本發(fā)明涉及復(fù)合材料制造，具體涉及一種變曲率、多下陷、長尺寸j型筋固化成型工藝及裝置。

背景技術(shù)：

1、碳纖維復(fù)合材料具有比強(qiáng)度高、比剛度高、優(yōu)異耐腐蝕性、可設(shè)計(jì)性強(qiáng)、抗疲勞斷裂性能好等優(yōu)勢，已逐步成為國內(nèi)外新一代飛機(jī)的主要結(jié)構(gòu)材料。復(fù)合材料加筋壁板結(jié)構(gòu)由于其良好的后屈曲承載能力及減重效果，被廣泛應(yīng)用于大型機(jī)翼、機(jī)身等主承力結(jié)構(gòu)。而j型筋壁板多采用二次膠接工藝，因此j型筋自身的型面輪廓及內(nèi)部質(zhì)量顯得尤為重要；

2、目前，復(fù)合材料j型筋多采用單向帶材料，且多為等直或單曲結(jié)構(gòu)、j型筋緣條面型面均勻，大多無下陷區(qū)，在現(xiàn)有的j型筋制造工藝中，多采用金屬模具與復(fù)材模具以及金屬模具與硅橡膠模具的成型工藝，但是對于變曲結(jié)構(gòu)緣條面下陷區(qū)較多以及長度較長（弧長大于1800mm的j型筋結(jié)構(gòu)），受限于此結(jié)構(gòu)鋪貼難度自身的加大，導(dǎo)致j型筋r角區(qū)尤其在緣條下陷區(qū)，在鋪貼過程中極易出現(xiàn)架橋現(xiàn)象，導(dǎo)致固化后分層。同時若采用金屬與復(fù)材模具或金屬與硅橡膠模具，由于復(fù)材模具或者硅橡膠模具的自身變形以及使用后發(fā)生變形等情況。厚的復(fù)材模具或者硅橡膠模具與金屬主體模具定位困難，無法保證j型筋兩部分之間的匹配，造成j型筋固化后r角出現(xiàn)分層或孔隙，同時復(fù)材模具或硅橡膠模具使用壽命低（小于3次）大大增加成本。因此，尋求一種能保證變曲率多下陷長尺寸復(fù)合材料j型筋內(nèi)部和外部質(zhì)量的方法越來越重要。

3、通過上述分析，現(xiàn)有技術(shù)存在的問題及缺陷可總結(jié)為：

4、（1）現(xiàn)有技術(shù)中多采用金屬模具+復(fù)材模具或金屬模具+硅橡膠模具的形式成型復(fù)合材料j型筋，該種方法多適用于等直或單曲結(jié)構(gòu)、j型筋緣條面型面均勻，大多無下陷區(qū)且鋪敷層數(shù)較少的情況，對于變曲率、多下陷、長尺寸的復(fù)合材料j型筋，輔助成型z型部分預(yù)制體的復(fù)材模具或硅橡膠模具自身變形以及使用后變形，導(dǎo)致緣條面配合度較差，影響零件內(nèi)部及外部質(zhì)量；

5、（2）不能避免預(yù)浸料在未固化狀態(tài)下，由于復(fù)合材料內(nèi)部的樹脂未充分流動，導(dǎo)致未固化零件整體厚度比固化后的厚度厚，特別是r角的尺寸與理論尺寸有偏差，從而使c型部分與z型部分定位安裝后r角區(qū)易形成空腔，造成內(nèi)部缺陷；

6、（3）復(fù)合材料j型筋多采用單向帶材料，對于變曲率多下陷長尺寸的結(jié)構(gòu)整體鋪敷難度較高，熱壓罐固化后，靠近真空袋一側(cè)易產(chǎn)生褶皺、架橋、孔隙的情況。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種變曲率、多下陷、長尺寸j型筋固化成型工藝及裝置。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：一種變曲率、多下陷、長尺寸j型筋固化成型工藝，包括如下步驟：

3、s1、在c型鋪貼模、z型鋪貼模以及緣條鋪貼模鋪貼碳纖維材料，在復(fù)合材料捻子條成型模具上鋪貼碳纖單向帶，采用真空袋進(jìn)行封裝并進(jìn)行熱壓實(shí)分別得到c型預(yù)成型體、z型預(yù)成型體、緣條預(yù)成型體和碳纖單向帶捻子條；

4、s2、將c型鋪貼模與z型鋪貼模通過定位擋板定位安裝，得到第一組合體；

5、s3、將第一組合體采用真空袋封裝并進(jìn)行真空壓實(shí)，隨后將碳纖單向帶捻子條起下填充至第一組合體的r角區(qū)內(nèi)，將緣條鋪貼模通過定位擋板及定位擋邊與第一組合體組合得到第二組合體；

6、s4、第二組合體采用真空袋封裝并進(jìn)行真空壓實(shí)，卸除定位擋板，零件周邊輪廓采用未硫化橡膠進(jìn)行邊緣擋邊，最后采用真空袋進(jìn)行封裝、熱壓罐固化、脫模、得到成型產(chǎn)品。

7、優(yōu)選的，s3中，待第一組合體真空壓實(shí)后，先采用碳纖單向帶細(xì)絲預(yù)先填充，然后將碳纖單向帶捻子條填充至第一組合體r角區(qū)內(nèi)，并且填充后對局部空腔位置采用碳纖維絲填補(bǔ)。

8、本發(fā)明還提出一種變曲率、多下陷、長尺寸j型筋固化成型裝置，包括有：

9、c型鋪貼模，用于鋪貼c型預(yù)成型體的碳纖維材料；

10、z型鋪貼模，用于鋪貼z型預(yù)成型體的碳纖維材料以及與c型鋪貼模組合定位；

11、緣條鋪貼模，用于鋪貼緣條預(yù)成型體的碳纖維材料及緣條面的加壓固化，緣條鋪貼模內(nèi)壁沿其弧長方向分布有數(shù)個用于形成緣條面下陷的凸起；

12、c型鋪貼模、z型鋪貼模和緣條鋪貼模均采用金屬材質(zhì)。

13、優(yōu)選的，z型鋪貼模上設(shè)置有與c型鋪貼模安裝定位的定位擋板，c型鋪貼模及緣條鋪貼模長度方向的自由度通過定位擋板進(jìn)行約束。

14、優(yōu)選的，緣條鋪貼模通過z型鋪貼模上設(shè)置的定位擋邊進(jìn)行定位安裝。

15、本發(fā)明還提出一種變曲率、多下陷、長尺寸j型筋固化成型工藝，應(yīng)用于上述提及的裝置中，包括如下步驟：

16、s1、在c型鋪貼模、z型鋪貼模以及緣條鋪貼模鋪貼碳纖維材料，在復(fù)合材料捻子條成型模具上鋪貼碳纖單向帶，采用真空袋進(jìn)行封裝并進(jìn)行熱壓實(shí)分別得到c型預(yù)成型體、z型預(yù)成型體、緣條預(yù)成型體和碳纖單向帶捻子條；

17、s2、將c型鋪貼模與z型鋪貼模通過定位擋板定位安裝，得到第一組合體；

18、s3、將第一組合體采用真空袋封裝并進(jìn)行真空壓實(shí)，隨后將碳纖單向帶捻子條起下填充至第一組合體的r角區(qū)內(nèi)，將緣條鋪貼模通過定位擋板及定位擋邊與第一組合體組合得到第二組合體；

19、s4、第二組合體采用真空袋封裝并進(jìn)行真空壓實(shí)，卸除定位擋板，零件周邊輪廓采用未硫化橡膠進(jìn)行邊緣擋邊，最后采用真空袋進(jìn)行封裝、熱壓罐固化、脫模、得到成型產(chǎn)品。

20、優(yōu)選的，s1中，c型預(yù)成型體和z型預(yù)成型體采用熱壓罐分別熱壓實(shí)，壓力控制在0.3mpa～0.6mpa，并采取透氣氈對r角區(qū)在熱壓實(shí)過程中進(jìn)行導(dǎo)氣。

21、優(yōu)選的，s3中，第一組合體在真空壓實(shí)時真空壓力不低于-0.08mpa。

22、優(yōu)選的，待第一組合體真空壓實(shí)后，先采用碳纖單向帶細(xì)絲預(yù)先填充，然后將碳纖單向帶捻子條填充至第一組合體r角區(qū)內(nèi)，并且填充后對局部空腔位置采用碳纖維絲填補(bǔ)。

23、優(yōu)選的，c型預(yù)成型體與z型預(yù)成型體的階差不大于0.1mm。

24、另外，本發(fā)明還提出一種變曲率、多下陷、長尺寸j型筋，該產(chǎn)品由上述提及的工藝或裝置所制得，j型筋弧長為1850mm、壁厚為3mm，緣條面上共計(jì)五處緣條面下陷。

25、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供了一種變曲率、多下陷、長尺寸j型筋固化成型工藝，具備以下有益效果：

26、（1）本發(fā)明采用整體金屬工裝成型工藝取代金屬模具與復(fù)材模具或金屬模具與硅橡膠模具的成型工藝，同時采取逐層鋪敷并進(jìn)行真空壓實(shí)，有效改善r角及下陷位置的壓實(shí)程度，同時在c型部分及z型部分預(yù)制體鋪敷完成后進(jìn)行熱壓罐熱壓實(shí)，并采取透氣氈加強(qiáng)r角區(qū)在熱壓實(shí)過程中的導(dǎo)氣，促進(jìn)該過程中r角區(qū)樹脂流動，從而促進(jìn)r角區(qū)厚度均勻，提高了c型部分與z型部分在定位組合過程中r角區(qū)的貼合程度，避免了r角區(qū)易形成空腔，造成內(nèi)部缺陷的風(fēng)險。

27、（2）零件采用整體的金屬工裝姿態(tài)，釋放了c型部分鋪貼模在重力方向的自由度，同時在長度方向設(shè)置了定位擋板，在釋放重力的同時又有效限制在長度方向的自由度保證了整體的定位精度，在c型預(yù)成型體與z型預(yù)成型體定位組合后增加真空壓實(shí)并增加對緣條面一側(cè)c型預(yù)成型體與z型預(yù)成型體的階差控制，階差范圍控制在0.1mm范圍內(nèi)，階差局部位置使用單向帶材料進(jìn)行填補(bǔ)過渡；該種工裝姿態(tài)增加了c型預(yù)成型體與z型預(yù)成型體定位組合過程以及固化過程的在r角區(qū)的重力分力的作用，同時借助產(chǎn)品固化過程熱壓罐外壓以及真空袋內(nèi)負(fù)壓的驅(qū)動，將c型部分鋪貼模與z型鋪貼模的協(xié)調(diào)配合，避免了r角區(qū)空腔的產(chǎn)生；進(jìn)而保證了r角區(qū)的成型質(zhì)量以及緣條面的型面輪廓度。

28、（3）另采用本發(fā)明的固化成型裝置，復(fù)合材料j型筋的r角區(qū)均與成型工裝型面貼合，減少了與真空袋的接觸，通過借助工裝自身重力的分力、熱壓罐外部固化壓力、真空袋內(nèi)的負(fù)壓三種外力的作用下增強(qiáng)r角區(qū)的壓實(shí)程度。通過以上兩種方法提高r角區(qū)的成型質(zhì)量，避免靠近真空袋一側(cè)易產(chǎn)生褶皺、架橋、孔隙的情況。

29、（4）采用本發(fā)明提出的方法所制得的復(fù)合材料j型筋弧長1850mm、整體弧形結(jié)構(gòu)、緣條面共計(jì)5處下陷、j型筋壁厚3mm，突破行業(yè)內(nèi)j型筋結(jié)構(gòu)為等直或單曲結(jié)構(gòu)、j型筋緣條面型面均勻，大多無下陷區(qū)、j型筋厚度較薄的常規(guī)結(jié)構(gòu)形式，解決了變曲率、多下陷、長尺寸復(fù)合材料j型筋的制造問題。

30、（5）本發(fā)明整體采用金屬模具，使用壽命大大增加，在高溫高壓的條件下至少可達(dá)200模以上，降低了制造成本。

31、（6）另外，作為本發(fā)明的權(quán)利要求的創(chuàng)造性輔助證據(jù)，還體現(xiàn)在：本發(fā)明使用的技術(shù)方案其研究對象為變曲率多下陷長尺寸復(fù)合材料j型筋，復(fù)合材料j型筋作為加強(qiáng)筋在航空航天領(lǐng)域多使用在飛機(jī)機(jī)翼、機(jī)身、尾翼等結(jié)構(gòu)中被廣泛使用，目前國內(nèi)對于復(fù)合材料j型筋結(jié)構(gòu)多為等直或單曲結(jié)構(gòu)、j型筋緣條面型面均勻，大多無下陷區(qū)、j型筋厚度較薄的形式，且針對傳統(tǒng)形式的復(fù)合材料j型筋易在r角產(chǎn)生褶皺、架橋、孔隙等缺陷，產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定。本發(fā)明的復(fù)合材料j型筋的固化成型裝置及方案，有效改善了傳統(tǒng)r角易產(chǎn)生褶皺、架橋、孔隙等問題，同時解決了復(fù)合材料j型筋z型部分使用復(fù)材工裝或硅橡膠模具自身變形以及使用后發(fā)生變形等問題，且方案可靠穩(wěn)定，目前該方案已在某型號主承力產(chǎn)品上得到驗(yàn)證，可以應(yīng)用于批生產(chǎn)。