CN116787809A - 一体化复合材料加筋壁板压缩试验件成型方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一体化复合材料加筋壁板压缩试验件成型方法，属于复合材料成型技术领域。本发明通过研制铺叠、固化及翻转组合工装，保证了两相邻加强筋及其间蒙皮的连续铺叠，多个筋条与蒙皮的一体化制造；同时一套工装可制造多尺寸或加强筋数量的一体化加筋壁板，大幅减少了工装数量，降低了制造成本。本发明设计的工装形式通用性强，适用于多尺寸加筋壁板压缩试验件，同时该方法能推广到大尺寸一体化复合材料加筋壁板中。

Description

一体化复合材料加筋壁板压缩试验件成型方法
技术领域
本发明属于复合材料成型技术领域，涉及一体化复合材料加筋壁板压缩试验件成型方法。
背景技术
复合材料构件在正式定型装机前，均需要事先评估新结构或新材料的性能。这个证实复合材料构件结构性能与耐久性的过程，包含一个复杂的试验和分析矩阵。目前，飞机设计业通常采用“积木式”方法来完成分析与相关实验，即从小试样开始，经过结构元件、组合件、部件，最后达到完整的全尺寸件。采用“积木式”方法验证的主要目的，就是满足所有技术、试行规章和用户要求的同时，降低研发计划的费用、周期及风险。
复合材料加筋壁板属于组合件中的一类主要试验件，主要被用于测定新结构或新材料的压缩强度及损伤容限等重要性能的试验件。目前，制作该类试验件时，每一个结构形式或不同尺寸，均需配一套专用工装，导致产生非常高的制造成本，同时，工装存放成本也较高。随着设计理念的发展，对复合材料制件一体化化结构的需求越来越高。一体化结构复合材料加筋壁板在装机使用前，必然需要制造对应的压缩试验件。
发明内容
为了解决现有技术中的上述问题，本发明提供了一种一体化复合材料加筋壁板压缩试验件成型方法，通过研制铺叠、固化及翻转组合工装，保证了两相邻加强筋及其间蒙皮的连续铺叠，多个筋条与蒙皮的一体化制造；同时一套工装可制造多尺寸或加强筋数量的一体化加筋壁板，大幅减少了工装数量，降低了制造成本。
本发明的技术方案如下：
一体化复合材料加筋壁板压缩试验件成型方法，所述一体化复合材料加筋壁板压缩试验件由若干加强筋与蒙皮组成，相邻加强筋与其间蒙皮铺层连续，整体共固化成型。该方法包括以下步骤：
步骤1，在加强筋成型工装上铺叠加强筋及加强筋之间蒙皮(下文中简称为加强筋组合)。每个加强筋成型工装可铺叠两个加强筋间的蒙皮及两加强筋各自的1/2铺层。
所述加强筋成型工装包括加强筋成型模1、减重槽2、盖板3、固定螺栓4、定位销孔5和吊环6。其中，加强筋成型模1的两端头设计为异型，其与壁板成型模上的限位槽匹配，便于后期定位。
所述加强筋成型模1的非工作面开有若干个不连续的减重槽2，用于减轻工装整体重量；在固化时用盖板3覆盖在减重槽2上并用固定螺栓4将加强筋成型模1与盖板3连接。在加强筋成型模1未挖减重槽端头，设有定位销孔5，用于组合时定位及固定。加强筋成型模1两端安装有吊环6。
步骤2，将完成铺叠的加强筋成型模1放进热压罐中进行热压实后，依次摆放在翻转型架上，并进行固定。
所述翻转型架为普通钢制成，包括底座7、翻转装置8和翻转组合框架9。所述底座7为框架结构，由支架10、连接平台11、脚轮12、固定器13和置物盒14组成。其中，支架10由两三角架通过一横梁连接而成，两三角架顶端通过连接平台11与翻转装置8连接。三角架的底部连接有脚轮12，用于翻转型架的周转。置物盒14置于三角架上，用于存放定位销及螺栓等配件。
所述固定器13用于将翻转型架固定在地面，包括固定套15、旋进杆16、旋进把手17和固定片18。其中，固定套15连接在支架10的三角架上，旋进杆16通过螺纹连接在固定套15的通孔中；旋进杆16上端的通孔中插有旋进把手17，下端与固定片18连接。所述旋进把手17能沿轴线移动，避免使用时与支架干涉；所述固定片18为普通钢材质，表面包覆耐磨橡胶，防止损伤地面。
所述翻转装置8包括主翻转装置和辅助翻转装置。所述主翻转装置包括翻转把手19、传动器20、传动轴21、连接盘22、连接轴23、卡箍架24和限位销25。转动翻转把手19，通过传动器20使传动轴21转动，传动轴21通过一连接盘22带动连接轴23，连接轴23末端与另一连接盘22连接，末端的连接盘22与翻转组合框架9上的连接盘22匹配组合使用。卡箍架24用于支撑连接轴23，限位销25将连接轴23固定在卡箍架24上，使翻转组合框架9固定在某一角度，保证其操作时的稳定性。
所述辅助翻转装置的结构与主翻转装置相似，但无翻转把手19、传动器20和传动轴21。辅助翻转装置起到支撑、限位及辅助翻转的功能。
所述翻转组合框架9包括支撑架26、连接平板27、限位块28、夹紧器29、定位器30、辅助定位器31和连接盘22。其中，支撑架26为整体框架结构，支撑架26上设置连接平板27，连接平板27在设定位置预留若干销孔及螺栓孔，用于与加强筋成型模定位及连接时插定位销及安装螺栓时使用。限位块28位于连接平板27一侧，用于限定加强筋成型模1初始位置，同时保证在使用夹紧器29夹紧加强筋成型模1时，加强筋成型模1不会从连接平板27上脱落。定位器30和辅助定位器31设于支撑架26侧面；定位器30最上端有凸起圆锥，用于翻转后整体组合时定位配合使用；辅助定位器31最上端为平面，在定位组合时，起支撑及辅助定位作用。支撑架26两端均固定有连接盘22，连接盘22与翻转装置8中的连接盘连接，从而将翻转组合框架9固定在翻转装置8之间。
步骤3，在壁板成型模上进行蒙皮的铺叠。
所述壁板成型模包括框架32、面板33、限位槽34、定位台35和快卸轮组件36。
所述框架32为INVAR材料，为纵横结构，其上开有若干个孔洞，保证结构强度的条件下，降低工装整体重量，同时为工装固化时的热传递提供便利条件。面板33焊接在框架32顶部，其上两端设置若干个限位槽34，用于与加强筋成型模1的定位。定位台35位于面板33两侧，有两种形式，一种有定位孔，与定位器30配合使用；另一种无孔，与辅助定位器31配合使用。
快卸轮组件36包括固定筒37、快卸螺栓38、快卸把手39、支撑件40、连接台41、脚轮12、滚轮限制块42和滚轮固定器43。其中，固定筒37用于与框架32连接，同时为快卸螺栓38、快卸把手39及支撑件40提供连接。拧下快卸螺栓38，将快卸把手39向上抬起超过快卸螺栓38连接孔位置，支撑件40即可与固定筒37整体脱离。支撑件40通过连接台41与脚轮12连接。滚轮限制块42为C形，其C形内径深度大于脚轮12宽度，C形开口宽度小于脚轮12直径。滚轮限制块42上设有滚轮固定器43，滚轮固定器43底部为吸盘，通过拧动滚轮固定器43使滚轮限制块42固定在地面或自由移动。
步骤4，将翻转组合框架9翻转，用吊装工具将其吊至壁板成型模上方。通过定位器30、辅助定位器31及定位台35进行组合。组合完成后，需将最左侧及最右侧的加强筋未铺叠的1/2的铺层及蒙皮进行铺叠。
步骤5，保留紧靠限位块28的加强筋成型模1，取下与其相邻的加强筋成型模1，依此次序间隔取下加强筋成型模1，并将其与盖板3用固定螺栓4连接。
步骤6，将试验件及工装放入热压罐中进行固化，完成固化后脱模进行外形加工。
本发明的有益效果：本发明提供了一体化复合材料加筋壁板压缩试验件成型方法，能够保证两相邻筋条及其间蒙皮的铺层连续，用于T型、J形等不同构型及数量的加筋壁板成型。本发明设计的工装形式通用性强，适用于多尺寸加筋壁板压缩试验件，同时该方法能推广到大尺寸一体化复合材料加筋壁板中。
附图说明
图1为加强筋成型工装示意图。
图2为翻转型架示意图。
图3为固定器示意图。
图4为主翻转装置示意图。
图5为翻转组合框架示意图。
图6为壁板成型模示意图。
图7为快卸轮组件示意图。
图中：1加强筋成型模；2减重槽；3盖板；4固定螺栓；5定位销孔；6吊环；7底座；8翻转装置；9翻转组合框架；10支架；11连接平台；12脚轮；13固定器；14置物盒；15固定套；16旋进杆；17旋进把手；18固定片；19翻转把手；20传动器；21传动轴；22连接盘；23连接轴；24卡箍架；25限位销；26支撑架；27连接平板；28限位块；29夹紧器；30定位器；31辅助定位器；32框架；33面板；34限位槽；35定位台；36快卸轮组件；37固定筒；38快卸螺栓；39快卸把手；40支撑件；41连接台；42滚轮限制块；43滚轮固定器。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面将结合附图对本发明的具体实施方式进行详细的描述。
一体化复合材料加筋壁板压缩试验件成型方法，包括以下步骤：
步骤1.工装准备
将加强筋成型工装及壁板成型模的工作面用工业丙酮进行擦拭，直至用白色抹布擦拭其上无污渍。擦拭完毕后放入热压罐或烘箱内，120℃±5℃条件下放置不少于60min。取出后，涂抹脱模剂。涂抹及放置方法按所用脱模剂的使用说明。
步骤2.预浸料铺叠
在加强筋成型模1及面板33上进行碳纤维预浸料的铺叠。铺叠过程中，单向带纤维方向公差为±1.5°。相同铺层角度的铺层在同一位置拼接时必须相隔三层以上，在三层以内相同铺层角度的铺层拼接时，拼缝间隔应不小于100mm。拼缝允许对接，对接宽度公差为+0.1mm。铺叠时，应拧紧滚轮固定器43，用滚轮限制块42使脚轮12不能移动，使壁板成型模位置固定。
步骤3.热压实
在面板33上封装铺叠好的蒙皮坯料，将每个加强筋成型模1上将铺叠好的加强筋组合坯料分别进行封装。全部放入热压罐内，在0.6MPa压力、60℃±5℃条件下放置20-30min。
步骤4.加强筋组合翻转
将加强筋成型模1放置在连接平板27上，紧靠限位块28，然后将所有加强筋成型模1依次放置，转动夹紧器29，夹紧所有加强筋成型模1。转动翻转把手19，带动翻转组合框架9整体翻转180°。用定位销将加强筋成型模1与连接平板27相对位置明确后，用螺栓进行连接。定位销确定位置时，可适当调节夹紧器29，调整加强筋成型模1相对位置。
步骤5.加强筋与蒙皮组合
用吊装装置连接翻转组合框架9上的吊环6后，将翻转组合框架9与翻转装置8上的连接盘22上的连接螺栓拆除。用吊装装置将翻转组合框架9吊至壁板成型模上方，将定位器30、辅助定位器31与定位台35对合，确定位置后，将连接平板27上全部的定位销拔出，连接螺栓拧下。将翻转组合框架9吊走。
步骤6.预浸料铺叠
最左侧及最右侧的加强筋仅铺叠了1/2的铺层，需在此时将剩余的1/2铺层及连续的蒙皮进行铺叠。铺叠要求同步骤2。
步骤7.取下部分加强筋成型模1
紧靠限位块28的加强筋成型模1序号为1，向另一侧顺序排号。取下所有序号为偶数的加强筋成型模1。
步骤8.连接盖板3
将保留的奇数序号的加强筋成型模1与盖板3用固定螺栓4连接在一起。
步骤9.封装固化
用真空袋及辅助材料进行真空封装，拧下快卸螺栓38，抬起快卸把手39，取下支撑件40。将壁板成型模转移至热压罐内进行固化。
步骤10.脱模
将加强筋成型模1卸下，对1号加强筋进行标识。
步骤11.外形铣切
以1号加强筋为基准，标识出理论外形线进行外形加工。

Claims (5)

1.一体化复合材料加筋壁板压缩试验件成型方法，其特征在于，该一体化复合材料加筋壁板压缩试验件由若干加强筋与蒙皮组成，相邻加强筋与其间蒙皮铺层连续，整体共固化成型；该方法包括以下步骤：
步骤1，在加强筋成型工装上铺叠加强筋组合，即加强筋及加强筋之间蒙皮；每个加强筋成型工装铺叠两个加强筋间的蒙皮及两加强筋各自的1/2铺层；
步骤2，将完成铺叠的加强筋成型模进行热压实，然后依次摆放在翻转型架的翻转组合框架上，并进行固定；
步骤3，在壁板成型模上进行蒙皮的铺叠；
步骤4将翻转组合框架翻转，用吊装工具将其吊至壁板成型模上方，将加强筋与蒙皮组合；组合完成后，需将最左侧及最右侧的加强筋未铺叠的1/2的铺层及蒙皮进行铺叠；
步骤5，保留紧靠翻转组合框架上限位块的加强筋成型模，取下与其相邻的加强筋成型模，依此次序间隔取下加强筋成型模，并将其与盖板连接；
步骤6，将试验件及工装进行固化，完成固化后脱模进行外形加工。
2.根据权利要求1所述的一体化复合材料加筋壁板压缩试验件成型方法，其特征在于，步骤1中，所述的加强筋成型工装包括加强筋成型模(1)、减重槽(2)、盖板(3)、固定螺栓(4)、定位销孔(5)和吊环(6)；其中，加强筋成型模(1)的两端头设计为异型，其与壁板成型模上的限位槽匹配，便于后期定位；
所述加强筋成型模(1)的非工作面开有若干个不连续的减重槽(2)，用于减轻工装整体重量；在固化时用盖板3覆盖在减重槽(2)上并用固定螺栓(4)将加强筋成型模(1)与盖板(3)连接；在加强筋成型模(1)未挖减重槽端头，设有定位销孔(5)，用于组合时定位及固定；加强筋成型模(1)两端安装有吊环(6)。
3.根据权利要求1或2所述的一体化复合材料加筋壁板压缩试验件成型方法，其特征在于，步骤2中，所述翻转型架包括底座(7)、翻转装置(8)和翻转组合框架(9)；
所述底座(7)为框架结构，由支架(10)、连接平台(11)、脚轮(12)、固定器(13)和置物盒(14)组成；其中，支架(10)由两三角架通过一横梁连接而成，两三角架顶端通过连接平台(11)与翻转装置(8)连接；三角架的底部连接有脚轮(12)；置物盒(14)置于三角架上；
所述固定器(13)用于将翻转型架固定在地面，包括固定套(15)、旋进杆(16)、旋进把手(17)和固定片(18)；其中，固定套(15)连接在支架(10)的三角架上，旋进杆(16)通过螺纹连接在固定套(15)的通孔中；旋进杆(16)上端的通孔中插有旋进把手(17)，下端与固定片(18)连接；所述旋进把手(17)能沿轴线移动，避免使用时与支架干涉；
所述翻转装置(8)包括主翻转装置和辅助翻转装置；所述主翻转装置包括翻转把手(19)、传动器(20)、传动轴(21)、连接盘(22)、连接轴(23)、卡箍架(24)和限位销(25)；转动翻转把手(19)，通过传动器(20)使传动轴(21)转动，传动轴(21)通过一连接盘(22)带动连接轴(23)，连接轴(23)末端与另一连接盘(22)连接，末端的连接盘(22)与翻转组合框架(9)上的连接盘匹配组合使用；卡箍架(24)用于支撑连接轴(23)，限位销(25)将连接轴(23)固定在卡箍架(24)上，使翻转组合框架固定在某一角度，保证其操作时的稳定性；
所述辅助翻转装置的结构与主翻转装置的区别在于无翻转把手(19)、传动器(20)和传动轴(21)，辅助翻转装置起到支撑、限位及辅助翻转的功能；
所述翻转组合框架(9)包括支撑架(26)、连接平板(27)、限位块(28)、夹紧器(29)、定位器(30)、辅助定位器(31)和连接盘(22)；其中，支撑架(26)为整体框架结构，支撑架(26)上设置连接平板(27)；限位块(28)位于连接平板(27)一侧，用于限定加强筋成型模初始位置，同时保证在使用夹紧器(29)夹紧加强筋成型模时，加强筋成型模不会从连接平板(27)上脱落；定位器(30)和辅助定位器(31)设于支撑架(26)侧面；定位器(30)最上端有凸起圆锥，用于翻转后整体组合时定位配合使用；辅助定位器(31)最上端为平面，在定位组合时，起支撑及辅助定位作用；支撑架(26)两端均固定有连接盘(22)，连接盘(22)与翻转装置(8)中的连接盘连接，从而将翻转组合框架(9)固定在翻转装置(8)之间。
4.根据权利要求1或2所述的一体化复合材料加筋壁板压缩试验件成型方法，其特征在于，步骤3中，所述壁板成型模包括框架(32)、面板(33)、限位槽(34)、定位台(35)和快卸轮组件(36)；
所述框架(32)为纵横结构，面板(33)焊接在框架(32)顶部，其上两端设置若干个限位槽(34)，用于与加强筋成型模的定位；定位台(35)位于面板(33)两侧，有两种形式，一种有定位孔，与定位器(30)配合使用；另一种无孔，与辅助定位器(31)配合使用；
所述快卸轮组件(36)包括固定筒(37)、快卸螺栓(38)、快卸把手(39)、支撑件(40)、连接台(41)、脚轮(12)、滚轮限制块(42)和滚轮固定器(43)；其中，固定筒(37)用于与框架(32)连接，同时为快卸螺栓(38)、快卸把手(39)及支撑件(40)提供连接；拧下快卸螺栓(38)，将快卸把手(39)向上抬起超过快卸螺栓(38)连接孔位置，支撑件(40)即可与固定筒(37)整体脱离；支撑件(40)通过连接台(41)与脚轮(12)连接；滚轮限制块(42)为C形，其C形内径深度大于脚轮(12)宽度，C形开口宽度小于脚轮(12)直径；滚轮限制块(42)上设有滚轮固定器(43)，滚轮固定器(43)底部为吸盘，通过拧动滚轮固定器(43)使滚轮限制块(42)固定在地面或自由移动。
5.根据权利要求3所述的一体化复合材料加筋壁板压缩试验件成型方法，其特征在于，步骤3中，所述壁板成型模包括框架(32)、面板(33)、限位槽(34)、定位台(35)和快卸轮组件(36)；
所述框架(32)为纵横结构，面板(33)焊接在框架(32)顶部，其上两端设置若干个限位槽(34)，用于与加强筋成型模的定位；定位台(35)位于面板(33)两侧，有两种形式，一种有定位孔，与定位器(30)配合使用；另一种无孔，与辅助定位器(31)配合使用；
所述快卸轮组件(36)包括固定筒(37)、快卸螺栓(38)、快卸把手(39)、支撑件(40)、连接台(41)、脚轮(12)、滚轮限制块(42)和滚轮固定器(43)；其中，固定筒(37)用于与框架(32)连接，同时为快卸螺栓(38)、快卸把手(39)及支撑件(40)提供连接；拧下快卸螺栓(38)，将快卸把手(39)向上抬起超过快卸螺栓(38)连接孔位置，支撑件(40)即可与固定筒(37)整体脱离；支撑件(40)通过连接台(41)与脚轮(12)连接；滚轮限制块(42)为C形，其C形内径深度大于脚轮(12)宽度，C形开口宽度小于脚轮(12)直径；滚轮限制块(42)上设有滚轮固定器(43)，滚轮固定器(43)底部为吸盘，通过拧动滚轮固定器(43)使滚轮限制块(42)固定在地面或自由移动。
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