CN117429093B - 一种非等截面中空结构件成型方法 - Google Patents

一种非等截面中空结构件成型方法 Download PDF

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Abstract

本发明创造提供了一种非等截面中空结构件成型方法,先同步加工非金属结构单元和金属结构单元;其中的非金属结构单元先制作硅胶软膜工装,之后在工装上铺设预浸料;合模固化后,卸压脱模;并将工装从已成型的非金属结构单元内抽出;金属结构单元加工时,在其尾部加工出对接结构;并在对接结构处铺贴预浸料,之后一次固化;金属结构单元和非金属结构单元粘结并二次固化,成为一体,最后对金属结构单元表面除胶处理。本发明方案中硅橡胶软模能多次重复利用,而且加工外形精度较高,可以有效保证非等截面形状的一致性。保证产品型面以及强度的同时,达到了减重的效果,且降低成本和生产周期,达到了降本增效的目的。

Description

一种非等截面中空结构件成型方法
技术领域
本发明创造属于复合材料产品成型技术领域,尤其是涉及一种非等截面中空结构件成型方法。
背景技术
航空航天领域中地面通讯系统中所应用的便携式地面天线,采用的是非等截面设计,轻量化改进后,已有通过预浸料成型该类零件的施工方案,但现有技术中,此类非等截面产品成型通常是利用与截面类型形状的泡沫预制体进行占位,然后通过与外侧的复材一起共固化,从而保证产品的型面。此方案,对于大批量生产来说,需要提前制备截面形状类似的泡沫预制体,而且还需要铺贴胶膜等粘接剂后与产品共固化。泡沫预制体,密度较低,加工出来的外形存在差异,尺寸精度不能很好保证,因此固化后的产品型面会不同程度出现贫胶、孔隙等缺陷,需要产品成型后再进行后期修补,耗时耗力。上述的成型方案,需要提前预制泡沫,泡沫需要二次加工成与截面类型的形状,准备周期较长,成本高,另外,由于泡沫密度较低,加工过程中易掉碎屑,存在外形加工的偏差,与产品共固化后外形缺陷较多,外形质量较差。因此,有必要对现有的成型方法进行改进。
发明内容
有鉴于此,本发明创造旨在克服现有技术中的缺陷,提出一种非等截面中空结构件成型方法。
为达到上述目的,本发明创造的技术方案是这样实现的:
一种非等截面中空结构件成型方法,包括如下步骤:
S1、同步加工非金属结构单元和金属结构单元;其中,
a、非金属结构单元成型方法为:
a1、制作硅胶软膜工装,该工装呈倒锥形状,其外形轮廓由一端向另一端逐渐减小;
a2、在工装上铺设预浸料;
a3、将铺贴有预浸料的工装放置于模具内腔,并将模具上、下模合模,合模后转运热压机,升温加压进行一次固化;固化方法如下,
a4、从室温升温到70℃,并保温1h,此时将压力加到50吨;之后从70℃升温到130℃,并保温3h,控制升降温速率≤60℃/h,然后降温到60℃以下,卸压,脱模;
a5、将工装从已成型的非金属结构单元内抽出;
b、金属结构单元成型方法为:
b1、下料,加工出金属结构单元;
b2、在金属结构单元尾部加工出对接结构;
b3、在对接结构处铺贴预浸料,并进行金属结构单元一次固化;
b4、对一次固化后的金属结构单元进行机加工;
S2、金属结构单元和非金属结构单元粘结固化为一体;
将上述一次固化后的金属结构单元和一次固化后的非金属结构单元粘结为一体;
S3、进行二次固化;
S4、对金属结构单元表面处理,产品完工。
进一步,在对接结构处加工有凹槽,在凹槽内铺贴预浸料时,预浸料外表面稍突出于凹槽。
进一步,金属结构单元以及非金属结构单元粘结面位置,均打磨粗糙后再进行粘结。
进一步,金属结构单元及非金属结构单元单边留出0.1mm的胶接面。
进一步,二次固化方法为,室温下,固化24h~48h。
进一步,二次固化的温度为25±5℃。
进一步,金属结构单元表面处理时,清除金属结构单元表面残胶。
相对于现有技术,本发明创造具有以下优势:
本发明方案中通过与产品型面一致的硅橡胶软模,作为产品铺层工装,在软模上进行碳纤维预浸带的整体铺贴,然后合模固化,脱模后将软膜工装拆卸,并胶接装配后端金属结构单元,此方案所利用的硅橡胶软模,能多次重复利用,而且加工外形精度较高,可以有效保证非等截面形状的一致性。保证产品型面以及强度的同时,达到了减重的效果,且降低成本和生产周期,达到了降本增效的目的。
附图说明
构成本发明创造的一部分的附图用来提供对本发明创造的进一步理解,本发明创造的示意性实施例及其说明用于解释本发明创造,并不构成对本发明创造的不当限定。在附图中:
图1为本发明创造中利用模具一次固化时的结构示意图;
图2为图1去掉上模时的示意图;
图3为本发明创造中下模部分的俯视图;
图4为本发明创造中利用粘结工装二次固化时的结构示意图;
图5为图4去掉粘结工装上盖部分的示意图;
图6为本发明创造中粘结工装基座部分的示意图;
图7为本发明创造中软膜工装的结构示意图;
图8为本发明创造中一次固化后产品的示意图;
图9为本发明创造中二次固化后产品的示意图;
图10为本发明创造实施例中金属结构单元部分的示意图。
具体实施方式
需要说明的是,在不冲突的情况下,本发明创造中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在本发明创造的描述中,需要理解的是,术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“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,仅是为了便于描述本发明创造和简化描述,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创造的限制。此外,术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此,限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明创造的描述中,除非另有说明,“多个”的含义是两个或两个以上。
在本发明创造的描述中,需要说明的是,除非另有明确的规定和限定,术语“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,可以通过具体情况理解上述术语在本发明创造中的具体含义。
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明创造。
一种非等截面中空结构件成型方法,如图1至图10所示,包括如下步骤:
S1、同步加工非金属结构单元1和金属结构单元2;其中,
a、非金属结构单元成型方法为:
a1、制作硅胶软膜工装3,该工装呈倒锥形状,其外形轮廓由一端向另一端逐渐减小,使所制得的非金属结构单元一端开口,另一端封闭,且开口处轮廓最大,内腔轮廓由开口端向封闭端逐渐减小;
a2、在工装上铺设预浸料;
a3、如图1至3所示,将铺贴有预浸料的工装放置于模具内腔,并将模具上模4与下模5合模,在合模后转运热压机,升温加压进行一次固化处理;
固化方法如下,
a4、从室温升温到70℃,并保温1h,此时将压力加到50吨;之后从70℃升温到130℃,并保温3h,控制升降温速率≤60℃/h,然后降温到60℃以下,卸压,脱模;
a5、将工装从已成型的非金属结构单元6内抽出;
b、金属结构单元成型方法为:
b1、下料,加工出金属结构单元7;
b2、在金属结构单元尾部加工出对接结构8;
b3、在对接结构处铺贴预浸料,并进行金属结构单元一次固化;
b4、对一次固化后的金属结构单元进行机加工,将金属结构单元以及非金属结构单元粘结面位置,打磨粗糙,之后再进行粘结。金属结构单元以及非金属结构单元单边留出0.1mm的胶接面。
S2、金属结构单元和非金属结构单元粘结固化为一体;
如图4至6所示,将一次固化后的金属结构单元和一次固化后的非金属结构单元的胶接面涂胶,并由粘结工装固定住,将二者粘结为一体;粘结工装模具包括基座部分和上盖部分,在基座部分前后两侧分别设有工件固定结构;
S3、进行二次固化;作为举例,二次固化方法为,室温下,固化24h~48h。二次固化的温度为25±5℃。二次固化的作用是将金属件与第一次固化的异形的套管进行粘接装配,因此本发明中第二次固化无需使用设备进行加热加压,只需在粘接工装里常温固化即可,节省了操作,也简化了一套二次固化用成型模具;
S4、对金属结构单元表面处理,产品完工。在金属结构单元表面处理时,清除金属结构单元表面残胶。
软膜工装本身是一种橡胶材质,热膨胀系数比普通的金属材质要偏大,在成型过程中预浸料会铺贴于工装上并放置于模具型腔内固化,工装比产品有效长度略长。在升温过程中,工装会有一定的受热膨胀,由于产品的结构特点,类似倒锥形状,开口轮廓大,内腔轮廓小。因此在产品固化降温之后,将产品从模具型腔内取出后,由于硅胶软膜工装受热膨胀的原因,会直接从产品开口位置处离膜,然后硅胶本身与预浸料材质不相容,因此直接将其抽出产品内腔完成脱模工序。并且,在固化的过程中,由于橡胶材质的工装膨胀系数大于金属材质的模具,因此,软膜工装相对于模具有相对于模具型腔侧壁“靠近”的趋势,在过程中,预浸料受到挤压,能够最大程度排出铺层间的气体,这样的模具及工装设计方式,减少了预浸料产品固化成型的抽真空环节,工作效率高。
软膜工装可通过利用液体硅橡胶注射成型,成本低、周期快、效率高。相对于现有技术中,减少了泡沫加工的 周期和后期二次修补的周期。成本上也减少了泡沫采购以及加工的周期,同样减 少了泡沫粘接剂的采购成本。整个工序,成型效率大幅度提升,产品生产质量有了很好的改善。另外,由于金属结构单元与非金属结构单元可以并行同步进行生产,有效提高了产品成型工作效率,生产周期在现有技术方案基础上,至少能缩短了一半。
在一个可选的实施例中,如图10所示,在对接结构处加工有凹槽9。步骤b3中,在凹槽内铺贴预浸料时,使预浸料外表面突出于凹槽0.1mm左右,此种结构设计时,对接结构插装入非金属结构单元开口端内侧时,缠绕于对接结构凹槽处的预浸料受挤压,可以有极小部分被挤压溢出凹槽,并在金属结构单元与非金属结构单元二次固化后,在金属与非金属结构单元间形成稳定的衔接结构,二者衔接结合处不会直接受到剪切力,结构强度更好,即,利用金属结构单元尾部的对接结构,可有效起到防松的作用,这样金属结构单元与非金属结构单元间衔接部分区域是起到层间连接的作用,强度要远大于平面涂胶与预浸料直接粘接的强度,可靠性高,耐久性好。
本发明方案中通过与产品型面一致的硅橡胶软模,作为产品铺层工装,在软模上进行碳纤维预浸带的整体铺贴,然后合模固化,脱模后将软膜工装拆卸,并胶接装配后端金属结构单元,产品外部主体部分采用非金属材料制作,而连接结构部分采用金属结构单元,二者装配成型为一体后替代现有产品使用,轻量化设计,保证产品性能的同时,也达到降低成本的目的。此方案所利用的硅橡胶软模,能多次重复利用,而且加工外形精度较高,可以有效保证非等截面形状的一致性。保证产品型面以及强度的同时,达到了减重的效果,且降低成本和生产周期,达到了降本增效的目的。
以上所述仅为本发明创造的较佳实施例而已,并不用以限制本发明创造,凡在本发明创造的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明创造的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种非等截面中空结构件成型方法,其特征在于,包括如下步骤:
S1、同步加工非金属结构单元和金属结构单元;其中,
a、非金属结构单元成型方法为:
a1、制作硅胶软模工装,该工装呈倒锥形状,其外形轮廓由根部向尖部逐渐减小;
a2、在工装上铺设预浸料;
a3、将铺贴有预浸料的工装放置于模具内腔,并将模具上、下模合模,合模后转运热压机,升温加压进行一次固化;固化方法如下,
a4、从室温升温到70℃,并保温1h,此时将压力加到50吨;之后从70℃升温到130℃,并保温3h,控制升降温速率≤60℃/h,然后降温到60℃以下,卸压,脱模;
a5、将工装从已成型的非金属结构单元内抽出;
b、金属结构单元成型方法为:
b1、下料,加工出金属结构单元;
b2、在金属结构单元尾部加工出对接结构;
b3、在对接结构处铺贴预浸料,并进行金属结构单元一次固化;
b4、对一次固化后的金属结构单元进行机加工;
S2、金属结构单元和非金属结构单元粘结固化为一体;
将上述一次固化后的金属结构单元和一次固化后的非金属结构单元粘结为一体;
S3、进行二次固化;
S4、对金属结构单元表面处理,产品完工。
2.根据权利要求1所述的一种非等截面中空结构件成型方法,其特征在于:在对接结构处加工有凹槽,在凹槽内铺贴预浸料。
3.根据权利要求1所述的一种非等截面中空结构件成型方法,其特征在于:金属结构单元以及非金属结构单元粘结面位置,均打磨粗糙后再进行粘结。
4.根据权利要求3所述的一种非等截面中空结构件成型方法,其特征在于:金属结构单元以及非金属结构单元单边留出0.1mm的粘结面。
5.根据权利要求1所述的一种非等截面中空结构件成型方法,其特征在于:二次固化方法为,25±5℃,固化24h~48h。
6.根据权利要求1所述的一种非等截面中空结构件成型方法,其特征在于:金属结构单元表面处理时,清除金属结构单元表面残胶。
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