CN116176025A - 筒型橡胶夹芯软模辅助变截面复合材料地板梁的制造方法 - Google Patents

Abstract

筒型橡胶夹芯软模辅助变截面复合材料地板梁的制造方法，属于复合材料成型技术领域。包括以下步骤：S1.制作整体筒型橡胶夹芯软模；S2.定制中空金属芯模；S3.制备工型地板梁预成型体；S4.将下缘条与工型地板梁预成型体组合；S5.将筒型橡胶夹芯软模和中空金属芯模放置在预成型C型梁的槽口内；S6.完成上盖板模具与下盖板模具的模具组合；S7.对管状真空袋抽真空与固化整个装置；S8.脱模得到变截面工型地板梁。本发明的筒型橡胶夹芯软模适用于各种尺寸和型面的变截面工型地板梁制造，而且能够提高制造效率和材料利用率，降低单件制造成本。本发明可以保证变截面工型地板梁固化时各向压力均匀一致，尤其可保证变截面处零件质量。

Description

筒型橡胶夹芯软模辅助变截面复合材料地板梁的制造方法

技术领域

本发明属于复合材料成型技术领域，具体涉及一种筒型橡胶夹芯软模辅助变截面复合材料地板梁的制造方法。

背景技术

民用飞机机身地板梁数量大、结构相似，金属地板梁具有重量大、能耗高、易腐蚀和耐疲劳性能差等缺点，复合材料具有比强度和比模量高、可设计性强、易于整体成型、耐腐蚀和质轻等优异特性，采用复合材料制备地板梁成为新一代民用飞机的优先选择。

目前常用的复合材料地板梁为“工型”，对外形和成型质量要求较高。目前固化时常用的是金属模具，但其具有与特征区的料片配合差，固化压力传递不均，而导致零件出现厚度超差、内部分层、孔隙率超差等质量缺陷。另外，金属模具与制件之间非开敞，固化时易导致零件温度均匀性差，且脱模困难，需要采用强制措施(如撬、拉、拔)脱模，不仅导致模具变形还易使零件产生分层缺陷，降低模具的使用寿命和零件合格率。另一种成型方法是采用浇筑工艺制备一体式方形硅胶替换金属芯模，利用硅胶芯模受热膨胀加压，使工字梁在硫化成型过程中各向同时受压；但该方案中硅胶芯模非开敞，零件固化过程中依然具有温均性差的问题，依靠硅胶膨胀加压易出现零件加压不充分的问题，且存在硅胶用材多、制造效率和材料利用率低的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种筒型橡胶夹芯软模辅助变截面复合材料地板梁的制造方法，可以保证固化过程中压力传递一致性，且脱模方便，夹芯层使橡胶软模具备一定的刚度，能在一定程度上保证零件的型面。

本发明所采取的技术方案是：筒型橡胶夹芯软模辅助变截面复合材料地板梁的制造方法，包括以下步骤：

S1.制作整体筒型橡胶夹芯软模，通过筒型橡胶夹芯软模外型面控制变截面工型地板梁内型面；

S2.定制中空金属芯模，能够在预成型C型梁固化时提供支撑力；

S3.制备工型地板梁预成型体；

S4.将下缘条与工型地板梁预成型体组合；

S5.将筒型橡胶夹芯软模和中空金属芯模放置在预成型C型梁的槽口内；

S6.完成上盖板模具与下盖板模具的模具组合；

S7.对筒型橡胶夹芯软模空腔中管状真空袋抽真空与固化整个装置；

S8.脱模得到变截面工型地板梁。

本发明与现有技术相比具有以下有益效果：

1.本发明的筒型橡胶夹芯软模适用于各种尺寸和型面的变截面工型地板梁制造，可根据不同厚度和型面的变截面工型地板梁所需要的尺寸、刚度进行型面和铺层设计(通过改变夹芯层结构形式调整软模的刚度)，定制夹芯层结构保证零件型面，而且可形成多个封闭空腔一次固化成型多根“工型”梁，提高制造效率和材料利用率，降低单件制造成本。

2.本发明采用整体筒型橡胶夹芯软模，可以保证变截面工型地板梁固化时各向压力均匀一致，尤其可保证变截面处零件质量；在圆角处取消夹芯层铺贴，可以保证零件圆角区内部质量；通过设计碳纤维夹芯层铺层数调整软模刚度，保证零件型面；筒型橡胶夹芯软模采用模具单独成型，表面平整度好，可保证零件表面质量。

附图说明

图1是本发明筒型橡胶夹芯软模示意图；

图2是本发明筒型橡胶夹芯软模成型流程示意图；

图3是本发明中空金属芯模示意图；

图4是本发明平板料片铺贴示意图；

图5是本发明预成型C型梁示意图；

图6是本发明中空金属芯模和筒型橡胶夹芯软模组合示意图；

图7是图6的A部放大图；

图8是本发明模具组装成型示意图；

其中：1、上盖板模具；2、下盖板模具；3、侧边支撑柱；4、软模腹板定位销；5、软模定位板；6、筒型橡胶夹芯软模；7、碳纤维夹芯层；8、软模成型阴模；9、未硫化橡胶层；10、平板铺贴模具；11、平板料片；12、C型梁预成型模具；13、预成型C型梁；14、上缘条；15、下缘条；16、捻子条；17、中空金属芯模；18、金属芯模腹板定位板。

具体实施方式

为了更好地了解本发明的目的、结构及功能，下面结合附图，对本发明的做进一步详细的描述。

参照图1～图8，本发明的一种筒型橡胶夹芯软模辅助变截面复合材料地板梁的制造方法，包括以下步骤：

S1.制作整体筒型橡胶夹芯软模6，通过筒型橡胶夹芯软模6外型面控制变截面工型地板梁内型面；

制作整体筒型橡胶夹芯软模6的方案一、使用橡胶软模成型模具，由组合式阴模和阳模组成，通过注塑成型筒型橡胶夹芯软模6。

方案二、具体步骤为：

S11.将厚度为1.5mm的未硫化橡胶层9在软模成型阴模8中手工铺叠，进行真空压实；

S12.在未硫化橡胶层9上，继续铺叠碳纤维夹芯层7，碳纤维夹芯层7共铺贴4层，进行真空压实；通过设计碳纤维夹芯层铺层数调整软模刚度，保证零件型面；

S13.在未硫化橡胶层9和碳纤维夹芯层7上，继续铺叠一层未硫化橡胶层9，并采用真空袋压实；

S14.按照步骤S11～S13，再铺叠一套夹芯橡胶软模；

S15.将铺叠好的两套夹芯橡胶软模及成型模具翻转，合模，封装，进罐固化，脱模后得到整体筒型橡胶夹芯软模6。其中的固化参数：以0-0.5MPa/min的加压速率加压至4-8MPa后，开始以1-3℃/min的升温速率升温至180-200℃，并恒温固化9-12h后，以0-3℃/min的速率降温至40-60℃，出罐脱模即可得到筒型橡胶夹芯软模6。

在上述步骤中，真空压实的真空度-0.07MPa，压实时间6min；

碳纤维夹芯层7采用在长度上连续，在构形上分段的形式；在筒型橡胶夹芯软模6圆角处取消夹碳纤维夹芯层7铺贴，可以保证零件圆角区内部质量；

筒型橡胶夹芯软模6与平板料片11等长；

筒型橡胶夹芯软模6成型流程示意图，如图2所示。

筒型橡胶夹芯软模6外侧面上各放置一层无孔隔离膜，并在筒型橡胶夹芯软模6的空腔内放入管状真空袋，管状真空袋比软模长3mm。

筒型橡胶夹芯软模6组合使用形成多个封闭空腔，可实现单次成型多根工型地板梁。

方案二的模具采用的是组合式C型阴模模具，与方案一中的阴模模具可以为同一模具。

S2.根据工型地板梁变截面特征定制厚度为5mm-12mm的中空金属芯模17，能够在预成型C型梁13固化时提供支撑力，为方便于脱模，中空金属芯模17采用组合式的结构；中空金属芯模17优选铝制、殷瓦钢。如图3所示，

S3.制备工型地板梁预成型体；

S31.采用自动铺带工艺，在平板铺贴模具10上完成平板料片11的铺贴；

自动铺带工艺：采用自动铺带机在铺贴平台(平板铺贴模具10)上进行平板料片11的铺贴，或采用手工铺贴工艺，在平板工装(平板铺贴模具10)上铺贴梁平板料片11。如图4所示，

S32.将平板料片11变为预成型C型梁13，并制造左右两个预成型C型梁13；如图5所示，

利用热隔膜机通过热隔膜工艺将S31中制成的平板料片11在C型梁预成型模具12上热隔膜得到预成型C型梁13，或者直接在预成型模具上手工铺贴为预成型C型梁13；

S32.将左右两个预成型C型梁13组合，在两个组合体的上下凹口处放置捻子条16并预压实，压力为0.04MPa-0.08MPa，得到工型地板梁预成型体；

S33.变截面工型地板梁上缘条14和下缘条15铺贴，上缘条14和下缘条15采用自动铺带或手工铺贴工艺，在上盖板模具1的底面铺贴上缘条14，在下盖板模具2的上表面铺贴下缘条15。如图6、图7所示。

上盖板模具1为碳纤维复合材料、玻纤复合材料或金属。

S4.将下缘条15与工型地板梁预成型体组合；

S41.在下盖板模具2上的两侧边上安装多个侧边支撑柱3，以及在下盖板模具2前边上安装软模腹板定位销4；如果要同时制造多个变截面工型地板梁，则需要在下盖板模具2上安装多个软模腹板定位销4。

S42.将工型地板梁预成型体吊装到下盖板模具2上，通过C型梁预成型模具12上的定位孔与下盖板模具2连接完成工型地板梁预成型体定位以及工型地板梁预成型体与下缘条15组合。如果要同时制造多个变截面工型地板梁，则需要将多个工型地板梁预成型体吊装到下盖板模具2上。

S5.将筒型橡胶夹芯软模6和中空金属芯模17放置在预成型C型梁13的槽口内；如图7所示。

S51.将管状真空袋放入筒型橡胶夹芯软模6中，移除S4中的C型梁预成型模具12，通过软模定位板5与下缘条15上的软模腹板定位销4将筒型橡胶夹芯软模6连接在预成型C型梁13的槽口内；

S52.将中空金属芯模17分别从两端放入管状真空袋中，通过金属芯模腹板定位板18与软模定位板5连接完成中空金属芯模17定位。

S6.完成上盖板模具1与下盖板模具2的模具组合；如图8所示。

将上盖板模具1整体吊装，翻转，与安装在下盖板模具2上的侧边支撑柱3连接，完成变截面工型地板梁上缘条14与预成型C型梁13组合，同时完成上盖板模具1与下盖板模具2的模具组合。

S7.对筒型橡胶夹芯软模6空腔中管状真空袋抽真空与固化整个装置；

使用腻子条把筒型橡胶夹芯软模6空腔中管状真空袋侧部紧贴，再与外部真空袋连通，抽真空；真空度至少达到-0.06～-0.09MPa，稳定15min后关闭真空源，5min内真空度下降不超过0.017MPa，即可进入热压罐固化。

如果制造多个变截面工型地板梁，则将所有管状真空袋连通，抽真空。

S8.脱模得到变截面工型地板梁。

S81.移除上盖板模具1，拆去侧边支撑柱3以及软模腹板定位销4，整体翻转180°后，移除下盖板模具2；

S82.从两端抽出中空金属芯模17，而后抽出筒型橡胶夹芯软模6，脱模完成得到变截面工型地板梁。

可以理解，本发明是通过一些实施例进行描述的，本领域技术人员知悉的，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对这些特征和实施例进行各种改变或等效替换。另外，在本发明的教导下，可以对这些特征和实施例进行修改以适应具体的情况及材料而不会脱离本发明的精神和范围。因此，本发明不受此处所公开的具体实施例的限制，所有落入本申请的权利要求范围内的实施例都属于本发明所保护的范围内。

Claims (10)

1.一种筒型橡胶夹芯软模辅助变截面复合材料地板梁的制造方法，其特征在于：包括以下步骤：

S1.制作整体筒型橡胶夹芯软模(6)，通过筒型橡胶夹芯软模(6)外型面控制变截面工型地板梁内型面；

S2.定制中空金属芯模(17)，能够在预成型C型梁(13)固化时提供支撑力；

S3.制备工型地板梁预成型体；

S4.将下缘条(15)与工型地板梁预成型体组合；

S5.将筒型橡胶夹芯软模(6)和中空金属芯模(17)放置在预成型C型梁(13)的槽口内；

S6.完成上盖板模具(1)与下盖板模具(2)的模具组合；

S7.对筒型橡胶夹芯软模(6)空腔中管状真空袋抽真空与固化整个装置；

S8.脱模得到变截面工型地板梁。

2.根据权利要求1所述的筒型橡胶夹芯软模辅助变截面复合材料地板梁的制造方法，其特征在于：所述S1.制作整体筒型橡胶夹芯软模(6)的具体步骤为，使用橡胶软模成型模具，通过注塑成型筒型橡胶夹芯软模(6)，筒型橡胶夹芯软模(6)组合使用形成多个封闭空腔，能够实现单次成型多根“工型”梁。

3.根据权利要求1所述的筒型橡胶夹芯软模辅助变截面复合材料地板梁的制造方法，其特征在于：所述S1.制作整体筒型橡胶夹芯软模(6)的具体步骤为：

S11.将未硫化橡胶层(9)在软模成型阴模(8)中手工铺叠，进行真空压实；

S12.在未硫化橡胶层(9)上，继续铺叠碳纤维夹芯层(7)，进行真空压实；

S13.在未硫化橡胶层(9)和碳纤维夹芯层(7)上，继续铺叠一层未硫化橡胶层(9)，并采用真空袋压实；

S14.按照步骤S11～S13，再铺叠一套夹芯橡胶软模；

S15.将铺叠好的两套夹芯橡胶软模及成型模具翻转，合模，封装，进罐固化，脱模后得到整体筒型橡胶夹芯软模(6)。

4.根据权利要求3所述的筒型橡胶夹芯软模辅助变截面复合材料地板梁的制造方法，其特征在于：所述碳纤维夹芯层(7)采用在长度上连续，在构形上分段的形式，在筒型橡胶夹芯软模(6)圆角处取消夹碳纤维夹芯层(7)铺贴。

5.根据权利要求1所述的筒型橡胶夹芯软模辅助变截面复合材料地板梁的制造方法，其特征在于：所述S3.制备工型地板梁预成型体的具体步骤为：

S31.采用自动铺带工艺，完成平板料片11的铺贴；

S32.将平板料片(11)变为预成型C型梁(13)，并制造左右两个预成型C型梁(13)；

S32.将左右两个预成型C型梁(13)组合，在两个组合体的上下凹口处放置捻子条(16)，得到工型地板梁预成型体；

S33.在上盖板模具(1)的底面铺贴上缘条(14)，在下盖板模具(2)的上表面铺贴下缘条(15)。

6.根据权利要求5所述的筒型橡胶夹芯软模辅助变截面复合材料地板梁的制造方法，其特征在于：所述S4.将下缘条(15)与工型地板梁预成型体组合的具体步骤为：

S41.在下盖板模具(2)上的两侧边上安装多个侧边支撑柱(3)，以及在下盖板模具(2)前边上安装软模腹板定位销(4)；

S42.将工型地板梁预成型体吊装到下盖板模具(2)上，通过C型梁预成型模具(12)上的定位孔与下盖板模具(2)连接完成工型地板梁预成型体定位以及工型地板梁预成型体与下缘条(15)组合。

7.根据权利要求6所述的筒型橡胶夹芯软模辅助变截面复合材料地板梁的制造方法，其特征在于：所述S5.将筒型橡胶夹芯软模(6)和中空金属芯模(17)放置在预成型C型梁(13)的槽口内的具体步骤为：

S51.将管状真空袋放入筒型橡胶夹芯软模(6)中，移除S4中的C型梁预成型模具(12)，通过软模定位板(5)与软模腹板定位销(4)将筒型橡胶夹芯软模(6)连接在预成型C型梁(13)的槽口内；

S52.将中空金属芯模(17)分别从两端放入管状真空袋中，通过金属芯模腹板定位板(18)与软模定位板(5)连接完成中空金属芯模(17)定位。

8.根据权利要求7所述的筒型橡胶夹芯软模辅助变截面复合材料地板梁的制造方法，其特征在于：所述S6.完成上盖板模具(1)与下盖板模具(2)的模具组合的具体步骤为，将上盖板模具(1)整体吊装，翻转，与安装在下盖板模具(2)上的侧边支撑柱(3)连接，完成上缘条(14)与预成型C型梁(13)组合，同时完成上盖板模具(1)与下盖板模具(2)的模具组合。

9.根据权利要求8所述的筒型橡胶夹芯软模辅助变截面复合材料地板梁的制造方法，其特征在于：所述S7.对筒型橡胶夹芯软模(6)空腔中管状真空袋抽真空与固化整个装置，具体步骤为，使用腻子条把筒型橡胶夹芯软模(6)空腔中管状真空袋侧部紧贴，再与外部真空袋连通，抽真空后进入热压罐固化。

10.根据权利要求9所述的筒型橡胶夹芯软模辅助变截面复合材料地板梁的制造方法，其特征在于：S8.脱模得到变截面工型地板梁的具体步骤为：

S81.移除上盖板模具(1)，拆去侧边支撑柱(3)以及软模腹板定位销(4)，整体翻转180°后，移除下盖板模具(2)；

S82.从两端抽出中空金属芯模(17)，而后抽出筒型橡胶夹芯软模(6)，脱模完成得到变截面工型地板梁。

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