一種雙曲率變截面變厚度通梁的成型方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種雙曲率變截面變厚度通梁的成型方法，屬于樹脂基復(fù)合材料成型技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種碳纖維增強(qiáng)耐高溫環(huán)氧樹脂基復(fù)合材料成型方法。
【背景技術(shù)】
[0002]航天結(jié)構(gòu)復(fù)合材料的快速發(fā)展，以及新型號(hào)對結(jié)構(gòu)減重、結(jié)構(gòu)高效、整體化的進(jìn)一步要求，結(jié)構(gòu)復(fù)合材料的成型技術(shù)成為焦點(diǎn)，結(jié)構(gòu)復(fù)合材料技術(shù)是我國運(yùn)輸系統(tǒng)的關(guān)鍵支撐技術(shù)，是決定航天產(chǎn)品性能、質(zhì)量和可靠性的重要因素，其性能與水平對航天技術(shù)的發(fā)展和航天產(chǎn)品的研制進(jìn)程有著十分重要的影響，是衡量航天技術(shù)發(fā)展水平的重要標(biāo)志之一。隨著我國運(yùn)輸系統(tǒng)的進(jìn)一步發(fā)展，復(fù)合材料輕質(zhì)化、高剛度、整體化成為必然。
[0003]復(fù)合材料高強(qiáng)度比、高剛度比、結(jié)構(gòu)效率高等優(yōu)點(diǎn)在航空航天等領(lǐng)域中有著極其重要的應(yīng)用價(jià)值。復(fù)合材料以其高強(qiáng)度、高剛度、重量輕、耐高溫、耐腐蝕、良好的可設(shè)計(jì)性及工藝性等特點(diǎn)，已廣泛應(yīng)用于航空航天結(jié)構(gòu)復(fù)合材料以及具有特殊要求的其他領(lǐng)域中。但目前復(fù)合材料成型技術(shù)所應(yīng)用的復(fù)合材料結(jié)構(gòu)產(chǎn)品，存在結(jié)構(gòu)簡單、尺寸量級(jí)小的特點(diǎn)，對于大尺寸復(fù)雜結(jié)構(gòu)產(chǎn)品尚未取得工程應(yīng)用，對大長度雙曲外形非對稱復(fù)雜結(jié)構(gòu)尺寸精度控制也未進(jìn)行系統(tǒng)的研究，機(jī)身整體通梁也未進(jìn)行工程驗(yàn)證。
[0004]國內(nèi)外公開發(fā)表的文獻(xiàn)中未見有大尺寸雙曲率變截面通梁成型工藝及應(yīng)用的報(bào)告。國內(nèi)文獻(xiàn)中北京航空制造工程研究所王永貴等人在《先進(jìn)復(fù)合材料構(gòu)件波紋梁的成型工藝》中提到了復(fù)合材料波紋梁的成型工藝；天津工業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院楊濤等人在《復(fù)合材料葉梁的熱壓成型》中提到了葉梁的成型工藝，但僅限于葉梁的模壓成型工藝。
[0005]作為一門新的技術(shù)，大尺寸雙曲率變截面通梁成型涉及設(shè)計(jì)、材料、工藝、加工、控制等許多科學(xué)方面的問題，雖然對波紋梁成型工藝、葉梁模壓成型工藝進(jìn)行了研究，但對大尺寸雙曲率變截面變厚度通梁Sm量級(jí)、雙曲外形精度要求高、大幅度變截面、變厚度、C型截面非對稱結(jié)構(gòu)、兩側(cè)邊存在避角的整體通梁，其過程控制難度大、缺乏系統(tǒng)的工藝指導(dǎo)，還需要細(xì)化工藝過程，因此要研制結(jié)構(gòu)復(fù)雜、產(chǎn)品精度高的機(jī)身通梁，需在制造工藝上實(shí)現(xiàn)突破。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是為了提出一種雙曲率變截面變厚度通梁的成型方法，可以實(shí)現(xiàn)大尺寸雙曲率變截面變厚度非對稱結(jié)構(gòu)復(fù)合材料成型，且通梁輕質(zhì)、耐高溫、整體結(jié)構(gòu)效率尚O
[0007]本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的。
[0008]—種雙曲率變截面變厚度通梁的成型方法，包括如下步驟:
[0009]I)根據(jù)雙曲率變截面變厚度通梁的結(jié)構(gòu)形式制備成型模具；所述成型模具包括組合陰模和限位條，組合陰模包括可拆卸側(cè)擋塊和固定塊；
[0010]2)將碳纖維絲增強(qiáng)材料和碳纖維布增強(qiáng)材料浸漬到樹脂膠液中，制成熱熔預(yù)浸料和熱熔預(yù)浸布；
[0011]3)在組合陰模表面涂刷樹脂；
[0012]4)將步驟2)制備的熱熔預(yù)浸料和熱熔預(yù)浸料布裁剪成通梁截面鋪層展開的尺寸；先在陰模表面鋪一層熱熔預(yù)浸布鋪層，然后進(jìn)行抽真空壓實(shí)；再根據(jù)通梁厚度按照設(shè)計(jì)的鋪層順序進(jìn)行鋪層疊加，在鋪層疊加過程中根據(jù)鋪層厚度進(jìn)行抽真空壓實(shí)及熱壓整形，最終制成復(fù)合材料預(yù)浸料疊層；所述設(shè)計(jì)的鋪層順序?yàn)闊崛垲A(yù)浸料和熱熔預(yù)浸布的疊加順序；
[0013]5)對步驟4)得到的復(fù)合材料預(yù)浸料疊層進(jìn)行包覆、固化得到固化后的產(chǎn)品；
[0014]6)將步驟5)固化后的產(chǎn)品脫除組合陰模，得到制品。
[0015]進(jìn)一步地，步驟I)中組合陰模材料為碳鋼，限位條材料為硅橡膠。
[0016]進(jìn)一步地，步驟2)中樹脂膠液為環(huán)氧樹脂膠液。
[0017]進(jìn)一步地，熱熔預(yù)浸料中樹脂膠液質(zhì)量占熱熔預(yù)浸料質(zhì)量的32% _38%，熱熔預(yù)浸布中樹脂膠液質(zhì)量占熱熔預(yù)浸布質(zhì)量的36% -42%。
[0018]進(jìn)一步地，步驟3)中樹脂為環(huán)氧樹脂。
[0019]進(jìn)一步地，步驟4)中在疊加每層鋪層時(shí)，在長度方向上選取中間底面為鋪層定位基準(zhǔn)。
[0020]進(jìn)一步地，步驟4)中每層鋪層所鋪設(shè)的位置采用激光投影進(jìn)行定位。
[0021]進(jìn)一步地，步驟4)中熱壓整形在熱壓罐中進(jìn)行，具體熱壓整形工藝為:對復(fù)合材料預(yù)浸料疊層進(jìn)行抽真空直至真空表測量的壓力不大于-0.097MPa，整形壓力為0.3MPa±0.02MPa，升溫速率為20°C -35 °C /h，整形溫度為80°C -90 °C，保溫時(shí)間為
0.5h-lh，降溫速率小于等于30°C /h，降至60°C以下，整形完成。
[0022]進(jìn)一步地，步驟5)中對復(fù)合材料預(yù)浸料疊層表面采用聚四氟乙烯玻璃布隔離后進(jìn)行包覆，在包覆時(shí)將復(fù)合材料預(yù)浸料疊層兩側(cè)修整后放入所述限位條進(jìn)行限位得到包覆后的復(fù)合材料預(yù)浸料疊層。
[0023]進(jìn)一步地，步驟5)的固化在熱壓罐中進(jìn)行，固化工藝為:首先對包覆后的復(fù)合材料預(yù)浸料疊層進(jìn)行抽真空直至真空表顯示的壓力不大于-0.097MPa ;熱壓罐固化壓力采用初始加壓，固化壓力0.6MPa±0.02MPa，升溫速率20°C -35°C /h，保溫溫度160°C _180°C，保溫時(shí)間2h-8h，隨爐降至室溫，固化完成。
[0024]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比所具有的有益效果如下:
[0025]本發(fā)明的通梁模具采用陰模組合模模具結(jié)構(gòu)形式，有效保證氣動(dòng)外形要求；側(cè)擋塊采用活動(dòng)可拆卸組合形式，解決通梁兩側(cè)邊避角處不易脫模問題；兩端采用限位條限位，有效緩解固化過程中通梁受壓引起損傷或壓應(yīng)力的問題。本發(fā)明的通梁成型通過對通梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行工藝優(yōu)化設(shè)計(jì)，緩解結(jié)構(gòu)變形并提高工藝實(shí)施性；通過鋪設(shè)過程抽真空壓實(shí)及熱壓整形的成型技術(shù)，有效控制內(nèi)型面質(zhì)量。
[0026]總之，本發(fā)明的通梁成型方法，使成型后的耐高溫復(fù)合材料通梁不但具有較好的整體結(jié)構(gòu)質(zhì)量效率，而且具有較高的尺寸精度和綜合性能，所成型的雙曲率變截面變厚度通梁的長度尺寸最大能夠達(dá)到Sm。
【附圖說明】
[0027]圖1為本發(fā)明的通梁結(jié)構(gòu)示意圖。
[0028]圖2為本發(fā)明成型方法的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0029]以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
[0030]本發(fā)明的雙曲率變截面變厚度通梁位于飛行器機(jī)身上下壁板的連接處，能夠有效傳遞載荷。
[0031]實(shí)施例1
[0032]如圖1所示，通梁為雙曲率變截面變厚度結(jié)構(gòu)，產(chǎn)品長度7500_，截面近似為C型截面，最大開口寬度為215mm，最小開口寬度為60mm，C型一側(cè)高度為110mm、C型另一側(cè)高度在80mm-20mm之間變化，截面最大厚度為13.6mm,最小厚度為7.0mm。
[0033]如圖2所示，本實(shí)施例的雙曲率變截面變厚度通梁的成型方法包括如下步驟:
[0034]I)進(jìn)行雙曲率變截面變厚度通梁的結(jié)構(gòu)工藝設(shè)計(jì)，根據(jù)雙曲率變截面變厚度通梁的結(jié)構(gòu)形式制備成型模具，所述成型模具包括組合陰模和限位條，組合陰模由側(cè)擋塊和固定塊組合而成，側(cè)擋塊可拆卸地安裝在固定塊上；固定塊為整體焊接式框架結(jié)構(gòu)形式。所制備模具的組合陰模外型尺寸與通梁結(jié)構(gòu)工藝設(shè)計(jì)外形尺寸相匹配。所述的組合陰模材料為碳鋼，限位條材料采用1mm寬硅橡膠。
[0035]成型模具采用陰模組合模模具結(jié)構(gòu)形式，有效保證氣動(dòng)外形要求；側(cè)擋塊采用活動(dòng)可拆卸組合形式，解決通梁兩側(cè)邊避角處不易脫模問題；兩端采用硅橡膠軟模限位，有效緩解固化過程中通梁受壓引起損傷或壓應(yīng)力的問題。
[0036]2)將碳纖維絲增強(qiáng)材料和碳纖維布增強(qiáng)材料浸漬到環(huán)氧樹脂膠液中，制成熱熔預(yù)浸料和熱熔預(yù)浸布；所制備的熱熔預(yù)浸布中環(huán)氧樹脂膠液質(zhì)量占熱熔預(yù)浸布質(zhì)量的38±2%，所制備的熱熔預(yù)浸布的厚度為0.2mm，纖維面密度為210±5g/m2;所制備的熱熔預(yù)浸料中環(huán)氧樹脂膠液質(zhì)量占熱熔預(yù)浸料質(zhì)量的34±2%，所制備的熱熔預(yù)浸料的厚度為
0.15mm，纖維面密度為165±5g/m2。
[0037]3)在組合陰模表面涂刷環(huán)氧樹脂。
[0038]4)根據(jù)通梁的結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行熱固化變形分析，根據(jù)熱固化變形分析的結(jié)果進(jìn)行鋪層優(yōu)化設(shè)計(jì)獲得鋪層順序，使得固化后變形達(dá)到最小。所述設(shè)計(jì)的鋪層順序?yàn)闊崛垲A(yù)浸料和熱熔預(yù)浸布的疊加順序。將步驟2)制備的熱熔預(yù)浸料和熱熔預(yù)浸料布裁剪成通梁截面鋪層展開的尺寸；先在組合陰模表面鋪一層熱熔預(yù)浸布鋪層，然后進(jìn)行抽真空壓實(shí)；再根據(jù)通梁厚度按照設(shè)計(jì)的鋪層順序進(jìn)行鋪層疊加，在預(yù)浸料鋪層疊加過程中，每鋪覆l_2mm厚的鋪層進(jìn)行一次抽真空壓實(shí)，在整個(gè)鋪設(shè)過程中進(jìn)行兩次熱壓整形，最終制成復(fù)合材料預(yù)浸料疊層；
[0039]在疊加每層鋪層時(shí)，在長度方向上選取中間底面為鋪層定位基準(zhǔn)，從中間向兩端進(jìn)行鋪設(shè)。
[0040]每層鋪層所鋪設(shè)的位置采用激光投影進(jìn)行定位；
[0041]本實(shí)施例的通梁通過鋪層優(yōu)化設(shè)計(jì)，有效緩解雙曲率非對稱結(jié)構(gòu)的變形；通過激光投影輔助定位技術(shù)，有效控制通梁雙曲變截面不同角度處鋪層角度，解決非對稱結(jié)構(gòu)鋪層精度控制難的問題；通過優(yōu)化鋪層定位基準(zhǔn)，將鋪層角度偏差控制在最低水平。
[0042]所述熱壓整形在熱壓罐進(jìn)行，具體工藝條件為:對復(fù)合材料預(yù)