CN116653318B - 一种纵横加筋复杂壁板的一体化成型模具及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及复合材料液体成型技术领域，具体涉及一种纵横加筋复杂壁板的一体化成型模具及方法。该方法包括步骤：依据纵横筋条数量，确定成型模具内的分体芯块的数量，并对每个分体芯块进行纤维铺贴；将纤维铺贴后的每个分体芯块进行组装以形成芯块组合，并在芯块组合上铺贴蒙皮；依次进行模具组装、树脂注射、固化及脱模，得到一体化成型的纵横加筋复杂壁板。该纵横加筋复杂壁板的一体化成型模具及方法的目的是解决现有热压罐工艺成型纵横加筋壁板的装配面成型精度差、筋条与蒙皮精确定位难度高及结构整体性差的问题。

Description

一种纵横加筋复杂壁板的一体化成型模具及方法

技术领域

本发明涉及复合材料液体成型技术领域，具体涉及一种纵横加筋复杂壁板的一体化成型模具及方法。

背景技术

随着复合材料制造技术的提高，先进复合材料在飞机上的应用已经从雷达罩、蒙皮、方向舵等非承力或次承力构件逐步向波纹梁、机翼盒段、地板梁、压力框等主承力构件上推广。作为主要的承力结构件，对其强度刚度有较高的要求，因此其结构一般较为复杂，往往带有较多的纵横加筋、翻边等结构，且其存在装配关系，对制件的制造精度要求较高。这种复杂结构目前主要采用两种成型工艺，其一是胶接共固化，即先固化蒙皮，然后将未固化的筋条与蒙皮胶接共固化成型；其二是二次胶接，将蒙皮和筋条先分别固化，再通过胶膜胶接固化成一个整体。

上述两种成型方式均是采用常规的真空袋热压罐成型工艺，该工艺存在以下缺点：一方面是采用袋压的方式成型纵横加筋壁板结构难以满足制袋面的装配精度要求；另一方面不管是采用胶接共固化或是二次胶接，极难保证筋条与蒙皮的精确定位，并且纵横筋条相互分离，整体性较差；此外，采用上述方式成型，均需要在热压罐中二次固化，带来了更高的制造成本。

因此，发明人提供了一种纵横加筋复杂壁板的一体化成型模具及方法。

发明内容

(1)要解决的技术问题

本发明实施例提供了一种纵横加筋复杂壁板的一体化成型模具及方法，解决了现有热压罐工艺成型纵横加筋壁板的装配面成型精度差、筋条与蒙皮精确定位难度高及结构整体性差的技术问题。

(2)技术方案

本发明的第一方面提供了一种纵横加筋复杂壁板的一体化成型方法，包括以下步骤：

依据纵横筋条数量，确定成型模具内的分体芯块的数量，并对每个所述分体芯块进行纤维铺贴；

将纤维铺贴后的每个所述分体芯块进行组装以形成芯块组合，并在所述芯块组合上铺贴蒙皮；

依次进行模具组装、树脂注射、固化及脱模，得到一体化成型的纵横加筋复杂壁板。

进一步地，所述依据纵横筋条数量，确定成型模具内的分体芯块的数量，并对每个所述分体芯块进行纤维铺贴，具体包括如下步骤：

依据所述纵横筋条的数量，将待成型壁板分成若干部分，且每个部分设计一个铺层组；

根据所述铺层组的数量对成型模具芯块进行设计，每个所述铺层组对应一个所述分体芯块；

在每个所述分体芯块的五面完成相应铺层组的纤维铺贴。

进一步地，所述在每个所述分体芯块的五面完成相应铺层组的纤维铺贴，具体为：

采用与树脂配套的带定型剂的干态纤维对所述分体芯块进行铺贴，在铺贴前对所述分体芯块提前预热。

进一步地，铺贴纤维时，纤维在所述分体芯块的R角处进行剪口。

进一步地，每层纤维的剪口位置交错分布。

进一步地，每个所述分体芯块在纤维铺贴完成后，对其进行热压处理。

进一步地，所述将纤维铺贴后的每个所述分体芯块进行组装以形成芯块组合，并在所述芯块组合上铺贴蒙皮，具体包括如下步骤：

将铺贴好的每个所述分体芯块进行组合，所述分体芯块的四个侧面与相邻的分体芯块进行组合，形成所述纵横筋条；

在所述芯块组合上铺贴所述蒙皮，使所述纵横筋条与所述蒙皮形成纵横加筋复杂壁板预制件。

进一步地，所述蒙皮的铺层与所述芯块组合的铺层对称分布。

本发明的第二方面提供了一种纵横加筋复杂壁板的一体化成型方法的成型模具，包括上模具和下模具，所述上模具与所述下模具扣合连接，所述下模具内设有多个与每个铺层组一一对应的分体芯块以形成纵横加筋壁板上的纵向筋条、横向筋条。

进一步地，成型模具还包括嵌块，多个所述嵌块分别位于所述分体芯块的四周。

(3)有益效果

综上，本发明通过根据纵横筋条数量、筋条厚度、蒙皮厚度、使用纤维的单层厚度确定所需芯块数量、芯块及蒙皮铺层层数，并完成各个芯块的铺贴；将各个芯块组装完成，在芯块底面完成蒙皮的铺贴；然后模具组装、树脂注射、固化及脱模，得到一体化成型纵横加筋壁板，该壁板的型面精确度更高，更有利于装配，采用液态成型工艺，制件研制成本更低。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的一种纵横加筋复杂壁板的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的一种纵横加筋复杂壁板的一体化成型方法的流程示意图；

图3是本发明实施例提供的一种纵横加筋复杂壁板的一体化成型模具的结构示意图；

图4是本发明实施例提供的一种分体芯块的组合结构示意图；

图5是本发明实施例提供的一种纤维铺层的结构示意图；

图6是本发明实施例提供的一种一体化成型模具的下模具主视图；

图7是图6中A-A剖视图；

图8是本发明实施例提供的一种一体化成型模具的下模具左视图；

图9是图8中B-B剖视图。

图中：

1-上模具；2-下模具；3-分体芯块；4-嵌块；5-连接件；100-纵横加筋壁板；101-纵向筋条；102-横向筋条；103-装配区；104-装配孔；105-翻边；106-底面蒙皮；200-纤维铺层；201-芯块纤维铺层；202-组合体纤维铺层；203-底面蒙皮纤维铺层。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的实施方式作进一步详细描述。以下实施例的详细描述和附图用于示例性地说明本发明的原理，但不能用来限制本发明的范围，即本发明不限于所描述的实施例，在不脱离本发明的精神的前提下覆盖了零件、部件和连接方式的任何修改、替换和改进。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参照附图并结合实施例来详细说明本申请。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是本发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，或者是本领域技术人员惯常理解的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

图2是本发明实施例提供的一种纵横加筋复杂壁板的一体化成型方法的流程示意图，如图2所示，该方法可以包括以下步骤：

S100、依据纵横筋条数量，确定成型模具内的分体芯块的数量，并对每个分体芯块进行纤维铺贴；

S200、将纤维铺贴后的每个分体芯块进行组装以形成芯块组合，并在芯块组合上铺贴蒙皮；

S300、依次进行模具组装、树脂注射、固化及脱模，得到一体化成型的纵横加筋复杂壁板。

在上述实施方式中，步骤S100中，根据纵横筋条的数量，将壁板制件分成若干部分[分块数量＝(n纵向+1)*(n横向+1)]，每个部分设计一个铺层组。在该步骤中，为避免制件成型后出现变形，相邻铺层组在设计时纤维铺层角度应保持对称。

步骤S200中，根据铺层组数量对成型模具芯块进行设计，每个铺层组对应一个分体芯块，在每个分体芯块的五面完成相应铺层组的纤维铺贴，空出一个面方便固化后芯块脱出。

在该步骤中，为了保证芯块在制件固化后可以脱模，芯块可以根据筋条拔模角度进一步分块。在进行纤维铺贴时，为避免纤维在上述分体芯块R角处堆料，纤维可在R角处剪口，为避免应力集中，多层纤维剪口位置应错开。

此外，由于纤维较蓬松，为了保证分体芯块3能够组合到位，每个分体芯块3在纤维铺贴完成后，对其进行热压处理，使其尽量接近理论厚度。

将铺贴好的分体芯块3进行组合，分体芯块的四个侧面与其他分体芯块组合，形成纵横的倒“T”形筋条；在组合好的芯块底面铺贴蒙皮铺层，使芯块组成的纵横筋条与底面蒙皮形成一个整体。

在该步骤中，可以根据设计需求，在刚度要求更大的方向上，将分体芯块3组合形成组合体后，在组合体的四侧和底面铺贴纤维，使该方向上的筋条更厚并且连续，从而刚度更大。

为方便将分体芯块组合，在分体芯块不铺贴纤维一面可以设计连接机构。为避免制件固化后变形，底面蒙皮铺层在设计时应与分体芯块底面铺层对称。

此外，可以在组合好的芯块四周增加框形铺层组(装配区103)，将芯块上与框形铺层组相对应那一侧的铺层插到框形铺层组上，使芯块铺层与框形增强铺层组形成一个整体。

步骤S300中，将RTM成型模具上下半模组装，并在模具中注射树脂，按树脂固化工艺完成纵横加筋壁板结构的固化成型。固化完成后，将纵横加筋壁板连同芯块从成型模具中取出，然后依次拔出芯块，完成纵横加筋壁板结构脱模。采用液态成型工艺，制件研制成本更低。

作为一种可选的实施方式，步骤S100中，依据纵横筋条数量，确定成型模具内的分体芯块的数量，并对每个分体芯块进行纤维铺贴，具体包括如下步骤：

S101、依据纵横筋条的数量，将待成型壁板分成若干部分，且每个部分设计一个铺层组；

S102、根据铺层组的数量对成型模具芯块进行设计，每个铺层组对应一个分体芯块；

S103、在每个分体芯块的五面完成相应铺层组的纤维铺贴。

上述给出了分体芯块的设置数量及具体铺贴方式，以便于后续的RTM成型工艺，从而实现纵横加筋壁板的一体化成型。

作为一种可选的实施方式，步骤S103中，在每个分体芯块的五面完成相应铺层组的纤维铺贴，具体为：采用与树脂配套的带定型剂的干态纤维对分体芯块进行铺贴，在铺贴前对分体芯块提前预热。其中，上述给出了分体芯块的各个面的纤维铺层的具体方式，由于分体芯块的五面均要进行纤维铺贴，而干态纤维在棱角处铺敷性差，因此可使用与树脂配套的带定型剂的干态纤维，在铺贴前将分体芯块提前预热，以此来保证纤维的可铺敷性。

作为一种可选的实施方式，步骤S200中，将纤维铺贴后的每个分体芯块进行组装以形成芯块组合，并在芯块组合上铺贴蒙皮，包括如下步骤：

S201、将铺贴好的每个分体芯块进行组合，分体芯块的四个侧面与相邻的分体芯块进行组合，形成纵横筋条；

S202、在芯块组合上铺贴蒙皮，使纵横筋条与蒙皮形成纵横加筋复杂壁板预制件。

上述给出了纵横加筋复杂壁板的具体铺贴方式，以便于后续的RTM成型工艺，从而实现纵横加筋壁板的一体化成型。

图3是本发明实施例提供的一种纵横加筋复杂壁板的一体化的成型模具的结构示意图，如图3所示，该成型模具可以包括上模具1和下模具2，上模具1与下模具2扣合连接，下模具2内设有多个与每个铺层组一一对应的分体芯块3以形成纵横加筋壁板100上的纵向筋条101、横向筋条102。

在上述实施方式中，通过在下模具2的模腔内设置分体芯块3，相邻的两个分体芯块3之间的间隙处通过RTM成型以形成纵横交错的纵向筋条101、横向筋条102，从而实现筋条与蒙皮的一体成型。

作为一种可选的实施方式，如图6-9所示，成型模具还包括嵌块4，多个嵌块4分别位于分体芯块3的四周。其中，为了保证组合后的芯块可以顺利定位在成型模具的下模具2中，在芯块的四周设计有四个楔形的嵌块4，通过拧紧楔形嵌块挤压分体芯块3使其组合到位。

实施例1

采用本发明的RTM(Resin Transfer Molding，树脂传递模塑成型)成型技术，制备如图1所示纵横加筋壁板结构。该制件由两条纵向筋条101、三条横向筋条102、装配区103和翻边105组成，装配区103上卡设有多个装配孔104；其中，翻边105与底面蒙皮夹角呈锐角；并且，沿纵向筋条方向制件刚度要求大，筋条厚度为2mm，横向筋条厚度为1.6mm，“口”字形区域中蒙皮厚度为2mm。采用带定型剂碳纤维织物CF8611(单层厚度0.2mm)/Actech1304环氧树脂完成该制件研制，其具体工艺步骤如下：

(1)制件有两条纵向筋条101和三条横向筋条102，将制件分成(2+1)×(3+1)＝12部分，成型模具需要设计12个分体芯块。

(2)由于翻边105与底面蒙皮106间呈锐角，为方便脱模，分体芯块需要进一步分块，如图4所示；在铺贴前，首先通过连接件5组装好多个分体芯块，完成分体芯块的组装，并将12个分体芯块放置在80℃环境下进行预热；然后在分体芯块上按铺层角度[(0,90)/±45/(0,90)/±45]完成4层带定型剂碳纤维CF8611铺贴，铺贴过程为提高纤维铺敷性，可以使用不超过80℃熨斗对铺贴面进行预热压实。在分体芯块的五个面进行铺贴，空出一面方便脱模，在芯块棱边处为防止纤维多料堆积，可以进行剪口，但多层纤维剪口位置应错开，芯块铺贴完成后在80℃环境下进行热压，使蓬松的纤维尽可能接近理论厚度。

(3)将铺贴好的分体芯块，每4个分体芯块组合在一起形成组合体，通过连接件5在分体芯块的底端面进行连接，如图5所示。然后在组合体五面完成一层(0,90)纤维铺贴(铺贴方式如芯块铺贴)，使纵向筋条更厚并且有连续纤维，从而该方向刚度更好，芯块纤维铺层201及组合体纤维铺层202如图5所示。将三个组合体纤维铺层202铺贴完成后，在80℃环境下进行热压，并将其放置在成型模具的下模具2模腔内，通过拧紧四个楔形的嵌块4挤压对应的分体芯块3使其组合到位。在装配区103按设计铺层完成纤维铺贴，分体芯块在装配区103那侧的纤维铺层可插入到装配区103的铺层中，使结构的整体性更好。最后，完成底面蒙皮纤维铺层203[(0,90)/±45/(0,90)/±45/(0,90)]的铺贴。其中，芯块纤维铺层201、组合体纤维铺层202及底面蒙皮纤维铺层203共同组成纤维铺层200。

(4)将RTM成型模具上下半模组装，如图3所示，按Actech1304环氧树脂工艺参数通过进胶口完成树脂注射和固化，多余树脂从出胶口流出，固化完成后，将纵横加筋壁板连同分体芯块3从成型模具下模中取出，然后依次拔出12个芯块，得到纵横加筋壁板100。

需要明确的是，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同或相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。本发明并不局限于上文所描述并在图中示出的特定步骤和结构。并且，为了简明起见，这里省略对已知方法技术的详细描述。

以上仅为本申请的实施例而已，并不限制于本申请。在不脱离本发明的范围的情况下对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围内。

Claims (6)

1.一种纵横加筋复杂壁板的一体化成型方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

依据纵横筋条数量，确定成型模具内的分体芯块的数量，并对每个所述分体芯块进行纤维铺贴；

将纤维铺贴后的每个所述分体芯块进行组装以形成芯块组合，并在所述芯块组合上铺贴蒙皮；在所述芯块组合的四周增加框形铺层组，将所述芯块组合上与所述框形铺层组相对应一侧的铺层插到所述框形铺层组，使所述芯块组合的铺层与所述框形铺层组形成一个整体；

依次进行模具组装、树脂注射、固化及脱模，得到一体化成型的纵横加筋复杂壁板；

所述将纤维铺贴后的每个所述分体芯块进行组装以形成芯块组合，并在所述芯块组合上铺贴蒙皮，具体包括如下步骤：

将铺贴好的每个所述分体芯块进行组合，所述分体芯块的四个侧面与相邻的分体芯块进行组合，形成所述纵横筋条；

在所述芯块组合上铺贴所述蒙皮，使所述纵横筋条与所述蒙皮形成纵横加筋复杂壁板预制件；

所述蒙皮的铺层与所述芯块组合的铺层对称分布。

2.根据权利要求1所述的纵横加筋复杂壁板的一体化成型方法，其特征在于，所述依据纵横筋条数量，确定成型模具内的分体芯块的数量，并对每个所述分体芯块进行纤维铺贴，具体包括如下步骤：

依据所述纵横筋条的数量，将待成型壁板分成若干部分，且每个部分设计一个铺层组；

根据所述铺层组的数量对成型模具芯块进行设计，每个所述铺层组对应一个所述分体芯块；

在每个所述分体芯块的五面完成相应铺层组的纤维铺贴。

3.根据权利要求2所述的纵横加筋复杂壁板的一体化成型方法，其特征在于，所述在每个所述分体芯块的五面完成相应铺层组的纤维铺贴，具体为：

采用与树脂配套的带定型剂的干态纤维对所述分体芯块进行铺贴，在铺贴前对所述分体芯块提前预热。

4.根据权利要求2所述的纵横加筋复杂壁板的一体化成型方法，其特征在于，铺贴纤维时，纤维在所述分体芯块的R角处进行剪口。

5.根据权利要求4所述的纵横加筋复杂壁板的一体化成型方法，其特征在于，每层纤维的剪口位置交错分布。

6.根据权利要求2所述的纵横加筋复杂壁板的一体化成型方法，其特征在于，每个所述分体芯块在纤维铺贴完成后，对其进行热压处理。