CN115519806A - 纵环带加强形式复合材料舱段成型模具及其成型方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种纵环带加强形式复合材料舱段成型模具及其成型方法，包括芯模、分瓣阳模、外阴模、口框压制工装、上端框压环、下端框压环和底座，芯模置于成型模具的中心并固定在底座上，分瓣阳模包裹在芯模的外壁上，在分瓣阳模上沿着纵向和环向开设有加强环形槽，口框压制工装安装在分瓣阳模的外侧，上端框压环水平固定在芯模的上端面上，下端框压环水平固定在芯模的底面上，外阴模包覆在分瓣阳模的外壁上。能够保证舱段整体性能和质量的一致性，并且使结构具有较高的尺寸位置精度、更好的表面状态以及良好的刚性和承载能力。

Description

纵环带加强形式复合材料舱段成型模具及其成型方法

技术领域

本发明涉及复合材料成型技术领域，特别涉及一种纵环带加强形式复合材料舱段成型模具及其成型方法。

背景技术

随着航天事业的发展，尤其是在航天材料工艺水平的不断提高下，复合材料在舱段制造领域的应用愈来愈广泛。与传统金属材料相比，碳纤维复合材料具有高比模量、高比强度等特点，可在满足结构性能要求的同时最大限度的减轻结构重量。但是在应用较为广泛的复合材料加筋网格形式舱段成型时，需要在金属阳模块中开设筋槽，将碳纤维预浸丝缠入筋槽中形成网格结构。该结构的力学性能稳定，但是在模具设计与加工上难度较大，筋条两侧不易实现加压，成型质量难以控制。在飞行工况较为严苛的环境下，复合材料舱段大多采用加筋网格的形式，而非关键舱段可选择工艺难度小，成型质量易控制的工艺方法；位于舱段的功能性口框一般采用机加工方式开口，保证力学性能的前提是复合材料纤维的连续性，而机加工方式开口对复合材料纤维的连续性造成破坏，导致降低结构的刚度和强度。

发明内容

本发明的目的是为了克服已有技术的缺陷，提出一种纵环带加强形式复合材料舱段成型模具及其成型方法，能够保证舱段整体性能和质量的一致性，并且使结构具有较高的尺寸位置精度、更好的表面状态以及良好的刚性和承载能力。

为实现上述目的，本发明采用以下具体技术方案：

本发明提供的纵环带加强形式复合材料舱段成型模具，包括芯模、分瓣阳模、外阴模、口框压制工装、上端框压环、下端框压环和底座，芯模置于成型模具的中心并固定在底座上，分瓣阳模包裹在芯模的外壁上，在分瓣阳模上沿着纵向和环向开设有加强环形槽，用于在舱段表面压制出口框特征的口框压制工装安装在分瓣阳模的外侧，上端框压环水平固定在芯模的上端面上，下端框压环水平固定在芯模的底面上，外阴模包覆在分瓣阳模的外壁上。

优选地，在上端框压环上形成凸台特征。

优选地，芯模与外阴模的材料为钢材。

优选地，分瓣阳模的材料为铝合金。

优选地，在上端框压环、下端框压环、外阴模以及口框压制工装上开设定位销和定位销孔，定位销和定位销孔用于固定上端框压环、下端框压环、外阴模以及口框压制工装的相对位置。

优选地，在上端框压环、下端框压环、外阴模、口框压制工装与芯模之间分别开设连接孔，连接孔与螺栓配合，通过螺栓对上端框压环、下端框压环、外阴模、口框压制工装与芯模之间施加扭矩。

本发明提供的纵环带加强形式复合材料舱段成型方法，包括以下步骤：

S1、制作成型模具；

S2、制作预浸料并将预浸料使用下料机器裁剪成样板料；

S3、将样板料铺放在分瓣阳模上对应的加强环形槽处、口框压制工装、成型模具的上、下端框处；

S4、使用预浸料铺放蒙皮90°层并使用布带缠绕胶将单向窄带预浸料缠绕在产品上，其余层采用手工铺放的方式；

S5、预浸料铺放完成后，对加强环形槽处、口框压制工装、成型模具的上、下端框处以及蒙皮处压制成型；

S6、将成型模具合模，放入固化炉高温固化处理；

S7、拆除成型模具。

优选地，单向窄带宽度范围为5～15毫米。

优选地，设置固化制度：温度为120～190℃，固化时间为7～8小时，固化时升温速率1.5～2℃/min。

优选地，步骤S4还包括：

S41、单向窄带预浸料铺放完成后，使用口框压制工装对口框特征压制，压制后使用塑料薄膜包裹，包裹后使用成型模具进行预加压；与此同时，使用上端框压环对凸台特征进行压制；

S42、在蒙皮铺放完成后，使用口框压制工装对口框特征再次压制，压制后使用塑料薄膜包裹，包裹后使用成型模具再次进行预加压。

本发明能够取得如下技术效果：

1、通过纵向、环向加强环形槽的方法，提高整体的工艺性，降低成型难度且易于脱模，节约时间和经济成本。

2、通过在上、下端框压环、外阴模以及口框压制工装中设置定位销与连接孔，通过定位的方式连接工装，使外阴模只能沿定位销或连接孔的法向移动，以此确保产品的压实与型面的精度。

3、通过采用直接成型的方法加工凸台特征以及口框特征，避免采用机加工手段造成的纤维不连续而导致力学性能降低。

4、通过钢制的芯模与外阴模，铝合金制成的分瓣阳模，既保证结构的刚度又降低模具使用过程中变形的可能性。

附图说明

图1是根据本发明实施例提供的纵环带加强形式复合材料舱段成型模具的结构示意图。

图2是根据本发明实施例提供的加强环形槽的结构示意图。

图3是根据本发明实施例提供的凸台特征的结构示意图。

图4是根据本发明实施例提供的口框特征的结构示意图。

图5是根据本发明实施例提供的纵环带加强形式复合材料舱段成型方法的流程图。

其中的附图标记包括：芯模1、分瓣阳模2、外阴模3、口框压制工装4、上端框压环5、下端框压环6、底座7、加强环形槽8、口框特征9、凸台特征10。

具体实施方式

在下文中，将参考附图描述本发明的实施例。在下面的描述中，相同的模块使用相同的附图标记表示。在相同的附图标记的情况下，它们的名称和功能也相同。因此，将不重复其详细描述。

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，而不构成对本发明的限制。

图1示出了本发明实施例提供的纵环带加强形式复合材料舱段成型模具的结构。

如图1所示，本发明实施例提供的纵环带加强形式复合材料舱段成型模具，包括芯模1、分瓣阳模2、外阴模3、口框压制工装4、上端框压环5、下端框压环6和底座7，芯模1置于成型模具的中心并固定在底座8上，分瓣阳模2包裹在芯模1的外壁上，在分瓣阳模2上沿着纵向和环向开设有加强环形槽8，口框压制工装4安装在分瓣阳模2的外侧，上端框压环5水平固定在芯模1的上端面上，下端框压环6水平固定在芯模1的底面上，外阴模3包覆在分瓣阳模2的外壁上。在上端框压环5上形成凸台特征10。芯模1与外阴模3的材料为钢材。分瓣阳模2的材料为铝合金。

本发明提供的实施例中，可以在上端框压环5、下端框压环6、外阴模3以及口框压制工装4开设定位销和与其配合的定位销孔，定位销用于固定上端框压环5、下端框压环6、外阴模3以及口框压制工装4的相对位置，其中，在上端框压环5、下端框压环6和芯模1之间可以分别开设定位销与定位销孔，在上端框压环5、下端框压环6和芯模1之间开设连接孔，并通过螺栓连接施加扭矩，以实现对复合材料舱段的加压。

图2示出了本发明实施例提供的加强环形槽的结构。

如图2所示，加强环形槽8在成型模具的环向与纵向均匀分布，加强环形槽8的倾斜角度在0～10°，以保证在铺放预浸料时表面应连续光滑。

图3示出了本发明实施例提供的凸台特征的结构。

如图3所示，上端框压环5形成的凸台特征10，凸台特征10可直接固化压制，以便于在使用成型模具对产品进行预加压时，用上端框压环5重点对凸台特征10处进行压制成型，有利于进一步压实预浸料并且同时根据压实情况进行修整。

图4示出了本发明实施例提供的口框特征的结构。

如图4所示，口框压制工装4可直接固化压制，在舱体柱段呈现口框特征9。

图5示出了本发明实施例提供的纵环带加强形式复合材料舱段成型方法的流程。

如图5所示，本发明实施例提供的纵环带加强形式复合材料舱段成型方法，包括以下步骤：

S1、制作成型模具。

S2、制作预浸料并将预浸料使用下料机器裁剪成样板料；

S3、将预浸料铺放在所述分瓣阳模2上对应的加强环形槽8处、口框压制工装4、成型模具的上、下端框处。

S4、使用预浸料铺放蒙皮，90°层使用布带缠绕胶将单向窄带预浸料缠绕在产品上，其余层采用手工铺放的方式，在铺放过程中，每层铺放10层后进行抽真空一次，以便实现多余的树脂挥发并更利于预浸料的压实。

S41、单向窄带预浸料铺放完成后，使用口框压制工装4对口框特征9压制，压制后使用塑料薄膜包裹，包裹后使用成型模具进行预加压；与此同时，使用上端框压环5对凸台特征10进行压制；

S42、在蒙皮铺放完成后，使用口框压制工装4对口框特征9再次压制，压制后使用塑料薄膜包裹，包裹后使用成型模具再次进行预加压，以便于进一步压实预浸料并且根据压实情况进行修整。

S5、预浸料铺放完成后，对加强环形槽8处、口框压制工装4、成型模具的上、下端框处以及蒙皮处压制成型。

S6、将成型模具合模，放入固化炉高温固化处理；在合模过程中，控制成型模具合模缝隙，精准控制产品尺寸和位置精度，达到要求后入炉固化；固化温度为120～190℃，固化时间为7～8h，固化时升温速率1.5～2℃/min。

S7、拆除成型模具，得到纵环向加强形式碳纤维预浸料舱段。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

以上本发明的具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何根据本发明的技术构思所作出的各种其他相应的改变与变形，均应包含在本发明权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种纵环带加强形式复合材料舱段成型模具，其特征在于，包括芯模(1)、分瓣阳模(2)、外阴模(3)、口框压制工装(4)、上端框压环(5)、下端框压环(6)和底座(7)，所述芯模(1)置于成型模具的中心并固定在所述底座(7)上，所述分瓣阳模(2)包裹在所述芯模(1)的外壁上，在所述分瓣阳模(2)上沿着纵向和环向开设有加强环形槽(8)，所述用于在舱段表面压制出口框特征(9)的口框压制工装(4)安装在分瓣阳模(2)的外侧，所述上端框压环(5)水平固定在芯模(1)的上端面上，所述下端框压环(6)水平固定在所述芯模(1)的底面上，所述外阴模(3)包覆在所述分瓣阳模(2)的外壁上。

2.如权利要求1所述的纵环带加强形式复合材料舱段成型模具，其特征在于，在所述上端框压环(5)上形成凸台特征(10)。

3.如权利要求1所述的纵环带加强形式复合材料舱段成型模具，其特征在于，所述芯模(1)与所述外阴模(3)的材料为钢材。

4.如权利要求1所述的纵环带加强形式复合材料舱段成型模具，其特征在于，所述分瓣阳模(2)的材料为铝合金。

5.如权利要求1所述的纵环带加强形式复合材料舱段成型模具，其特征在于，在所述上端框压环(5)、所述下端框压环(6)、所述外阴模(3)以及所述口框压制工装(4)上开设定位销和定位销孔，所述定位销和所述定位销孔用于固定上端框压环(5)、所述下端框压环(6)、所述外阴模(3)以及所述口框压制工装(4)的相对位置。

6.如权利要求1所述的纵环带加强形式复合材料舱段成型模具，其特征在于，在所述上端框压环(5)、所述下端框压环(6)、所述外阴模(3)、所述口框压制工装(4)与芯模(1)之间分别开设连接孔，所述连接孔与螺栓配合，通过所述螺栓对所述上端框压环(5)、所述下端框压环(6)、所述外阴模(3)、所述口框压制工装(4)与芯模(1)之间施加扭矩。

7.一种利用如权利要求1～6中的任一项所述的纵环带加强形式复合材料舱段成型模具实现的纵环带加强形式复合材料舱段成型方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、制作所述成型模具；

S2、制作预浸料并将预浸料使用下料机器裁剪成样板料；

S3、将所述样板料铺放在所述分瓣阳模(2)上对应的所述加强环形槽(8)处、所述口框压制工装(4)、成型模具的上、下端框处；

S4、使用预浸料铺放蒙皮90°层并使用布带缠绕胶将单向窄带预浸料缠绕在产品上，其余层采用手工铺放的方式；

S5、所述预浸料铺放完成后，对所述加强环形槽(8)处、所述口框压制工装(4)、成型模具的上、下端框处以及蒙皮处压制成型；

S6、将所述成型模具合模，放入固化炉高温固化处理；

S7、拆除所述成型模具。

8.如权利要求4所述的纵环带加强形式复合材料舱段成型方法，其特征在于，所述单向窄带宽度范围为5～15毫米。

9.如权利要求7所述的纵环带加强形式复合材料舱段成型方法，其特征在于，设置固化制度：温度为120～190℃，固化时间为7～8小时，固化时升温速率1.5～2℃/min。

10.如权利要求7所述的纵环带加强形式复合材料舱段成型方法，其特征在于，步骤S4还包括：

S41、所述单向窄带预浸料铺放完成后，使用所述口框压制工装(4)对所述口框特征(9)压制，压制后使用塑料薄膜包裹，包裹后使用所述成型模具进行预加压；与此同时，使用所述上端框压环(5)对所述凸台特征(10)进行压制；

S42、在所述蒙皮铺放完成后，使用所述口框压制工装(4)对所述口框特征(9)再次压制，压制后使用塑料薄膜包裹，包裹后使用所述成型模具再次进行预加压。

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