本發(fā)明屬于復(fù)合材料熱壓罐成型工藝技術(shù)領(lǐng)域，具體地，涉及一種復(fù)合材料多梁盒段共固化成型用芯材制作工裝，以及利用該制作工裝制作芯材的工藝。

背景技術(shù)：

熱壓罐(hotairautoelave或簡(jiǎn)寫(xiě)atitoelave)是一種針對(duì)聚合物基復(fù)合材料成型工藝特點(diǎn)的工藝設(shè)備，使用這種設(shè)備進(jìn)行成型工藝的方法叫熱壓罐成型法。熱壓罐成型法是制造連續(xù)纖維增強(qiáng)熱固性復(fù)合材料制件的主要方法，目前廣泛應(yīng)用于先進(jìn)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)、蜂窩夾層結(jié)構(gòu)及金屬或復(fù)合材料膠接結(jié)構(gòu)的成型。材料成型時(shí)，利用熱壓罐內(nèi)同時(shí)提供的均勻溫度和均布?jí)毫Χ袒?，所以可得到表面與內(nèi)部質(zhì)量高，形狀復(fù)雜，面積巨大的復(fù)合材料制件。

熱壓罐成型法是目前國(guó)內(nèi)外廣泛采用的工藝方法之一，主要用于大尺寸、外形較復(fù)雜的航空、航天frp構(gòu)件的制造，如蒙皮件、梁、框、各種壁板件、地板及整流罩。熱壓罐成型法的基本原理是：將預(yù)浸料按鋪層要求鋪放于模具上，并密封在真空袋中后放入熱壓罐中，經(jīng)過(guò)熱壓罐設(shè)備加溫、加壓，完成材料固化反應(yīng)，使預(yù)浸料坯件成為所需形狀和滿(mǎn)足質(zhì)量要求的構(gòu)件的工藝方法。

碳纖維增強(qiáng)樹(shù)脂基復(fù)合材料具有比強(qiáng)度和比模量高以及可設(shè)計(jì)性強(qiáng)和易于整體成型等優(yōu)勢(shì)，因此在航空領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用，尤其是在民用飛機(jī)方面。復(fù)合材料成型技術(shù)很多，預(yù)浸料-熱壓罐工藝以其優(yōu)異的產(chǎn)品質(zhì)量占據(jù)著重要位置，有共固化，共膠結(jié)，二次膠結(jié)等方式。

目前在國(guó)內(nèi)外軍民機(jī)項(xiàng)目中所采用的復(fù)合材料盒段結(jié)構(gòu)件通常采用以下幾種方式制造：

1、復(fù)合材料蒙皮與梁零件單獨(dú)制造后通過(guò)裝配連接成盒段；

2、rtm工藝；

3、橡膠氣囊成型工藝。

以上三種工藝方法中，第1種方法采用膠接工裝，盒段的蒙皮與梁零件定位誤差大，不能保證梁高度和上下蒙皮的平行度，而且制造周期長(zhǎng)，成本大。第2種方法和第3種方法為整體共固化成型，雖然縮短了周期，降低了成本，但是無(wú)法保證零件的成型質(zhì)量。第2種方法對(duì)樹(shù)脂流動(dòng)性要求很高，只能適用于特定的樹(shù)脂體系，并且成型的制件樹(shù)脂含膠量較高且不穩(wěn)定，不能用于飛機(jī)的承力盒段結(jié)構(gòu)。第3種方法采用橡膠氣囊膨脹加壓，由于氣囊在型腔內(nèi)，導(dǎo)致整個(gè)制件和模具的溫度均勻性較差，且存在橡膠老化、膨脹量計(jì)算困難等問(wèn)題，容易造成加壓不均，從而引起位置偏移、彎曲變形等問(wèn)題，整體盒段質(zhì)量得不到保障。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于：針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的成型質(zhì)量差的問(wèn)題，提供一種復(fù)合材料多梁盒段共固化成型用芯材制作工裝及制作工藝；該芯材制作工裝及制作工藝在現(xiàn)有的多次固化再裝配工藝的基礎(chǔ)上，提高了零件的強(qiáng)度，并能夠保障成型質(zhì)量。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：

一種復(fù)合材料多梁盒段共固化成型用芯材制作工裝，包括兩個(gè)并列設(shè)置的芯材成型模，所述芯材成型模在相鄰的邊線(xiàn)處均為圓角結(jié)構(gòu)；還包括蓋板，所述蓋板與兩個(gè)所述圓角結(jié)構(gòu)共同圍成芯材所在的區(qū)域。

零件的薄弱環(huán)節(jié)通常是在梁與蒙皮的連接處，而芯材預(yù)浸料鋪疊的多少及形狀成為了芯材的制作難題。本發(fā)明的制作工裝是根據(jù)梁坯料與蒙皮坯料之間的材料真空，制作而成的一專(zhuān)用成型模具。芯材填充了梁坯料與蒙皮坯料接觸位置的材料真空，進(jìn)一步提高了零件的成型強(qiáng)度。

作為優(yōu)選方式，所述兩個(gè)并列設(shè)置的芯材成型模相互固定連接。一體式設(shè)置，簡(jiǎn)便工藝操作。

作為優(yōu)選方式，所述芯材成型模的圓角結(jié)構(gòu)的半徑，與梁坯料和蒙皮坯料之間的圓角半徑相等。芯材的預(yù)浸料過(guò)多，則會(huì)產(chǎn)生過(guò)度干涉，對(duì)零件的形狀造成偏差；芯材預(yù)浸料過(guò)少，則不能起到應(yīng)有的結(jié)構(gòu)強(qiáng)化作用。

作為優(yōu)選方式，所述蓋板分別設(shè)置在芯材成型模的兩側(cè)。兩個(gè)蓋板，一次可成型兩個(gè)芯材，提高工作效率。

利用上述的復(fù)合材料多梁盒段共固化成型用芯材制作工裝制作芯材的工藝，其特征在于，包括如下步驟：

g1、將芯材預(yù)浸料放置在芯材成型區(qū)上,芯材預(yù)浸料的填充量足以充滿(mǎn)芯材成型區(qū)，使芯材預(yù)浸料與芯材成型區(qū)發(fā)生干涉；

g2、蓋上蓋板，并修剪芯材成型區(qū)兩端的芯材預(yù)浸料；

g3、封裝真空包袋，進(jìn)行固化處理；

g4、拆開(kāi)真空包袋，進(jìn)行脫模處理；

g5、將芯材放置在相鄰兩個(gè)筋條與蒙皮預(yù)浸料所夾的空間內(nèi)。

通過(guò)上述組件和步驟，能夠制作出滿(mǎn)足要求的芯材，將芯材鋪裝在梁坯料和蒙皮坯料之間，使三者一體共固化成型，提高零件的成型質(zhì)量。

作為優(yōu)選方式，所述步驟g1中，芯材預(yù)浸料先卷成實(shí)心筒狀，再放置在芯材成型區(qū)上。將預(yù)浸料環(huán)形鋪疊，滿(mǎn)足芯材的成型形狀，還節(jié)省了材料。

作為優(yōu)選方式，所述步驟g1中，所述芯材預(yù)浸料在芯材成型區(qū)的兩端均有余量20-30mm。

作為優(yōu)選方式，所述步驟g3中，真空度在-0.88bar以下，烘箱內(nèi)的溫度為60℃，持續(xù)20-30分鐘。

綜上所述，由于采用了上述技術(shù)方案，本發(fā)明相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)的有益效果是：

1、本發(fā)明保障了零件中梁與蒙皮結(jié)合處的成型強(qiáng)度，進(jìn)一步保障零件的成型質(zhì)量。

2、本發(fā)明工藝操作簡(jiǎn)單，可重復(fù)性強(qiáng)。

附圖說(shuō)明

圖1是剛型板示意圖。

圖2是外側(cè)軟模成型工裝示意圖。

圖3是外側(cè)軟模成型工裝制作帶剛型板外側(cè)軟模斷面圖。

圖4是帶剛型板外側(cè)軟模示意圖。

圖5是內(nèi)側(cè)軟模成型工裝示意圖一。

圖6是內(nèi)側(cè)軟模成型工裝示意圖二。

圖7是內(nèi)側(cè)軟模成型工裝制作內(nèi)側(cè)軟模斷面圖。

圖8是內(nèi)側(cè)軟模示意圖。

圖9是外側(cè)軟模成型工裝制作不帶剛型板外側(cè)軟模斷面圖。

圖10是不帶剛型板外側(cè)軟模示意圖。

圖11是筋條鋪疊模示意圖。

圖12是梁模具組件定位支架示意圖。

圖13是梁模具組件與筋條的組裝示意圖一。

圖14是梁模具組件與筋條的組裝示意圖二。

圖15是梁模具組件與筋條的組裝示意圖三。

圖16是下壁板成型模示意圖。

圖17是上壁板成型模示意圖。

圖18芯材制作工裝示意圖。

圖19是梁模具組件及筋條、芯材與下壁板成型模的組裝示意圖。

圖20是梁模具組件定位支架拆除示意圖。

圖21是支撐件示意圖。

圖22是梁和蒙皮共固化成型工裝示意圖。

圖23是梁和蒙皮共固化成型工裝側(cè)視圖。

圖24是a部放大圖。

附圖24中的填充區(qū)域a表示筋條坯料，b表示蒙皮坯料，d表示芯材坯料。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明作詳細(xì)的說(shuō)明。

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

實(shí)施例1

一種復(fù)合材料多梁盒段共固化成型用芯材制作工裝，如圖18所示，包括兩個(gè)并列設(shè)置的芯材成型模810，所述芯材成型模810在相鄰的邊線(xiàn)處均為圓角結(jié)構(gòu)；還包括蓋板820，所述蓋板820與兩個(gè)所述圓角結(jié)構(gòu)共同圍成芯材所在的區(qū)域811。

具體地，所述兩個(gè)并列設(shè)置的芯材成型模810相互固定連接。所述芯材成型模810的圓角結(jié)構(gòu)的半徑，與梁坯料和蒙皮坯料之間的圓角半徑相等。所述蓋板820分別設(shè)置在芯材成型模810的兩側(cè)。

利用上述的復(fù)合材料多梁盒段共固化成型用芯材制作工裝制作芯材的工藝，包括如下步驟：

g1、將芯材預(yù)浸料放置在芯材成型區(qū)811上,芯材預(yù)浸料的填充量足以充滿(mǎn)芯材成型區(qū)811，使芯材預(yù)浸料與芯材成型區(qū)811發(fā)生干涉；

g2、蓋上蓋板820，并修剪芯材成型區(qū)811兩端的芯材預(yù)浸料；

g3、封裝真空包袋，進(jìn)行固化處理；

g4、拆開(kāi)真空包袋，進(jìn)行脫模處理；

g5、將芯材放置在相鄰兩個(gè)筋條與蒙皮預(yù)浸料所夾的空間內(nèi)。

所述步驟g1中，芯材預(yù)浸料先卷成實(shí)心筒狀，再放置在芯材成型區(qū)811上。

所述步驟g1中，所述芯材預(yù)浸料在芯材成型區(qū)811的兩端均有余量20-30mm。

所述步驟g3中，真空度在-0.88bar以下，烘箱內(nèi)的溫度為60℃，持續(xù)20-30分鐘。

以下對(duì)各成型工裝及輔助工裝進(jìn)行介紹：

復(fù)合材料多梁盒段共固化成型用梁模具組件，包括并列設(shè)置的至少三個(gè)梁模具；相鄰的兩個(gè)梁模具，在相鄰一側(cè)均包括有用于夾持梁坯料的型板，且所述夾持梁坯料的型板中有一個(gè)為剛性，另一個(gè)為柔性。

具體地，如圖4所示，所述梁模具組件包括帶剛型板外側(cè)軟模120，所述帶剛型板外側(cè)軟模120為一u型槽體。

如圖8所示，所述梁模具組件包括內(nèi)側(cè)軟模130，所述內(nèi)側(cè)軟模130為一筒體。

如圖8所示，所述內(nèi)側(cè)軟模130的筒體上設(shè)置有缺角結(jié)構(gòu)。

所述帶剛型板外側(cè)軟模120和內(nèi)側(cè)軟模130均由一剛型板100兩側(cè)連接柔性型板制成。具體地，如圖3所示，所述帶剛型板外側(cè)軟模120的柔性型板由帶剛型板外側(cè)軟模外側(cè)橡膠121和帶剛型板外側(cè)軟模內(nèi)側(cè)橡膠122，中間夾帶剛型板外側(cè)軟模預(yù)浸料123組成；如圖7所示，所述內(nèi)側(cè)軟模130的柔性型板由內(nèi)側(cè)軟模外側(cè)橡膠131和內(nèi)側(cè)軟模內(nèi)側(cè)橡膠132，中間夾內(nèi)側(cè)軟模預(yù)浸料133組成。

如圖3、7所示，所述剛型板110的兩側(cè)為斜面，且所述斜面朝向剛型板110的內(nèi)側(cè)面。

如圖1所示，所述剛型板110的兩端均設(shè)置有固定耳111；所述剛型板110的內(nèi)側(cè)面還設(shè)置有加強(qiáng)筋112。

所述梁模具組件包括不帶剛型板外側(cè)軟模140，所述不帶剛型板外側(cè)軟模140為一u型槽體。

所述不帶剛型板外側(cè)軟模140由柔性型板制成，如圖9所示，所述不帶剛型板外側(cè)軟模140的柔性型板由不帶剛型板外側(cè)軟模外側(cè)橡膠142和不帶剛型板外側(cè)軟模內(nèi)側(cè)橡膠141，中間夾不帶剛型板外側(cè)軟模預(yù)浸料143組成。

上述預(yù)浸料層采用織物預(yù)浸料鋪疊2-3層。

復(fù)合材料多梁盒段共固化成型用梁模具組件成型工裝，包括外側(cè)軟模成型工裝400和內(nèi)側(cè)軟模成型工裝500，如圖2所示，所述外側(cè)軟模成型工裝400為一u型槽體；如圖5所示，所述內(nèi)側(cè)軟模成型工裝500為一由兩個(gè)u型槽體組合而成的筒體。

如圖2所示，所述外側(cè)軟模成型工裝400的兩端設(shè)置有外側(cè)軟模限位塊410。

如圖6所示，所述內(nèi)側(cè)軟模成型工裝500包括內(nèi)側(cè)軟模成型工裝上模體520和內(nèi)側(cè)軟模成型工裝下模體530，所述內(nèi)側(cè)軟模成型工裝上模體520和內(nèi)側(cè)軟模成型工裝下模體530均為u型槽體，兩者通過(guò)設(shè)置在側(cè)邊的定位塊540組合成一筒體。

如圖5所示，所述內(nèi)側(cè)軟模成型工裝上模體520和內(nèi)側(cè)軟模成型工裝下模體530的兩端分別設(shè)置有內(nèi)側(cè)軟模限位塊510。

如圖5所示，所述內(nèi)側(cè)軟模成型工裝上模體520的上部設(shè)置有內(nèi)側(cè)軟模吊裝板521和內(nèi)側(cè)軟模轉(zhuǎn)軸522。

如圖5所示，所述內(nèi)側(cè)軟模成型工裝上模體520的兩端還設(shè)置有剛型板固定耳523。

復(fù)合材料多梁盒段共固化成型用梁模具組件定位支架，如圖12所示，包括兩組相對(duì)設(shè)置的定位支架300，所述定位支架300上分別設(shè)置有至少兩組位置相對(duì)的固定板330。

如圖12所示，所述定位支架300上設(shè)置有定位板，所述定位板上設(shè)置有定位銷(xiāo)孔。所述定位支架300由相互固定的橫梁310和豎梁320組成，所述固定板330設(shè)置在所述豎梁320上。所述橫梁310與所述豎梁320互相垂直。所述豎梁320設(shè)置有至少兩個(gè)。所述定位支架300的高度小于梁模具組件的高度。

以下對(duì)復(fù)合材料多梁盒段共固化成型工藝進(jìn)行介紹，以使本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠?qū)嵤┍景l(fā)明。一種復(fù)合材料多梁盒段共固化成型工藝，包括如下步驟：

a、梁模具組件的制作步驟；

b、梁坯料的制作步驟；

c、梁模具組件與梁坯料的組裝步驟；

d、蒙皮模具組件及蒙皮坯料的制作步驟；

e、梁模具組件及梁坯料與蒙皮模具組件及蒙皮坯料的組裝步驟。

以下詳細(xì)介紹a、b、c、d、e各步驟所采用的輔助工裝及工藝方法：

a、所述梁模具組件的制作步驟包括：

a1、帶剛性型板的外側(cè)梁模的制作步驟：

a1.1、如圖1所示，制作一剛型板110，所述剛型板110與其預(yù)成型的梁的輪廓相同，其相對(duì)的兩端分別設(shè)置有固定耳111；剛型板110的外形、尺寸和孔位參數(shù)由梁零件物理特性決定；

a1.2、如圖2所示，制作一外側(cè)軟模成型工裝400，所述外側(cè)軟模成型工裝400為一u型槽體，其槽底與所述剛型板110的輪廓相同；

a1.3、如圖3所示，將所述剛型板110放置在所述外側(cè)軟模成型工裝400的槽底，并在所述外側(cè)軟模成型工裝400的槽壁上鋪疊橡膠夾預(yù)浸料柔性型板，且所述柔性型板與所述剛型板110的兩側(cè)分別連接；

a1.4、如圖4所示，將剛型板110與橡膠夾預(yù)浸料柔性型板一起進(jìn)行固化、再脫模處理，得到帶剛型板外側(cè)軟模120；帶剛型板外側(cè)軟模120的型面精度和質(zhì)量與零件驗(yàn)收技術(shù)條件相同；此軟模用于外側(cè)型面成型；

a2、內(nèi)側(cè)梁模的制作步驟：

a2.1、如圖1所示，制作一剛型板110，所述剛型板110與其預(yù)成型的梁的輪廓相同，所述剛型板110相對(duì)的兩端分別設(shè)置有固定耳111；剛型板110的外形、尺寸和孔位參數(shù)由梁零件物理特性決定；

a2.2、如圖5、6所示，制作一內(nèi)側(cè)軟模成型工裝500，所述內(nèi)側(cè)軟模成型工裝500為一由兩個(gè)u型槽體組合而成的筒體，其中一個(gè)u型槽體的槽底與所述剛型板110的輪廓相同；

a2.3、如圖7所示，將所述剛型板110放置在與其輪廓相同的槽底，并在所述內(nèi)側(cè)軟模成型工裝500的其余內(nèi)筒壁上鋪疊橡膠夾預(yù)浸料柔性型板，且所述柔性型板與所述剛型板110的兩側(cè)分別連接；

a2.4、如圖8所示，將剛型板110與橡膠夾預(yù)浸料柔性型板一起進(jìn)行固化、再脫模處理，得到內(nèi)側(cè)軟模130；內(nèi)側(cè)軟模130的型面精度和質(zhì)量與零件驗(yàn)收技術(shù)條件相同，根據(jù)需要制作相應(yīng)數(shù)量即可；此軟模用于中間型面成型；

a3、不帶剛性型板的外側(cè)梁模的制作步驟：

a3.1、如圖2所示，制作一外側(cè)軟模成型工裝400，所述外側(cè)軟模成型工裝400為一u型槽體，其槽底與其預(yù)成型的梁的輪廓相同；

a3.2、如圖9所示，在所述外側(cè)軟模成型工裝400的槽底及槽壁上鋪疊橡膠夾預(yù)浸料柔性型板；

a3.3、如圖10所示，將橡膠夾預(yù)浸料柔性型板進(jìn)行固化、再脫模處理，得到不帶剛型板外側(cè)軟模140；此軟模用于最外側(cè)型面成型。

其中，步驟a1、a2、a3可并行，并無(wú)先后順序限制，并行操作可提高工作效率。注意將制作好的軟模用隔離材料保護(hù)。

b、所述梁坯料的制作步驟包括：

b1、如圖11所示，制作筋條鋪疊模700，所述筋條鋪疊模700包括一與梁輪廓相同的外表面；

b2、在筋條鋪疊模700的外表面及外表面的側(cè)面鋪疊預(yù)浸料，再將預(yù)浸料取下，得到一u型槽體形狀的筋條；

b3、重復(fù)進(jìn)行上述操作，制作至少四個(gè)筋條。

c、所述梁模具組件與梁坯料的組裝步驟包括：

c1、如圖12所示，制作一梁模具組件定位支架，所述梁模具組件定位支架包括兩組相對(duì)設(shè)置的定位支架300，所述定位支架300上分別設(shè)置有至少兩組位置相對(duì)的固定板330；

c2、如圖13所示，將帶剛型板外側(cè)軟模120的固定耳111安裝于所述定位支架300的最外側(cè)的一組固定板330上，且所述帶剛型板外側(cè)軟模120的槽口朝向定位支架300的外側(cè)；

c3、如圖14所示，在帶剛型板外側(cè)軟模120的外側(cè)放置筋條，且所述筋條的槽口朝向帶剛型板外側(cè)軟模120的一側(cè)；再反向放置另一筋條；

c4、如圖14所示，將內(nèi)側(cè)軟模130的固定耳111安裝于下一組固定板330上，且所述內(nèi)側(cè)軟模130的柔性型板一側(cè)與帶剛型板外側(cè)軟模120相鄰；

c5、如圖15所示，在內(nèi)側(cè)軟模130上放置筋條，且所述筋條的槽口朝向內(nèi)側(cè)軟模130的一側(cè)；再反向放置另一筋條；

c6、在筋條上放置所述不帶剛型板外側(cè)軟模140，且所述不帶剛型板外側(cè)軟模140的槽口朝向定位支架300的外側(cè)。

d、所述蒙皮模具組件及蒙皮坯料的制作步驟包括：

d1、如圖16所示，制作下壁板成型模210，并在下壁板成型模210的下蒙皮型板214上鋪裝蒙皮坯料；

d2、如圖17所示，制作上壁板成型模230，并在上壁板成型模230的上蒙皮型板235上鋪裝蒙皮坯料。

e、所述梁模具組件及梁坯料與蒙皮模具組件及蒙皮坯料的組裝步驟包括：

e1、如圖19所示，在鋪裝蒙皮坯料的下壁板成型模210上安裝定位柱150，所述定位柱150的上部設(shè)置有用于固定所述固定耳111的安裝孔，定位柱150成對(duì)設(shè)置至少兩組；

e2、如圖20所示，分別將所述帶剛型板外側(cè)軟模120和內(nèi)側(cè)軟模130的固定耳111安裝于定位柱150上，再卸下定位支架300；

e3、如圖21所示，在所述下壁板成型模210上安裝支撐件220；

e4、如圖22所示，將鋪裝蒙皮坯料的上壁板成型模230安裝于所述支撐件220的另一端。

最后，將不帶剛型板外側(cè)軟模140設(shè)置在梁模具組件的最外側(cè)，也就是帶剛型板外側(cè)軟模120的相對(duì)一側(cè)；再封裝并檢查真空系統(tǒng)，真空度須達(dá)到-0.88bar以下，5分鐘內(nèi)真空泄露不得超過(guò)0.17bar。隨即進(jìn)入熱壓罐進(jìn)行固化處理，在固化完成后拆卸工裝，即可從工裝上取下零件，實(shí)現(xiàn)脫模。

如圖23所示，梁模具組件與下壁板成型模210和上壁板成型模230共同構(gòu)成坯料填充區(qū)域，即為最終梁坯料和蒙皮坯料的位置。如圖24所示，為圖23中a部放大示意圖，a為截面呈c字型的筋條，兩個(gè)筋條開(kāi)口相背地組合呈一工字型的梁坯料，梁坯料與蒙皮坯料b連接，中間芯材坯料d，實(shí)現(xiàn)整體共固化成型。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。