CN114589937A - 一种复材封闭肋零件固化成型的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了提供一种复材封闭肋零件固化成型的方法，通过控制纤维的铺叠方向构成紧密贴合的料片，同时在料片上的R区设置剪口，并沿着纤维铺叠方向以腹板面朝向凸缘面的朝向对料片进行热压压实，进而有效避免料片之间发生滑移，同时避免料片的R区域出现褶皱；同时通过设置相应形状的软模层，通过软模层对料片施加均匀的压力，同时通过软模层的延展性使得软模层与料片紧密贴合，进而有效去除料片之间的气体，有效避免料片内部缺陷的产生，也能进一步保证料片热压成型后的零件表面质量。
Description
技术领域
本发明属于针对封闭肋零件的复材热压成型的技术领域，具体涉及一种复材封闭肋零件固化成型的方法。
背景技术
航空用复合材料部件通常由肋、梁、蜂窝芯或泡沫芯和蒙皮胶接而成，其中的肋零件为突缘面和腹板面汇合而成，突缘边结构常见为开敞、半封闭和封闭三种，封闭结构肋为突缘边方向三边或四边相连接而成，此种结构形式给零件的铺叠、成型及R区质量控制上增加了数倍的难度，且其内外表面均有配合关系，通常用刚模加软模组装后采用真空袋-热压罐成型的方法，刚模放置在复合材料内表面，软模放置于真空袋内零件非贴模面上对零件辅助加压，通常的制备方法是：在成型模或过渡模表面铺叠一层橡胶组装后进罐固化，橡胶上铺叠2层预浸料作为增强材料增加软模的刚度，但是这种软模因刚度较强，且软模在成型的过程中因成型工装有制造误差，加之软模成型后易变形，造成软模和坯料不匹配，固化时不能有效地传递压力给坯料，极易造成零件R区出现分层、空隙等内部缺陷。铺叠时，料片在突缘面R区剪口时，易在R区形成搭接或拼缝，搭接或拼缝的累积就会在固化成型完成后形成R区皱褶或凹陷，而一旦出现分层或表面褶皱故障，零件就必须报废或返工，严重影响部件的交付进度和成型质量。
因此，需设计一种既能将压力有效传递给复合材料坯料，又能解决零件分层、表面褶皱故障的成型方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种复材封闭肋零件固化成型的方法，能够有效解决封闭肋零件复材热压成型时料片的R区分层、孔隙内部缺陷和表面褶皱问题。
本发明通过下述技术方案实现：
一种复材封闭肋零件固化成型的方法，包括以下步骤：
步骤1、在坯料表面铺放隔离基层，以坯料表面的工装刻线为基准，在隔离基层上以交错的角度重复进行纤维铺叠形成料片，在每一层料片对应坯料的凸缘面的位置设置剪口，然后沿平行于纤维铺叠的方向按照从坯料的腹板面朝向坯料的凸缘面将料片热压压实；
步骤2、所有料片铺叠完成后，在坯料表面设置辅助材料层，对辅助材料层进行热封压实后，检查坯料表面是否存在褶皱，对存在褶皱的区域进行热压整平；
步骤3、对应坯料的形状制备软模工装，并在软模工装上铺贴软模层，对软模层进行真空封制后将软模层从软模工装上取出并进行整平；
步骤4、在坯料表面铺叠可剥辅助层，并在可剥辅助层中设置热电偶，然后将软模层与可剥辅助层铺贴拼装后进行真空封制，然后进罐固化。
为了更好地实现本发明，进一步的，所述步骤3具体包括：
步骤3.1、对应坯料的形状制备软模工装，并在软模工装上铺贴有孔隔离膜，然后在有孔隔离膜上铺贴软模层；
步骤3.2、在软模层延伸至凸缘面的方向上设置剪口且避免剪口延伸至腹板面，同时在剪口对应凸缘面的位置预留搭接量；
步骤3.3、在软模层上铺贴有孔隔离膜，在有孔隔离膜上铺贴真空袋，并对真空袋进行真空封制；
步骤3.4、对应软模层的搭接缝处的真空袋进行加热，在加热的同时将真空袋朝向软模层的搭接缝擀压，使得真空袋与软模层的搭接缝密实粘接；
步骤3.5、将软模层从软模工装上取出，检查软模层的贴膜面、剪口、搭接缝处是否平整，若不平整则对不平整的区域进行整平并重新进行真空封制，然后重复步骤3.4再次对搭接缝进行擀压直至软模层光滑平整。
为了更好地实现本发明，进一步的，所述步骤3.2中剪口的设置角度为45°，所述剪口对应凸缘面的位置预留的搭接量为2mm-3mm。
为了更好地实现本发明，进一步的，所述步骤4具体包括：
步骤4.1、在坯料的边缘处设置至少两层挡条，挡条距离坯料边缘的距离为1mm-2mm；
步骤4.2、在坯料上放置可剥辅助层，并按照坯料的腹板面朝向凸缘面的方向将可剥辅助层抹平且保证可剥辅助层将挡条的边缘密实覆盖；
步骤4.3、对应可剥辅助层的余量区的一侧设置腻子条，同时在可剥辅助层的余量区中设置热电偶，热电偶穿过腻子条所在区域并与可剥辅助层的余量区搭接。
为了更好地实现本发明，进一步的，所述步骤4.3中，所述腻子条与可剥辅助层的余量区之间设置有间隙，所述热电偶穿过间隙与可剥辅助层的余量区搭接。
为了更好地实现本发明，进一步的，所述步骤1具体包括：
步骤1.1、在坯料表面依次铺叠一层无孔隔离膜与一层不透气四氟布形成隔离基层，然后在隔离基层上按照0°、+45°、-45°的顺序重复进行纤维铺叠；
步骤1.2、针对纤维铺叠角度为+45°与-45°形成的料片，在料片对应坯料的凸缘面的边缘沿着平行于纤维铺叠的方向设置剪口；
步骤1.3、针对纤维铺叠角度为0° 形成的料片，先将料片对应坯料的腹板面的位置压平，然后在料片对应坯料的凸缘面与料片形成的R角区域之间设置剪口；
步骤1.4、在料片之间拼接含有双马树脂的预浸料，并保持预浸料的温度为50℃-60℃，然后沿着平行于纤维铺叠的方向按照从坯料的腹板面朝向坯料的凸缘面将料片热压压实。
为了更好地实现本发明，进一步的，所述步骤1.4中，预浸料与料片之间的拼接缝的方向平行于料片的纤维铺叠方向设置。
为了更好地实现本发明，进一步的，所述拼接缝的宽度小于等于1mm。
为了更好地实现本发明，进一步的，所述步骤1.4中将料片进行压实后，对料片进行预抽，预抽时间为15min。
本发明与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：
（1）本发明按照交错的角度进行纤维铺叠形成料片，进而增加相邻的料片之间的摩擦力，有效防止料片滑移；同时在每一层料片对应坯料的凸缘面的位置设置剪口，然后沿着平行于纤维铺叠的方向按照从坯料的腹板面朝向坯料的凸缘面将料片热压压实，进而避免料片对应凸缘面形成的R区发生褶皱变形，同时通过先压实腹板面在压实凸缘面的顺序进一步防止料片表面发生褶皱，进而有效保证最终零件热压成型后的表面质量；
（2）本发明通过对应坯料的形状设置软模层，并在软模层上对应凸缘面的位置设置剪口，进而避免软模层因曲率原因在对应凸缘面的R区形成褶皱；同时通过软模层本身的延展性对料片进行紧密贴合，避免了料片之间的分层现象，同时能够对料片施加均匀的压力，避免料片热压成型后形成褶皱；
（3）本发明中在进行料片铺叠时采用含有双马树脂的预浸料，同时配合热压，进而使得相邻的料片之间的气体有效排出，在节约了成型成本的前提下有效保证零件的热压成型质量。
附图说明
图1为本发明的流程步骤示意图；
图2为纤维按照0°铺叠的示意图；
图3为软模层上剪口设置示意图。
具体实施方式
实施例1：
本实施例的一种复材封闭肋零件固化成型的方法，如图1所示，包括以下步骤：
步骤1、在坯料表面铺放隔离基层，以坯料表面的工装刻线为基准，在隔离基层上以交错的角度重复进行纤维铺叠形成料片，在每一层料片对应坯料的凸缘面的位置设置剪口，然后沿平行于纤维铺叠的方向按照从坯料的腹板面朝向坯料的凸缘面将料片热压压实；
以交错的角度进行纤维铺叠形成料片是指每一层料片按照与工装刻线之间倾斜不同的纤维铺叠方向进行纤维铺叠构成。通过交错设置纤维的铺设角度，进而使得相邻的料片之间的纤维方向不是平行的，进而增加相邻的料片之间的摩擦力，有效避免料片发生滑移。
通过在每一层料片上对应坯料的凸缘面的位置设置剪口，同时沿平行于纤维铺叠的方向按照从坯料的腹板面朝向坯料的凸缘面将料片热压压实，进而有效避免料片在凸缘面形成的R区因料片曲率变化导致料片表面形成褶皱，通过设置剪口与特殊的压实方式有效避免铺叠后的料片表面形成褶皱，进而保证最终的零件成型表面质量。
步骤2、所有料片铺叠完成后，在坯料表面设置辅助材料层，对辅助材料层进行热封压实后，检查坯料表面是否存在褶皱，对存在褶皱的区域进行热压整平；
步骤3、对应坯料的形状制备软模工装，并在软模工装上铺贴软模层，对软模层进行真空封制后将软模层从软模工装上取出并进行整平；通过对应坯料的形状设置软模层，通过软模层对坯料以及坯料上的料片事假均匀的压力，使得料片手里更加均匀，进一步保证料片堆叠成型后的表面质量。同时，因为软模层本身具有良好的延展性，进而在固化压力下能够与坯料以及料片紧密贴合，有效避免料片之间发生分层。
步骤4、在坯料表面铺叠可剥辅助层，并在可剥辅助层中设置热电偶，然后将软模层与可剥辅助层铺贴拼装后进行真空封制，然后进罐固化。
实施例2：
本实施例在实施例1的基础上做进一步优化，所述步骤3具体包括：
步骤3.1、对应坯料的形状制备软模工装，并在软模工装上铺贴有孔隔离膜，然后在有孔隔离膜上铺贴软模层；通过在软模工装与软模层之间设置有孔隔离膜，使得后续软模层能够顺利与软模工装分离，避免软模层在脱模时粘连变形。
步骤3.2、在软模层延伸至凸缘面的方向上设置剪口且避免剪口延伸至腹板面，同时在剪口对应凸缘面的位置预留搭接量；通过在软模层对应凸缘面的区域设置剪口，进而使得软模层对应凸缘面形成R区时，有效避免因软模层的曲率变化导致软模层的表面形成褶皱，同时通过在软模层的剪口与凸缘面之间的位置设置搭接量，进而弥补因为料片与软模层的形变在成的搭接过界，进而保证软模层与料片之间的搭接质量。
步骤3.3、在软模层上铺贴有孔隔离膜，在有孔隔离膜上铺贴真空袋，并对真空袋进行真空封制；将真空袋与真空气泵等真空源进行连接，以对真空袋进行抽真空作业，使得软模层与料片之间紧密贴合，有效去除软模层与料片之间的气泡。
步骤3.4、对应软模层的搭接缝处的真空袋进行加热，在加热的同时将真空袋朝向软模层的搭接缝擀压，使得真空袋与软模层的搭接缝密实粘接；
步骤3.5、将软模层从软模工装上取出，检查软模层的贴膜面、剪口、搭接缝处是否平整，若不平整则对不平整的区域进行整平并重新进行真空封制，然后重复步骤3.4再次对搭接缝进行擀压直至软模层光滑平整。
进一步的，如图3所示，所述步骤3.2中剪口的设置角度为45°，所述剪口对应凸缘面的位置预留的搭接量为2mm-3mm。
本实施例的其他部分与实施例1相同，故不再赘述。
实施例3：
本实施例在上述实施例1或2的基础上做进一步优化，所述步骤4具体包括：
步骤4.1、在坯料的边缘处设置至少两层挡条，挡条距离坯料边缘的距离为1mm-2mm，并采用交代固定挡条；
步骤4.2、在坯料上放置可剥辅助层，并按照坯料的腹板面朝向凸缘面的方向将可剥辅助层抹平且保证可剥辅助层将挡条的边缘密实覆盖；
步骤4.3、对应可剥辅助层的余量区的一侧设置腻子条，安放腻子条之前需要将腻子条的安装区域清理干净，避免安装区域中存留杂质。且针对可剥辅助层的转折区，应增加腻子条的设置数量。同时在可剥辅助层的余量区中设置热电偶，热电偶穿过腻子条所在区域并与可剥辅助层的余量区搭接固定。
进一步的，所述步骤4.3中，所述腻子条与可剥辅助层的余量区之间设置有间隙，所述热电偶穿过间隙与可剥辅助层的余量区搭接。
进一步的，在腻子条的边缘一侧设置透气毡，透气毡的边缘与腻子条的一侧接触。同时在坯料的热压工装的边缘处放置两层透气毡，并通过压敏胶带将透气毡固定。同时在坯料的热压工装上覆盖一层透气毡，在热压工装的透气嘴的下方垫一层透气毡。
本实施例的其他部分与上述实施例1或2相同，故不再赘述。
实施例4：
本实施例在上述实施例1-3任一项的基础上做进一步优化，所述步骤1具体包括：
步骤1.1、在坯料表面依次铺叠一层无孔隔离膜与一层不透气四氟布形成隔离基层，然后在隔离基层上按照0°、+45°、-45°的顺序重复进行纤维铺叠；如图1所示为按照0°铺叠纤维形成的料片。
步骤1.2、针对纤维铺叠角度为+45°与-45°形成的料片，在料片对应坯料的凸缘面的边缘沿着平行于纤维铺叠的方向设置剪口；
步骤1.3、针对纤维铺叠角度为0° 形成的料片，先将料片对应坯料的腹板面的位置压平，然后在料片对应坯料的凸缘面与料片形成的R角区域之间设置剪口；
步骤1.4、在料片之间拼接含有双马树脂的预浸料，并保持预浸料的温度为50℃-60℃，然后沿着平行于纤维铺叠的方向按照从坯料的腹板面朝向坯料的凸缘面将料片热压压实。
预浸料含有双马树脂，根据双马树脂的粘温曲线，当温度处于50℃-60℃时其粘度增加。使用电熨斗压实料片的R区，不仅为R区提供了均匀的机械作用力，而且随着双马树脂的粘度增加，相邻的料片会更好的粘接在一起，进而排出了相邻的料片空隙中的气体分子，使得料片之间的贴合度更好。
进一步的，所述步骤1.4中，预浸料与料片之间的拼接缝的方向平行于料片的纤维铺叠方向设置。
进一步的，所述拼接缝的宽度小于等于1mm，对拼搭接缝区域进行处理，使用刀片将多余的料片去除。
进一步的，所述步骤1.4中将料片进行压实后，对料片进行预抽，预抽时间为15min。
进一步的，在料片铺叠完成后，在料片表面设置一层有孔隔离膜、一层可剥层，同时在热压成型零件的四周设置透气毡，并在透气毡下设置导气链条与玻璃布袋，然后安装软模层后即可采用热压罐对坯料进行热封压。
进一步的，热封压的参数设置为：
坯料检漏后通过热压罐施加真空压力≤-0.85Bar；施加（6.2±0.2）bars的压力；加压完成后开始升温，以（0.5～2）℃/min的速率继续升温至90～95℃，恒温（15～20）min；以小于1.5℃/min的速率降温至70℃以下后，对热压罐卸压并真空通大气。
本实施例的其他部分与上述实施例1-3任一项相同，故不再赘述。
实施例5：
本实施例在上述实施例1-4任一项的基础上做进一步优化，
所述步骤1之前还包括热压工装准备工序，在热压工装的下限区粘贴脱模布，并将脱模布沿着坯料的腹板面和凸缘面之间的R区剪开，然后将脱模布与凸缘面逐步压实贴合，注意贴合区处的脱模布不得有褶皱和气泡。
在热压工装表面的零件刻线或余量线的外侧粘贴脱模布用以标记零件刻线或余量线，脱模布的粘贴宽度为10mm-20mm，确保脱模布的粘贴边缘与零件刻线或余量线对齐。
本实施例的其他部分与上述实施例1-4任一项相同，故不再赘述。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，均落入本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种复材封闭肋零件固化成型的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、在坯料表面铺放隔离基层，以坯料表面的工装刻线为基准，在隔离基层上以交错的角度重复进行纤维铺叠形成料片，在每一层料片对应坯料的凸缘面的位置设置剪口，然后沿着平行于纤维铺叠的方向按照从坯料的腹板面朝向坯料的凸缘面将料片热压压实；
步骤2、所有料片铺叠完成后，在坯料表面设置辅助材料层，对辅助材料层进行热封压实后，检查坯料表面是否存在褶皱，对存在褶皱的区域进行热压整平；
步骤3、对应坯料的形状制备软模工装，并在软模工装上铺贴软模层，对软模层进行真空封制后将软模层从软模工装上取出并进行整平；
步骤4、在坯料表面铺叠可剥辅助层，并在可剥辅助层中设置热电偶，然后将软模层与可剥辅助层铺贴拼装后进行真空封制，然后进罐固化。
2.根据权利要求1所述的一种复材封闭肋零件固化成型的方法，其特征在于，所述步骤3具体包括：
步骤3.1、对应坯料的形状制备软模工装，并在软模工装上铺贴有孔隔离膜，然后在有孔隔离膜上铺贴软模层；
步骤3.2、在软模层延伸至凸缘面的方向上设置剪口且避免剪口延伸至腹板面，同时在剪口对应凸缘面的位置预留搭接量；
步骤3.3、在软模层上铺贴有孔隔离膜，在有孔隔离膜上铺贴真空袋，并对真空袋进行真空封制；
步骤3.4、对应软模层的搭接缝处的真空袋进行加热，在加热的同时将真空袋朝向软模层的搭接缝擀压，使得真空袋与软模层的搭接缝密实粘接；
步骤3.5、将软模层从软模工装上取出，检查软模层的贴膜面、剪口、搭接缝处是否平整，若不平整则对不平整的区域进行整平并重新进行真空封制，然后重复步骤3.4再次对搭接缝进行擀压直至软模层光滑平整。
3.根据权利要求2所述的一种复材封闭肋零件固化成型的方法，其特征在于，所述步骤3.2中剪口的设置角度为45°，所述剪口对应凸缘面的位置预留的搭接量为2mm-3mm。
4.根据权利要求1-3任一项所述的一种复材封闭肋零件固化成型的方法，其特征在于，所述步骤4具体包括：
步骤4.1、在坯料的边缘处设置至少两层挡条，挡条距离坯料边缘的距离为1mm-2mm；
步骤4.2、在坯料上放置可剥辅助层，并按照坯料的腹板面朝向凸缘面的方向将可剥辅助层抹平且保证可剥辅助层将挡条的边缘密实覆盖；
步骤4.3、对应可剥辅助层的余量区的一侧设置腻子条，同时在可剥辅助层的余量区中设置热电偶，热电偶穿过腻子条所在区域并与可剥辅助层的余量区搭接。
5.根据权利要求4所述的一种复材封闭肋零件固化成型的方法，其特征在于，所述步骤4.3中，所述腻子条与可剥辅助层的余量区之间设置有间隙，所述热电偶穿过间隙与可剥辅助层的余量区搭接。
6.根据权利要求1-3任一项所述的一种复材封闭肋零件固化成型的方法，其特征在于，所述步骤1具体包括：
步骤1.1、在坯料表面依次铺叠一层无孔隔离膜与一层不透气四氟布形成隔离基层，然后在隔离基层上按照0°、+45°、-45°的顺序重复进行纤维铺叠；
步骤1.2、针对纤维铺叠角度为+45°与-45°形成的料片，在料片对应坯料的凸缘面的边缘沿着平行于纤维铺叠的方向设置剪口；
步骤1.3、针对纤维铺叠角度为0° 形成的料片，先将料片对应坯料的腹板面的位置压平，然后在料片对应坯料的凸缘面与料片形成的R角区域之间设置剪口；
步骤1.4、在料片之间拼接含有双马树脂的预浸料，并保持预浸料的温度为50℃-60℃，然后沿着平行于纤维铺叠的方向按照从坯料的腹板面朝向坯料的凸缘面将料片热压压实。
7.根据权利要求6所述的一种复材封闭肋零件固化成型的方法，其特征在于，所述步骤1.4中，预浸料与料片之间的拼接缝的方向平行于料片的纤维铺叠方向设置。
8.根据权利要求7所述的一种复材封闭肋零件固化成型的方法，其特征在于，所述拼接缝的宽度小于等于1mm。
9.根据权利要求6所述的一种复材封闭肋零件固化成型的方法，其特征在于，所述步骤1.4中将料片进行压实后，对料片进行预抽，预抽时间为15min。
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| CN104441696A (zh) * | 2014-09-22 | 2015-03-25 | 成都飞机工业（集团）有限责任公司 | 一种异形复合材料肋的制造方法 |
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| CN113728038A (zh) * | 2019-04-26 | 2021-11-30 | 三菱化学株式会社 | 纤维增强复合材料成型品的制造方法、增强纤维基材及纤维增强复合材料成型品 |
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2022
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