CN117565449A - 一种复合材料工型梁成型方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种复合材料工型梁成型方法，包括以下步骤1）工装准备；2）预浸料下料；3）预浸料铺贴；4）R区预制体成型；5）合模；6）封装；7）固化；8）脱模和检测；9）后期加工。本发明采用一体化制造的工艺方式，使用组合模具，通过合模后再抽出上模固化成型，利用硅橡胶垫和L型挡板保证外型面，依靠真空袋膜的压力保证内型面，以及上下模合模处紧密贴合，成型后的工型梁无损合格，质量达标。同时降低了生产成本，提高制件的生产效率。
Description
技术领域
本发明涉及航空复合材料领域，特别涉及一种复合材料工型梁成型方法。
背景技术
翼梁是最主要的纵向构件，它承受机翼的全部或大部分弯矩和剪力。翼梁一般由上、下缘条和腹板组成，上、下缘条以受拉、受压的方式承受弯矩载荷，腹板则以受剪的方式传递切向载荷。上、下缘条和腹板组成工字型梁承受由外载荷转化而成的弯矩和剪力。
飞机飞行时的空气动力（升力、阻力），机动飞行时产生的惯性力，着陆时起落架的冲击力等，这些巨大的负荷使翼梁承受弯曲和剪切，同时由于机翼振动产生交变应力还能引起翼梁的疲劳。
常见的翼梁有金属梁和复材梁两种，金属梁结构重量较重，装配工作量大，材料利用率低，成本高；而复材梁结构重量较于金属梁来说较轻，且复合材料性能优越、可设计性强，同时能抗腐蚀和抗疲劳，成本大大降低。现阶段，国内军用飞机和民用飞机部件中次承力翼梁已经大量采用复合材料，但复合材料翼梁结构一般为装配结构件，存在承载和传载效果不佳，生产效率低，装配量大等问题。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术缺陷，提供一种复合材料工型梁成型方法，通过合模后再抽出上模固化成型，利用硅橡胶垫和L型挡板保证外型面，依靠真空袋膜的压力保证内型面，以及上下模合模处紧密贴合，成型后的工型梁无损合格，质量达标；同时降低了生产成本，提高制件的生产效率。
本发明的目的是这样实现的： 一种复合材料工型梁成型方法，包括以下步骤：
1）工装准备：清理机翼大梁试验件模具，清洗干净模具表面后，将脱模剂倒到擦拭纸上，多次擦拭下C梁模具，室温进行干燥；
2）预浸料下料：使用软件模拟每一层预浸料的形状，并导入自动下料机的操作系统中；提前将预浸料从冷库中取出解冻，在室温下静置直至包装袋中无潮气；解冻后的预浸料放到自动下料机托架上，按照程序裁剪每块料片；
3）预浸料铺贴：分别铺贴上C梁、下C梁；按照铺层顺序，对照各个模具上的刻线，将料片按照铺层顺序依次铺贴到模具上，直至所有的料片铺贴完成；铺贴时，铺贴完第一层之后，在模具外封制真空袋，在常温下真空袋抽真空，利用真空的压力将料片压平整；铺完所有预浸料后真空压实一次；
4）R区预制体成型：将预浸料与结构胶膜铺贴在平板模具上，在模具外封制真空袋，进行抽真空预压实，使预浸料与胶膜结合在一起；裁剪结合后的填充物预制料，将其搓成紧密的圆棒，放置在专用R角模具中，使用擀板将圆棒赶实，然后转至压机上预压，使用塑料板轻轻取下预制好的R角备用；
5）合模：将铺贴完成的上C梁与下C梁进行合模，使用定位销定位，合模完成后，在上C梁与下C梁接合处两侧填充R区预制体，使用擀板将预制体赶平，在模具外封制真空袋，在常温下真空袋抽真空，利用真空的压力使预制体和梁紧密贴合；在模具左右缘条区域继续铺贴，按照铺层顺序，对照模具左右的刻线，将料片依次铺贴到模具上，直至所有的料片铺贴完成；
6）封装：取出定位销，将模具的上C梁从模具大头部位抽出，在料片表面铺放扒皮布，在模具左右侧缘条区域铺放一定厚度的硅橡胶，然后放置L型挡板，使用脱模布固定；硅橡胶与料片贴合的一面铺贴脱模布，最后整体放置隔离膜、透气毡，封制真空袋并抽真空；
7）固化：将模具转移到热压罐内，模具边缘布置热电偶，检测零件温度；
8）脱模和检测：拆除真空装置后，先拆除L型挡板，取出硅橡胶，然后将试件从下C梁模具上脱下，去除表面扒皮布，然后用标签纸或记号笔注明零件图号和名称，交由质检检测；
9）后期加工：固化完成后的产品边缘留有余量，使用切割机根据产品上的切割线切去余量即得到成品。
为了方便产品的铺贴和辅助产品的后加工切边，所述模具上设置有产品边缘线和铺贴线。
为了上下合模准确定位，所述模具上设置有定位销孔。
作为本发明的进一步限定，所述模具包括底座，上C梁模具，下C梁模具和左右侧L型挡板。
为了减轻结构重量，提高飞机的最大载重量，所述预浸料采用碳纤维复合材料预浸料。
本发明采用以上技术方案，与现有技术相比，有益效果为：1）选用碳纤维复合材料，具有质轻、抗疲劳、抗腐蚀、可设计性强等特点；该材料制造的机翼大梁结构重量比传统的航空铝合金大大降低，为飞机的载重重量提升了空间；2）一体化制造方式使产品表面光滑无接缝，有助于提高结构强度，延长使用寿命；3）使用组合模具，通过合模后再抽出上模固化成型，利用硅橡胶垫和L型挡板保证外型面，依靠真空袋膜的压力保证内型面，以及上下模合模处紧密贴合。
附图说明
图1本发明产品机翼大梁外形示意图。
图2本发明的流程图。
图3本发明模具结构实体图。
其中，1上C梁模具，2下C梁模具，3 L型挡板，4底座。
具体实施方式
如图1所示，本发明提供的工艺方式用于制造机翼的大梁；机翼的大梁为工字型结构；根据机翼大梁的工作性质，要求机翼大梁表面平整，周边不允许有目视可见的劈裂、分层和疏松，允许表面有树脂划伤和擦伤，但不得损伤纤维。制件内、外表面允许有深度不大于 0.25mm，长度不大于15mm的凹陷，在任一0.1m2区域内只允许有一条，相临两凹陷间距应不小于150mm。制件外表面允许有高度不大于0.5mm，长度不大于15mm的树脂皱褶，在任一0.1m2区域内只允许有一条，相临两皱褶间距应不小于150mm。在任一0.1m2区域内，贫富树脂影响区不大于1.0%，贫富树脂影响区达到2.0%时，应用树脂涂敷并打磨光滑，但不得损伤周边纤维。不允许有直径大于16mm或单块面积大于200mm2的夹杂物或分层缺陷。要求制件与模具的最大贴模间隙不大于0.2mm/m。若贴模间隙大于0.2mm/m，可在该处施加45N的力，加力处的贴模间隙应不大于0.1mm/m。
如图2所示的一种复合材料工型梁成型方法，包括以下步骤：
1）工装准备：清理机翼大梁试验件模具，清洗干净模具表面后，将脱模剂倒到擦拭纸上，多次擦拭下C梁模具7-8遍，室温干燥30min后；将模具转运到复材铺层车间；
2）预浸料下料：使用CATIA软件的CPD模块，模拟每一层预浸料的形状，并导入自动下料机的操作系统中；提前6小时将预浸料从冷库中取出解冻，在室温下静置直至包装袋中无潮气；解冻后的预浸料放到自动下料机托架上，按照程序裁剪每块料片；
3）预浸料铺贴：分别铺贴上C梁、下C梁；按照铺层顺序，对照各个模具上的刻线，将料片按照铺层顺序依次铺贴到模具上，直至所有的料片铺贴完成；铺贴时，为了提高铺贴质量，铺贴完第一层之后，在模具外封制真空袋，在常温下真空袋抽真空，利用真空的压力将料片压平整；铺完所有预浸料后真空压实一次；
4）R区预制体成型：将预浸料与结构胶膜铺贴在平板模具上，在模具外封制真空袋，进行抽真空预压实，使预浸料与胶膜结合在一起；裁剪宽度为20mm的结合后的填充物预制料，将其搓成紧密的圆棒，放置在专用R角模具中，使用擀板将圆棒赶实，然后转至压机上预压15-20min，使用塑料板轻轻取下预制好的R角备用；
5）合模：将铺贴完成的上C梁与下C梁进行合模，使用定位销定位，合模完成后，在上C梁与下C梁接合处两侧填充R区预制体，使用擀板将预制体赶平，在模具外封制真空袋，在常温下真空袋抽真空，利用真空的压力使预制体和梁紧密贴合；在模具左右缘条区域继续铺贴，按照铺层顺序，对照模具左右的刻线，将料片依次铺贴到模具上，按照步骤3）进行预浸料铺贴，直至所有的料片铺贴完成；
6）封装：取出定位销，将上C梁模具从模具大头部位缓缓抽出，在料片表面铺放扒皮布，在模具左右侧缘条区域铺放3mm厚度的硅橡胶，然后放置L型挡板，使用脱模布固定，要求硅橡胶与料片贴合的一面铺贴脱模布，防止料片与橡胶粘接；最后整体放置隔离膜、透气毡，封制真空袋并抽真空测漏；
7）固化：将模具转移到热压罐内，模具边缘布置热电偶，检测零件温度；按照下面参数运行热压罐固化试件：①室温下抽真空，真空度不低于-0.092Mpa，通过冷压测试后进罐固化，要求全程抽真空（两抽一测）；②室温下加压至0.6MPa，以1.5℃/min的升温速率升温至80±5℃，保温1h，继续升温至120±5℃，保温2h；③以1.5℃/min的降温速率降温至60℃以下卸压，开罐；
8）脱模和检测：拆除真空装置后，先拆除L型挡板，取出硅橡胶，然后将试件从下C梁模具上脱下，去除表面扒皮布，然后用标签纸或记号笔注明零件图号和名称，交由质检检测；
质检人员根据《GJB1038.1A-2004 纤维增强复合材料无损检验方法 第1部分 超声波检验》对零件进行无损检测，应符合《复合材料构件通用技术条件》（HB7224-1995）中三级标准，检验合格后，保留检测记录；
9）后期加工：固化完成后的产品边缘留有余量，使用切割机根据产品上的切割线切去余量即得到成品。
如图3所示，机翼大梁模具为组合模具，包括上C梁模具1、下C梁模具2、左右侧L型挡板3和底座4，模具采用真空袋成型法常用的框架式模具。1）为了便于产品脱模，选取大梁的内表面为贴膜面；2）模具上设置有产品边缘线和铺贴线，铺贴线用于在没有激光投影的条件下铺贴，定位预浸料位置。产品边缘线用于辅助产品后加工时切边；3）为了上下合模准确定位，设置定位销孔，由销孔来保证相对位置。
T700/E1302材料体系为T700碳纤维单向带和E1302中温环氧树脂复合而成的预浸料，固化之后即可成为复合材料。T700级碳纤维相比与T300级碳纤维材料，具有更好的力学性能，广泛应用于航空复合材料领域，成本低廉，工艺成熟，性能稳定。
本发明提出了一种复合材料工型梁成型方法，该方法制造的工型梁为一体层压结构，采用一体化制造的工艺方式，使用组合模具，通过合模后再抽出上模固化成型，利用硅橡胶垫和L型挡板保证外型面，依靠真空袋膜的压力保证内型面，以及上下模合模处紧密贴合，成型后的工型梁无损合格，质量达标；同时降低了生产成本，提高制件的生产效率；对现有的复合材料工型梁制造技术进行了改善，降低了制造难度。
本发明并不局限于上述实施例，在本发明公开的技术方案的基础上，本领域的技术人员根据所公开的技术内容，不需要创造性的劳动就可以对其中的一些技术特征作出一些替换和变形，这些替换和变形均在本发明的保护范围内。
Claims (5)
1.一种复合材料工型梁成型方法，其特征在于，包括以下步骤：
1）工装准备：清理机翼大梁试验件模具，清洗干净模具表面后，将脱模剂倒到擦拭纸上，多次擦拭下C梁模具，室温进行干燥；
2）预浸料下料：使用软件模拟每一层预浸料的形状，并导入自动下料机的操作系统中；提前将预浸料从冷库中取出解冻，在室温下静置直至包装袋中无潮气；解冻后的预浸料放到自动下料机托架上，按照程序裁剪每块料片；
3）预浸料铺贴：分别铺贴上C梁、下C梁；按照铺层顺序，对照各个模具上的刻线，将料片按照铺层顺序依次铺贴到模具上，直至所有的料片铺贴完成；铺贴时，铺贴完第一层之后，在模具外封制真空袋，在常温下真空袋抽真空，利用真空的压力将料片压平整；铺完所有预浸料后真空压实一次；
4）R区预制体成型：将预浸料与结构胶膜铺贴在平板模具上，在模具外封制真空袋，进行抽真空预压实，使预浸料与胶膜结合在一起；裁剪结合后的填充物预制料，将其搓成紧密的圆棒，放置在专用R角模具中，使用擀板将圆棒赶实，然后转至压机上预压，使用塑料板轻轻取下预制好的R角备用；
5）合模：将铺贴完成的上C梁与下C梁进行合模，使用定位销定位，合模完成后，在上C梁与下C梁接合处两侧填充R区预制体，使用擀板将预制体赶平，在模具外封制真空袋，在常温下真空袋抽真空，利用真空的压力使预制体和梁紧密贴合；在模具左右缘条区域继续铺贴，按照铺层顺序，对照模具左右的刻线，将料片依次铺贴到模具上，直至所有的料片铺贴完成；
6）封装：取出定位销，将模具的上C梁从模具大头部位抽出，在料片表面铺放扒皮布，在模具左右侧缘条区域铺放一定厚度的硅橡胶，然后放置L型挡板，使用脱模布固定；硅橡胶与料片贴合的一面铺贴脱模布，最后整体放置隔离膜、透气毡，封制真空袋并抽真空；
7）固化：将模具转移到热压罐内，模具边缘布置热电偶，检测零件温度；
8）脱模和检测：拆除真空装置后，先拆除L型挡板，取出硅橡胶，然后将试件从下C梁模具上脱下，去除表面扒皮布，然后用标签纸或记号笔注明零件图号和名称，交由质检检测；
9）后期加工：固化完成后的产品边缘留有余量，使用切割机根据产品上的切割线切去余量即得到成品。
2.根据权利要求1所述的一种复合材料工型梁成型方法，其特征在于，所述模具上设置有产品边缘线和铺贴线。
3.根据权利要求1所述的一种复合材料工型梁成型方法，其特征在于，所述模具上设置有定位销孔。
4.根据权利要求1-3所述的任意一项所述的一种复合材料工型梁成型方法，其特征在于，所述模具包括底座，上C梁模具，下C梁模具和左右侧L型挡板。
5.根据权利要求1所述的任意一项所述的一种复合材料工型梁成型方法，其特征在于，所述预浸料采用碳纤维复合材料预浸料。
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