本發(fā)明屬于復(fù)合材料制造技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種共固化的變曲率復(fù)合材料加筋壁板成型工藝方法。

背景技術(shù)：

復(fù)合材料更多的被應(yīng)用于各種復(fù)雜的加筋壁板結(jié)構(gòu)，變曲率加筋壁板作為其中成型難度較高的結(jié)構(gòu)，具有曲率變化大，模具制造及工藝成型復(fù)雜等特點(diǎn)。傳統(tǒng)的加筋壁板結(jié)構(gòu)成型工藝方式是膠接固化，使蒙皮或長(zhǎng)桁首先固化，而后與另外未固化的一部分再次膠接固化，這種固化方法易引起零件整體內(nèi)應(yīng)力局部集中，導(dǎo)致變形等問題，而多次固化必然導(dǎo)致能耗成本的增加。另外，長(zhǎng)桁芯模一般選用金屬材料，而對(duì)于變曲率結(jié)構(gòu)長(zhǎng)桁，因長(zhǎng)桁的外形曲率變化較大，金屬芯模在機(jī)加工時(shí)會(huì)產(chǎn)生大的變形，校正難度及成本較高，一般將金屬芯模分段，減少加工變形，同時(shí)也減少芯模較大的維修維護(hù)成本，在成型縱向小曲率結(jié)構(gòu)復(fù)合材料長(zhǎng)桁時(shí)具有較好的可操作性，但是在成型大型變曲率結(jié)構(gòu)加筋壁板時(shí)卻操作困難，并難以保證復(fù)合材料內(nèi)部質(zhì)量，并且傳統(tǒng)的長(zhǎng)桁卡板定位方法不具備可調(diào)整的功能。傳統(tǒng)工藝方法的劣勢(shì)主要表現(xiàn)為：1)使用的金屬長(zhǎng)桁芯模密度高，單根模具重量較大，不易搬運(yùn)組裝；2)低成本的普通金屬長(zhǎng)桁芯模與復(fù)合材料熱膨脹系數(shù)存在較大差異，零件固化后易變形，而選用低熱膨脹系數(shù)金屬，則成本較高；3)金屬長(zhǎng)桁芯模使用后易變形，需重新校正，校正成本較高；4)當(dāng)涉及金屬芯模-金屬芯模匹配成型復(fù)合材料t形長(zhǎng)桁時(shí)，兩根金屬模具相互配合困難，容易產(chǎn)生無法貼合的現(xiàn)象，影響復(fù)合材料長(zhǎng)桁零件內(nèi)部質(zhì)量；5)卡板變形會(huì)影響定位精度，而修正變形，則需要高昂成本。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種共固化的變曲率復(fù)合材料加筋壁板成型工藝方法，該方法具有低成本、高效率、操作簡(jiǎn)便、后期維護(hù)成本低的特點(diǎn)，并且長(zhǎng)桁模具具有良好的相互匹配性，無需考慮匹配間隙問題，更能保證復(fù)合材料長(zhǎng)桁之間及長(zhǎng)桁與蒙皮的內(nèi)部質(zhì)量。

本發(fā)明解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案如下：

該方法包括以下步驟：

a.柔性長(zhǎng)桁芯模的制備，按照設(shè)計(jì)的長(zhǎng)桁形狀，將柔性長(zhǎng)桁芯模在陰模模具中固化成型，長(zhǎng)桁柔性芯模由預(yù)浸料層及橡膠層組成，將預(yù)浸料層及橡膠層按照[橡膠層/預(yù)浸料層/橡膠層]的順序鋪放到模具中，預(yù)浸料層厚度為0.5mm～3mm，貼陰模模具側(cè)的橡膠層厚度為0.3mm～1mm，非貼模具側(cè)的橡膠為填充結(jié)構(gòu)，填充橡膠至陰模模具的上表面；用真空袋密封后升溫并加壓固化，固化溫度為：175℃～250℃，固化壓力范圍為0.3mpa～1.2mpa，固化時(shí)間為90min～180min，固化完成后，從模具內(nèi)取出；

b.復(fù)合材料壁板蒙皮及長(zhǎng)桁鋪貼，按照設(shè)計(jì)要求，在壁板模胎上按照鋪層序列鋪貼蒙皮預(yù)浸料鋪層，并在長(zhǎng)桁鋪貼模具上鋪貼預(yù)浸料鋪層，制備成長(zhǎng)桁坯體；

c.長(zhǎng)桁坯體與蒙皮的組裝，在柔性長(zhǎng)桁芯模的貼零件側(cè)放置聚四氟乙烯隔離膜，將長(zhǎng)桁坯體從長(zhǎng)桁鋪貼模具上取下，放置在對(duì)應(yīng)的柔性長(zhǎng)桁芯模上，按照壁板模胎的長(zhǎng)桁定位卡板，將柔性長(zhǎng)桁芯模連同長(zhǎng)桁坯體定位在鋪貼完成的蒙皮上，長(zhǎng)桁坯體與蒙皮貼合；

d.在組裝完成的坯體上依次放置聚四氟乙烯隔離膜、透氣氈輔助材料，并用真空袋密封，放入烘箱或熱壓罐中共固化成型；

e.脫模，固化完成后，將零件表面覆蓋的輔助材料取下，然后將柔性長(zhǎng)桁芯模從復(fù)合材料壁板長(zhǎng)桁中脫模，得到復(fù)合材料加筋壁板。

復(fù)合材料長(zhǎng)桁截面為t形或l形，柔性長(zhǎng)桁芯模截面為梯形、三角形或矩形。

柔性長(zhǎng)桁芯模使用的預(yù)浸料及橡膠固化溫度為：180℃～200℃，固化壓力范圍為0.5mpa～1.0mpa，固化時(shí)間為120min～150min。

柔性長(zhǎng)桁芯模預(yù)浸料層及橡膠層為單層或多層組成，預(yù)浸料層厚度為1mm～2mm，貼陰模模具側(cè)的橡膠層厚度為0.3mm～0.4mm，非貼模具側(cè)的橡膠為填充結(jié)構(gòu)；

所述長(zhǎng)桁定位卡板的長(zhǎng)桁端定位機(jī)構(gòu)含有滑桿和滑動(dòng)式擋塊，擋塊和滑桿上均有10等分刻度，擋塊上每分度為0.9mm，滑桿上每分度為1.0mm。

本發(fā)明的特點(diǎn)及優(yōu)點(diǎn)包括：

本發(fā)明利用柔性長(zhǎng)桁芯模作為成型芯模，結(jié)合了橡膠的柔韌性及纖維復(fù)合材料的剛性、低密度等特點(diǎn)，采用復(fù)合材料柔性長(zhǎng)桁芯模替代金屬芯模，并將柔性長(zhǎng)桁芯模成型為連續(xù)結(jié)構(gòu)，通過調(diào)整柔性長(zhǎng)桁芯模中的橡膠比例控制芯模剛性，復(fù)合材料零件的長(zhǎng)桁坯體鋪貼在鋪貼模具上完成，然后轉(zhuǎn)移至柔性長(zhǎng)桁模具上，通過長(zhǎng)桁定位卡板將長(zhǎng)桁定位在蒙皮坯體上，并采用共固化的工藝方法制造具有變曲率結(jié)構(gòu)的加筋壁板，在操作時(shí)易與工藝件貼合，不受曲率外形的影響。本方法可成型具有t形或l形長(zhǎng)桁的變曲率復(fù)合材料壁板結(jié)構(gòu)，制造成型過程包括柔性長(zhǎng)桁芯模制備、復(fù)合材料壁板蒙皮及長(zhǎng)桁鋪貼、長(zhǎng)桁坯體與蒙皮的組裝、封裝固化成型等工序，采用該方法成型變曲率復(fù)合材料加筋壁板，具有結(jié)構(gòu)內(nèi)應(yīng)力低、成型效率高、操作簡(jiǎn)便、內(nèi)部質(zhì)量高等特定，整體的柔性長(zhǎng)桁芯模具有更高的模具相互匹配性，不必考慮匹配間隙的問題，使用后無需校正，減少了金屬模具數(shù)量，降低了模具制造及維護(hù)成型，使零件成型制造更快捷、成本更低、質(zhì)量及重復(fù)性更高。

附圖說明

圖1為l形長(zhǎng)桁加筋變曲率結(jié)構(gòu)復(fù)合材料壁板外形示意圖

圖2為l形復(fù)合材料長(zhǎng)桁1的橫截面

圖3為柔性復(fù)合材料長(zhǎng)桁芯模鋪貼制備示意圖

圖4為長(zhǎng)桁鋪貼示意圖

圖5為l形長(zhǎng)桁加筋變曲率結(jié)構(gòu)復(fù)合材料壁板模具示意圖

圖6為零件坯體組裝示意圖

具體實(shí)施方式

柔性長(zhǎng)桁芯模的制備，長(zhǎng)桁柔性芯模在陰模模具中固化成型，陰模模具的內(nèi)形面與設(shè)計(jì)的長(zhǎng)桁的內(nèi)形面相同，首先在模具表面涂脫模劑，脫模劑完全干燥后，在陰模內(nèi)表面依次鋪放橡膠層、預(yù)浸料層、橡膠層，為便于鋪貼，橡膠可壓制為片狀。貼陰模模具側(cè)的橡膠層總厚度為0.3mm～1mm，預(yù)浸料層厚度為0.5mm～3mm，非貼模具側(cè)的橡膠為填充結(jié)構(gòu)，填充橡膠至陰模模具的上表面，預(yù)浸料層可以由多層預(yù)浸料疊層而成，預(yù)浸料鋪貼過程中可通過控制鋪貼方向，減小預(yù)浸料在圓角區(qū)的架橋，最上側(cè)的橡膠層為填充結(jié)構(gòu)，將橡膠切割成細(xì)條狀填充，直至填滿模具。完成填充后，表面覆蓋聚四氟乙烯隔離膜，并用真空袋密封，升溫并加壓固化，固化溫度為：175℃～250℃，固化壓力范圍為0.3mpa～1.2mpa，固化時(shí)間為90min～180min，固化完成后，去除隔離膜及真空度，將柔性長(zhǎng)桁芯模從模具內(nèi)取出；

復(fù)合材料壁板蒙皮及長(zhǎng)桁鋪貼，按照設(shè)計(jì)要求，在壁板模胎上按照鋪層序列依次鋪貼蒙皮預(yù)浸料鋪層，制備成蒙皮坯體。同時(shí)在長(zhǎng)桁鋪貼模具上鋪貼預(yù)浸料鋪層，對(duì)超出模具的坯體進(jìn)行裁剪，使坯體的外輪廓更加接近理論外形，并在室溫抽真空壓實(shí)，使長(zhǎng)桁坯體預(yù)浸料層間更緊密。

長(zhǎng)桁坯體與蒙皮的組裝，為了能夠使柔性長(zhǎng)桁芯模能夠與固化后的長(zhǎng)桁分離，在柔性長(zhǎng)桁芯模的貼零件一側(cè)放置聚四氟乙烯隔離膜，然后將長(zhǎng)桁坯體從長(zhǎng)桁鋪貼模具上取下，放置在對(duì)應(yīng)的柔性長(zhǎng)桁芯模上，并再次裁剪長(zhǎng)桁坯體伸出柔性長(zhǎng)桁芯模的多余材料。

壁板模胎上的長(zhǎng)桁定位卡板含有滑塊裝置，打開滑塊位置，將柔性長(zhǎng)桁芯模連同長(zhǎng)桁坯體放入定位滑塊之間，調(diào)整滑動(dòng)擋塊位置至預(yù)定位置，并鎖緊滑塊，完成長(zhǎng)桁坯體的定位操作。

在組裝完成的整體坯體上依次放置聚四氟乙烯隔離膜、透氣氈輔助材料，并用真空袋密封，放入烘箱或熱壓罐中，按照材料的固化參數(shù)共固化成型為復(fù)合材料加筋壁板；

脫模，固化完成后，將零件表面覆蓋的真空袋等輔助材料取下，然后將柔性長(zhǎng)桁芯模從復(fù)合材料壁板長(zhǎng)桁中脫模，得到復(fù)合材料加筋壁板。

實(shí)施例一

具有l(wèi)形長(zhǎng)桁的變曲率復(fù)合材料加筋壁板零件是本發(fā)明中比較典型的一種，采用本發(fā)明方法可實(shí)現(xiàn)該類結(jié)構(gòu)的共固化制造，圖1揭示了l形長(zhǎng)桁加筋變曲率結(jié)構(gòu)復(fù)合材料壁板外形示意圖，該零件包括l形復(fù)合材料長(zhǎng)桁1、復(fù)合材料蒙皮2，圖2揭示了復(fù)合材料長(zhǎng)桁的橫截面，圖3揭示了柔性復(fù)合材料長(zhǎng)桁芯模鋪貼制備示意圖，圖4揭示了復(fù)合材料長(zhǎng)桁鋪貼示意圖，圖5揭示了l形長(zhǎng)桁加筋變曲率結(jié)構(gòu)復(fù)合材料壁板模具示意圖，圖6揭示了零件坯體組裝示意圖。

柔性長(zhǎng)桁芯模8是在陰模模具3中制備的，首先將厚度為0.3mm厚度的橡膠層4鋪貼在陰模模具3中，然后在橡膠層4上鋪貼預(yù)浸料層5，使用單層名義厚度為0.15的預(yù)浸料鋪貼10層，預(yù)浸料層5的總厚度為1.5mm，預(yù)浸料層5上再填充橡膠6，將橫截面填充為三角形。鋪貼完成后，將模具連同坯體放到壓機(jī)或熱壓罐中固化，固化溫度控制在180℃～200℃，固化壓力范圍為0.5mpa～1.0mpa，固化時(shí)間為120min～150min。

復(fù)合材料蒙皮2在壁板模胎7上鋪貼，復(fù)合材料長(zhǎng)桁1在長(zhǎng)桁鋪貼模具9上鋪貼，鋪層順序按照?qǐng)D樣鋪層依次鋪貼。復(fù)合材料長(zhǎng)桁1鋪貼完成后，將坯體從長(zhǎng)桁鋪貼模具9上取下，放在柔性長(zhǎng)桁芯模8上，復(fù)合材料長(zhǎng)桁1的外形按照柔性長(zhǎng)桁芯模8的外形裁剪。

將柔性長(zhǎng)桁芯模8連同其上的復(fù)合材料長(zhǎng)桁1放置在復(fù)合材料蒙皮2上，將定位卡板10安裝在模胎7上。定位卡板上安裝有滑竿13、滑塊11和鎖緊螺栓12，擋塊11和滑桿13上均有10等分刻度，擋塊上每分度為0.9mm，滑桿上每分度為1.0mm，在滑竿13上滑動(dòng)滑塊11的位置，用來調(diào)整復(fù)合材料長(zhǎng)桁1及柔性長(zhǎng)桁芯模8的位置，并擰緊鎖緊螺栓12固定位置。

完成復(fù)合材料長(zhǎng)桁1的定位后，在坯體上面依次放置聚四氟乙烯隔離膜、透氣氈輔助材料，并用真空袋密封，放入熱壓罐中共固化成型，固化完成后，取下真空袋等輔助材料及柔性長(zhǎng)桁芯模，得到l形長(zhǎng)桁加筋變曲率結(jié)構(gòu)復(fù)合材料壁板1。

采用該種方法成型的變曲率復(fù)合材料加筋壁板內(nèi)部質(zhì)量較高、操作簡(jiǎn)單、成型方便、成本低廉。本發(fā)明不僅限于以上的實(shí)施例，對(duì)本領(lǐng)域普通專業(yè)技術(shù)人員，所做的各種變化和修改，都應(yīng)在本發(fā)明的構(gòu)思及保護(hù)范圍之內(nèi)。