CN115157718B - 一种可调式复合材料r区填充物的成型装置和成型方法 - Google Patents

一种可调式复合材料r区填充物的成型装置和成型方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种可调式复合材料R区填充物的成型装置和成型方法,包括加热装置、模体、滑轮和压辊架，模体与组合拆卸套组成了R区填充物的预制区，模体通过压紧块与框架连接，压辊架通过滑轮在框架的凹槽中进行滑动来对R区预制体进行压实，从而得到R区填充物。本发明计算R区填充物的加捻量对预制尺寸进行估量，将预浸料理论填充量卷曲呈圆柱状再放置在加捻工装中，随后选择与零件R角匹配的模体，用加热，擀压，逐段成型的方法。既保证了捻条的标准形状，也保证了捻条的足够长度。通过设计R区填充物的成型装置及成型方法，优化复材加筋结构的R区质量，提高复材加筋结构产品的综合性能。

Description

一种可调式复合材料R区填充物的成型装置和成型方法
技术领域
本发明涉及飞机复材零件制造技术领域，尤其涉及可以匹配不同R角和长短尺寸的需要加捻零件的成型装置和成型方法。
背景技术
复合材料制件R区填充为目前复材零件制造工艺的技术难点之一，R区缺陷会影响其受力和传载。当捻条体积远小于理论填充体积时，R区与腹板结合处容易产生孔隙，捻条与蒙皮结合区域容易发生较为严重的分层，进而导致无损缺陷。而当捻子条体积大于三角区体积时，R区的孔隙和分层缺陷得到显著改善，但捻子条填充量过大会使蒙皮壁板出现纤维褶皱和下沉等缺陷。如何保证复材加筋结构的R区质量，提高复材加筋结构产品的综合性能，成为了本专业亟待解决的问题。
发明内容
为解决复合材料制件R区填充物制造问题，本发明提供了一种可调式R区填充物的成型装置和成型方法，能够提高R区填充物的内部质量及外形状态，从而提高复材零件的R区质量，提高复材整体成型件的内外部质量。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
一种可调式复合材料R区填充物的成型装置，包括第一模体、第二模体、压紧块、加热装置、滑轮、压辊架、第一压辊、第二压辊、第三压辊、底座、第一组合拆卸套、第二组合拆卸套，第一模体、第二模体通过压紧块与底座上表面连接，第一组合拆卸套和第二组合拆卸套分别包覆在第一模体、第二模体外表面，其端头贴合在一起，贴合面间形成捻条成型区，加热装置安装在底座下方，压辊架通过滑轮及压辊架侧面的导向槽与底座一侧端面连接，第一压辊、第二压辊、第三压辊的转轴固定在压辊架上，第一压辊、第二压辊、第三压辊压在第一组合拆卸套和第二组合拆卸套上，压辊架可通过滑轮在底座另一侧端面的凹槽内滑动，从而得到R区填充物。
进一步，所述的组合拆卸套由弹性材料制成。
进一步，捻条成型区的模体及压辊由轻质材料制成。
进一步，还包括位于在底座底部的加热装置。
使用该成型装置及成型方法进行R区填充，包含以下步骤：
步骤一：使用公式计算R区填充物的加捻量，对预制尺寸宽度进行估算；
复合材料R区使用的加捻量的计算公式：
其中W为用于制作R区填充物的增强材料宽度，S为R区三角形截面积，h1为材料单层固化厚度。
R区三角形截面积S的计算公式为：
其中R为零件R角半径，h2为零件腹板厚度；
步骤二：使用成型装置进行长桁R区填充物的成型时，首先将第一模体、第二模体配合匹配尺寸的第一组合拆卸套、第二组合拆卸套组成捻条成型区(3)，通过压紧块与底座连接；
步骤三：开启加热装置，对捻条成型区进行预热；
步骤四：裁剪步骤一中计算得到的预计尺寸的增强材料放置于工作台上，折叠数次，并使用刮板擀平，将裁剪好的预浸料卷成圆柱状放入预热完成的捻条成型区；
步骤五：推动第一压辊，使其对捻条成型区中的预制体进行初步的压制；
步骤六：继续推动第二压辊，使其对预制体进行再一次的压制；再次推动第三压辊，使其对预制体进行进一步的压实；重复步骤五、六，将捻条成型区的增强材料压实成型；
步骤七：捻条成型完成后，关闭加热装置。将制作好的捻条待组合。
本发明的有益效果在于：
(1)降低了加捻量过大带来的零件纤维褶皱和下沉等缺陷，加捻量过小带来的无损缺陷；
(2)解决了R区加捻量尺寸的预计不准；
(3)缩短了复合材料R区填充时的制造时间；
(4)解决了零件R区填充物制备随意性大，提高了R区质量。
以下结合实施例附图对本申请作进一步详细描述。
附图说明
图1R区填充物成型装置的工作原理示意图。
图2R区填充物成型装置的压辊细节示意图。
图3R区填充物成型装置的轴测示意图。
图中编号说明：1.第一模体1；2.第二模体2；3.捻条成型区；4.压紧块；5.导向槽；6.加热装置；7.滑轮；8.压辊架；9.第一压辊；10.第二压辊；11.第三压辊；12.底座；13.第一组合拆卸套；14.第二组合拆卸套。
具体实施方式
下面结合附图进一步详细描述本发明的技术方案，但本发明的保护范围不局限于以下所述。
参见附图，如图1-3所示，一种可调式复合材料R区填充物的成型装置，包括第一模体1、第二模体2配合不同尺寸的第一组合拆卸套13、第二组合拆卸套14组成了捻条成型区3为R区填充物的预制区，第二模体2通过压紧块4与底座12连接，第一压辊9、第二压辊10、第三压辊11与压辊架8通过滑轮7与导向槽5和底座12连接，加热装置6在底座底部对R区预制体进行加热成型。压辊架8通过滑轮7在底座的凹槽中进行滑动通过压辊第一压辊9、第二压辊10、第三压辊11逐级来对R区预制体进行压实，从而得到R区填充物。
作为优选方式：
1.该结构的R区填充物的预制区的模体材料由轻质材料制成。
2.R区填充物的成型装置中不同尺寸的组合拆卸套由弹性材料制成。
3.装置上的压辊由轻质材料制成。
4.装置包括位于底座底部的加热装置6。
使用上述成型装置及成型方法实现R区填充物的制备过程如下：
步骤一：使用公式计算R区填充物的加捻量，对预制尺寸宽度进行估算；
复合材料R区使用的加捻量的计算公式：
其中W为用于制作R区填充物的增强材料宽度，S为R区三角形截面积，h1为材料单层固化厚度。
R区三角形截面积S的计算公式为：
其中R为零件R角半径，h2为零件腹板厚度。
步骤二：使用成型装置进行长桁R区填充物的成型时，首先将第一模体1、第二模体2配合匹配尺寸的第一组合拆卸套13、第二组合拆卸套14组成捻条成型区3，通过压紧块4放入底座12中；
步骤三：开启加热装置6，对捻条成型区3进行预热；
步骤四：裁剪步骤一中计算得到的预计尺寸的增强材料放置于工作台上，折叠数次，并使用刮板擀平，将裁剪好的预浸料卷成圆柱状放入预热完成的捻条成型区3；
步骤五：推动第一压辊9，使其对捻条成型区3中的预制体进行初步的压制；
步骤六：继续推动第二压辊10，使其对预制体进行再一次的压制；再次推动第三压辊11，使其对预制体进行进一步的压实；往复滑动，将捻条成型区的增强材料压实成型；
步骤七：捻条成型完成后，关闭加热装置。将制作好的捻条待组合。
本发明所采取的基本技术思路是将R区填充物通过公式计算预估填充宽度，随后通过卷曲放置进匹配R角尺寸的填充区，并通过加热装置及往复压辊使增强材料填充的更致密。区别于通常情况的R区填充，本发明中的填充量精确，R区预制体致密与零件R区匹配度更高。本发明所采用的技术方案将填充步骤分为简单可控的操作过程，解决了零件填充量过大或过小的问题，提升了填充质量，助于零件整体质量提升。
实施例：
以某型机长桁零件为例，零件所用材料为碳纤维织物预浸料Ⅱ型2类3K-70-PW规格，R区填充物碳纤维预浸单向带Ⅰ型1类145级规格。长桁R角3mm，材料单层固化厚度0.131mm，零件腹板厚度2.62mm。
使用上述成型装置及成型方法实现R区填充物的制备过程如下：
步骤一：使用公式计算R区填充物的加捻量，对预制尺寸宽度进行估算；
复合材料R区使用的加捻量的计算公式：
其中W为用于制作R区填充物的增强材料宽度，S为R区三角形截面积，h1为材料单层固化厚度。
R区三角形截面积S的计算公式为：
其中R为零件R角半径，h2为零件腹板厚度。
代入R＝3mm，h1＝0.131mm，h1＝2.62mm，最终得W约为73mm。
步骤二：使用成型装置进行长桁R区填充物的成型时，首先将第一模体1与第二模体2配合R为4.31加捻区R角的第一组合拆卸套13、第二组合拆卸套14组成捻条成型区3，通过压紧块4放入底座12中；
步骤三：开启加热装置6，对捻条成型区3进行预热；
步骤四：裁剪步骤一中计算得到的73mm的碳纤维预浸单向带放置于工作台上，折叠3次，并使用刮板擀平，将裁剪好的预浸料卷成圆柱状放入预热完成的捻条成型区3；
步骤五：推动第一压辊9，使其对捻条成型区3中的预制体进行初步的压制；
步骤六：继续推动第二压辊10，使其对预制体进行再一次的压制；再次推动第三压辊11，使其对预制体进行进一步的压实；往复滑动，将捻条成型区的碳纤维预浸单向带压实成型；
步骤七：捻条成型完成后，关闭加热装置。将制作好的捻条与已铺贴完成的长桁零件组合，随后制袋、固化；
固化后的零件经目视检查，加捻区平整无凹陷与凸起，无损检测符合要求。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，应当指出的是，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种可调式复合材料R区填充物的成型方法，其特征在于使用一种成型装置，该装置包括第一模体、第二模体、压紧块、加热装置、滑轮、压辊架、第一压辊、第二压辊、第三压辊、底座、第一组合拆卸套、第二组合拆卸套，第一模体、第二模体通过压紧块与底座上表面连接，第一组合拆卸套和第二组合拆卸套分别包覆在第一模体、第二模体外表面，其端头贴合在一起，贴合面间形成捻条成型区，加热装置安装在底座下方，压辊架通过滑轮及压辊架侧面的导向槽与底座一侧端面连接，第一压辊、第二压辊、第三压辊的转轴固定在压辊架上，第一压辊、第二压辊、第三压辊压在第一组合拆卸套和第二组合拆卸套上，压辊架可通过滑轮在底座另一侧端面的凹槽内滑动，第一模体和第二模体的材料及第一压辊、第二压辊、第三压辊由轻质材料制成，第一组合拆卸套、第二组合拆卸套由弹性材料制成，具体成型方法包含以下步骤：
1-1使用以下公式计算R区填充物的加捻量
复合材料R区使用的加捻量的计算公式：
其中W为用于制作R区填充物的增强材料宽度，S为R区三角形截面积，h1为材料单层固化厚度
R区三角形截面积S的计算公式为：
其中R为零件R角半径，h2为零件腹板厚度；
1-2根据所需的R区尺寸，将第一模体与第二模体及匹配尺寸的第一组合拆卸套、第二组合拆卸套组成捻条成型区，通过压紧块与底座连接；
1-3开启加热装置，对捻条成型区进行预热；
1-4根据步骤1-1中计算得到的增强材料尺寸，裁剪增强材料并放置于工作台上，折叠数次，并使用刮板擀平，将裁剪好的增强材料卷成圆柱状放入预热完成的捻条成型区；
1-5推动第一压辊，使其对捻条成型区中的预制体进行初步的压制；
1-6继续推动第二压辊，使其对预制体进行再一次的压制；再次推动第三压辊，使其对预制体进行进一步的压实；重复步骤1-5、1-6，直至增强材料完全压紧；
1-7捻条成型完成后，关闭加热装置，将制作好的捻条待组合。
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