一种用于闭角结构复合材料成型工装的制作方法

本发明属于复合材料制造技术领域，涉及一种用于闭角结构复合材料成型工装。

背景技术：

复合材料由于其高比强度，高比刚度、可设计性强、抗疲劳断裂性能好、耐腐蚀、尺寸稳定性好以及便于大面积整体成形等优点，已成为当代最主要的航空结构材料之一。其中“工”型、“J”型复合材料梁结构作为一种常用结构件，在飞机机翼、垂尾等部件中被广泛采用。由于飞机的复杂外形，在机翼、垂尾等部件的设计过程中，“工”型、“J”型复合材料梁结构往往带有一定的闭角。如何保证闭角区域尺寸精度及成型质量是复合材料梁结构成型工艺中的重要问题。传统的“工”型、“J”型闭角结构复合材料梁结构制造时，通常在闭角部分采用金属分体模具，先将闭角模具在支撑结构上组装，铺叠闭角部分，再与开角部分组合，组装上缘条区铺层后进行热压成型。由于闭角部分采用组合模具，模具准备工作中，设计组合、定位比较复杂，而且金属模具较重，铺叠后与开角部分组合定位，翻转困难，零件成型后难脱模，需要精密的细节设计及制造，最终成型的零件也可能因为分体模具配合间隙、模具变形等问题出现缺陷。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种设计合理、制造简单的用于闭角结构复合材料成型工装。

本发明的技术方案是，复合材料成型工装包括下硬模、上硬模，复合材料成型工装还包括左、右缘条型面盖板、半刚性加压垫；下硬模的外型面与复合材料零件开角部分的腹板型面一致，下硬模作为复合材料零件开角部分腹板区的铺叠模，半刚性加压垫采用玻璃布预浸料铺叠固化成型，半刚性加压垫的外型面与复合材料零件闭角部分的腹板型面一致，半刚性加压垫放置在上硬模上，半刚性加压垫与上硬模结合后作为复合材料零件闭角部分腹板区的铺叠模，分别在下硬模和半刚性加压垫上铺叠复合材料零件开角部分腹板区和闭角部分腹板区的铺层组后，上、下硬模进行合模，再将已铺叠完成的复合材料零件左、右缘条区铺层组和三角区填料分别置于上、下硬模的左、右两侧，拆除上硬模，然后再将左、右缘条型面盖板分别放置在复合材料零件缘条区铺层组外侧并与下硬模定位后作为零件缘条区压力传递介质和型面控制装置；复合材料成型工装封装完成后，进入热压罐进行固化成型，然后出罐脱模，在脱模过程中，先进行半刚性加压垫的拆除，再进行左、右缘条型面盖板的拆除，最后将零件从下硬模上取下。

所述的下硬模、左、右缘条型面盖板、半刚性加压垫组合成的整体工装适用于腹板面与缘条面有闭角的“工”型或“J”型截面复合材料零件，且腹板面与缘条面夹角20°＜α＜90°。

所述的下硬模材料采用Q235A。

所述的上硬模材料采用木质材料、塑料或铝。

所述的左、右缘条型面盖板采用与复合材料零件一致或热膨胀系数相同级别的材料制造。

本发明具有的优点和有益效果：

本发明中的闭角结构复合材料成型工装采用组合模具及定位控制技术，通过下硬模、左、右缘条型面盖板、半刚性加压垫定位组合可保证模具相对位置及型面精度，从而保证零件的外形尺寸精度；同时零件成型后的脱模过程可以先将半刚性加压垫从闭角腹板区拆除，再进行左、右缘条型面盖板的拆除，最后将零件从下硬模上取下，完成零件脱模。半刚性加压垫采用具有一定刚度的材料制造，其中腹板区具有一定的柔性，拆除过程中可变形，拆除后可以维持自身外形。本发明中的复合材料成型工装与传统闭角结构刚性分体模具相比，解决了分体模具的分离面阶差以及长期使用后模具的变形造成的零件偏差，消除了零件表面由于模具拼缝造成的痕迹，提高了零件的表面质量，同时也大大降低了模具制造难度，极大地降低了成本，并解决了零件成型后复杂的脱模问题。

附图说明

图1为本发明用于热压技术成型的闭角结构复合材料成型工装示意图，其中，1是复合材料零件，2是半刚性加压垫，3是左缘条型面盖板，4是右缘条型面盖板，5是下硬模，α为腹板面与缘条面夹角。

图2为本发明的闭角结构复合材料零件结构示意图，1是复合材料零件，8复合材料零件闭角部分的腹板型面，9为复合材料零件开角部分的腹板型面。

图3为本发明的闭角结构复合材料零件结构分解示意图，1-1是复合材料零件左侧缘条区铺层组，1-2是复合材料零件右侧缘条区铺层组，1-3是复合材料零件开角腹板区铺层组，1-4是复合材料零件闭角腹板区铺层组，1-5是复合材料零件左侧三角区填料，1-6是复合材料零件右侧三角区填料。

图4为左、右缘条区铺层组铺叠示意图，1-1是复合材料零件左侧缘条区铺层组，1-2是复合材料零件右侧缘条区铺层组，6是缘条型面盖板铺叠成型模，用于左、右缘条区铺层组的铺叠及左、右缘条型面盖板成型。

图5为零件开角腹板区铺层组铺叠示意图，1-3是复合材料零件开角腹板区铺层组，5是下硬模。

图6为零件闭角腹板区铺层铺叠示意图，1-4是复合材料零件闭角腹板区铺层组，2是半刚性加压垫，7是上硬模。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作详细说明。复合材料成型工装包括下硬模5、上硬模7，复合材料成型工装还包括左、右缘条型面盖板3和4、半刚性加压垫2；下硬模5的外型面与复合材料零件开角部分的腹板型面9一致，下硬模5作为复合材料零件开角部分腹板区铺叠组1-3的铺叠模，半刚性加压垫2采用玻璃布预浸料铺叠固化成型，半刚性加压垫2的外型面与复合材料零件闭角部分的腹板型面8一致，半刚性加压垫2放置在上硬模7上，半刚性加压垫2与上硬模7结合后作为复合材料零件闭角部分腹板区铺叠组1-4的铺叠模，分别在下硬模5和半刚性加压垫2上铺叠复合材料零件开角部分腹板区铺层组1-3和闭角部分腹板区铺层1-4组后，上硬模7、下硬模5进行合模，再将已铺叠完成的复合材料零件左、右缘条区铺层组1-1、1-2和三角区填料1-5、1-6分别置于上、下硬模的左、右两侧，拆除上硬模7，然后再将左、右缘条型面盖板3和4分别放置在复合材料零件缘条区铺层组1-1和1-2外侧并与下硬模5定位后作为零件缘条区压力传递介质和型面控制装置；复合材料成型工装封装完成后，进入热压罐进行固化成型，然后出罐脱模，在脱模过程中，先进行半刚性加压垫2的拆除，再进行左、右缘条型面盖板3和4的拆除，最后将零件1从下硬模5上取下。

本组合工装包括半刚性加压垫2、左缘条型面盖板3、右缘条型面盖板4、下硬模5。半刚性加压垫2、左缘条型面盖板3、右缘条型面盖板4、下硬模5定位组合用于成型复合材料零件1。复合材料零件1由4个铺层组及两个近似三角形的填料组成，分别为复合材料零件左缘条区铺层组1-1，复合材料零件右缘条区铺层组1-2，复合材料零件开角腹板区铺层组1-3，复合材料零件闭角腹板区铺层组1-4，复合材料零件左侧三角区填料1-5，复合材料零件右侧三角区填料1-6。

复合材料零件左缘条区铺层组1-1及复合材料零件右缘条区铺层组1-2在缘条型面盖板铺叠成型模6上进行铺叠。复合材料零件开角腹板区铺层组1-3在下硬模5上进行铺叠。复合材料零件闭角腹板区铺层组1-4在带半刚性加压垫2的上硬模7上进行铺叠。在复合材料零件闭角腹板区铺层组1-4铺叠之前，需在上硬模7上铺叠成型半刚性加压垫2，半刚性加压垫2采用玻璃布预浸料铺叠成型固化，其闭角外型面与零件闭角腹板区型面一致。

铺叠完成之后，将带复合材料零件闭角腹板区铺层组1-4、同半刚性加压垫2的上硬模7与下硬模5进行组装，将复合材料零件左缘条区铺层组1-1、复合材料零件右缘条区铺层组1-2、复合材料零件开角腹板区铺层组1-3、复合材料零件闭角腹板区铺层组1-4、复合材料零件左侧三角区填料1-5、复合材料零件右侧三角区填料1-6组装成“工”型复合材料零件1，然后拆除上硬模7，再将左缘条型面盖板3、右缘条型面盖板4组装在下硬模5上，最后进行封装，进入热压罐进行固化成型。在固化过程中，半刚性加压垫2和左缘条型面盖板3、右缘条型面盖板4能起到很好的传压作用，保证零件质量。

在脱模过程中，先进行半刚性加压垫的拆除2，由于半刚性加压垫2具有可变形性，可以轻松将半刚性加压垫2从闭角侧直接取下。再进行左缘条型面盖板3、右缘条型面盖板的拆除4，最后将零件从下硬模5上取下。

上述技术方案中，所述的下硬模5采用金属材料Q235A钢数控加工制造以保证高温、高压成型过程模具结构的刚度及精度，可确保零件的成型质量和精度。上硬模7采用铝制造。半刚性加压垫2可以采用EW100A/BA9913玻璃布预浸料以[+45/-45/-45/+45]铺层铺叠固化成型，腹板区具有可变形性，拆除过程中可变形，拆除后可以维持自身外形，并能从20°＜α＜90°的闭角刚性模具上取下。左缘条型面盖板3、右缘条型面盖板4采用T300/BA9913碳纤维预浸料以[+45/0/-45/90]_3S铺层在缘条型面盖板铺叠成型模6上铺叠固化成型，其型面与零件缘条外侧型面一致。