CN114734655B - 利用复合材料制造c型零件的制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种利用复合材料制造C型零件的制造方法，该制造方法包括以下步骤：采用自动铺丝工艺在铺丝工装的第一阳模上铺贴丝材，以形成C型零件的预制件；通过真空吸吊的方式从铺丝工装的第一阳模上取下预制件并转移至固化成型工装的第二阳模上，其中固化成型工装与铺丝工装相互独立并采用不同的材料制成；在固化成型工装的第二阳模上使预制件固化成型，以获得C型零件的成品件。根据本发明的利用复合材料制造C型零件的制造方法，提供了一种能够实现复合材料C型零件的高质量、高效率制造的解决方案。

Description

利用复合材料制造C型零件的制造方法
技术领域
本发明涉及复合材料制造领域，具体涉及适用于飞机的复合材料零件制造，尤其涉及一种利用复合材料制造C型零件的制造方法。
背景技术
随着树脂基碳纤维复合材料(下文简称为“复合材料”)应用技术的发展，在诸多领域例如民用客机中涉及的越来越多的零件使用复合材料制成。在众多的飞机零件中，有一类典型零件为C型零件或者C型结构零件，其也通常称为C型梁。现有C型梁的制造方法，按照操作方式来分，有手工铺贴、自动铺带+热隔膜预成型、自动铺丝等等，按照成型工装结构形式来分，有阳模成型固化一体、阴模成型固化一体、阳模预成型转阴模成型，等等。
随着复合材料逐渐应用至飞机的主承力结构件比如飞机机翼上，一些C型梁零件由于尺寸更大、铺层数量更多、型面变化区域多、曲率更大、构型更复杂等方面的特点，导致相关零件的制造难度很大，出现质量问题的风险很高。
尤其对于大尺寸大厚度大曲率的C型零件诸如C型翼梁零件来说，采用传统的手工铺贴耗时较长，铺贴效率较低，存在预浸料寿命过期的风险，投入的人员成本也较高。而采用自动铺带+热隔膜预成型也有一定的工艺局限性，零件固化后容易产生褶皱，因为该工艺的特点更为适合平直小曲率的零件制造。自动铺丝工艺可以实现大曲率零件的良好铺贴，但采用阳模自动铺丝固化成型后，零件内表面容易有贫胶现象，尤其对于带悬挂式工装的铺丝机，一方面常用的9m级以上的整体式Invar钢工装比较笨重，另一方面在铺丝过程中工装也容易产生变形，进而影响零件固化质量。
综上，总的来说，现有的各种复合材料C型零件的制造方法中，一体化成型类型的解决方案采用单个工装，但由于包括铺丝在内的预成型工序和其后的固化工序的对工装的要求并不一致，因此此类解决方案中的单个工装具有高强度以及大重量，这不仅成本高昂，还容易使得应用诸如带悬挂式工装的铺丝机的铺丝技术实施起来存在较大难度。而采用阴模成型的方案以及一些采用分段式工装的方案，例如专利申请WO2010/100481A2中披露的解决方案，存在工装组装调整比较困难耗时、操作比较复杂、漏气风险较高等方面的问题，还因阴模成型中存在R角处压不实的问题而导致成型质量不佳的风险。
因此，亟需提供一种新的利用复合材料制造C型零件的制造方法，以至少缓解或解决现有技术存在的上述问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是为了克服现有的复合材料C型零件的制造方法存在诸如包括工装在内的设备成本高昂、实施难度大、操作难度较大以及成型质量不佳的风险较高的缺陷，提出一种新的利用复合材料制造C型零件的制造方法。
本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题的：
本发明提供了一种利用复合材料制造C型零件的制造方法，其特点在于，所述制造方法包括以下步骤：
采用自动铺丝工艺在铺丝工装的第一阳模上铺贴丝材，以形成所述C型零件的预制件；
通过真空吸吊的方式从所述铺丝工装的第一阳模上取下所述预制件并转移至固化成型工装的第二阳模上，其中所述固化成型工装与所述铺丝工装相互独立并采用不同的材料制成；
在所述固化成型工装的第二阳模上使所述预制件固化成型，以获得所述C型零件的成品件。
根据本发明的一种实施方式，所述制造方法还包括以下步骤：
采用带有多个吸盘的真空吸吊装置，并根据所述预制件调整所述真空吸吊装置的吸盘数量和吸盘分布，然后将所述预制件从所述第一阳模上取下并转移至所述第二阳模上。
根据本发明的一种实施方式，所述制造方法还包括以下步骤：
通过采用在所述固化成型工装上设置定位装置或标记、在所述预制件上设置定位标记、激光投影定位中的一种或多种方法确定所述预制件在所述第二阳模上的放置位置，根据所确定的放置位置将所述预制件转移至所述第二阳模上。
根据本发明的一种实施方式，所述铺丝工装包括用于提供所述第一阳模的芯轴，所述芯轴被构造为能够被驱动以绕其自身的中心轴转动，从而配合铺丝设备的铺丝操作。
根据本发明的一种实施方式，所述铺丝工装具有连接至所述芯轴的两端的圆盘，所述两个圆盘连接至所述铺丝设备并由所述铺丝设备驱动以同步自转，从而驱动所述芯轴的转动。
根据本发明的一种实施方式，所述固化成型工装包括镂空的底部框架以及突出于所述底部框架的顶面的凸表面区域，所述凸表面区域构成所述第二阳模。
根据本发明的一种实施方式，所述铺丝工装所用材料的密度小于所述固化成型工装所用材料的密度。
根据本发明的一种实施方式，所述铺丝工装采用铝合金材料或复合材料制成。
根据本发明的一种实施方式，所述固化成型工装采用invar钢、普通钢或者复合材料制成。
根据本发明的一种实施方式，所述C型零件为用于飞机的C型梁零件。
在符合本领域常识的基础上，上述各优选条件，可任意组合，即得本发明各较佳实例。
本发明的积极进步效果在于：
根据本发明的利用复合材料制造C型零件的制造方法，通过阳模铺丝以及真空吸吊转移至另一阳模进行固化的制造工序，提供了一种能够实现复合材料C型零件的高质量、高效率制造的解决方案，减少了铺丝工装的重量和成本，提高了零件制造效率，且降低甚至消除了零件固化时受工装变形的不利影响，保障了零件的高成型质量，有助于减少甚至消除成型制成的零件的缺陷。
附图说明
图1为根据本发明的优选实施方式的利用复合材料制造C型零件的制造方法中所用的铺丝工装的示意图。
图2为根据本发明的优选实施方式的利用复合材料制造C型零件的制造方法中的C型零件预制件的示意图。
图3为根据本发明的优选实施方式的利用复合材料制造C型零件的制造方法中所用的固化成型工装的示意图。
附图标记说明
1：第一阳模
2：预制件
3：第二阳模
4：圆盘
5：底部框架
具体实施方式
下面结合说明书附图，进一步对本发明的优选实施例进行详细描述，以下的描述为示例性的，并非对本发明的限制，任何的其他类似情形也都落入本发明的保护范围之中。
在以下的具体描述中，方向性的术语，例如“左”、“右”、“上”、“下”、“前”、“后”等，参考附图中描述的方向使用。本发明的实施例的部件可被置于多种不同的方向，方向性的术语是用于示例的目的而非限制性的。
以下将参照附图1-3对根据本发明的较佳实施方式的利用复合材料制造C型零件的制造方法进行举例说明。
该制造方法可包括以下步骤：
采用自动铺丝工艺在如图1所示的铺丝工装的第一阳模1上铺贴丝材，以形成C型零件的预制件2；
通过真空吸吊的方式从铺丝工装的第一阳模1上取下预制件2并转移至如图3所示的固化成型工装的第二阳模3上，其中固化成型工装与铺丝工装相互独立并采用不同的材料制成；
在固化成型工装的第二阳模3上使预制件2固化成型，以获得C型零件的成品件。
其中，C型零件可以是用于飞机机翼部分的C型梁零件。C型零件及其预制件2的大致形状可参考图2所示，当然其他典型的或可能的C型零件或C型梁零件的形状构造也均可适于上述制造方法。应理解的是，尽管图2中示意性地示出的预制件2形状为平直形状或者说平直结构，但本申请中所称的C型零件及其预制件2也可以是带曲率的形状或结构，零件的厚度可以是等厚的也可以是变厚度的，零件铺层可以是整层铺设，也可以是包含丢层的，这些可能的不同形状的C型零件均适于本申请中所描述的制造方法的实施原理、原则及教导，并且相比现有制造方法至少具有类似的技术优势。
其中，优选地，该制造方法还可包括以下步骤：
采用带有多个吸盘的真空吸吊装置(图中未示出)，并根据预制件2(例如该预制件2的形状、构造或尺寸)调整真空吸吊装置的吸盘数量和吸盘分布，以便相对均匀地承载预制件2的重量减少或避免预制件2的形变，然后将预制件2从第一阳模1上取下并转移至第二阳模3上。
其中，优选地，铺丝工装所用材料的密度小于固化成型工装所用材料的密度，并且在一些优选实施例中，铺丝工装所用材料的密度可显著地小于固化成型工装所用材料的密度。可选地，前者的成本也可小于后者。
例如，根据本发明的一些优选实施方式，该铺丝工装采用铝合金材料或复合材料制成，而固化成型工装采用invar钢、普通钢或者复合材料制成。其中invar钢也称为殷瓦合金或殷钢，是一种镍铁合金，其典型成分为镍36％、铁63.8％、碳0.2％。
基于上述实施方式，通过采用相互独立的铺丝工装与固化成型工装相结合的方式，可以减轻铺丝工装的重量、减小工装变形、提高生产效率与零件固化后的成型质量。其中，铺丝工装的重量的减轻，不仅有利于降低设备成本，还有利于配合采用较佳的自动铺丝技术或自动铺丝设备，使得自动铺丝过程的实施更易于操作。并且，基于固定的固化成型工装上的第二阳模3进行打袋固化的操作，有利于降低或避免固化成型工装变形的风险以及精准可靠地在工装上定位预制件2，并且也更易于避免出现零件固化工序中容易出现的诸如内表面贫胶在内的成型质量缺陷问题。
总的来说，本发明的上述实施方式的利用复合材料制造C型零件的制造方法，采用自动铺丝的方法以减少零件褶皱，采用铺丝工装与固化工装相结合的方式，可以减轻铺丝工装的重量、减小工装变形、提高生产效率与零件固化后的成型质量，并且真空吸吊的转移方式能够确保零件或预制件2在工装间转移过程中不会产生变形。
根据本发明的一些优选实施方式，该制造方法还包括以下步骤：
通过采用在固化成型工装上设置定位装置或标记、在预制件2上设置定位标记、激光投影定位中的一种或多种方法确定预制件2在第二阳模3上的放置位置，根据所确定的放置位置将预制件2转移至第二阳模3上。
根据本发明的一些优选实施方式，铺丝工装包括用于提供第一阳模1的芯轴，芯轴被构造为能够被驱动以绕其自身的中心轴转动，从而配合铺丝设备的铺丝操作。
进一步优选地，铺丝工装具有连接至芯轴的两端的圆盘4，两个圆盘4连接至铺丝设备并由铺丝设备驱动以同步自转，从而驱动芯轴的转动。
进一步优选地，固化成型工装包括镂空的底部框架5以及突出于底部框架5的顶面的凸表面区域，凸表面区域构成第二阳模3。
镂空的底部框架5有利于进一步降低工装成本及减轻工装重量。
根据本发明的上述优选实施方式的利用复合材料制造C型零件的制造方法，通过阳模铺丝以及真空吸吊转移至另一阳模进行固化的制造工序，提供了一种能够实现复合材料C型零件的高质量、高效率制造的解决方案，减少了铺丝工装的重量和成本，提高了零件制造效率，且降低甚至消除了零件固化时受工装变形的不利影响，保障了零件的高成型质量，有助于减少甚至消除成型制成的零件的缺陷。
虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这些仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种利用复合材料制造C型零件的制造方法，其特征在于，所述制造方法包括以下步骤：
采用自动铺丝工艺在铺丝工装的第一阳模上铺贴丝材，以形成所述C型零件的预制件；
通过真空吸吊的方式从所述铺丝工装的第一阳模上取下所述预制件并转移至固化成型工装的第二阳模上，其中所述固化成型工装与所述铺丝工装相互独立并采用不同的材料制成，其中所述铺丝工装所用材料的密度以及成本均小于所述固化成型工装所用材料；
在所述固化成型工装的第二阳模上使所述预制件固化成型，以获得所述C型零件的成品件。
2.如权利要求1所述的制造方法，其特征在于，所述制造方法还包括以下步骤：
采用带有多个吸盘的真空吸吊装置，并根据所述预制件调整所述真空吸吊装置的吸盘数量和吸盘分布，然后将所述预制件从所述第一阳模上取下并转移至所述第二阳模上。
3.如权利要求1所述的制造方法，其特征在于，所述制造方法还包括以下步骤：
通过采用在所述固化成型工装上设置定位装置或标记、在所述预制件上设置定位标记、激光投影定位中的一种或多种方法确定所述预制件在所述第二阳模上的放置位置，根据所确定的放置位置将所述预制件转移至所述第二阳模上。
4.如权利要求1所述的制造方法，其特征在于，所述铺丝工装包括用于提供所述第一阳模的芯轴，所述芯轴被构造为能够被驱动以绕其自身的中心轴转动，从而配合铺丝设备的铺丝操作。
5.如权利要求4所述的制造方法，其特征在于，所述铺丝工装具有连接至所述芯轴的两端的圆盘，所述两个圆盘连接至所述铺丝设备并由所述铺丝设备驱动以同步自转，从而驱动所述芯轴的转动。
6.如权利要求4所述的制造方法，其特征在于，所述固化成型工装包括镂空的底部框架以及突出于所述底部框架的顶面的凸表面区域，所述凸表面区域构成所述第二阳模。
7.如权利要求1所述的制造方法，其特征在于，所述铺丝工装采用铝合金材料或复合材料制成。
8.如权利要求1所述的制造方法，其特征在于，所述固化成型工装采用invar钢、普通钢或者复合材料制成。
9.如权利要求1所述的制造方法，其特征在于，所述C型零件为用于飞机的C型梁零件。
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