本發(fā)明屬于航空工業(yè)復(fù)合材料成型工藝技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種飛行器泡沫夾芯復(fù)合材料舵面成型方法。

背景技術(shù)：

先進(jìn)復(fù)合材料具有高比強(qiáng)度、高比模量、耐疲勞、多功能、各向異性和可設(shè)計(jì)性、材料與結(jié)構(gòu)的同一性等優(yōu)異性能，自上世紀(jì)60年代年問世以來，先進(jìn)復(fù)合材料很快獲得廣泛應(yīng)用，成為航空航天四大材料之一。復(fù)合材料成型工藝有多種形式，如手糊玻璃鋼成型、纏繞成型、拉擠成型、RTM成型、VARI成型、熱壓罐成型、模壓成型等等?，F(xiàn)代飛機(jī)為了減輕自身重量，零部件通常采用復(fù)合材料取代金屬材料，同時(shí)減少緊固件的連接數(shù)量，降低燃料消耗，從而增加飛行器的航程。飛行器舵面的內(nèi)部結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，包括梁、長(zhǎng)桁、肋條等等；通常采用熱壓罐二次固化或者三次固化方法制造，從而導(dǎo)致制造成本較高，生產(chǎn)周期較長(zhǎng)，對(duì)于批量生產(chǎn)其成本問題更為突出。在能夠保證其質(zhì)量穩(wěn)定性的基礎(chǔ)上，本發(fā)明采用泡沫夾芯代替?zhèn)鹘y(tǒng)的肋條和長(zhǎng)桁，并且通過合攏模具和烘箱相結(jié)合的整體共固化成型工藝方法，有效的簡(jiǎn)化了飛行器舵面內(nèi)部結(jié)構(gòu)和降低其制造成本。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

要解決的技術(shù)問題

為了避免現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，本發(fā)明提出一種飛行器泡沫夾芯復(fù)合材料舵面成型方法。

技術(shù)方案

一種飛行器泡沫夾芯復(fù)合材料舵面成型方法，其特征在于步驟如下：

步驟1：加工上合攏模具和下合攏模具，模具合攏后的內(nèi)腔與需要加工的舵面外形相吻合；

步驟2：按照設(shè)計(jì)要求加工前緣泡沫5、中間泡沫6、后緣泡沫7，然后置于烘箱中，在泡沫材料的耐熱變形溫度下進(jìn)行烘干處理；

步驟3：對(duì)上合攏模具和下合攏模具的內(nèi)腔進(jìn)行清潔和脫模處理；

步驟4：在下合攏模具的內(nèi)腔鋪貼碳纖維預(yù)浸料，在下合攏模9前后沿的基準(zhǔn)面上端面留有余量，余量的大小和鋪層的厚度按照設(shè)計(jì)要求；

步驟5：將第一U形梁2和前緣泡沫5進(jìn)行組裝，膠接在下合攏模具的舵面前緣位置；將第二U形梁3、中間泡沫6以及第三U形梁4與進(jìn)行組裝后膠接在下合攏模具的舵面中間位置；最后在下合攏模具的舵面尾部位置膠接填充后緣泡沫7；

步驟6：將步驟4端面的預(yù)留余量碳纖維預(yù)浸料8搭接在前緣泡沫5的表面；在成形的泡沫的表面鋪覆上模碳纖維預(yù)浸料，鋪層的厚度按照設(shè)計(jì)要求；

步驟7：將上合攏模具與下合攏模具合攏，并進(jìn)行固定，送入烘箱按照工藝要求共固化。

所述步驟7的固化工藝采用分段升溫，第一升溫階段的升溫速率為2℃/min，第二升溫階段升溫速率為1.5℃/min，然后降溫，降溫速率為1.5℃/min；每段升溫的溫度值和保溫時(shí)間根據(jù)碳纖維預(yù)浸料的材料指標(biāo)要求。

有益效果

本發(fā)明提出的一種飛行器泡沫夾芯復(fù)合材料舵面成型方法，采用上、下合攏模具和烘箱相結(jié)合的工藝取代高成本熱壓罐成型工藝，同時(shí)在蒙皮內(nèi)部通過填充泡沫來取代傳統(tǒng)舵面結(jié)構(gòu)中的肋條和長(zhǎng)桁，最后在烘箱中共固化縮短固化周期，降低固化成本。有益效果簡(jiǎn)化飛機(jī)舵面內(nèi)部結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)整體共固化，縮短制造周期，降低制造成本。

附圖說明

圖1：舵面典型結(jié)構(gòu)

圖2：下合攏模預(yù)浸料、泡沫、梁組裝

圖3：下合攏模預(yù)浸料鋪放工裝

圖4：上合攏模預(yù)浸料鋪放工裝

圖5：合模

圖中：1-舵面蒙皮，2-1號(hào)U形梁，3-2號(hào)U形梁，4-3號(hào)U形梁，5-前緣泡沫，6-中間泡沫，7-后緣泡沫，8-下合攏模預(yù)浸料蒙皮，9-下合攏模具，10-上合攏模預(yù)浸料蒙皮，11-上合攏模具,12-固定長(zhǎng)銷。

具體實(shí)施方式

現(xiàn)結(jié)合實(shí)施例、附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述：

結(jié)合某飛行器的復(fù)合材料泡沫夾芯舵面制造工藝方法進(jìn)一步的解釋說明。

第一步，設(shè)計(jì)加工上合攏模具和下合攏模具。采用UG三維軟件設(shè)計(jì)復(fù)合材料泡沫夾芯舵面合攏模具，如圖5所示，此合攏模具由兩部分構(gòu)成，分別是上合攏模具11和下合攏模具9。模具采用鋼框架或者鑄造框架結(jié)構(gòu)，框架式結(jié)構(gòu)主要是為了滿足模具在烘箱中的熱流場(chǎng)的均勻性；模具合攏后的內(nèi)腔與需要加工的舵面外形相吻合。

第二步，復(fù)合材料舵面夾芯泡沫的機(jī)械加工。如圖1所示，無人機(jī)復(fù)合材料泡沫夾芯舵面的泡沫夾芯包括前緣泡沫5、中間泡沫6、后緣泡沫7。如圖4所示，在烘箱中固化時(shí)蒙皮1、第一U形梁2、第二U形梁3、第三U形梁4的復(fù)合材料層壓板結(jié)構(gòu)的成形壓力主要取決于前緣泡沫5、中間泡沫6、后緣泡沫7在加溫過程中的膨脹壓力，泡沫夾芯外形與理論相比，余量太大，上合攏模具11和下合攏模具9合模時(shí)困難，同時(shí)，舵面成型后翼形也比較大。余量太小，膨脹壓力產(chǎn)生的壓力太小，復(fù)合材料層壓板的性能質(zhì)量不能保證。本發(fā)明中前緣泡沫5、中間泡沫6、后緣泡沫7采用PMI閉孔泡沫，該泡沫是一種剛性發(fā)泡材料，具有優(yōu)異的力學(xué)性能，在相同密度下，PMI泡沫的壓縮、拉伸、剪切模量和強(qiáng)度最高；同時(shí)其具有較高的耐熱變形溫度，最高的耐熱變形溫度可以達(dá)到220℃；該泡沫易于加工，有良好的粘結(jié)性能。

第三步，清潔上、下合攏模具型面和噴涂脫模劑。用干凈棉布蘸取少量酒精或丙酮反復(fù)擦洗上合攏模具11型面和下合攏模具9型面,直至表面無油漬、灰塵等外來物，然后自然晾干或用冷、熱風(fēng)吹干模具型面。目前有兩類脫模材料，工裝脫模布和脫模劑。由于大多數(shù)結(jié)構(gòu)的形狀相對(duì)復(fù)雜，脫模布較難貼合形狀復(fù)雜的模具型面，而脫模劑是液體，所以建議使用脫模劑而非工裝脫模布，本工藝使用聚乙烯醇脫模劑，一般新模具采用蠟-聚乙烯醇復(fù)合型脫模劑。涂刷聚乙烯醇脫模劑應(yīng)嚴(yán)格按工藝規(guī)程進(jìn)行,從而達(dá)到噴涂均勻、光滑和無遺漏的目的噴涂完畢后，脫模劑在模具上留下一層很薄的薄層，有點(diǎn)像膠衣層。

第四步，鋪覆下模碳纖維預(yù)浸料。如圖2所示，將第一層下模碳纖維預(yù)浸料8按照工藝要求鋪覆在脫模劑表面，撕去白色背紙，碳纖維預(yù)浸料上方撕去的白色背紙是用來防止卷裝預(yù)浸料層間粘合。鋪放第二層碳纖維下模預(yù)浸料8，在使用輥?zhàn)訅簩?shí)之前，確保第二層和第一層對(duì)齊，然后用輥?zhàn)影凑漳＞咝兔鎸㈩A(yù)浸料輥實(shí)，重復(fù)多次鋪覆下模碳纖維預(yù)浸料8，其鋪層數(shù)量按照工藝要求而定，最后形成預(yù)浸料層壓板，下預(yù)浸料8端面余量鋪覆在下合攏模9端面，并且留有一定的余量，為后續(xù)的搭接做準(zhǔn)備。若要制造更復(fù)雜的部件，輥?zhàn)有枰樦＞叩钠露容?，難度會(huì)更大。完成鋪層后，進(jìn)行預(yù)抽真空的步驟，預(yù)抽可以確保移除層間氣泡，保證復(fù)合材料鋪層的穩(wěn)定性。

第五步，夾芯泡沫和梁的組裝。如圖2所示，下模預(yù)浸料8鋪覆完成后，將1號(hào)U形梁2和前緣泡沫5進(jìn)行組裝，然后膠接在舵面前緣位置；將2號(hào)U形梁3、3號(hào)U形梁4與中間泡沫6進(jìn)行組裝后膠接在舵面中間位置；最后將填充相應(yīng)的后緣泡沫7。如圖3所示，填充泡沫和梁組裝。

第六步，將第三步下合攏模具9端面的預(yù)留余量預(yù)浸料8搭接在前緣泡沫5表面。鋪覆上模預(yù)浸料。如圖4所示，將第一層上模預(yù)浸料10按照工藝要求鋪覆在脫模劑表面，撕去白色背紙，預(yù)浸料上方撕去的白色背紙是用來防止卷裝預(yù)浸料層間粘合。鋪放第二層碳纖維下模預(yù)浸料10，在使用輥?zhàn)訅簩?shí)之前，確保第二層和第一層對(duì)齊，然后用輥?zhàn)影凑漳＞咝兔鎸㈩A(yù)浸料輥實(shí)，重復(fù)多次鋪覆下模預(yù)浸料10，其鋪層數(shù)量按照工藝要求而定，最后形成預(yù)浸料層壓板，舵面前緣位置的上模預(yù)浸料10留有一定的余量，為模具合攏時(shí)舵面下模預(yù)浸料8和上模預(yù)浸料10在前緣位置搭接做準(zhǔn)備。

第七步，上、下合攏模具組裝。如圖4和圖5所示，完成上模預(yù)浸料10鋪覆之后，將上合攏模具11和下合攏模具9進(jìn)行組裝，然后用定位長(zhǎng)銷12進(jìn)行固定。

第八步，烘箱固化。將合模后的工裝送入烘箱按照工藝要求共固化。固化成型過程中溫度太低，泡沫夾芯形成膨脹壓力不夠，復(fù)合材料層壓板的質(zhì)量不能保證；溫度太高，泡沫夾芯可能會(huì)發(fā)生軟化翹曲變形，也影響舵面成型質(zhì)量。本工藝中第一升溫階段的升溫速率為2℃/min，升溫至80℃，保溫50min；第二升溫階段升溫速率為1.5℃/min，升溫至120℃，保溫時(shí)間60min；然后降溫，降溫速率為1.5℃/min，降溫至40℃。

通過以上步驟可以制造出合格的無人機(jī)復(fù)合材料泡沫夾芯舵面，如圖1所示。