘处设置一圈翻边，在型腔中放入预制体后，直接放入冷却芯块，在取下窗框制件后，将翻边切除。
进一步地，将两楔块拔出时，将两楔块沿相互远离的斜向上方拔出。
本发明的有益效果为：本发明通过复合材料飞机窗框HP-RTM模具及其成型工艺，避免了热压罐成型的工艺限制，实现了批量化成产。由于窗框两边的倒扣无法正常脱模，复合材料硬度较硬，延展性低，也无法像塑料制件一样进行强制脱模，而且在实际生产时，型腔内镶件越少越好，镶件越多会导致拼接缝越多，在固化成型时，树脂越容易进入，难以清理。本发明中只设置了两个楔块，大大减少了镶件的数量，通过在型腔中设置芯块和两楔块，两楔块位于预成型体长度方向的两端，在脱模时，先将两楔块取出，从而芯块能够与制件一起取出，由于芯块的热膨胀系数远大于成型后窗框的热膨胀系数，在芯块和制件冷却后，由于热膨胀系数的差异，芯块与制件会出现较大的间隙，从而能够顺利将芯块与制件分离，既解决了无法正常脱模的问题，又避免了使用多个镶件时型腔内难以清理的问题，满足了实际大批量生产的需求，在生产时，可通过多个芯块循环生产，大大提高了生产效率，减少了生产成本。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为窗框的结构示意图；
图2为窗框的侧面视图；
图3为实施例1中模具的结构示意图；
图4为实施例1中下模的结构示意图；
图5为实施例1中芯块和楔块的结构示意图；
图6为图5的俯视图；
图7为图6中沿A-A剖开得到的剖视图；
图8为图7中B处的局部放大图；
图9为实施例1中步骤一的示意图；
图10为实施例1中步骤二的示意图；
图11为实施例1中步骤三的示意图；
图12为实施例1中步骤四的示意图；
图13为实施例1中步骤五的示意图；
图14为实施例1中步骤六的示意图；
图15为实施例1中步骤七的示意图；
图16为实施例2中预制体位于模具中的示意图；
图17为实施例2中预制体的结构示意图。
附图标记：01、窗框；02、台阶曲面；021、内凸缘；022、L型拐角；023、外凸缘；03、上模；031、抽真空口；032、注胶口；04、下模；041、流道；0411、十字槽；0412、环形槽；042、第二密封槽；05、芯块；051、通孔；052、第一密封槽；06、楔块；061、斜面；07、预制体；071、翻边。
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，而不是全部的实施例。
在本发明的描述中，需要说明的是，属于“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或者位置关系为基于附图所示的方位或者位置关系，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。
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，或一体式连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接连接，也可以是通过中间媒介间接连接，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。
实施例1：
如图3至8所示：一种复合材料飞机窗框HP-RTM模具，包括：
上模03和下模04，以及位于上模03和下模04之间的型腔，预制体07设置于型腔中，且内凸缘021位于远离上模03的一端；
型腔中设置有芯块05，芯块05位于预制体07内，对预制体07进行支撑；
上模03设置有抽真空口031和注胶口032，分别对型腔内进行抽真空和注入树脂；
型腔两端设置有两楔块06，两楔块06在靠近预制体07的一端与预制体07相贴合；
其中，芯块05热膨胀系数至少为固化成型后窗框01热膨胀系数的十倍。
本发明通过复合材料飞机窗框HP-RTM模具，避免了热压罐成型的工艺限制，实现了批量化成产。由于窗框01两边的倒扣无法正常脱模，复合材料硬度较硬，延展性低，也无法像塑料制件一样进行强制脱模，而且在实际生产时，型腔内镶件越少越好，镶件越多会导致拼接缝越多，在固化成型时，树脂越容易进入，难以清理。本发明中只设置了两个楔块06，大大减少了镶件的数量，通过在型腔中设置芯块05和两楔块06，两楔块06位于预成型体长度方向的两端，在脱模时，先将两楔块06取出，从而芯块05能够与制件一起取出，由于芯块05的热膨胀系数远大于成型后窗框01的热膨胀系数，在芯块05和制件冷却后，由于热膨胀系数的差异，芯块05与制件会出现较大的间隙，从而能够顺利将芯块05与制件分离，既解决了无法正常脱模的问题，又避免了使用多个镶件时型腔内难以清理的问题，满足了实际大批量生产的需求，在生产时，可通过多个芯块05循环生产，大大提高了生产效率，减少了生产成本。
在本实施例中，芯块05上设置有通孔051，通孔051与注胶口032相通，下模04在型腔处设置有流道041，通孔051与流道041相通。
通过在芯块05上设置通孔051，下模04在型腔处设置有流道041，通孔051与流道041相通，从而注入的树脂会从下至上慢慢浸润预制体07，浸润效果更好，可以有效的减少气泡的产生，增加制件的质量。
其中为了更好的保证树脂流动的浸润效果，流道041包括十字槽0411和环形槽0412，环形槽0412与预制体07内凸缘相贴合，十字槽0411位于环形槽0412内，通孔051与十字槽0411交叉处相通，使得流入的树脂能够更均匀的流动到预制体07上，浸润效果更好。
作为上述实施例的优选，两楔块06在相互远离的一端为与竖直方向成一定夹角的斜面061，两斜面061在竖直方向底端的距离小于在竖直方向顶端的距离。
为了方便楔块06的取出，将两楔块06在相互远离的一端设置有斜面061，从而两楔块06在取出时能够沿斜面061往斜上方取出，不会与固化成型后的制件造成干涉，取出更方便，节省操作时间。
在本实施例中，芯块05上设置有第一密封槽052，第一密封槽052位于芯块05靠近上模03的一端，第一密封槽052为环形；
下模04上设置有第二密封槽042，第二密封槽042为环形，型腔和两楔块06位于第二密封槽042内；
抽真空口031位于模具内的一端位于第一密封槽052和第二密封槽042之间。
通过设置第一密封槽052和第二密封槽042，抽真空口031位于模具内的一端位于第一密封槽052和第二密封槽042之间，第一密封槽052和第二密封槽042内可设置密封条，从而达到更好的密封效果，保证最终制件的产品质量。
如图9至15所示，本实施例中还包括一种复合材料飞机窗框HP-RTM成型工艺，包括如下步骤：
步骤一：将模具上模03打开，在型腔两端放入两楔块06；
步骤二：在型腔中放入预制体07，使预制体07的内凸缘021位于远离上模03的一端；
步骤三：在预制体07内放入冷却芯块05，对预制体07进行支撑；
步骤四：合模抽真空后注入树脂，进行热固化成型；
步骤五：开模后，将两楔块06拔出；
步骤六：整体取出芯块05和窗框01制件；
步骤七：待芯块05冷却后，取下窗框01制件。
由于窗框01两边的倒扣无法正常脱模，复合材料硬度较硬，延展性低，也无法像塑料制件一样进行强制脱模，而且在实际生产时，型腔内镶件越少越好，镶件越多会导致拼接缝越多，在固化成型时，树脂越容易进入，难以清理。本发明中只设置了两个楔块06，大大减少了镶件的数量，通过在型腔中设置芯块05和两楔块06，两楔块06位于预成型体长度方向的两端，在脱模时，先将两楔块06取出，从而芯块05能够与制件一起取出，由于芯块05的热膨胀系数远大于成型后窗框01的热膨胀系数，在芯块05和制件冷却后，由于热膨胀系数的差异，芯块05与制件会出现较大的间隙，从而能够顺利将芯块05与制件分离，既解决了无法正常脱模的问题，又避免了使用多个镶件时型腔内难以清理的问题，满足了实际大批量生产的需求，在生产时，可通过多个芯块05循环生产，大大提高了生产效率，减少了生产成本。
在本实施例中，在预制体07内放入冷却芯块05前，通过胶带将预制体07外凸缘023固定于下模04和两楔块06上，将冷却芯块05放入后，再将胶带取出。
由于预制体07较为柔软，若是不通过辅助手段对其外凸缘023进行固定，在芯块05放入时，容易产生褶皱，所以在预制体07内放入冷却芯块05前，可以通过胶带将预制体07外凸缘023固定于下模04和两楔块06上，将冷却芯块05放入后，再将胶带取出；或者，在预制体07内放入冷却芯块05时，通过薄片对预制体07外凸缘023进行辅助固定，从而可以有效的防止褶皱的产生，保证产品质量。
其中，将两楔块06拔出时，将两楔块06沿相互远离的斜向上方拔出，两楔块06在取出时能够沿斜面061往斜上方取出，不会与固化成型后的制件造成干涉，取出更方便，节省操作时间。
实施例2：
如图16至17所示，与实施例1不同的是，在本实施例中，在制作预制体07时，在外凸缘023处设置一圈翻边071，在型腔中放入预制体07后，直接放入冷却芯块05，在取下窗框01制件后，将翻边071切除。
通过在制作预制体07时，在外凸缘023处设置一圈翻边071，从而在放入芯块05的时候，由于一圈翻边071的存在，预制体07本身不容易产生褶皱，从而省去了辅助手段，可直接将芯块05放入，从而进行后续固化成型工艺，但是取出制件后，需要将翻板进行切除。
本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (10)

1.一种复合材料飞机窗框HP-RTM模具，其特征在于，包括：
上模和下模，以及位于上模和下模之间的型腔，预制体设置于所述型腔中，且内凸缘位于远离所述上模的一端；
所述型腔中设置有芯块，所述芯块位于预制体内，对预制体进行支撑；
所述上模设置有抽真空口和注胶口，分别对型腔内进行抽真空和注入树脂；
所述型腔两端设置有两楔块，两所述楔块在靠近预制体的一端与预制体相贴合；
其中，所述芯块热膨胀系数至少为固化成型后窗框热膨胀系数的十倍。
2.根据权利要求1所述的复合材料飞机窗框HP-RTM模具，其特征在于，所述芯块上设置有通孔，所述通孔与所述注胶口相通，所述下模在所述型腔处设置有流道，所述通孔与所述流道相通。
3.根据权利要求2所述的复合材料飞机窗框HP-RTM模具，其特征在于，所述流道包括十字槽和环形槽，所述环形槽与预制体内凸缘相贴合，所述十字槽位于所述环形槽内，所述通孔与所述十字槽交叉处相通。
4.根据权利要求1所述的复合材料飞机窗框HP-RTM模具，其特征在于，两所述楔块在相互远离的一端为与竖直方向成一定夹角的斜面，两所述斜面在竖直方向底端的距离小于在竖直方向顶端的距离。
5.根据权利要求1所述的复合材料飞机窗框HP-RTM模具，其特征在于，所述芯块上设置有第一密封槽，所述第一密封槽位于所述芯块靠近所述上模的一端，所述第一密封槽为环形；
所述下模上设置有第二密封槽，所述第二密封槽为环形，所述型腔和两所述楔块位于所述第二密封槽内；
所述抽真空口位于模具内的一端位于所述第一密封槽和所述第二密封槽之间。
6.一种复合材料飞机窗框HP-RTM成型工艺，其特征在于，包括如下步骤：
将如权利要求1至5任一项所述的模具上模打开，在型腔两端放入两楔块；
在型腔中放入预制体，使预制体的内凸缘位于远离上模的一端；
在预制体内放入冷却芯块，对预制体进行支撑；
合模抽真空后注入树脂，进行热固化成型；
开模后，将两楔块拔出；
整体取出芯块和窗框制件；
待芯块冷却后，取下窗框制件。
7.根据权利要求6所述的复合材料飞机窗框HP-RTM成型工艺，其特征在于，在预制体内放入冷却芯块前，通过胶带将预制体外凸缘固定于下模和两楔块上，将冷却芯块放入后，再将胶带取出。
8.根据权利要求6所述的复合材料飞机窗框HP-RTM成型工艺，其特征在于，在预制体内放入冷却芯块时，通过薄片对预制体外凸缘进行辅助固定。
9.根据权利要求6所述的复合材料飞机窗框HP-RTM成型工艺，其特征在于，在制作预制体时，在外凸缘处设置一圈翻边，在型腔中放入预制体后，直接放入冷却芯块，在取下窗框制件后，将翻边切除。
10.根据权利要求6至9任一项所述的复合材料飞机窗框HP-RTM成型工艺，其特征在于，将两楔块拔出时，将两楔块沿相互远离的斜向上方拔出。
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CN114083812A (zh) * 2021-11-12 2022-02-25 江苏亨睿航空工业有限公司 一种复合材料多旋翼无人机一体成型模具及方法
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