CN219360372U - 用于制造复合材料帽型加筋壁板的共固化芯模 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种用于制造复合材料帽型加筋壁板的共固化芯模，包括：芯模壳体，其沿着复合材料帽型长桁的腔体的纵向延伸出腔体，芯模壳体的横截面形成封闭的内腔并且与复合材料帽型长桁的腔体横截面匹配；和芯模支撑柱，其容纳在芯模壳体的内腔内，沿着芯模壳体的纵向延伸出所述内腔，并且至少在复合材料帽型长桁的腔体的帽底侧和帽顶侧，芯模支撑柱与芯模壳体的内腔的表面接触；其中芯模壳体被放置在复合材料帽型长桁的腔体内。本实用新型能够简化复合材料帽型长桁加筋壁板制造过程，降低制造成本，且复合材料帽型长桁加筋壁板的质量更加稳定，非常适合转化为自动化制造过程。

Description

用于制造复合材料帽型加筋壁板的共固化芯模

技术领域

本实用新型涉及复合材料结构成型领域，具体地，涉及一种用于制造复合材料帽型长桁加筋壁板的共固化芯模。

背景技术

碳纤维树脂基复合材料因其优异的性能及相关技术的不断发展，越来越多地被用于航空航天领域的结构件制造。由于该复合材料的帽型(或Ω型)结构的稳定性好，轴线载荷传递效率高，因此在航空航天领域中通常将复合材料帽型长桁加筋壁板作为最典型的加筋壁板结构。特别是大型客机的机身段，基本上都使用了复合材料帽型长桁加筋壁板结构。

通常，在热压罐内使用共固化工艺来制造复合材料帽型长桁加筋壁板，该过程需要通过芯模来完成。具体地，在将复合材料帽型长桁和蒙皮固化之前，需要借助芯模来填充复合材料帽型长桁的腔体空间，以在铺放蒙皮时承受蒙皮的压力。在将蒙皮铺放在复合材料帽型长桁的帽底区域后，蒙皮与复合材料帽型长桁的组合形成一个封闭空间。在随后的固化过程中，借助芯模实现复合材料帽型长桁腔体内的加压。例如，在室温下将芯模放置在复合材料帽型长桁的腔体内，以通过芯模本体支撑蒙皮铺放，并在固化升温时通过芯模本体的膨胀力对复合材料帽型长桁腔体实现加压。

现有的芯模主要包括：金属或合金芯模；实心橡胶芯模；中空橡胶芯模。

关于金属或合金芯模，在室温下通过其芯模本体支撑蒙皮铺放，固化过程中通过芯模本体热膨胀对复合材料帽型长桁腔体进行加压和固化。优点是壁板成型表面质量好，缺点是固化后难以从复合材料帽型长桁腔体抽出芯模本体，且容易损伤壁板。因此在实际生产中金属或合金芯模的应用越来越少。

关于实心橡胶芯模，其也是室温下通过芯模本体支撑蒙皮铺放，固化过程中利用热膨胀对零件进行加压。然而，实心橡胶芯模的热膨胀系数难以预测，且在经过多个制造周期后，实心橡胶芯模的膨胀特性将会发生变化，固化后也很难将芯模本体从复合材料帽型长桁腔体中抽出。

关于中空橡胶芯模，在固化过程中需要利用热压罐或外连通真空气源对壁板进行加压。国外通常采用外连通真空气源，其压力设备及固化程序过于复杂，且未固化的蒙皮需在蒙皮成型工装上铺放完成后再转移至壁板成型工装，没有充分发挥共固化工艺的优势，极大地增加了制造周期及工装成本投入。

实用新型内容

鉴于现有芯模的缺点，本实用新型提出了一种用于制造复合材料帽型加筋壁板的共固化芯模，该芯模适用于通过将复合材料帽型长桁与蒙皮粘接在一起的共固化工艺来制造复合材料帽型长桁加筋壁板。本实用新型能够简化复合材料帽型长桁加筋壁板制造过程，降低制造成本，且复合材料帽型长桁加筋壁板的质量更加稳定，非常适合转化为自动化制造过程。

优选地，一种用于制造复合材料帽型加筋壁板的共固化芯模，包括：芯模壳体，其沿着复合材料帽型长桁的腔体的纵向延伸出腔体，芯模壳体的横截面形成封闭的内腔并且与复合材料帽型长桁的腔体横截面形状相匹配；和芯模支撑柱，其容纳在芯模壳体的内腔内，沿着芯模壳体的纵向延伸出内腔，并且至少在复合材料帽型长桁的腔体的帽底侧和帽顶侧，芯模支撑柱与芯模壳体的内腔的表面接触；其中芯模壳体被放置在复合材料帽型长桁的腔体内。

优选地，在腔体的帽底侧，芯模壳体与复合材料帽型加筋壁板的捻条、蒙皮贴合。

当将蒙皮铺放在腔体的帽底区域时，芯模壳体能够承受蒙皮的压力，避免蒙皮变形，改善壁板的成型质量。

优选地，芯模壳体的材料包含橡胶或热塑性弹性体合金。

芯模壳体的材料使得芯模壳体作为基体保证芯模的强度和气密性，同时又具有一定的延展性。

优选地，芯模支撑柱的截面形状为以下构型中的任一者：“蝴蝶型”、“工型”、“帽型”。

芯模支撑柱的截面形状使得将芯模支撑柱放置在芯模壳体的内腔时，芯模能够具有合适的刚度，在蒙皮的铺放过程中维持截面形状，从而保证纤维铺放角度不发生扭曲。

优选地，芯模支撑柱的材料包含橡胶或热塑性弹性体合金。

芯模支撑柱的材料使得其能够承受蒙皮铺放时的压力。

优选地，芯模壳体的外表面经过表面处理以降低将芯模壳体放置在复合材料帽型长桁的腔体内和从腔体内抽取芯模壳体的操作难度。

优选地，所述处理包括在芯模壳体的外表面喷涂或包裹隔离层。

通过设置隔离层，可以更平滑地从固化后的复合材料帽型加筋壁板移除芯模壳体，进而减小对复合材料帽型加筋壁板的损伤，保证了复合材料帽型加筋壁板的成形质量。

优选地，芯模支撑柱的外表面经过表面处理以降低将芯模支撑柱放置在芯模壳体的内腔内和从内腔内抽取所述芯模支撑柱的操作难度。

优选地，所述处理包括在所述芯模支撑柱的外表面喷涂或包裹隔离层。

通过设置隔离层，可以更平滑地从芯模壳体移除芯模支撑柱，进而减小对芯模壳体和复合材料帽型加筋壁板的损伤，使得芯模能够被重复使用，并且保证了复合材料帽型加筋壁板的成形质量。

优选地，隔离层的材料为氟化乙烯丙烯共聚物(FEP)或乙烯-四氟乙烯共聚物(ETFE)。

氟化乙烯丙烯共聚物(FEP)或乙烯-四氟乙烯共聚物(ETFE)能够在芯模壳体或芯模支撑柱的表面上起到隔离和脱模的作用。

优选地，芯模支撑柱沿长度方向具有足够的柔性，使得在厚度或曲率变化的复合材料帽型加筋壁板成形时，共固化芯模可以随着复合材料帽型加筋壁板的壁板型面上下起伏或扭转。

优选地，芯模壳体沿长度方向具有足够的柔性，使得在厚度或曲率变化的复合材料帽型加筋壁板成形时，共固化芯模可以随着复合材料帽型加筋壁板的壁板型面上下起伏或扭转。

芯模支撑柱和芯模壳体沿其长度方向具有足够的柔性，使得共固化芯模能够用于制造形状复杂的复合材料帽型加筋壁板。尤其是，当复合材料加筋壁板的厚度或曲率变化时，共固化芯模能够始终贴合复合材料帽型加筋壁板，进而改善复合材料加筋壁板的成形质量。

与现有技术中的芯模相比，本实用新型所述芯模的结构简单，制造容易，成本低。此外，本实用新型所述芯模的质量较轻，能够容易地放置在复合材料帽型长桁的腔体内，并在复合材料帽型加筋壁板固化后，很容易从复合材料帽型长桁的腔体内取出并且不会对复合材料帽型加筋壁板产生损伤，因此能够改善复合材料帽型加筋壁板的表面成型质量。

附图说明

当结合附图时，通过参考本实用新型的示例性实施例的以下说明性且非限制性的详细描述，将更全面地理解本实用新型的上述目的以及其他目的、特征和优点。

图1示出了本实用新型所述芯模与复合材料帽型长桁的组装件的示意图；

图2示出了图1所示组装件的截面示意图；

图3示出了本实用新型所述芯模的组成示意图；

图4示出了本实用新型所述芯模与复合材料帽型长桁的组装过程的示意图；

图5示出了将蒙皮铺放在复合材料帽型长桁的帽底区域的示意图；

图6示出了从本实用新型所述芯模的芯模壳体取出芯模支撑柱的示意图；

图7示出了从复合材料帽型长桁的腔体取出芯模壳体的示意图。

具体实施方式

从下面给出的详细描述中，本实用新型将变得明显。详细描述和具体实施方式仅通过例示的方式公开了本实用新型的优选实施方式。根据详细描述中的指导，本领域技术人员理解，可以在本实用新型的公开范围内进行改变和修改。

因此，应该理解的是，本实用新型的公开内容不限于所描述装置的特定构件，因为这种装置是可以改变的。还应明白的是，在本实用新型中使用的用语仅是为了描述具体实施方式，而并不旨在进行限制。应当注意，当在说明书和所附权利要求中使用时，例如“一”、“一个”、“该”和“所述”等词语意在表示存在一个或多个元素，除非上下文明确地另有说明。因此，例如，对“一个单元”或“该单元”的引用可以包括若干装置等等。此外，词语“包括”、“包含”、“含有”和类似措词并不排除其他要素或步骤。

现在将参考附图描述本实用新型，在附图中示出了本实用新型的优选示例性实施例。然而，本实用新型可以以其他形式实施，并且不应被解释为受限于本实用新型公开的实施例。本实用新型所公开的实施例是为了向本领域技术人员完全地传达本实用新型的范围。

图1示出了本实用新型所述芯模与复合材料帽型长桁的组装件的示意图。该组装件11包括复合材料帽型长桁1、芯模10以及捻条2。

本实用新型所述芯模10包括芯模壳体3和芯模支撑柱4。芯模壳体3沿着复合材料帽型长桁1的腔体的纵向延伸出腔体，芯模壳体3的横截面形成封闭的内腔并且与复合材料帽型长桁1的腔体横截面匹配。芯模支撑柱4容纳在芯模壳体3的内腔内，沿着芯模壳体3的纵向延伸出内腔，并且至少在复合材料帽型长桁1的腔体的帽底侧和帽顶侧，芯模支撑柱4与芯模壳体3的内腔的表面接触。芯模壳体3被放置在复合材料帽型长桁1的腔体内。

图2示出了图1所示组装件的截面示意图。如图所示，当将芯模放置在复合材料帽型长桁的腔体内时，芯模壳体3的截面形状与复合材料帽型长桁1的腔体截面相匹配。尤其是，在腔体的帽顶区域，芯模壳体3与复合材料帽型长桁1的帽顶内壁尽量贴合，以在将芯模放置在复合材料帽型长桁1的腔体时保证芯模在腔体内的姿态准确度。在腔体的帽底区域，芯模壳体3与捻条2、随后铺放的蒙皮7贴合，如图5所示，由此当将蒙皮7铺放在腔体的帽底区域时，芯模壳体3能够承受蒙皮7的压力，避免蒙皮7变形，改善壁板的成型质量。

图3示出了本实用新型所述芯模的组成示意图。如图所示，芯模壳体3的材料可以包括橡胶或热塑性弹性体合金，使得芯模壳体3作为基体保证芯模的强度和气密性，同时又具有一定的延展性。芯模支撑柱4的材料可以包括橡胶或热塑性弹性体合金，使得芯模支撑柱4用于承受蒙皮铺放时的压力。优选地，为了降低芯模壳体3的放置和抽取的操作难度，对芯模壳体3的外表面进行表面处理。例如，在芯模壳体3的外表面喷涂或包裹隔离层5。隔离层5的材料为氟化乙烯丙烯共聚物(FEP)或乙烯-四氟乙烯共聚物(ETFE)，该材料能够在芯模壳体3的表面上起到隔离和脱模的作用。通过设置隔离层5，可以更平滑地从复合材料帽型加筋壁板的腔体移除芯模壳体3，进而减小对复合材料帽型加筋壁板的损伤，保证了复合材料帽型加筋壁板的成形质量。更优选地，也可以在芯模支撑柱4的外表面进行表面处理，以便更容易地将芯模支撑柱4放置在芯模壳体3内或从芯模壳体3内取出。

芯模支撑柱4的截面形状可以包括“蝴蝶型”、“工型”、“帽型”等其它形状，包含但不限于如图2和图3所示的形状。通过将芯模支撑柱4放置在芯模壳体3的内腔内，芯模能够具有合适的刚度，在蒙皮7的铺放过程中维持截面形状，从而保证纤维铺放角度不发生扭曲。此外，芯模壳体和芯模支撑柱沿长度方向均具有足够的柔性，因此在厚度或曲率变化的壁板成形时，芯模可以随着壁板型面上下起伏或扭转。

为使本实用新型实施的方案和优点更加清楚，下面结合附图对本实用新型所述芯模的操作方法进行完整的说明。该操作方法包括以下步骤。

步骤1：准备将复合材料帽型长桁预成型体放置在模具凹槽中。

步骤2：将芯模放置在复合材料帽型长桁的腔体内，并在复合材料帽型长桁的帽底边缘和芯模的芯模壳体之间填充捻条，以形成由复合材料帽型长桁、捻条和芯模组成的组装件。

如图4所示，将芯模10放置在复合材料帽型长桁1的腔体内，并且如图2所示，将捻条2放置在复合材料帽型长桁1的帽底边缘和芯模的芯模壳体3之间，由此形成组装件11。

步骤3：将蒙皮铺放在组装件的帽底表面上。

如图5所示，通过铺丝机压辊6将蒙皮7铺放在组装件11的帽底表面上。

步骤4：从芯模壳体的内腔取出芯模支撑柱，并且向芯模支撑柱已取出的组装件提供真空袋，该真空袋包围芯模支撑柱已取出的组装件并与芯模壳体密封连接以使得芯模壳体的内腔通过端口与外部连通。

如图6所示，例如通过操作员，将芯模支撑柱4从芯模壳体3的内腔取出，并且在芯模支撑柱4已取出的组装件外侧设置真空袋(未示出)，该真空袋包围芯模支撑柱4已取出的组装件并且与芯模壳体3密封连接，以使得芯模壳体3的内腔至少通过芯模壳体3的端口与外部连通。

步骤5：将真空袋包围的组装件放置在热压罐内进行固化。

在热压罐内，复合材料帽型加筋壁板的外表面和芯模壳体的内腔的表面受到均匀的压力，并且在均匀的温度下，组装件固化成型。

步骤6:从热压罐内取出固化完成的组装件，并且从复合材料帽型长桁的腔体内取出芯模壳体。

如图7所示，在从热压罐取出已固化的组装件后，例如通过操作员，将芯模壳体3从复合材料帽型长桁1的腔体内取出，以获得复合材料帽型加筋壁板。

与现有技术中的芯模相比，本实用新型所述芯模的结构简单，制造容易，成本低。此外，本实用新型所述芯模的质量较轻，能够容易地放置在复合材料帽型长桁的腔体内，并在复合材料帽型加筋壁板固化后，很容易从复合材料帽型长桁的腔体内取出并且不会对复合材料帽型加筋壁板产生损伤，因此能够改善复合材料帽型加筋壁板的表面成型质量。

本领域技术人员认识到，本公开内容不限于上述优选实施例。本领域技术人员还认识到，在所附权利要求的范围内做出修改和变化是可能的。此外，通过对附图、公开内容和所附权利要求的研究，实施所要求保护的公开内容的技术人员能够理解并实施所公开的实施例的变形。

Claims (12)

1.一种用于制造复合材料帽型加筋壁板的共固化芯模，其特征在于，所述共固化芯模包括：

芯模壳体，所述芯模壳体沿着复合材料帽型长桁的腔体的纵向延伸出所述腔体，其中所述芯模壳体的横截面形成封闭的内腔并且与所述复合材料帽型长桁的腔体横截面形状相匹配；和

芯模支撑柱，所述芯模支撑柱容纳在所述芯模壳体的内腔内，并且沿着所述芯模壳体的纵向延伸出所述内腔，其中至少在所述复合材料帽型长桁的腔体的帽底侧和帽顶侧，所述芯模支撑柱与所述芯模壳体的内腔的表面接触；

其中，所述芯模壳体被放置在所述复合材料帽型长桁的腔体内。

2.根据权利要求1所述的共固化芯模，其特征在于，在所述腔体的帽底侧，所述芯模壳体与所述复合材料帽型加筋壁板的捻条、蒙皮贴合。

3.根据权利要求1所述的共固化芯模，其特征在于，所述芯模壳体的材料包含橡胶或热塑性弹性体合金。

4.根据权利要求1所述的共固化芯模，其特征在于，所述芯模支撑柱的截面形状为以下构型中的任一者：“蝴蝶型”、“工型”、“帽型”。

5.根据权利要求1所述的共固化芯模，其特征在于，所述芯模支撑柱的材料包含橡胶或热塑性弹性体合金。

6.根据权利要求1所述的共固化芯模，其特征在于，所述芯模壳体的外表面经过表面处理以降低将所述芯模壳体放置在所述复合材料帽型长桁的腔体内和从所述腔体内抽取所述芯模壳体的操作难度。

7.根据权利要求6所述的共固化芯模，其特征在于，所述表面处理包括在所述芯模壳体的外表面喷涂或包裹隔离层。

8.根据权利要求1所述的共固化芯模，其特征在于，所述芯模支撑柱的外表面经过表面处理以降低将所述芯模支撑柱放置在所述芯模壳体的内腔内和从所述内腔内抽取所述芯模支撑柱的操作难度。

9.根据权利要求8所述的共固化芯模，其特征在于，所述表面处理包括在所述芯模支撑柱的外表面喷涂或包裹隔离层。

10.根据权利要求7或9所述的共固化芯模，其特征在于，所述隔离层的材料为氟化乙烯丙烯共聚物(FEP)或乙烯-四氟乙烯共聚物(ETFE)。

11.根据权利要求1所述的共固化芯模，其特征在于，所述芯模支撑柱沿长度方向具有足够的柔性，使得在厚度或曲率变化的复合材料帽型加筋壁板成形时，所述共固化芯模可以随着所述复合材料帽型加筋壁板的壁板型面上下起伏或扭转。

12.根据权利要求1所述的共固化芯模，其特征在于，所述芯模壳体沿长度方向具有足够的柔性，使得在厚度或曲率变化的复合材料帽型加筋壁板成形时，所述共固化芯模可以随着所述复合材料帽型加筋壁板的壁板型面上下起伏或扭转。