复合材料平直尾翼双梁盒段整体共固化成型方法与流程

本发明涉及一种复合材料平直尾翼成型方法，特别涉及一种复合材料平直尾翼双梁盒段整体共固化成型方法。

背景技术：

复合材料具有比强度、比模量高、可设计和易于整体成形等许多优异特性，大量应用在无人飞机上。随着复合材料整体成型技术的发展，整体成型类似平直尾翼部件已成为趋势，与传统的梁肋结构(由上、下壁板，前、后梁和多根肋组成)相比，整体双梁盒段整体成型将零件数量由多个降为一个，简化了盒段的装配过程，并减少了紧固件数量和热压罐使用次数，从而达到减重和降低成本的效果。目前，飞机的平直尾翼均采用多梁/双梁盒段整体结构。

文献“申请公开号是CN103057126A的中国发明专利”公开了一种大型复合材料整体成型叶片及其成型工艺。该成型工艺采用树脂膜渗透工艺，模具采用芯模为柔性芯或可溶性硬质芯/硬模(外模)组合方式，固化时靠柔性芯模的膨胀实现加压。但树脂膜渗透工艺成型对部件的厚度有要求，而无人机平直尾翼的蒙皮厚度仅0.5mm，不适合中小型无人飞机的平直尾翼盒段结构制造。且柔性芯模存在膨胀量难控制，造成梁位置的精度误差不确定，同时柔性芯模成型模具设计及加工难度大，费用高，不适合小批量零部件的加工。

技术实现要素：

为了克服现有复合材料整体成型方法成型精度差的不足，本发明提供一种复合材料平直尾翼双梁盒段整体共固化成型方法。该方法采用子母袋抽真空方法替代柔性芯模，在固化过程中实现对产品实施加压；为了保证前缘面纤维的连续性，替代了柔性芯模作为辅助铺层的工艺设计，模具工艺设计取消产品工艺分离面，利用前梁平面将上壁板成型模具分为前缘段和后段两部分，在前梁上表面进行搭接，这样既保证了在前缘位置处纤维不断裂，保证了铺层完整性，实现了复合材料平直尾翼双梁盒段的整体共固化成型，提高了产品成型精度，又减少了辅助工装的制造与加工费用，降低制造成本。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案：一种复合材料平直尾翼双梁盒段整体共固化成型方法，其特点是包括以下步骤：

(1)前、后梁的铺层；

将预先剪裁的预浸料逐层铺贴在前、后梁模具1、11上，并每隔三层进行真空预压实。

(2)下壁板与前缘上壁板壳体的铺层；

铺层前，先将下壁板模具6与上壁板前缘段模具8组合，将预浸料及泡沫铺放在已组合好的模具上表面，并每隔三层进行真空预压实。其中铺层时在上壁板前缘段模具8预留两层预浸料翻压于上壁板前缘段模具8的边缘上，与前梁模具1组合时进行搭接。

(3)上壁板后段壳体铺层；

将预先剪裁的预浸料和泡沫逐层铺贴在上壁板后段模具9上，并每隔三层进行真空预压实。

(4)在下壁板模具上进行梁的预装配；

在上壁板前缘段模具8的前缘处按照从内到外依次放置无孔隔离膜3、透气毡4和子真空袋5；其中子真空袋5比前梁模具1长0.5～0.6m。在下壁板模具6与上壁板前缘段模具8组合铺层上放置步骤(1)铺层好的前、后梁2、12的模具，采用定位销的导向与下壁板模具6预装配，并用紧固螺栓固紧，将步骤(2)预留的两层预浸料翻转并铺贴在前梁2的铺层上。

(5)制子真空袋；

在铺贴好预浸料的前、后梁模具1、11处及后梁模具11与上壁板后段模具9的后缘处按照从内到外依次放置无孔隔离膜3、透气毡4和子真空袋5；其中子真空袋5比前、后梁模具1、11长0.5～0.6m。

(6)上壁板后段壳体对合；

将已铺层好上壁板后段壳体10及上壁板后段模具9翻转，靠定位销导向及模具凹凸槽定位与下壁板模具6对合，并用紧固螺栓固紧。

(7)制母真空袋；

在上壁板后段模具9上，按照从内到外依次放置透气毡4和母真空袋14；

(8)真空袋密封及固化；

将三个子真空袋5、一个母真空袋14及下壁板模具6密封相连，形成三个真空通道，在母真空袋14上设置两个真空快卸接头15用于抽真空，当真空度升到0.08～0.098Mpa时，关闭真空，维持15分钟，如果满足真空度在5分钟之内下降小于0.017Mpa，则进入热压罐进行固化。

(9)脱模与修边；

固化完成后，卸掉前、后梁模具1、11的定位销，将前、后梁模具1、11通过脱模工具拔出，然后卸掉上壁板前缘段模具8和上壁板后段模具9，将平直尾翼从下壁板模具6上取下，修边，得到整体平直尾翼部件。

本发明的有益效果是：该方法采用子母袋抽真空方法替代柔性芯模，在固化过程中实现对产品实施加压；为了保证前缘面纤维的连续性，替代了柔性芯模作为辅助铺层的工艺设计，模具工艺设计取消产品工艺分离面，利用前梁平面将上壁板成型模具分为前缘段和后段两部分，在前梁上表面进行搭接，这样既保证了在前缘位置处纤维不断裂，保证了铺层完整性，实现了复合材料平直尾翼双梁盒段的整体共固化成型，提高了产品成型精度，又减少了辅助工装的制造与加工费用，降低制造成本。

下面结合附图和具体实施方式对本发明作详细说明。

附图说明

图1是本发明复合材料平直尾翼双梁盒段整体共固化成型方法整体成型平直尾翼的结构截面示意图；

图2是本发明方法铺设前梁制作示意图；

图3是本发明方法铺设下壁板与前缘上壁板壳体组合示意图；

图4是本发明方法铺设上壁板后段壳体示意图；

图5是本发明方法下壁板与前缘上壁板壳体与前、后梁组合装配示意图；

图6是本发明方法合模的示意图；

图7是本发明方法子母袋制作示意图。

图中，1-前梁模具，2-前梁，3-无孔隔离膜，4-透气毡，5子真空袋，6-下壁板模具，7-下壁板与前缘上壁板壳体，8-上壁板前缘段模具，9-上壁板后段模具，10-上壁板后段壳体，11-后梁模具，12-后梁，13-梁定位器，14-母真空袋，15-真空快卸接头。

具体实施方式

参照图1-7。本发明复合材料平直尾翼双梁盒段整体共固化成型方法优选实施例，复合材料平直尾翼长2.15米，弦长0.26米，最大翼型高度24毫米。

本实施例中复合材料的原材料为碳纤维预浸料、玻璃纤维预浸料和PMMI泡沫。

下壁板与前缘上壁板壳体7、上壁板后段壳体10为碳纤维、玻璃纤维预浸料泡沫夹层结构，包括外层复合材料、泡沫夹层和内层复合材料。

前、后梁2、12为碳纤维预浸料层压件结构形式。

具体步骤如下。

(1)模具准备：用酒精将上壁板后段模具9、上壁板前缘段模具8、下壁板模具6及前、后梁模具1、11表面清理干净，然后在所有模具表面喷涂封孔剂和脱模剂。

(2)预浸料铺放：

a.前、后梁的铺放：采用手工铺贴工艺，在前、后梁模具1、11的产品型面侧按设计要求分别铺贴前梁2、后梁12，在铺贴过程中，参照图2，对前、后梁2、12进行预压实工艺，按照从内到外依次铺放无孔隔离膜3、透气毡4和子真空袋5进行预压实。

b.下壁板与前缘上壁板壳体及上壁板后段壳体的铺层：在下壁板模具6与上壁板前缘段模具8组合模上铺放下壁板与前缘上壁板壳体7，在上壁板后段模具9上铺放上壁板后段壳体10，在铺层过程中，参照图2，对下壁板与前缘上壁板壳体7进行预压实工艺，按照从内到外依次铺放无孔隔离膜3、透气毡4、子真空袋5进行预压实。其中在下壁板与前缘上壁板壳体7的制作过程中，其中铺层时在上壁板前缘段模具8预留两层预浸料翻压于上壁板前缘段模具8的边缘上，与前梁模具1组合时进行搭接。

(3)组合：

a.参照图5，在上壁板前缘段模具8的前缘处按照从内到外依次放置无孔隔离膜3、透气毡4和子真空袋5；其中子真空袋5比前梁模具1长0.5～0.6m。放置已预压实的前梁2及前梁模具1和已预压实后梁12及后梁模具11于已预压实的下壁板与前缘上壁板壳体7上。其中，前、后梁模具1、11通过在下壁板的梁定位器13来定位。将步骤(2)b中预留的预浸玻璃纤维/碳纤维翻转铺贴于前梁2上。

b.参照图5，在铺放好的前、后梁模具1、11之间及后梁模具11与上壁板后段模具9的后缘处按照从内到外依次放置无孔隔离膜3、透气毡4和子真空袋5；其中子真空袋5比前、后梁模具1、11长0.5～0.6m。

c.上壁板后段壳体对合：将已铺层好上壁板后段壳体10及上壁板后段模具9翻转，靠定位销导向及模具凹凸槽定位与下壁板模具6对合，并用紧固螺栓固紧。

(4)抽真空：参照图6，将三个子真空袋5的末端的一圈的上侧面与外面的母真空袋14用密封胶带相连，子真空袋5两侧面之间或与模具之间两两相连，子真空袋5的末端的一圈的下侧面与下壁板模具6相连，从而形成三个真空通道，在母真空袋14上设置两个真空快卸接头15，抽真空，其中对所有的定位块、销钉及脱模辅助孔用透气毡进行有效保护。

(5)固化：在进入热压罐前检查真空泄露情况，当真空度升到0.08～0.098Mpa时，关闭真空，维持15分钟，如果满足真空度在5分钟之内下降小于0.017Mpa，则进入热压罐进行固化。

(6)脱模：固化完成后，卸掉前后梁的定位销后将前、后梁模具1、11通过脱模工具从一侧拔出来，然后卸掉上壁板后段模具9，将平直尾翼从下壁板模具6上取下。

(7)修边：得到整体平直尾翼部件。

采用本发明的方法成型的复合材料平直尾翼双梁盒段成型精度高，工艺过程简单，重复性好，梁的位置、胶接质量都得到有效保证。