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CN105172164A - 一种用于制造变截面类工型复合材料制件的工装及制造方法 - Google Patents

一种用于制造变截面类工型复合材料制件的工装及制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于制造变截面类工型复合材料制件的工装及制造方法。采用的技术方案是：工装由上阳模、下阳模、中间隔板和两侧的复合材料匀压板构成。制造方法，首先制作复合材料匀压板；然后将剪裁成固定尺寸的碳纤维预浸料铺叠在成型工装上，最后把铺叠好的各部分碳纤维预浸料从成型工装上转移到组合固化工装进行整体组合，并封装真空袋；密封完备的预浸料坯料在120-180℃，0.3-0.8MPa下固化成型1～3小时；冷却后，拆除复合材料匀压板、中间隔板、上阳模和下阳模，得到变截面类工型复合材料制件。本发明的制作工艺，可提高制件在固化过程中的压力传递效率，降低制件结构缺陷产生，保证制件的外形和内部质量。

Description

一种用于制造变截面类工型复合材料制件的工装及制造方法
技术领域
本发明涉及一种复合材料变截面类工型制件的制造工艺，特别涉及一种用于保证复合材料变截面类工型制件在制作过程中内部及外形质量的制造方法。
背景技术
复合材料变截面类工型制件属于主承力结构件，主要用于飞机方向舵和机翼之中。如图1和图2所示，变截面类工型制件(400)一般具有如下特点：制件外形结构不规整，尺寸厚度不均匀，型面变化大，结构成型难度大。
在现有技术中，制造碳纤维复合材料工型制件主要采用真空袋-热压罐法。该方法是将预浸料坯料铺叠在刚性阳模上形成C型结构，然后将两个C型坯料背靠背侧放组合,并在上下面铺叠一定厚度预浸料坯料组成工型结构，最后封装真空袋固化成型。这种工艺方法仅适用于典型的规整结构制件。但对于变截面厚度的工型、类工型制件，如采用上述方法则将无法顺利完成此类制件的成型制造。这是由于侧面放置的变截面工装对制件腹板区传压效果不好，导致腹板区缺陷的产生；且不利于脱模过程，易造成制件产生表面和内部缺陷。
发明内容
为了解决以上问题，本发明目的是提供一种复合材料类工型制件的制作工艺，降低制件腹板区缺陷产生，保证制件的外形和内部质量。
本发明采用的技术方案是：一种用于制造变截面类工型复合材料制件的工装，由上阳模、下阳模和中间隔板构成。
所述的上阳模是：由主体部件Ⅰ、定位部件Ⅰ、定位部件Ⅱ和手柄部件构成一体结构的上阳模主体。
所述的下阳模是：由主体部件Ⅱ、定位部件Ⅲ、定位部件Ⅳ和复合材料匀压板定位销构成一体结构的下阳模主体，下阳模主体安装在底板上。
中间隔板与定位部件Ⅳ活动连接。
通过上阳模的定位部件Ⅰ和定位部件Ⅱ与下阳模的定位部件Ⅲ和定位部件Ⅳ的配合，将上阳模和下阳模组合在一起。
上述的一种用于制造变截面类工型复合材料制件的工装，下阳模的底板的四个端角处设有便于工装转移的吊环。
一种变截面类工型复合材料制件的制造方法，采用上述的工装，包括如下步骤：
1)制作复合材料匀压板；所述的匀压板是：金属板上铺叠碳纤维层，碳纤维层上粘贴橡胶层；制成两个左、右复合材料匀压板；
2)将剪裁成型的碳纤维预浸料铺叠成型
a)将碳纤维预浸料按上阳模主体的外形逐层铺叠至要求厚度，得上模铺层；
b)将碳纤维预浸料按下阳模主体的外形逐层铺叠至要求厚度，得下模铺层；
c)将碳纤维预浸料按左、右缘条主体的外形逐层铺叠至要求厚度，得左缘条铺层和右缘条铺层；
d)将碳纤维预浸料按夹层结构的外形逐层铺叠至要求厚度，得夹层结构铺层；
3)整体组合顺序：将中间隔板安放在碳纤维预浸料铺放完成下模的定位部件Ⅳ上，然后在中间隔板上定位放置夹层结构铺层，按照上阳模和下阳模定位部件位置组合上模铺层和下模铺层，根据中间隔板位置定位组合两侧的左缘条铺层和右缘条铺层，最后按照复合材料匀压板定位销位置定位安装左、右复合材料匀压板；
4)将铺叠成型的工装，放入真空袋中，在120-180℃，0.3-0.8MPa下固化成型1～3小时；
5)冷却后，拆除左、右复合材料匀压板、上阳模、下阳模和中间隔板，得到变截面类工型复合材料制件。
上述的制造方法，所述的制作复合材料匀压板步骤是：在金属板上铺叠碳纤维预浸料，使用加热设备对铺层进行热压实；铺叠完成后，在坯料周围使用相同厚度的生橡胶带进行封边；将坯料放入真空袋中，在120-180℃，0.3-0.6MPa下固化成型1～3小时，降温后，对匀压板进行表面修整，并在表面贴覆1～5mm厚的熟橡胶片。
上述的制造方法，步骤2中，将剪裁成型的碳纤维预浸料铺叠成型时，第一层进行预压实，然后，每增加3-5层进行压实一次。
本发明的有益效果是：
1.本发明，把坯料两侧放置的钢制阳模工装改制成上下垂直放置的上、下阳模工装，便于预浸料坯料组合和压力传递。
2.本发明，上下垂直组合阳模工装整体稳定性好，有利于分步脱除各工装，改善脱模工艺。
3.本发明，复合材料匀压板具有一定的刚度，可以保证制件的表面质量，匀压板内表面熟橡胶片的存在可保证与制件的协调性。
4.本发明，复合材料匀压板的设计使自身不发生形状改变，可与制件的不规则表面紧密贴合，保证了制件外形质量。
5.本发明，采用垂直上下阳模组合固化的方法使变截面厚度的工型、类工型制件在制备过程中便于预浸料坯料组合和压力传递，避免因压力传递不均导致零件内部缺陷；同时，垂直放置的组合工装降低了工装组合和脱模难度，避免因工装错位导致制件报废和脱模困难造成的表面及内部损伤。
6.本发明，在10多项类似零件生产中得到应用，取得了明显效果，提高了制件整体质量和生产效率降低了生产成本。由于降低了脱模难度，避免了因暴力脱模而导致工装变形报废，其使用寿命与以前相比提高5倍以上。
附图说明
图1是变截面类工型复合材料制件的俯视图。
图2是变截面类工型复合材料制件的侧视图。
图3是用于制造变截面类工型复合材料制件的工装的上阳模结构示意图。
图4是用于制造变截面类工型复合材料制件的工装的下阳模结构示意图。
图5是变截面类工型复合材料制件上下阳模组合后的工装整体示意图。
具体实施方式
实施例1一种用于制造变截面类工型复合材料制件的工装
一种用于制造变截面类工型复合材料制件的工装：由上阳模(100)、下阳模(200)和隔板(300)构成。
如图3所示，上阳模(100)是由主体部件Ⅰ(101)、定位部件Ⅰ(102)、定位部件Ⅱ(103)和手柄部件(104)构成一体结构的上阳模主体。
如图4所示，下阳模(200)是由主体部件Ⅱ(201)、定位部件Ⅲ(202)、定位部件Ⅳ(203)和复合材料匀压板定位销(204)构成一体结构的下阳模主体，下阳模主体安装在底板(206)上，下阳模(200)四个端角处设有便于工装转移的吊环(205)。
中间隔板(300)与定位部件Ⅳ(203)活动连接。
通过上阳模的定位部件Ⅰ(102)和定位部件Ⅱ(103)与下阳模的定位部件Ⅲ(202)和定位部件Ⅳ(203)的配合，将上阳模(100)和下阳模(200)组合在一起。
实施例2一种变截面类工型复合材料制件的制造方法
制备如图1和图2所示的变截面类工型复合材料制件，为某机型的方向舵中类工型加强肋，采用实施例1的工装，步骤如下：
1)制作复合材料匀压板
所述的匀压板是：金属板上铺叠碳纤维层，碳纤维层上粘贴橡胶层。
制作复合材料匀压板步骤是：在金属板上铺叠碳纤维预浸料，使用加热设备对铺层进行热压实；铺叠完成后，在坯料周围使用相同厚度的生橡胶带进行封边，防止预浸料中树脂过度流失；将坯料放入真空袋中，送入热压罐，在120-180℃，0.3-0.6MPa下固化成型1～3小时，降温后，对匀压板进行表面修整，并在表面贴覆1～5mm厚的熟橡胶片。
分别制作左、右复合材料匀压板。
2)将剪裁成型的碳纤维预浸料铺叠成型
2.1)将碳纤维预浸料按上阳模主体的外形逐层铺叠至要求厚度，得上模铺层；铺叠时，第一层进行预压实，然后，每增加3-5层进行压实一次。
2.2)将碳纤维预浸料按下阳模主体的外形逐层铺叠至要求厚度，得下模铺层；铺叠时，第一层进行预压实，然后，每增加3-5层进行压实一次。
2.3)将碳纤维预浸料按左右缘条主体的外形逐层铺叠至要求厚度，得左缘条铺层和右缘条铺层；铺叠时，第一层进行预压实，然后，每增加3-5层进行压实一次。
2.4)将碳纤维预浸料按夹层结构的外形逐层铺叠至要求厚度，得夹层结构铺层；铺叠时，第一层进行预压实，然后，每增加3-5层进行压实一次。
3)整体组合顺序：将中间隔板(300)安放在碳纤维预浸料铺放完成下模的定位部件Ⅳ(203)上，然后在中间隔板(300)上定位放置夹层结构铺层，按照上阳模(100)和下阳模(200)定位部件位置组合上模铺层和下模铺层，根据中间隔板位置定位组合两侧的左缘条铺层和右缘条铺层，最后按照复合材料匀压板定位销(204)位置定位安装左、右复合材料匀压板。
4)将铺叠成型的工装，放入真空袋中，在120-180℃，0.3-0.8MPa下固化成型1～3小时；
5)冷却后，拆除左、右匀压板、上阳模、下阳模和中间隔板，得到变截面类工型复合材料制件。

Claims (5)

1.一种用于制造变截面类工型复合材料制件的工装，其特征在于：由上阳模(100)、下阳模(200)和中间隔板(300)构成；
所述的上阳模(100)是：由主体部件Ⅰ(101)、定位部件Ⅰ(102)、定位部件Ⅱ(103)和手柄部件(104)构成一体结构的上阳模主体；
所述的下阳模(200)是：由主体部件Ⅱ(201)、定位部件Ⅲ(202)、定位部件Ⅳ(203)和复合材料匀压板定位销(204)构成一体结构的下阳模主体，下阳模主体安装在底板(206)上；
中间隔板(300)与定位部件Ⅳ(203)活动连接；通过上阳模的定位部件Ⅰ(102)和定位部件Ⅱ(103)与下阳模的定位部件Ⅲ(202)和定位部件Ⅳ(203)配合，将上阳模(100)和下阳模(200)组合在一起。
2.根据权利要求1所述的一种用于制造变截面类工型复合材料制件工装，其特征在于：下阳模底板(206)四个端角处设有便于工装转移的吊环(205)。
3.一种变截面类工型复合材料制件的制造方法，其特征在于：采用权利要求1或2所述的工装，包括如下步骤：
1)制作复合材料匀压板；所述的匀压板是：金属板上铺叠碳纤维层，碳纤维层上粘贴橡胶层；制成两个左、右复合材料匀压板；
2)将剪裁成型的碳纤维预浸料铺叠成型
a)将碳纤维预浸料按上阳模主体的外形逐层铺叠至要求厚度，得上模铺层；
b)将碳纤维预浸料按下阳模主体的外形逐层铺叠至要求厚度，得下模铺层；
c)将碳纤维预浸料按左、右缘条主体的外形逐层铺叠至要求厚度，得左缘条铺层和右缘条铺层；
d)将碳纤维预浸料按夹层结构的外形逐层铺叠至要求厚度，得夹层结构铺层；
3)整体组合顺序：将中间隔板(300)安放在碳纤维预浸料铺放完成下模的定位部件Ⅳ(203)上，然后在中间隔板(300)上定位放置夹层结构铺层，按照上阳模(100)和下阳模(200)定位部件位置组合上模铺层和下模铺层，根据中间隔板位置定位组合两侧的左缘条铺层和右缘条铺层，最后按照复合材料匀压板定位销(204)位置定位安装左、右复合材料匀压板；
4)将铺叠成型的工装，放入真空袋中，在120-180℃，0.3-0.8MPa下固化成型1～3小时；
5)冷却后，拆除左、右复合材料匀压板、上阳模(100)、下阳模(200)和中间隔板(300)，得到变截面类工型复合材料制件。
4.根据权利要求3所述的制造方法，其特征在于：所述的制作复合材料匀压板步骤是：在金属板上铺叠碳纤维预浸料，使用加热设备对铺层进行热压实；铺叠完成后，在坯料周围使用相同厚度的生橡胶带进行封边；将坯料放入真空袋中，在120-180℃，0.3-0.6MPa下固化成型1～3小时；降温后，对匀压板进行表面修整，并在表面贴覆1～5mm厚的熟橡胶片。
5.根据权利要求3所述的制造方法，其特征在于：步骤2中，将剪裁成型的碳纤维预浸料铺叠成型时，第一层进行预压实，然后，每增加3～5层进行压实一次。
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