CN113977984A - 一种管状双曲面复合材料结构件的制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种管状双曲面复合材料结构件的制备方法，首先制备金属阳模、阴模成型模和平板成型模的模具，而后采用阴模成型模，以确保小型管状延伸对称双曲面复合材料结构件的外表面表面光顺；为确保小型管状延伸对称双曲面复合材料结构件的金属件接头与复合材料结构件能够共固化组合，采用铺贴阳模与金属件接头定位，为保证产品脱模质量的稳定性，采用膨胀橡胶软模材料充当阳模，该阳模能够在加温过程中产生较大的热膨胀力以对小型管状延伸对称双曲面复合材料结构件预浸料蒙皮施加压力，使蒙皮中的挥发物和气泡能够得到充分排除，加温固化过程中膨胀橡胶软模回到常温状态后，体积进行收缩，有利于产品的脱模。

Description

一种管状双曲面复合材料结构件的制备方法
技术领域
本发明涉及复合材料制备技术领域，尤其涉及一种管状双曲面复合材料结构件的制备方法。
背景技术
碳纤维复合材料凭借其轻质高强、不易腐蚀、成型方便、质量美观等优点已在航空产品上得到广泛应用，复合材料零件应用的结构越来越复杂，其中一种小型管状延伸对称双曲面复合材料结构件就属于此类结构，该复合材料零件结构为金属管状接头与管状加对称双曲面蒙皮胶接组合而成的整体结构件，管状延伸对称双曲面复合材料结构件的内外表面要求平整，特别是外表面由于有气动外形的要求，表面必须光顺，所有零件必须依托模具成型，但由于该零件的结构比较复杂；现有成型技术主要有两种：一种是采用阳模成型，这种方式的风险在于零件脱模过程中，由于零件内腔尺寸比零件边缘尺寸大，脱模过程中易导致零件曲面蒙皮脱不了模或蒙皮部分区域可能出现分层质量问题；另一种方式是将管状延伸对称双曲面复合材料结构件分成三部分，使用阴模成型，主要是将管状结构件与两块双曲面蒙皮分别成型，后续使用铆接方式进行装配连接，该工艺方法不仅增加结构件的重量，生产效率低，且因铆接方式需破坏复合材料件，给产品的质量增加了风险。
发明内容
本发明所解决的技术问题在于提供一种管状双曲面复合材料结构件的制备方法，以解决上述背景技术中的问题。
本发明所解决的技术问题采用以下技术方案来实现：
一种管状双曲面复合材料结构件的制备方法，具体步骤如下：
1）制备模具
制备金属阳模、阴模成型模和平板成型模，并在三套模具上分别铺贴脱模布，同时准备相应原材料；
2）铺贴玻璃纤维布加环氧胶
将阴模成型模分开，在阴模上模、阴模下模工作型面上分别铺贴玻璃纤维蒙皮布加环氧胶，按常温固化工艺参数执行，铺贴玻璃纤维蒙皮的厚度比小型管状延伸对称双曲面复合材料结构件蒙皮厚度大1.2倍；
阴模成型模还包括工装定位块，阴模下模上设置有翼形定位块；
3）对阴模成型模合模
对铺贴在阴模上模与阴模下模上已经常温固化的过渡玻璃纤维蒙皮参照阴模工作面边缘的位置进行边缘修整，修整过程中过渡玻璃纤维蒙皮不允许脱模；修整完成后将阴模上模与阴模下模进行合模，并在阴模成型模的两端使用胶带进行封边处理，防止后续配制膨胀橡胶软模液体流出；
4）配制膨胀橡胶软模型阳模
对膨胀橡胶软模阳模按照配方进行配制，再在搅拌机上对配制膨胀橡胶软模的稠状液体进行充分搅拌均匀，然后将调好的稠状液体放入有玻璃纤维蒙皮的阴模空腔中，且稠状液体与阴模的工作型面边缘齐平，参照常温固化参数执行，最后将膨胀橡胶软模型阳模进行起模；膨胀橡胶软模型阳模上包裹一层无孔隔离膜、吸胶材料、脱模布，以备后续工序使用；
膨胀橡胶软模型阳模包括膨胀阴模上模、膨胀橡胶软模及膨胀阴模下模；
5）金属阳模铺贴
将阳模金属件定位销装配在金属件接头上，以对金属铺贴阳模进行组装，而后在金属件接头与复合材料结构件胶接的部位包裹一圈胶膜，最后在金属铺贴阳模上按照小型管状延伸对称双曲面复合材料结构件的碳纤维铺层进行铺贴；
金属件接头上设置有定位孔，用于对阴模成型模进行定位；
6）金属阳模脱模
将铺贴完成的小型管状延伸对称双曲面复合材料结构件蒙皮在金属阳模上进行脱模，脱模过程中防止金属件接头定位孔旋转；
7）组装零件
将脱模的小型管状延伸对称双曲面复合材料结构件蒙皮与已经组合好辅助材料的膨胀橡胶软模型阳模进行组合，形成组合体；在分块的阴模成型模上进行组装，组合前先将金属件接头的定位孔与阴模成型模中阴模下模的管状凹槽内定位销对准，然后将整个装配在阴模下模上，再在阴模下模上装配工装定位块，且在小型管状延伸对称双曲面复合材料结构件的金属件接头前段组装一个翼形定位块，该处工装结构能够保证该气动迎风面的整体成型质量；最后组合装配阴模上模上模块，该零件的整个组合全部完成；
8）固化成型
将步骤7）中装配完成的小型管状延伸对称双曲面复合材料结构件整个组合放置在平板成型模上，按照复合材料热压罐成型法的一般工艺要求对其进行真空袋工艺组合操作；按照碳纤维预浸料的工艺参数进热压罐进行加温固化；
9）脱模取出
固化成型后，将小型管状延伸对称双曲面复合材料结构件与膨胀橡胶软模组合体从分块的阴模成型模中脱模取出；
10）修正处理
按技术要求对成型的小型管状延伸对称双曲面复合材料结构件进行加工、修整。
有益效果：
1）本发明中为保证产品的复杂外形的整体性，在确保产品型面精度的前提下，采用阴模成型工艺，对模具进行分块组合设计；
2）本发明中为保证产品脱模质量的稳定性，采用膨胀橡胶软模材料充当阳模，该阳模能够通过产品的工艺参数使膨胀橡胶软模在加温过程中产生较大的热膨胀力，通过热膨胀力对小型管状延伸对称双曲面复合材料结构件预浸料蒙皮施加压力，使蒙皮中的挥发物和气泡能够得到充分排除，通过检测，证明制备的产品质量符合相关技术要求，加温固化过程中膨胀橡胶软模回到常温状态后，体积进行收缩，该种状态有利于产品脱模，以保证脱模过程中不会对产品造成伤害；
3）本发明采用一体成型技术完成小型管状延伸对称双曲面复合材料结构件的制造，更好地提高产品质量，并保证产品外形精度。
附图说明
图1为小型管状延伸对称双曲面复合材料结构件结构示意图。
图2为本发明的较佳实施例中的阴模成型模分模示意图。
图3为本发明的较佳实施例中的金属阳模结构示意图。
图4为本发明的较佳实施例中的膨胀橡胶软模型阳模合模示意图。
图5为本发明的较佳实施例中的膨胀橡胶软模型阳模脱模示意图。
图6为本发明的较佳实施例中的金属阳模组装示意图。
图7为本发明的较佳实施例中的金属阳模脱模示意图。
图8为本发明的较佳实施例中的组合体装配示意图。
图9为本发明的较佳实施例中的组合体与金属接头定位示意图。
图10为本发明的较佳实施例中的组合体与阴模成型模定位示意图。
图11为本发明的较佳实施例中的在组合体安装翼形定位块示意图。
图12为本发明的较佳实施例中的组合体与翼形定位块定位示意图。
图13为本发明的较佳实施例中配制膨胀橡胶软模型阳模示意图。
图14为图9中A-A向剖视图。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。
一种管状双曲面复合材料结构件的制备方法，具体步骤如下：
1）制备三套模具
金属阳模1、阴模成型模2和平板成型模3，并在三套模具上分别铺贴脱模布，同时准备相应原材料；
2）铺贴玻璃纤维布加环氧胶
将阴模成型模2按照图2所示分开，在阴模上模21、阴模下模24工作型面上分别铺贴玻璃纤维蒙皮布加环氧胶，按常温固化工艺参数执行，铺贴玻璃纤维蒙皮的厚度比小型管状延伸对称双曲面复合材料结构件蒙皮厚度大1.2倍；
阴模成型模2还包括工装定位块22，阴模下模24上设置有翼形定位块23；
3）对阴模成型模2合模
对铺贴在阴模上模21与阴模下模24上已经常温固化的过渡玻璃纤维蒙皮参照阴模工作面边缘的位置进行边缘修整，修整过程中过渡玻璃纤维蒙皮不允许脱模；修整完成后将阴模上模21与阴模下模24进行合模操作，并在阴模成型模2的两端使用胶带进行封边处理，防止后续配制膨胀橡胶软模液体流出；
4）配制膨胀橡胶软模型阳模
配制膨胀橡胶软模型阳模按A/B两组份的配方进行配制，配制过程中需要将A/B组份配方在专用的搅拌机上进行充分搅拌均匀，然后将调好的稠状液体放入有玻璃纤维蒙皮的阴模空腔中，如图13所示，与膨胀阴模下模43的工作型面边缘44齐平，参照常温固化参数执行，最后将膨胀橡胶软模型阳模4进行起模，如图5所示；膨胀橡胶软模型阳模上包裹有一层无孔隔离膜、吸胶材料、脱模布，以备后续工序使用；
膨胀橡胶软模型阳模4包括膨胀阴模上模41、膨胀橡胶软模42及膨胀阴模下模43；
5）铺贴金属阳模
将阳模金属件定位销11装配在金属件接头13上，以对金属铺贴阳模12进行组装，而后在金属件接头13与复合材料结构件14胶接的部位包裹一圈胶膜，最后在金属铺贴阳模12上按照小型管状延伸对称双曲面复合材料结构件的碳纤维铺层进行铺贴；
金属件接头13上设置有定位孔15，用于对阴模成型模2进行定位；
6）金属阳模脱模
将铺贴完成的小型管状延伸对称双曲面复合材料结构件蒙皮在金属阳模上进行脱模，如图7所示，脱模过程中防止金属件接头13定位孔旋转；
7）组装零件
将脱模的小型管状延伸对称双曲面复合材料结构件蒙皮与已经组合好辅助材料的膨胀橡胶软模型阳模进行组合，形成组合体5，如图8所示；在分块的阴模成型模2上进行组装，组合前先将金属件接头13的定位孔15与阴模成型模2中阴模下模24的管状凹槽内定位销对准，然后将整个装配在阴模下模24上，如图9所示；再在阴模下模24上装配工装定位块22，且在小型管状延伸对称双曲面复合材料结构件的金属件接头13前段组装一个翼形定位块23，如图10所示，该处翼形定位块23工装结构能够保证该气动迎风面的整体成型质量；最后组合装配阴模上模21上模块，该零件的整个组合全部完成；
8）固化成型
将步骤7）中装配完成的小型管状延伸对称双曲面复合材料结构件整个组合放置在平板成型模3上，按照复合材料热压罐成型法的一般工艺要求对其进行真空袋工艺组合操作；按照碳纤维预浸料的工艺参数进热压罐进行加温固化；
9）脱模取出
固化成型后，将小型管状延伸对称双曲面复合材料结构件6与膨胀橡胶软模组合体5从分块的阴模成型模2中脱模取出；
10）修正处理
按技术要求对成型的小型管状延伸对称双曲面复合材料结构件进行加工、修整。
在本实施例中，为保证产品复杂外形的整体性及小型管状延伸对称双曲面复合材料结构件的外表面表面光顺，在确保型面精度的前提下，采用阴模成型工艺，阴模根据产品结构对模具进行分块组合设计；为确保小型管状延伸对称双曲面复合材料结构件的金属件接头与复合材料结构件能够共固化组合，通过阳模金属件定位销定位金属阳模与金属件接头；为保证产品脱模质量的稳定性，采用膨胀橡胶软模材料充当阳模，该阳模能够通过产品的工艺参数使膨胀橡胶软模在加温过程中产生较大的热膨胀力，通过热膨胀力对小型管状延伸对称双曲面复合材料结构件预浸料蒙皮施加压力（相当于阴阳模组合成型），使蒙皮中的挥发物和气泡能够得到充分排除，通过检测，证明制备的产品质量符合相关技术要求，加温固化过程中膨胀橡胶软模回到常温状态后，体积进行了收缩，此状态是一种比较松软状态，有利于产品的脱模。

Claims (8)

1.一种管状双曲面复合材料结构件的制备方法，具体步骤如下：
1）制备模具
制备金属阳模、阴模成型模和平板成型模，并在三套模具上分别铺贴脱模布，同时准备相应原材料；
2）铺贴玻璃纤维布加环氧胶
将阴模成型模分开，在阴模上模、阴模下模工作面上分别铺贴玻璃纤维蒙皮布加环氧胶，按常温固化工艺参数执行；
阴模成型模还包括工装定位块；
3）对阴模成型模合模
对铺贴在阴模上模与阴模下模上已经常温固化的过渡玻璃纤维蒙皮参照阴模工作面边缘的位置进行边缘修整，修整过程中过渡玻璃纤维蒙皮不允许脱模；修整完成后将阴模上模与阴模下模进行合模；
4）配制膨胀橡胶软模型阳模
对膨胀橡胶软模阳模按照配方进行配制，再在搅拌机上对配制膨胀橡胶软模的稠状液体进行充分搅拌均匀，然后将调好的稠状液体放入有玻璃纤维蒙皮的阴模空腔中，且稠状液体与膨胀阴模下模的工作型面边缘齐平，参照常温固化参数执行，最后将膨胀橡胶软模型阳模进行起模；
5）金属阳模铺贴
将阳模金属件定位销装配在金属件接头上，以对金属铺贴阳模进行组装，而后在金属件接头与复合材料结构件胶接的部位包裹一圈胶膜，最后在金属铺贴阳模上按照小型管状延伸对称双曲面复合材料结构件的碳纤维铺层进行铺贴；
6）金属阳模脱模
将铺贴完成的小型管状延伸对称双曲面复合材料结构件蒙皮在金属阳模上进行脱模；
7）组装零件
将脱模的小型管状延伸对称双曲面复合材料结构件蒙皮与已经组合好辅助材料的膨胀橡胶软模型阳模进行组合，形成组合体；在分块的阴模成型模上进行组装，组合前先将金属件接头的定位孔与阴模成型模中阴模下模的管状凹槽内定位销对准，而后将整个装配在阴模下模上，再在阴模下模上装配工装定位块；最后组合装配阴模上模的模块，该零件的整个组合已经完成；
8）固化成型
将步骤7）中装配完成的小型管状延伸对称双曲面复合材料结构件整个组合放置在平板成型模上，按照复合材料热压罐成型法的一般工艺要求对其进行真空袋工艺组合操作；按照碳纤维预浸料的工艺参数进热压罐进行加温固化；
9）脱模取出
固化成型后，将小型管状延伸对称双曲面复合材料结构件与膨胀橡胶软模组合体从分块的阴模成型模中脱模取出；
10）修正处理
按技术要求对成型的小型管状延伸对称双曲面复合材料结构件进行加工、修整。
2.根据权利要求1所述的一种管状双曲面复合材料结构件的制备方法，其特征在于，步骤2）中，所述铺贴玻璃纤维蒙皮的厚度比小型管状延伸对称双曲面复合材料结构件蒙皮厚度大1.2倍。
3.根据权利要求1所述的一种管状双曲面复合材料结构件的制备方法，其特征在于，步骤2）中，所述阴模下模上设置有翼形定位块。
4.根据权利要求1所述的一种管状双曲面复合材料结构件的制备方法，其特征在于，步骤2）中，所述阴模下模上设置有管状凹槽。
5.根据权利要求1所述的一种管状双曲面复合材料结构件的制备方法，其特征在于，步骤3）中，所述合模后的阴模成型模两端进行封边处理。
6.根据权利要求1所述的一种管状双曲面复合材料结构件的制备方法，其特征在于，步骤4）中，所述膨胀橡胶软模型阳模上包裹有一层无孔隔离膜、吸胶材料、脱模布。
7.根据权利要求1所述的一种管状双曲面复合材料结构件的制备方法，其特征在于，步骤4）中，所述膨胀橡胶软模型阳模包括膨胀阴模上模、膨胀橡胶软模及膨胀阴模下模。
8.根据权利要求1所述的一种管状双曲面复合材料结构件的制备方法，其特征在于，步骤5）中，所述金属件接头上设置有用于对阴模成型模进行定位的定位孔。
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