CN116985439B - 大曲率蜂窝芯外缘填充成型方法 - Google Patents

大曲率蜂窝芯外缘填充成型方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种大曲率蜂窝芯外缘填充成型方法,包括以下步骤:蜂窝芯预处理;在蜂窝芯外缘台阶位置设置发泡胶,并在蜂窝芯上表面和下表面铺设胶膜,然后将蜂窝芯在热压罐内进行固化处理;填充层铺叠成型;在铺叠成型工装上按照蜂窝芯外缘轮廓逐层铺叠碳纤维预浸料形成填充层,将填充层进行真空预压处理,得到整体填充层;蜂窝芯填充成型;将固化处理后的蜂窝芯铺放在下蒙皮,将整体填充层配合放置到蜂窝芯外缘位置,对蜂窝芯和整体填充层进行整体预压处理。通过对填充成型工艺步骤进行调整,填充成型时间缩短了几倍,大大提高了蜂窝芯外缘填充成型的效率,并且有效降低了填充层的孔隙率,保证了蜂窝芯材料的填充成型质量。

Description

大曲率蜂窝芯外缘填充成型方法
技术领域
本发明属于复合材料成型技术领域,具体涉及一种大曲率蜂窝芯外缘填充成型方法。
背景技术
蜂窝夹芯复合材料因其高比强度、比模量以及减震降噪效果好的特点,被广泛应用于航空航天领域。为了保证零件的气动外形,零件截面尺寸被设计成流线型结构,在零件边缘位置的厚度很小或为零,但在蜂窝芯材料的应用当中,由于蜂窝芯材料的结构特点,蜂窝芯边缘往往难以加工至0mm,这样就需要根据零件截面外形对蜂窝芯材料的边缘进行填充,以匹配零件截面尺寸。
目前,在蜂窝芯材料的加工过程中,针对蜂窝芯边缘的填充成型通常采用在蜂窝芯边缘台阶处进行组成铺叠的方式进行填充成型,但这种成型方式存在成型周期长、加工成型效率低,且铺叠填充层中空隙率高的问题,难以满足蜂窝芯边缘填充成型的加工要求。特别是针对一些大曲率零件,由于零件边缘不规则,进一步增加了蜂窝芯材料边缘填充成型的难度。
发明内容
本发明的目的在于提供一种大曲率蜂窝芯外缘填充成型方法,解决大曲率蜂窝芯外缘填充成型效率低、填充成型质量难以得到保证的问题。
本发明通过下述技术方案实现:
大曲率蜂窝芯外缘填充成型方法,包括以下步骤:
蜂窝芯预处理;在蜂窝芯外缘台阶位置设置发泡胶,并在蜂窝芯上表面和下表面铺设胶膜,然后将蜂窝芯在热压罐内进行固化处理;
填充层铺叠成型;在铺叠成型工装上按照蜂窝芯外缘轮廓逐层铺叠碳纤维预浸料形成填充层,将填充层进行真空预压处理,得到整体填充层;
蜂窝芯填充成型;将固化处理后的蜂窝芯铺放在下蒙皮,将整体填充层配合放置到蜂窝芯外缘位置,对蜂窝芯和整体填充层进行整体预压处理。
在一些实施例中,在对填充层进行真空预压处理时,控制真空预压处理的真空值在-90kPa以上。
在一些实施例中,在填充层铺叠成型操作中,每铺叠三层碳纤维预浸料,将形成的填充层进行真空预压处理。
在一些实施例中,所述铺叠成型工装包括成型平台和设置在成型平台上的成型基准板,所述成型基准板具有与蜂窝芯外缘轮廓相匹配的基准定位面。
在一些实施例中,在填充层铺叠成型操作中,在成型平台上将碳纤维预浸料进行逐层铺叠,在铺叠时使碳纤维预浸料一侧在成型基准板的基准定位面上进行定位。
在一些实施例中,将蜂窝芯预处理操作与填充层铺叠成型操作同时进行。
在一些实施例中,蜂窝芯预处理操作中,在将蜂窝芯在热压罐内进行固化处理后,对固化稳定后的蜂窝芯外缘进行打磨处理。
在一些实施例中,在蜂窝芯填充成型操作中,对蜂窝芯和整体填充层进行整体预压处理不少于30min。
本发明与现有技术相比,具有以下优点及有益效果:
本发明通过对填充成型工艺步骤进行调整,填充成型时间缩短了几倍,大大提高了蜂窝芯外缘填充成型的效率,并且有效降低了填充层的孔隙率,保证了蜂窝芯材料的填充成型质量。
本发明中针对因大曲率蜂窝芯外缘形状不规则而导致铺叠操作不方便、铺叠填充质量难以保证的问题,结合本发明的成型工艺,在填充层的铺叠操作中采用铺叠成型工装来保证填充层的铺叠成型质量,很好地解决了大曲率蜂窝芯外缘填充成型操作中存在的问题,保证了填充成型质量。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案,下面将对实施例中的附图作简单地介绍,应当理解,以下附图仅示出了本发明的某些实施例,因此不应被看作是对范围的限定,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相关的附图。
图1为本发明蜂窝芯预处理操作结构示意图。
图2为图1中A-A向截面示意图。
图3为本发明填充层铺叠成型操作结构示意图。
图4为图3中B-B向截面示意图。
图5为本发明蜂窝芯填充成型操作结构示意图。
图6为图5中C-C向截面示意图。
图7为本发明填充成型的蜂窝芯夹芯零件结构示意图。
其中:
1、蜂窝芯,2、胶膜,3、发泡胶,4、成型平台,5、整体填充层,6、成型基准板,7、下蒙皮,8、上蒙皮。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。
通常为了保证蜂窝芯夹芯复合材料的气动外形,将蜂窝芯外缘加工至外缘高度为2-3mm,在蜂窝芯外缘形成具有一定高度的台阶,然后采用碳纤维预浸料对蜂窝芯外缘台阶进行填充,以保证零件在边缘处能够形成平滑过渡的结构,使其结构能够满足设计要求。通常碳纤维预浸料填充层的层数是由蜂窝芯台阶的高度和单层碳纤维预浸料的厚度决定。在对蜂窝芯边缘进行填充成型时,通常是以蜂窝芯外缘轮廓为基准,对碳纤维预浸料进行逐层铺叠;为了降低碳纤维预浸料各层之间的孔隙率,需要每铺叠三层就进行依次真空预压处理,将各层碳纤维预浸料压实;一般预压真空度越高,各层之间的孔隙率会越低,但实际操作中,由于真空预压操作时需要将蜂窝芯与碳纤维预浸料填充层一起进行真空预压处理,为了避免真空预压操作时蜂窝芯塌陷,真空预压的真空值往往只能控制在-40kPa。
这就导致整个填充铺叠操作加工周期长,且加工效率低,并且填充层的孔隙率较高,难以保证填充成型的质量。以蜂窝芯外缘台阶高度为2mm为例,碳纤维预浸料厚度一般为0.125mm,这样要实现对蜂窝芯外缘的填充就需要铺叠15层,铺叠过程中需要进行五次真空预压操作;以每次真空预压30min,真空预压封袋20min,每次铺叠的时间为10min来计算,整个一个蜂窝芯外缘的填充成型操作需要400min,并且孔隙率还难以保证。
针对目前在蜂窝芯外缘填充成型中存在的上述问题,本发明中给出了一种大曲率蜂窝芯外缘填充成型方法,下面结合具体实施例对本发明填充成型方法进行说明,包括以下步骤:
S01、在加工完成的蜂窝芯1外缘铺设10mm宽的发泡胶3,并在蜂窝芯1的上表面和下表面铺设胶膜2,然后将蜂窝芯在热压罐内进行固化处理,得到预处理后的蜂窝芯,参照图1和图2所示;通过对蜂窝芯和发泡胶进行热压固化处理,增加蜂窝芯在外缘台阶部位的结构稳定性,以保证蜂窝芯填充成型的质量。
在该步骤中,蜂窝芯固化处理后,对固化稳定的蜂窝芯外缘进行打磨处理,保证蜂窝芯外缘在长度方向过渡平滑以及在高度方向上的垂直度。
S02、在铺叠成型工装上按照蜂窝芯外缘轮廓逐层铺叠碳纤维预浸料形成填充层,将填充层进行真空预压处理,得到高度与蜂窝芯外缘台阶匹配的整体填充层;
由于采用对填充层单独真空预压成型处理,因此在真空预压处理时可采用较高的真空度值,本实施例中在对填充层进行真空预压处理时,控制真空预压处理的真空值在-90kPa以上。由于提高了真空预压处理的真空值,在对填充层进行真空预压处理时能够有效降低各层碳纤维预浸料之间的孔隙率。同时,由于提高了真空预压处理时的真空值,在对填充层进行真空预压处理时能够减少真空预压处理的时间,从而缩短整体填充层成型所需的时间。并且,由于是对填充层单独进行预压成型处理,这样在进行真空预压处理时,填充层的封袋操作更加方便,封袋操作所需要的时间更小,从而能够进一步缩短整体填充层成型所需的时间。
在填充层铺叠成型操作中,可以采用每铺叠三层碳纤维预浸料,然后将形成的填充层进行真空预压处理,以进一步降低填充层的孔隙率。
这里对填充层的铺叠操作在铺叠成型工装上进行,参照图3和图4,铺叠成型工装包括成型平台4和设置在成型平台上的成型基准板6,成型基准板6垂直设置于成型平台上作为碳纤维预浸料铺叠操作时的定位基准,成型基准板6上具有与蜂窝芯外缘轮廓相匹配的基准定位面。在碳纤维预浸料的铺叠操作中,在成型平台上将碳纤维预浸料进行逐层铺叠,铺叠时使碳纤维预浸料一侧在成型基准板的基准定位面上进行定位,这样就能够得到与蜂窝芯外缘相匹配的整体填充层5。借助于铺叠成型工装,使填充层的铺叠成型操作更加简单,能够减少每层碳纤维预浸料的铺叠操作时间,从而缩短整体填充层的成型时间。
同时,借助于铺叠成型操作,相比于直接以蜂窝芯为基准进行铺叠操作,操作更加简单,并能够很好地保证铺叠操作的成型质量,并且能够省去对蜂窝芯进行定位安装的时间。
为匹配零件的外形需求,整体填充层中碳纤维预浸料的宽度从下至上逐层递减,各层碳纤维预浸料宽度的计算公式为:W=T/tanθ,其中,T为碳纤维预浸料的厚度,θ为零件边缘截面的倾斜角度;整体填充层的成型结构如图3和图4所示。
S03、如图5和图6所示,将固化处理后的蜂窝芯铺放在下蒙皮7上,将成型的整体填充层5配合放置到蜂窝芯外缘位置,对两者进行整体预压处理,预压处理时间不少于30min,然后进行上蒙皮8的铺设,完成蜂窝芯夹芯零件的成型,成型得到的蜂窝芯夹芯零件的结构图如图7所示。
在本实施例中,由于蜂窝芯的预处理操作和填充层的铺叠成型操作可以独立进行,因此,基于这一特点,可以将蜂窝芯预处理操作与填充层的铺叠成型操作同步进行,这样可以进一步缩短蜂窝芯外缘填充成型所需的时间,提高蜂窝芯夹芯零件的成型效率。
上述实施例中,与现有的填充成型方法相比,同样以蜂窝芯外缘台阶高度为2mm为例,采用本发明的填充成型方法,整个操作仅需要60min,大大提高了填充成型效率,并降低了填充成型的孔隙率。
在本发明的描述中,需要说明的是,所采用的术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”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,或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系,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装置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。
此外,本发明的描述中若出现“水平”、“竖直”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂,而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平,并不是表示该结构一定要完全水平,而是可以稍微倾斜。
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,若出现术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”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;可以是机械连接,也可以是电连接;可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连,可以是两个元件内部的连通。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。
以上所述,仅是本发明的较佳实施例,并非对本发明做任何形式上的限制,凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化,均落入本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.大曲率蜂窝芯外缘填充成型方法,其特征在于,包括以下步骤:
蜂窝芯预处理;在蜂窝芯外缘台阶位置设置发泡胶,并在蜂窝芯上表面和下表面铺设胶膜,然后将蜂窝芯在热压罐内进行固化处理;
填充层铺叠成型;在铺叠成型工装上按照蜂窝芯外缘轮廓逐层铺叠碳纤维预浸料形成填充层,将填充层进行真空预压处理,得到整体填充层;在对填充层进行真空预压处理时,控制真空预压处理的真空值在-90kPa以上;在填充层铺叠成型操作中,每铺叠三层碳纤维预浸料,将形成的填充层进行真空预压处理;
蜂窝芯填充成型;将固化处理后的蜂窝芯铺放在下蒙皮,将整体填充层配合放置到蜂窝芯外缘位置,对蜂窝芯和整体填充层进行整体预压处理。
2.根据权利要求1所述的大曲率蜂窝芯外缘填充成型方法,其特征在于,所述铺叠成型工装包括成型平台和设置在成型平台上的成型基准板,所述成型基准板具有与蜂窝芯外缘轮廓相匹配的基准定位面。
3.根据权利要求2所述的大曲率蜂窝芯外缘填充成型方法,其特征在于,在填充层铺叠成型操作中,在成型平台上将碳纤维预浸料进行逐层铺叠,在铺叠时使碳纤维预浸料一侧在成型基准板的基准定位面上进行定位。
4.根据权利要求1所述的大曲率蜂窝芯外缘填充成型方法,其特征在于,将蜂窝芯预处理操作与填充层铺叠成型操作同时进行。
5.根据权利要求1所述的大曲率蜂窝芯外缘填充成型方法,其特征在于,蜂窝芯预处理操作中,在将蜂窝芯在热压罐内进行固化处理后,对固化稳定后的蜂窝芯外缘进行打磨处理。
6.根据权利要求1所述的大曲率蜂窝芯外缘填充成型方法,其特征在于,在蜂窝芯填充成型操作中,对蜂窝芯和整体填充层进行整体预压处理不少于30min。
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