CN117416064A - 一种变曲率变截面正交网格状复合材料构件的热压罐成型方法 - Google Patents
一种变曲率变截面正交网格状复合材料构件的热压罐成型方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN117416064A CN117416064A CN202311299562.6A CN202311299562A CN117416064A CN 117416064 A CN117416064 A CN 117416064A CN 202311299562 A CN202311299562 A CN 202311299562A CN 117416064 A CN117416064 A CN 117416064A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- variable
- assembly
- paving
- grid
- clamping
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 239000002131 composite material Substances 0.000 title claims abstract description 63
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 49
- 238000000465 moulding Methods 0.000 title claims abstract description 49
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 37
- 230000003014 reinforcing effect Effects 0.000 claims abstract description 37
- 239000000741 silica gel Substances 0.000 claims abstract description 37
- 229910002027 silica gel Inorganic materials 0.000 claims abstract description 37
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 47
- 239000003292 glue Substances 0.000 claims description 24
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 claims description 23
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 20
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims description 20
- 238000000926 separation method Methods 0.000 claims description 19
- 238000007731 hot pressing Methods 0.000 claims description 18
- 238000002347 injection Methods 0.000 claims description 16
- 239000007924 injection Substances 0.000 claims description 16
- 239000000178 monomer Substances 0.000 claims description 16
- 238000005056 compaction Methods 0.000 claims description 7
- 230000000712 assembly Effects 0.000 claims description 6
- 238000000429 assembly Methods 0.000 claims description 6
- 238000004321 preservation Methods 0.000 claims description 5
- 239000000243 solution Substances 0.000 claims description 5
- 229920000049 Carbon (fiber) Polymers 0.000 claims description 3
- 239000004917 carbon fiber Substances 0.000 claims description 3
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 238000012163 sequencing technique Methods 0.000 claims description 3
- 229920002379 silicone rubber Polymers 0.000 claims description 3
- 241000276425 Xiphophorus maculatus Species 0.000 claims description 2
- 239000000835 fiber Substances 0.000 abstract description 23
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 12
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 abstract description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 7
- 210000001503 joint Anatomy 0.000 description 3
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 2
- 230000006978 adaptation Effects 0.000 description 1
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 230000000149 penetrating effect Effects 0.000 description 1
- 238000007493 shaping process Methods 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
- B29C70/00—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts
- B29C70/04—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts comprising reinforcements only, e.g. self-reinforcing plastics
- B29C70/28—Shaping operations therefor
- B29C70/30—Shaping by lay-up, i.e. applying fibres, tape or broadsheet on a mould, former or core; Shaping by spray-up, i.e. spraying of fibres on a mould, former or core
- B29C70/34—Shaping by lay-up, i.e. applying fibres, tape or broadsheet on a mould, former or core; Shaping by spray-up, i.e. spraying of fibres on a mould, former or core and shaping or impregnating by compression, i.e. combined with compressing after the lay-up operation
- B29C70/342—Shaping by lay-up, i.e. applying fibres, tape or broadsheet on a mould, former or core; Shaping by spray-up, i.e. spraying of fibres on a mould, former or core and shaping or impregnating by compression, i.e. combined with compressing after the lay-up operation using isostatic pressure
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
- B29C70/00—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts
- B29C70/04—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts comprising reinforcements only, e.g. self-reinforcing plastics
- B29C70/28—Shaping operations therefor
- B29C70/54—Component parts, details or accessories; Auxiliary operations, e.g. feeding or storage of prepregs or SMC after impregnation or during ageing
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29L—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASS B29C, RELATING TO PARTICULAR ARTICLES
- B29L2028/00—Nets or the like
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T50/00—Aeronautics or air transport
- Y02T50/40—Weight reduction
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Composite Materials (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Moulds For Moulding Plastics Or The Like (AREA)
Abstract
本发明公开了一种变曲率变截面正交网格状复合材料构件的热压罐成型方法，将待成型的变曲率变截面正交网格状复合材料构件的数模，划分成贯通式网格组件、非贯通式网格组件以及加强层组件；并设计相应的分模铺贴工装，进行分模铺贴，然后分别进行预压实后再组装共固化。本发明通过采用“软性模具+膨胀硅胶”辅助热压罐成型，适应变曲率变截面正交网格状复合材料构件的成型，并且该成型方式避免在网格交叉区域出现纤维堆积、纤维褶皱、纤维断裂等现象，同时减少出现过压或者压力不足现象，提高构件强度；并且该成型方式制造过程简单，不同模具之间组合方便，易脱模，大大提高生产效率，具有良好的应用价值和推广前景。
Description
技术领域
本发明涉及一种变曲率变截面正交网格状复合材料构件的热压罐成型方法。
背景技术
正交网格状复合材料构件是一种特殊类型的复合材料构件，如图1所示，它由两个或多个方向上排列的纤维网格组成。这种构件的特点是纤维网格之间呈直角关系，形成了一个正交的网格结构。正交网格状复合材料构件通常由两种类型的纤维组成：纵向纤维和横向纤维。纵向纤维沿着构件的长度方向排列，提供了高强度和刚性。横向纤维则与纵向纤维呈直角排列，可以增加构件的横向强度和刚性。变曲率变截面正交网格状复合材料构件是一种具有动态形变能力的正交网格状复合材料构件，与普通的正交网格状复合材料构件相比，它具有可以主动或被动地调整形状和截面的能力。这种构件通常由两层或多层的正交网格组成，其中每层的纤维方向可以根据需要进行控制。通过调整不同层的纤维方向，可以实现对构件的曲率和截面形状的变化。例如，当施加力或应变时，纤维方向可以被改变，从而导致构件的弯曲或扭转。
目前变曲率变截面正交网格状复合材料构件制备工艺，有混合工艺、模具膨胀工艺、拉挤-互锁成型工艺等。然而这些方法均存在一定的缺点，归纳如下：
1）这些成型工艺仅适用于曲率变化均一、厚度变化较小的简单构件制造，不能适用于变曲率变截面正交网格状结构的成型；
2）这些成型工艺易在网格交叉区域，出现纤维堆积、纤维褶皱及纤维断裂的现象，同容易出现过压或者压力不足现象，导致成型的构件强度不能满足设计要求；
3）这些成型工艺多保证构件内腔型面无法同时对制件的外型面维型，无法满足不同工况要求，使用范围有限；
4）成型工艺所需工装多，且工装配合关系要求高，用量浪费，制造成本高；且制造过程复杂，操作难度高，存在脱模困难。
因此，如何针对上述问题，以简单的工艺制备出强度高、内外型面良好的变曲率变截面正交网格状复合材料构件仍是亟待解决的问题。
发明内容
针对上述存在的问题，本发明提供一种变曲率变截面正交网格状复合材料构件的热压罐成型方法，通过采用“软性模具+膨胀硅胶”辅助热压罐成型的方式，完成变曲率变截面正交网格状复合材料的制造过程，该成型工艺具有较高的可靠性、可重复性、易脱模以及低成本的优势，不仅解决上述存在的问题，而且节约了制造成本。具体技术方案如下：
一种变曲率变截面正交网格状复合材料构件的热压罐成型方法，包括如下步骤：
1）分模设计：根据待成型的变曲率变截面正交网格状复合材料构件的数模，将其结构划分成贯通式网格组件、非贯通式网格组件、中间加强层组件以及周圈挡板组件；
2）铺贴工装设计：根据划分的各组件的结构形态，设计并制备相应的分模铺贴工装，同时确定各组件的铺层厚度及铺层结构；
3）分模铺贴：根据分模设计的划分结果，将用于制备变曲率变截面正交网格状复合材料构件的预浸料相应划分；并根据要求将各组件预浸料分别铺贴在对应的分模铺贴工装上；
4）分模预成型：分模铺贴完毕后，将各组件预浸料连带各自的分模铺贴工装一同送入热压罐中进行热压实，获得贯通组件、非贯通组件、加强组件及周圈挡板组件；
5）共固化：分模预成型后，将贯通组件、非贯通组件、加强组件及周圈挡板组件按要求采用定位卡板进行合模组装，并在各网格连接的R角处填充碳捻丝，然后送入热压罐，进行热压共固化；
6）脱模成型：共固化结束后，分别将各组件的铺贴工装拆除，即可获得变曲率变截面正交网格状型复合材料构件。
前述的变曲率变截面正交网格状复合材料构件的热压罐成型方法，步骤2）中，所述根据划分的各组件的结构形态，设计相应的分模铺贴工装，其中：
贯通式网格组件的分模铺贴工装为软性芯模和热压实工装；
非贯通式网格组件的分模铺贴工装为带有硅胶层的金属阳模；
中间加强层组件的分模铺贴工装为带有铺贴凹槽的金属腔模；
周圈挡板组件的分模铺贴工装包括能够合模成框的四个金属板模。
前述的变曲率变截面正交网格状复合材料构件的热压罐成型方法，所述软性芯模为内部夹设有碳纤维增强层的硅橡胶气囊，其包括位于中部的型面部和位于两端的卡装定位部；所述型面部为根据变曲率变截面正交网格状复合材料构件的贯通式网格的型腔内型面设计制作；所述卡装定位部包括卡装支撑段和卡装套接段，所述卡装支撑段的横截面积大于卡装套接段的横截面积。
前述的变曲率变截面正交网格状复合材料构件的热压罐成型方法，所述带有硅胶层的金属阳模，其硅胶层为通过特制的注胶工装制备而成；该注胶工装为封闭式结构，其内部留有与变曲率变截面正交网格状复合材料构件非贯通式网格内型面一致的硅胶成型间隙，其顶部留有灌胶口；用于制备硅胶层的胶液自灌胶口灌入硅胶成型间隙进行固化成型，进而获得所需要的硅胶层；该硅胶层厚度在12～15mm，其在热压共固化温度下的膨胀量为膨胀量为0.6～0.8mm；所述金属阳模设有用于合模的组装卡接段，且该组装卡接段位于远离硅胶层的一端。
前述的变曲率变截面正交网格状复合材料构件的热压罐成型方法，所述带有铺贴凹槽的金属腔模，其铺贴凹槽的形状与划分的中间加强层形状一致，其深度与划分的中间加强层厚度一致。
前述的变曲率变截面正交网格状复合材料构件的热压罐成型方法，所述四个金属板模包括：
一第一模板，其两端面设有连接孔；
两第二模板，其一端侧面设有与第一模板的连接孔相匹配的螺栓通孔，另一端均向外转折呈L型，作为定位连接部；
一第三模板，其两端设有与第二模板定位连接部匹配的定位连接区，其中部为预浸料铺贴平台。
前述的变曲率变截面正交网格状复合材料构件的热压罐成型方法，步骤3）中，所述分模铺贴：
贯通式网格组件预浸料铺贴在软性芯模的型面部区域，将热压实金属工装加装在预浸料的外型面上；
非贯通式网格组件预浸料铺贴在带有硅胶层的金属阳模后，直接封装热压；
中间加强层组件预浸料铺贴在金属腔模铺贴凹槽内；
周圈挡板组件预浸料，根据其所处位置分别铺贴在对应的四片金属板模上。
前述的变曲率变截面正交网格状复合材料构件的热压罐成型方法，所述定位卡板包括单列定位卡板和整体定位卡板；
所述单列定位卡板为设有一列数个与软性芯模的卡装定位部匹配的卡装套接环的板状体；所述卡装套接环的大小为小于卡装支撑段横截面尺寸，并可恰好套在卡装套接段上，以将多个贯通组件定位组装成一列组装单体；
所述整体定位卡板为一多边形框体，其将多个组装单体和非贯通组件合模组装形成一个整体。
前述的变曲率变截面正交网格状复合材料构件的热压罐成型方法，合模组装的过程为：
5-1）首先使用单列卡板按列排序将贯通组件在每个单列卡板的相应位置卡设在软性芯模两端的卡装套接段上，将贯通组件进行组合，获得系列组装单体；
5-2）在每列组装单体中的空隙处填充碳捻丝，以备合模；
5-3）采用整体定位卡板卡设在单列卡板外侧的卡装套接段上，将填充碳捻丝后组装单体和非贯通组件按照设计位置合模组装成整体；
5-4）合模组装的同时，将预成型的加强组件从其铺贴模具上拆下，并逐一夹装在组装单体和非贯通组件的列与列之间；
5-5）将预成型周圈挡板组件，按照设计的位置围设在合模后的贯通组件和非贯通组件的外围，并通过螺栓将四个金属板模合模锁紧；
5-6）在合模后整体的各网格连接的R角处填充碳捻丝，以备送入热压罐进行热压共固化。
前述的变曲率变截面正交网格状复合材料构件的热压罐成型方法，所述送入热压罐进行共固化的参数为：温度180±6℃，固化压力0.55～0.65Mpa，保温时间150～220min。。
本发明具备的有益效果如下：
1）本发明成型工艺采用“软性模具+膨胀硅胶”辅助热压罐成型的方式，适用于变曲率变截面正交网格状复合材料构件的成型，并且该成型方式避免在网格交叉区域出现纤维堆积、纤维褶皱、纤维断裂等现象，同时减少出现过压或者压力不足现象，提高构件强度。
2）本发明成型工艺采用“软性模具+膨胀硅胶”辅助热压罐成型，既可以保证构件内腔型面，又能对外型面维型，可满足不同工况要求，使用范围广；并且该成型方式制造过程简单，不同模具之间组合方便，易脱模，便于拆装组合。
3）本发明成型工艺巧妙将正交网格构件划分成贯通式网格组件、非贯通式网格组件、中间加强层组件以及周圈挡板组件；并通过巧妙设置各组件的铺贴工装，采用单列卡板和整体卡板进行组装，成功将变曲率变截面正交网格状复合材料构件完美成型，有效对构件内腔型面外型面同时维型，且能适用不同的工况要求，使用范围广。
4）本发明成型工艺所需工装简单，且工装配合关系明确，易操作，并可脱模后再次利用，保证不同批次的构件质量统一，大大提高生产效率，具有良好的应用价值和推广前景。
附图说明
图1为本发明变曲率变截面正交网格状复合材料构件的结构示意图；
图2为本发明变曲率变截面正交网格状复合材料构件的数模划分示意图；
图3为本发明贯通式网格组件铺贴分模工装软性芯模的结构示意图；
图4为本发明贯通式网格组件铺贴金属热压实工装结构示意图；
图5为本发明非贯通式网格组件铺贴分模工装带有硅胶层的金属阳模结构示意图；
图6为本发明用于硅胶层成型的注胶工装结构示意图；
图7为本发明中间加强层组件铺贴分模工装金属腔模结构示意图；
图8为本发明周圈挡板组件铺贴铺贴分模工装四个金属板模结构示意图；
图9为本发明采用单列定位卡板组装贯通组件形成的组装单体结构示意图；
图10为本发明采用单列定位卡板组装形成的系列组装单体示意图；
图11为本发明本发明采用整体定位卡板组装非贯通组件示意图；；
图12为本发明成型后的变曲率变截面正交网格状复合材料构件产品实物图。
具体实施方式
下面将结合实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明较佳实施例，而不是全部的实施例，亦并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用所揭示的技术内容加以变更或改型等同变化。但是凡是未脱离本发明技术方案内容，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、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。
实施例1
本实施例是一种变曲率变截面正交网格状复合材料构件的热压罐成型方法，具体包括如下步骤：
1）分模设计：如图2所示，为方便中间网格状结构铺贴预成型，根据待成型的变曲率变截面正交网格状复合材料构件的数模，将其网格全部拆分为可单独铺贴的结构，其分为贯通式网格组件和非贯通式网格组件；由于网格结构为纵横正交排列，为保证其纵向强度，在纵向网格结构之间还设有加强层，该部分也从数模中单独拆分出来，以进行预成型；另外，为方便铺贴，及合模后各网格的壁厚，将位于最外侧的网格拆分出周圈挡板组件。
2）铺贴工装设计：根据划分的各组件的结构形态，设计并制备相应的分模铺贴工装，同时确定各组件的铺层厚度及铺层结构。其中：
所述贯通式网格组件的分模铺贴工装为软性芯模和热压实工装，该软性芯模为内部夹设有碳纤维增强层的硅橡胶气囊，如图3所示，其包括位于中部的型面部和位于两端的卡装定位部；所述型面部为根据变曲率变截面正交网格状复合材料构件的贯通式网格的型腔内型面设计制作；所述卡装定位部包括卡装支撑段和卡装套接段，所述卡装支撑段的横截面积大于卡装套接段的横截面积；本实施例中，所述卡装定位部的卡装支撑段和卡装套接段均设计成截面呈与贯通式网格截面形状一致的筒状，其他实施例中，可以设计成圆形或其他形状，从便于制备及便于组装的角度来说，设计成方筒型最为简单实用，并且该筒状的装套接段高度大于单列定位卡板和整体定位卡板的厚度之和。
本实施例中贯通式网格组件的热压实工装为四瓣式设计，如图4所示，具体为该四瓣式热压实工装中的两瓣子模体与另两瓣子模体以贯通式网格组件曲面的中线面对称设计；且该四个子模体均有沿对称的中线面延伸设计有组装连接柄；该四个子模体位于贯通式网格组件另两个端面的对接处设计成与曲面弯曲度一致的对接口，且对接位位于端面的中线处。使用式，贯通式网格组件预浸料铺贴在软性芯模的型面部区域，然后将该热压实金属工装加装在预浸料的外型面上，以备热压实。
所述非贯通式网格组件的分模铺贴工装为带有硅胶层的金属阳模，如图5所示，所述金属阳模的硅胶层为通过特制的注胶工装制备而成；金属阳模位于远离硅胶层的一端设有用于合模的组装时方便整体定位卡板套装的合模卡接段，且该组装卡接段的形状为非贯通式网格组件的端口延伸延长形成的方筒型，便于整体定位卡板定位组装。所述硅胶层的成型注胶工装为封闭式结构，如图6所示，该注胶工装其内部留有与变曲率变截面正交网格状复合材料构件非贯通式网格内型面一致的硅胶成型间隙，其顶部留有灌胶口；用于制备硅胶层的胶液自灌胶口灌入硅胶成型间隙进行固化成型，进而获得所需要的硅胶层。本实施例中，该硅胶层厚度在12～15mm，其在热压共固化温度下的膨胀量为膨胀量为0.6～0.8mm。
所述中间加强层组件的分模铺贴工装为带有铺贴凹槽的金属腔模，如图7所示，该金属腔模铺贴凹槽的形状与划分的中间加强层形状一致，其深度与划分的中间加强层厚度一致，将加强层的预浸料铺贴在铺贴凹槽内热压罐预压成型后，脱模，然后在整体合模时夹装在纵向列与列之间。
所述周圈挡板组件的分模铺贴工装包括能够合模成框的四个金属板模，如图8所示，其包括，一第一模板，两第二模板和一第三模板；所述第一模板的两端面设有连接孔，两第二模板的一端侧面设有与第一模板的连接孔相匹配的螺栓通孔，以便合模组装；该第二模板的另一端均向外转折作为定位连接部，使第二模板整体呈L型，以便与第三模板合模组装；所述第三模板的两端设有与第二模板定位连接部匹配的定位连接区，其中间部位向上凸起，形成预浸料铺贴平台，便于铺贴及合模组装。
3）分模铺贴：根据分模设计的划分结果，将用于制备变曲率变截面正交网格状复合材料构件的预浸料相应划分；并根据要求将各组件预浸料分别铺贴在对应的分模铺贴工装上；其中：
贯通式网格组件预浸料铺贴在软性芯模的型面部区域，将热压实金属工装加装在预浸料的外型面上，如图4所示；
非贯通式网格组件预浸料铺贴在带有硅胶层的金属阳模后，直接封装热压，如图5所示；
中间加强层组件预浸料铺贴在金属腔模铺贴凹槽内，如图7所示；
周圈挡板组件预浸料，根据其所处位置分别铺贴在对应的四片金属板模上，如图8所示。
4）分模预成型：分模铺贴完毕后，将各组件预浸料连带各自的分模铺贴工装一同送入热压罐中进行热压实，获得贯通组件、非贯通组件、加强组件及周圈挡板组件；
5）共固化：分模预成型后，将贯通组件、非贯通组件、加强组件及周圈挡板组件按要求采用定位卡板进行合模组装，并在各网格连接的R角处填充碳捻丝，然后送入热压罐，进行热压共固化。合模组装的过程为：
5-1）首先使用单列卡板按列排序将贯通组件在每个单列卡板的相应位置卡设在软性芯模两端的卡装套接段上，将贯通组件进行组合，获得系列组装单体，如图9所示；
5-2）在每列组装单体中的空隙处填充碳捻丝，以备合模；
5-3）采用整体定位卡板卡设在单列卡板外侧的卡装套接段上，将填充碳捻丝后组装单体和非贯通组件按照设计位置合模组装成整体，如图10和图11所示；
5-4）合模组装的同时，将预成型的加强组件从其铺贴模具上拆下，并逐一夹装在组装单体和非贯通组件的列与列之间；
5-5）将预成型周圈挡板组件，按照设计的位置围设在合模后的贯通组件和非贯通组件的外围，并通过螺栓将四个金属板模合模锁紧；
5-6）在合模后整体的各网格连接的R角处填充碳捻丝，以备送入热压罐进行热压共固化。共固化的参数为：温度180±6℃，固化压力0.55～0.65Mpa，保温时间150～220min。
6）脱模成型：共固化结束后，分别将各组件的铺贴工装拆除，即可获得变曲率变截面正交网格状型复合材料构件，如图12所示。
实施例2
本实施例为采用实施例1所述的成型方法制备一种变曲率变截面正交网格状复合材料构件，该变曲率变截面正交网格状复合材料构件的结构如图1所示，其包括3行3列正交网格，其中每列均包括一非贯通式网格和两通式网格，且非贯通式网格位于同一行。由于该构件有一个边呈变曲率结构，普通的成型工装难以适应，成型后难以保证网格的内外型面的成型质量。根据实施例1的成型方法，本实施例将其数模划分，然后根据各网格形状设计分模铺贴工装，将各部分预浸料分别预成后采用卡板组合，形成整体后于热压罐中成型。具体如下：
如图2所示，将该零件数模结构划分成贯通式网格组件、非贯通式网格组件、加强层组件以及周圈挡板组件；根据贯通式网格的结构形态设计并制作软性芯模铺贴工装和金属热压实工装，如图3和图4所示；根据非贯通式网格的结构形态设计并制作带有硅胶层的金属阳模，如图5所示；根据加强层的结构形态设计带有铺贴凹槽的金属腔模，如图7所示；根据周圈挡板的结构形态分别设计四个金属板模，如图8所示，其中位于变曲率一边的挡板设计成直板状，其两端面设有连接孔；与该直板状挡板相连的两侧边挡板设计成L型，其上端侧面设有与第一模板的连接孔相匹配的螺栓通孔，以便合模组装；其下端向外转折的部分作为定位连接部，以便与第三模板合模组装；最后的一个挡板的模板设计成中间部位向上凸起，形成预浸料铺贴平台，两端稍薄作为与L型模板定位连接部匹配的定位连接区，便于铺贴及合模组装。
将用于制备该零件的预浸料根据分模设计的划分结果相应分成贯通组件预浸料、非贯通组件预浸料和加强组件预浸料；并根据要求将各组件预浸料分别铺贴在对应的分模铺贴工装上；铺贴完毕后，将各组件预浸料连带各自的分模铺贴工装一同送入热压罐中进行热压实，热压实的参数为：热压温度为60～85℃，热压压力为0.5～0.65MPa，热压保温时间为30～50min。获得该零件的贯通组件、非贯通组件、加强组件。然后将贯通组件采用单列定位卡板合模形成组装单体，并且在每列组装单体中的空隙处填充碳捻丝，如图9所示；然后采用整体组装卡板将贯通组件组装单体和非贯通式网格组件合模，如图10和图11所示，并在每列中间夹装从铺贴分模中取出的中间加强层组件，各列组装完毕后，将预成型周圈挡板组件，按照设计的位置围设在合模后的贯通组件和非贯通组件的外围，并通过螺栓将四个金属板模合模锁紧；然后，再在合模后整体的各网格连接的R角处填充碳捻丝。最后送入热压罐，进行热压共固化；共固化的参数为温度185℃，固化压力0.6Mpa，保温时间180min；共固化结束后，将软性芯模、带有硅胶层的金属阳模以及四个金属板模拆除获得变曲率变截面正交网格状复合材料构件，如图12所示。
本发明成型工艺采用“软性模具+膨胀硅胶”辅助热压罐成型的方式，适用于变曲率变截面正交网格状复合材料构件的成型，并且该成型方式避免在网格交叉区域出现纤维堆积、纤维褶皱、纤维断裂等现象，同时减少出现过压或者压力不足现象，提高构件强度。且该成型工艺，既可以保证构件内腔型面，又能对外型面维型，可满足不同工况要求，使用范围广；并且该成型方式制造过程简单，不同模具之间组合方便，易脱模，便于拆装组合，并能适用不同的工况要求，使用范围广，大大提高生产效率同时具有良好的应用价值和推广前景。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的得同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
Claims (10)
1.一种变曲率变截面正交网格状复合材料构件的热压罐成型方法，其特征在于：包括如下步骤：
1）分模设计：根据待成型的变曲率变截面正交网格状复合材料构件的数模，将其结构划分成贯通式网格组件、非贯通式网格组件、中间加强层组件以及周圈挡板组件；
2）铺贴工装设计：根据划分的各组件的结构形态，设计并制备相应的分模铺贴工装，同时确定各组件的铺层厚度及铺层结构；
3）分模铺贴：根据分模设计的划分结果，将用于制备变曲率变截面正交网格状复合材料构件的预浸料相应划分；并根据要求将各组件预浸料分别铺贴在对应的分模铺贴工装上；
4）分模预成型：分模铺贴完毕后，将各组件预浸料连带各自的分模铺贴工装一同送入热压罐中进行热压实，获得贯通组件、非贯通组件、加强组件及周圈挡板组件；
5）共固化：分模预成型后，将贯通组件、非贯通组件、加强组件及周圈挡板组件按要求采用定位卡板进行合模组装，并在各网格连接的R角处填充碳捻丝，然后送入热压罐，进行热压共固化；
6）脱模成型：共固化结束后，分别将各组件的铺贴工装拆除，即可获得变曲率变截面正交网格状型复合材料构件。
2.根据权利要求1所述的变曲率变截面正交网格状复合材料构件的热压罐成型方法，其特征在于：步骤2）中，所述根据划分的各组件的结构形态，设计相应的分模铺贴工装，其中：
贯通式网格组件的分模铺贴工装为软性芯模和热压实工装；
非贯通式网格组件的分模铺贴工装为带有硅胶层的金属阳模；
中间加强层组件的分模铺贴工装为带有铺贴凹槽的金属腔模；
周圈挡板组件的分模铺贴工装包括能够合模成框的四个金属板模。
3.根据权利要求2所述的变曲率变截面正交网格状复合材料构件的热压罐成型方法，其特征在于：所述软性芯模为内部夹设有碳纤维增强层的硅橡胶气囊，其包括位于中部的型面部和位于两端的卡装定位部；
所述型面部为根据变曲率变截面正交网格状复合材料构件的贯通式网格的型腔内型面设计制作；
所述卡装定位部包括卡装支撑段和卡装套接段，所述卡装支撑段的横截面积大于卡装套接段的横截面积。
4.根据权利要求2所述的变曲率变截面正交网格状复合材料构件的热压罐成型方法，其特征在于：所述带有硅胶层的金属阳模，其硅胶层为通过特制的注胶工装制备而成；
该注胶工装为封闭式结构，其内部留有与变曲率变截面正交网格状复合材料构件非贯通式网格内型面一致的硅胶成型间隙，其顶部留有灌胶口；用于制备硅胶层的胶液自灌胶口灌入硅胶成型间隙进行固化成型，进而获得所需要的硅胶层；
该硅胶层厚度在12～15mm，其在热压共固化温度下的膨胀量为膨胀量为0.6～0.8mm；
所述金属阳模设有用于合模的组装卡接段，且该组装卡接段位于远离硅胶层的一端。
5.根据权利要求2所述的变曲率变截面正交网格状复合材料构件的热压罐成型方法，其特征在于：所述带有铺贴凹槽的金属腔模，其铺贴凹槽的形状与划分的中间加强层形状一致，其深度与划分的中间加强层厚度一致。
6.根据权利要求2所述的变曲率变截面正交网格状复合材料构件的热压罐成型方法，其特征在于：所述四个金属板模包括：
一第一模板，其两端面设有连接孔；
两第二模板，其一端侧面设有与第一模板的连接孔相匹配的螺栓通孔，另一端均向外转折呈L型，作为定位连接部；
一第三模板，其两端设有与第二模板定位连接部匹配的定位连接区，其中部为预浸料铺贴平台。
7.根据权利要求1所述的变曲率变截面正交网格状复合材料构件的热压罐成型方法，其特征在于：步骤3）中，所述分模铺贴：
贯通式网格组件预浸料铺贴在软性芯模的型面部区域，将热压实金属工装加装在预浸料的外型面上；
非贯通式网格组件预浸料铺贴在带有硅胶层的金属阳模上，直接封装热压；
中间加强层组件预浸料铺贴在金属腔模铺贴凹槽内；
周圈挡板组件预浸料，根据其所处位置分别铺贴在对应的四片金属板模上。
8.根据权利要求1所述的变曲率变截面正交网格状复合材料构件的热压罐成型方法，其特征在于：所述定位卡板包括单列定位卡板和整体定位卡板；
所述单列定位卡板为设有一列数个与软性芯模的卡装定位部匹配的卡装套接环的板状体；所述卡装套接环的大小为小于卡装支撑段横截面尺寸，并可恰好套在卡装套接段上，以将多个贯通组件定位组装成一列组装单体；
所述整体定位卡板为一多边形框体，其将多个组装单体和非贯通组件合模组装形成一个整体。
9.根据权利要求8所述的变曲率变截面正交网格状复合材料构件的热压罐成型方法，其特征在于：合模组装的过程为：
5-1）首先使用单列卡板按列排序将贯通组件在每个单列卡板的相应位置卡设在软性芯模两端的卡装套接段上，将贯通组件进行组合，获得系列组装单体；
5-2）在每列组装单体中的空隙处填充碳捻丝，以备合模；
5-3）采用整体定位卡板卡设在单列卡板外侧的卡装套接段上，将填充碳捻丝后组装单体和非贯通组件按照设计位置合模组装成整体；
5-4）合模组装的同时，将预成型的加强组件从其铺贴模具上拆下，并逐一夹装在组装单体和非贯通组件的列与列之间；
5-5）将预成型周圈挡板组件，按照设计的位置围设在合模后的贯通组件和非贯通组件的外围，并通过螺栓将四个金属板模合模锁紧；
5-6）在合模后整体的各网格连接的R角处填充碳捻丝，以备送入热压罐进行热压共固化。
10.根据权利要求1所述的变曲率变截面正交网格状复合材料构件的热压罐成型方法，其特征在于：所述送入热压罐进行共固化的参数为：温度180±6℃，固化压力0.55～0.65Mpa，保温时间150～220min。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202311299562.6A CN117416064A (zh) | 2023-10-09 | 2023-10-09 | 一种变曲率变截面正交网格状复合材料构件的热压罐成型方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202311299562.6A CN117416064A (zh) | 2023-10-09 | 2023-10-09 | 一种变曲率变截面正交网格状复合材料构件的热压罐成型方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN117416064A true CN117416064A (zh) | 2024-01-19 |
Family
ID=89525605
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202311299562.6A Pending CN117416064A (zh) | 2023-10-09 | 2023-10-09 | 一种变曲率变截面正交网格状复合材料构件的热压罐成型方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN117416064A (zh) |
-
2023
- 2023-10-09 CN CN202311299562.6A patent/CN117416064A/zh active Pending
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN110385861B (zh) | 一种复合材料工字梁成型的方法 | |
| CN108789962B (zh) | 一种制备复合材料加筋结构的模具 | |
| CN102320144A (zh) | 碳纤维复合材料一体化多通接头的制作模具以及制备方法 | |
| CN107199713A (zh) | 一种复合材料支架高质量成型方法 | |
| CN113400677B (zh) | 辅助模具及格栅结构增强泡沫夹芯复合材料制备方法 | |
| CN111483156A (zh) | 一种复合材料大型薄壁含筋半罩铺层方法 | |
| CN109466088A (zh) | 一种织物预浸料复合材料圆筒的模具及模压成型方法 | |
| CN117416064A (zh) | 一种变曲率变截面正交网格状复合材料构件的热压罐成型方法 | |
| CN112606271A (zh) | 一种工字梁模压成型模具及使用方法 | |
| CN217777845U (zh) | 成型内网格加筋壳体结构制件的vari模具 | |
| CN218593731U (zh) | 一种多孔工字型梁热压罐一体成型工装 | |
| CN106926480A (zh) | 一种复合材料多梁盒段共固化成型用梁模具组件 | |
| CN111169037B (zh) | 一种用于成型树脂基复合材料异形件的压制模具及方法 | |
| CN115742367A (zh) | 一种高模量碳纤维复合材料主框架、制备方法及制备模具 | |
| CN210062081U (zh) | 一种复合材料裙的加工模具 | |
| CN210553131U (zh) | 一种复合材料纵横加筋壁板整体固化成型模具 | |
| CN209903704U (zh) | 一种一模两腔成型半封闭结构复材制件的rtm模具 | |
| CN112743872A (zh) | 大曲率异型结构复合材料制件rtm成型模具和成型方法 | |
| CN110815853A (zh) | 用于复合材料j形梁成型的气囊模具的成型方法及应用 | |
| CN112123810A (zh) | 一种提高大厚度复合材料舵内部成型质量的工艺方法 | |
| CN217836409U (zh) | 一种耐高温轻量化薄壁加筋舱体 | |
| CN219883344U (zh) | 一种无人机复合材料舵面的整体成型工装 | |
| CN219007098U (zh) | 一种复合材料轮毂压模成型工装 | |
| CN106239931B (zh) | 一种具有网格筋骨架的盒形件成形模具 | |
| CN214214822U (zh) | 一种复合材料卡瓣成型模具 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |