CN115107297A - 一种复合材料t型零件的型面补偿控制方法 - Google Patents

一种复合材料t型零件的型面补偿控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种复合材料T型零件的型面补偿控制方法。本发明是将T型零件看成两个L型零件，对两侧L对称进行修型补偿保证T型产品零件外形。首先应针对T型零件的铺层和材料进行典型结构验证。由材料确认的主要参数有：复合材料树脂未固化状态下的热膨胀系数、树脂实际固化温度差，材料固化后单层厚度。通过制造典型试验件和推导计算的方法预估T型零件固化变形量，确定成型模型面补偿角度，使T型零件外形较准确。

Description

一种复合材料T型零件的型面补偿控制方法
技术领域
本发明涉及复合材料零件制造领域，特别是一种复合材料T型零件的型面补偿控制方法。
背景技术
复合材料T型零件是一种典型的由左右两侧分别铺贴L型铺层后合模加捻填充制造而成的零件结构，对于有底缘铺层的T型零件加捻填充后铺贴底缘铺层，该结构广泛应用于航空航天等行业的复合材料制件的设计制造。
T型结构零件两侧型面的夹角由于固化变形，夹角角度趋于减小，造成零件型面精度差。T型零件的主要制造方法是由两侧凸模铺贴后合模制造，凸模型面按照理论型面设计时，产品固化变形造成零件外形精度差。为了提高T型零件的制造精度，提前预估T型零件收口变形量，在成型模型面上进行变形量的补偿，使零件收口变形后更接近理论型面。类似地，在L型件、C型件中也存在类似的做法。但T型零件，由于两侧收口变形方向相反，各部分的宽度、厚度等都会造成变形量的不同，因此需要一种能够针对T型零件的特点，提前预判零件变形量的型面补偿控制方法。
发明内容
针对上述现有技术存在的缺陷，本发明所要解决的技术问题是在不影响零件结构，保证零件质量的前提下，获得型面精度更高的T型零件。为解决此技术问题，本发明公开了一种复合材料T型零件的型面补偿控制方法，采用本方法制造的复合材料T型零件，外形精度高，在数控铣切时能够与铣具贴合，铣切外形精度高，并且在装配过程中与其他部件配合更可靠。
本发明主要针对凸模成型的T型零件，通过增大底缘面与腹板面夹角，补偿收口变形量，控制零件外形。
一种复合材料T型零件的型面补偿控制方法，具体步骤如下：
1确定复合材料T型零件的底缘厚度、底缘宽度、立筋高度、底缘-立筋夹角的最大和最小值分别为Dmax、Wmax、Hmax、θmax、θmin；
2依据复合材料T型零件的最大底缘厚度Dmax、最大底缘宽度Wmax、最大立筋高度Hmax、底缘-立筋最大夹角θmax构建T型零件的单侧L型典型特征截面；
3依据修型公式
Figure BDA0003720406740000021
得到L型典型特征截面的修型补偿基准角度Δθ0，其中：
Figure BDA0003720406740000022
为复合材料中的树脂在未固化状态下的热膨胀系数，ΔT为复合材料固化温度与室温的差值，Dmax为L型典型特征截面的底缘厚度，Q为修型补偿系数；
4根据T型零件的两侧L变形相互影响作用，采用公式Δθ＝Δθ0·sinθmin修正补偿基准角度；
5将复合材料T型零件的底缘-立筋理论夹角θ与Δθ加和，得到复合材料T型零件的底缘-立筋模具夹角θ模具，即θ模具＝θmax+Δθ；
6按照θ模具开展复合材料T型零件的成型模型面设计。
修型补偿系数Q，通过制作试验件获得，具体方法如下：
1制作L型试验件，固化；
2测量底缘-立筋的实际夹角θ试验；
3计算底缘-立筋理论夹角与实际夹角的差值，Δθ0＝θ-θ试验；
4使用公式
Figure BDA0003720406740000023
反推得到该种材料的修型补偿系数Q。
进一步的，修型补偿系数Q，对于同种材料，可以使用同一修型补偿系数Q。
进一步的，T型零件可为几何对称零件或几何不对称零件。
本发明的修型补偿方法具备如下优点：
1)采用工程化的方法，通过L型典型特征截面，快速得到T型零件的修型补偿角度，避免了试验-分析的反复迭代过程，缩短了研制时间，降低了研制成本；
2)将问题简单化，对同一复合材料T型零件，采用统一的修型补偿角度Δθ，简化了模具设计；
3)方法普适性，适用于左、右底缘宽度不同，左、右底缘-立筋(腹板)夹角不同等特殊结构的复合材料T型零件。
4)数据通用化，同一材料使用相同的修型补偿系数Q，减少了试验次数。
5)型面控制准确，能够根据T型零件两侧L的反向变形的特点对造成影响变形控制的计算进行修正，提高型面制造精度。
附图说明
图1是T型零件成型修型补偿示意图
图中编号说明：1-修型补偿基准角度、2-底缘面铺层、3-左右L铺层底缘部分、4-加捻填充区、5-最终补偿角、6-成型模型板、7-T型零件腹板与底缘面理论夹角、8-零件内R角。
具体实施方式
图1为T型零件成型修型补偿的示意图。在零件制造前，首先根据零件的外形结构确定内R角8、零件腹板与底缘面理论夹角7θ理论、底缘面铺层2的最大宽度Wmax，再通过计算得到修型补偿系数Q，根据制造试验件的测量结果修正补偿系数后得到修型角后，考虑T型零件左右L相互作用影响，确定零件成型模型板6与零件腹板与底缘面理论夹角θ理论7的最终补偿角5Δθ。
确定复合材料T型零件的底缘厚度、底缘宽度、立筋(腹板)高度、底缘-立筋(腹板)夹角4个参数的最大或最小值Dmax、Wmax、Hmax、θmax、θmin，构建L型典型特征截面。
当所用材料的系数Q已知时，可以依据修型公式
Figure BDA0003720406740000031
得到L型典型特征截面的修型补偿基准角度1Δθ0。
当所用材料的系数Q未知时，在模具R角大小与研究对象相同的成型模上铺贴L型试验件。试验件截面为L型，底缘宽度为30mm～60mm，立筋(腹板)高度为30mm～70mm，底缘-立筋(腹板)夹角为90°，底缘厚度为2mm～5mm。试验件固化后测量实际夹角θ试验，按照公式推算出修型补偿系数Q，根据Q带入计算出优化后的修型补偿基准角度1Δθ0。
为了消除T型零件左右两侧L夹角各自收口变形的相互作用对变形的影响，采用公式Δθ＝Δθ0·sinθmin计算最终补偿角5Δθ。采用最终补偿角5Δθ设计制造成型模型板6。
在成型模上刷涂脱模剂并干燥后进行铺贴。按照设计外形中底缘面铺层2的最大宽度Wmax加放余量后，按照较大外形左右半模对称铺贴。计算公式中的底缘面铺层2的最大宽度Wmax应为加放余量后的宽度。铺贴过程中进行充分抽真空压实，保证复合材料层与层之间无气泡。完成后在加捻填充区4填充同材质的连续复合材料预浸料，直至充满。填充后抽真空压实，可以根据压实后的加捻填充区4状态选择是否补充填充或去除部分填充材料。完成填充后按照设计要求的铺层顺序铺贴底缘面铺层2，没有底缘面铺层2的零件结束铺贴。
铺贴完成后在底缘面铺层2或无底缘面的左右L铺层底缘部分3加捻后的表面放置隔离膜及匀压板，制袋固化。固化后的零件按照钻模板钻数控定位孔或脱模后手工切割或数控铣切外形。
本发明适用于大量T型结构的复合材料制件，能够有效控制T型复合材料之间型面精度，解决了T型零件收口变形造成的型面超差、装配困难等问题，尤其对于厚度较大的零件在装配时应力较大或增大安装难度等问题。有效降低了研制成本和时间，提高了T型零件的制造技术水平。

Claims (4)

1.一种复合材料T型零件的型面补偿控制方法，其特征在于对零件成型模修型补偿的步骤如下：
1-1确定复合材料T型零件的底缘厚度、底缘宽度、立筋高度、底缘-立筋夹角的最大和最小值分别为Dmax、Wmax、Hmax、θmax、θmin；
1-2依据复合材料T型零件的最大底缘厚度Dmax、最大底缘宽度Wmax、最大立筋高度Hmax、底缘-立筋最大夹角θmax构建T型零件的单侧L型典型特征截面；
1-3依据修型公式
Figure FDA0003720406730000011
得到L型典型特征截面的修型补偿基准角度Δθ0，其中：
Figure FDA0003720406730000012
为复合材料中的树脂在未固化状态下的热膨胀系数，ΔT为复合材料固化温度与室温的差值，Dmax为L型典型特征截面的底缘厚度，Q为修型补偿系数；
1-4根据T型零件的两侧L变形相互影响作用，采用公式Δθ＝Δθ0·sinθmin修正补偿基准角度；
1-5将复合材料T型零件的底缘-立筋理论夹角θ与Δθ加和，得到复合材料T型零件的底缘-立筋模具夹角θ模具，即θ模具＝θmax+Δθ；
1-6按照θ模具开展复合材料T型零件的成型模型面设计。
2.根据权利要求1所述的一种复合材料T型零件的模具补偿修型方法，其特征在于所述的修型补偿系数Q，通过制作试验件获得，具体方法如下：
2-1制作L型试验件，固化；
2-2测量底缘-立筋的实际夹角θ试验；
2-3计算底缘-立筋理论夹角与实际夹角的差值，Δθ0＝θ-θ试验；
2-4使用公式
Figure FDA0003720406730000013
反推得到该种材料的修型补偿系数Q。
3.根据权利要求1所述的一种复合材料T型零件的模具补偿修型方法，其特征在于所述的修型补偿系数Q，对于同种材料，可以使用同一修型补偿系数Q。
4.根据权利要求1所述的一种复合材料T型零件的模具补偿修型方法，其特征在于所述的T型零件可为几何对称零件或几何不对称零件。
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