一种t型加筋腹板结构复合材料零件的气囊成型方法
【专利摘要】本发明的目的是提供一种T型加筋腹板结构复合材料零件的气囊成型方法，将金属假件安装在气囊成型模具中，在金属假件与气囊成型模具形成的空腔表面铺贴气囊工装，在气囊成型模具的外层用真空袋真空密封，进入热压罐成型气囊工装，利用成型的气囊工装获得T型加筋腹板结构复合材料零件的方法。本发明可以均匀、精确地传递热压罐施加的压力，避免复合材料制件出现厚度超差的现象，可以避免T形筋部位的热滞后效应，以上两点可以有效保证制件的成型质量，提高生产的合格率和效率，制件成型后表面质量较好，有效降低了生产成本以及制造周期。
【专利说明】一种T型加筋腹板结构复合材料零件的气囊成型方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及先进复合材料制造【技术领域】，特别涉及一种T型加筋腹板结构复合材料零件的气囊成型方法。
【背景技术】
[0002]树脂基碳纤维复合材料具有比强度、比刚度高，可设计性强，抗疲劳断裂性能好，耐腐蚀，尺寸稳定性好等优越的性能，是目前航空、航天、交通等领域中应用十分广泛的高性能结构材料。在多种碳纤维复合材料成型工艺中，热压罐工艺具有成型温度和压力均匀，对于不同材料、外形、尺寸及结构的零件具有很好的适应性，因而成为了研宄和制造航空航天高品质复合材料构件的主要工艺方法之一。
[0003]随着对复合材料零件强度、刚度要求的日益提高，零件的结构也越来越复杂，其中带有单向T形加强筋或者纵横向交叉T形加强筋的腹板是典型结构件之一。对于零件结构相对复杂的T形加强筋腹板，不仅包含纵横T形筋加强结构，同时腹板上带有加厚区以及减轻孔，在制造这类零件时，T形加强筋之间的间距，以及加强筋与腹板的相对位置度要求通常比较严格。
[0004]目前的工艺中大多使用芯模方法成型这类零件，芯模材质一般为模具钢或者铝合金。芯模的作用是将热压罐的压力和温度传递至复合材料制件，使制件在高温高压下成型，同时芯模的刚性可以保证T形筋的外形尺寸符合设计要求。
[0005]使用芯模的缺点主要有以下三个方面:(I)由于芯模自身具有一定刚度，通过芯模传导外界压力就难以做到均匀和精确，容易造成制件T形筋部分厚度超差；(2)由于芯模具有一定厚度，根据热传导效应，制件T形筋部分的升温速率会比其他部分滞后，从而影响制件的内部成型质量；(3)由于芯模为金属材质，自重较大，操作十分不便。同时金属芯模的制造和维护费用较高，返修或重新加工的制造周期较长。
【发明内容】
[0006]本发明的目的是针对现有技术存在的问题，提供一种T型加筋腹板结构复合材料零件的气囊成型方法。
[0007]为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案:一种T型加筋腹板结构复合材料零件的气囊成型方法，包括以下步骤:
(1)通过机械制造的方法，加工一个与复合材料制件外形尺寸完全一致的金属假件，金属假件安装在气囊成型模具中，所述气囊成型模具具有上盖板、侧面挡板和底板，金属假件和气囊成型模具之间存在装配关系，同时模具的各个挡板都会对金属假件起到限位作用；
(2)在金属假件与气囊成型模具形成的空腔表面铺贴气囊工装，在气囊成型模具的外层用真空袋真空密封，进入热压罐成型气囊工装，固化压力为600~650kPa，固化温度1800C ±6°C，固化时间 120min ；
(3)气囊工装成型后，去除真空袋，取出金属假件，在底板上铺贴腹板部分预浸料，将T形筋部分预浸料在预压实后填充进气囊工装的相应位置，然后将气囊工装与底板合模，进入热压罐成型，即获得复合材料制件。
[0008]所述气囊工装包括两层橡胶层及包覆在橡胶层内的碳纤维预浸料增强层。
[0009]所述包覆在橡胶层内的碳纤维预浸料增强层的层数为1~5层。
[0010]所述气囊成型模具的上盖板上均匀设置有气孔，在铺贴气囊工装后，在所述气孔处安装与外界相通的气嘴。
[0011]所述气囊工装在进入热压罐，在压力达到140kPa时，将真空袋与大气连通，并保持连通状态直至固化完成。
[0012]本发明的有益效果:
(1)与传统芯模成型方法相比，气囊工装可以均匀、精确地传递热压罐施加的压力，避免复合材料制件出现厚度超差的现象；
(2)气囊工装壁厚较薄，可以避免T形筋部位的热滞后效应，以上两点可以有效保证制件的成型质量，提高生产的合格率和效率；
(3)气囊工装由于碳纤维增强层的存在，整体刚性较大，可以实现制件整体在气囊工装上进行铺贴、预压实等操作，保证了制件成型后T形筋与腹板的相对位置精度；
(4)气囊工装以橡胶为主体，表面具有弹性，同时起到一个均压垫的作用，制件成型后表面质量较好；
(5)气囊工装可以重复使用，再次制造也较为方便，有效降低了生产成本以及制造周期。
【专利附图】
【附图说明】
[0013]图1是将金属假件固定在气囊成型模具中的示意图。
[0014]图2是铺贴气囊工装后的示意图。
[0015]图3是填充入T形筋预浸料后，将气囊工装与模具底板合模的示意图。
【具体实施方式】
[0016]下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的说明。
[0017]通过金属模具来成型纤维增强的橡胶气囊工装，在气囊工装成型后，通过加固手段使其具有一定的结构刚性，最后使用气囊工装完成纵横T形筋加强腹板结构制件的成型过程。详细流程如下:
(I)通过机械制造的方法，加工一个与复合材料制件外形尺寸完全一致的金属假件，金属假件安装在气囊成型模具中，所述气囊成型模具具有上盖板、侧面挡板和底板，金属假件和气囊成型模具之间存在装配关系(见图1)，同时模具的各个挡板都会对金属假件起到限位作用。
[0018](2)在金属假件与气囊成型模具形成的空腔表面铺贴气囊工装。气囊工装以橡胶为主要材料，将橡胶层铺贴在空腔内，在橡胶层中间要铺贴碳纤维预浸料作为增强层，以提高气囊工装的整体刚度，铺贴橡胶和预浸料的层数主要取决于复合材料制件的尺寸和结构复杂程度，一般碳纤维预浸料增强层的层数为1~5层。最后封制真空袋，并按照橡胶的固化工艺，在高温高压条件下成型气囊工装，而碳纤维增强层也同时固化，提高气囊工装的刚度。热压罐的固化压力为600~650kPa，固化温度180°C ±6°C，固化时间120min。并且在气囊工装进入热压罐后，在压力达到HOkPa时，将真空袋与大气连通，并保持连通状态直至固化完成。
[0019]气囊成型模具的上盖板上均匀设置有气孔，在铺贴气囊工装后，在气孔处安装与外界相通的气嘴，见图2。
[0020](3)气囊工装成型后，将作为成型模具的一部分参与复合材料制件的制造过程。首先将T形筋部分预浸料在预压实完成后填充进气囊工装的相应位置；而腹板部分预浸料，可以先铺贴在模具底板上，然后将气囊工装与模具底板合模，进热压罐成型复合材料制件，见图3。制件成型后，将四周挡板依次去掉，然后将气囊工装与复合材料制件分离即完成脱模。根据使用材料和工艺的不同，气囊工装可以重复使用数次至数十次，若气囊工装损坏或变形，可使用金属假件以及成型模具再次制造气囊工装。
[0021]以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明做任何形式的限制。凡是依据本发明的技术和方法实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明的技术和方法方案的范围内。
【权利要求】
1.一种I型加筋腹板结构复合材料零件的气囊成型方法，其特征在于包括以下步骤: (1)通过机械制造的方法，加工一个与复合材料制件外形尺寸完全一致的金属假件，金属假件安装在气囊成型模具中，所述气囊成型模具具有上盖板、侧面挡板和底板，金属假件和气囊成型模具之间存在装配关系，同时模具的各个挡板都会对金属假件起到限位作用； (2)在金属假件与气囊成型模具形成的空腔表面铺贴气囊工装，在气囊成型模具的外层用真空袋真空密封，进入热压罐成型气囊工装，固化压力为600~650砂1固化温度180。。±6。〇，固化时间 120111111 ； (3)气囊工装成型后，去除真空袋，取出金属假件，在底板上铺贴腹板部分预浸料，将丁形筋部分预浸料在预压实后填充进气囊工装的相应位置，然后将气囊工装与底板合模，进入热压罐成型，即获得复合材料制件。
2.根据权利要求1所述的I型加筋腹板结构复合材料零件的气囊成型方法，其特征在于:所述气囊工装包括两层橡胶层及包覆在橡胶层内的碳纤维预浸料增强层。
3.根据权利要求2所述的I型加筋腹板结构复合材料零件的气囊成型方法，其特征在于:所述包覆在橡胶层内的碳纤维预浸料增强层的层数为1~5层。
4.根据权利要求1所述的I型加筋腹板结构复合材料零件的气囊成型方法，其特征在于:所述气囊成型模具的上盖板上均匀设置有气孔，在铺贴气囊工装后，在所述气孔处安装与外界相通的气嘴。
5.根据权利要求1所述的I型加筋腹板结构复合材料零件的气囊成型方法，其特征在于:所述气囊工装在进入热压罐，在压力达到140--时，将真空袋与大气连通，并保持连通状态直至固化完成。
【文档编号】B29C70/44GK104494166SQ201410715374
【公开日】2015年4月8日 申请日期:2014年12月2日 优先权日:2014年12月2日
【发明者】黎玉钦, 贾傲, 王国平, 马秀菊, 刘备备, 谢海洋, 黄毅 申请人:航天海鹰(镇江)特种材料有限公司