一种用于泡沫夹芯复合材料结构翼梢小翼的成型工装的制作方法

本发明属于复合材料航空制造技术领域，涉及一种用于泡沫夹芯复合材料结构翼梢小翼的成型工装。

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。复合材料在飞机上应用的部位和用量已成为衡量飞机结构先进性的主要标志之一。波音公司研制的b787“梦想”民用飞机，其复合材料用量达50％，空客公司即将推出的a350飞机，复合材料用量达52％。研究及实践证明，在机翼上加装翼梢小翼，能有效减少阻力，提高飞机的燃油利用率，所以翼梢小翼的结构，在飞机上得到了广泛的应用。为减轻结构重量，同时保证制件刚度，越来越多的翼梢小翼采用泡沫夹芯复合材料结构。但是泡沫夹芯复合材料结构翼梢小翼由于其型面复杂，部分区域曲率大等原因难以制造，且制造后的内部质量及表面质量难以控制。

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、成型后内部质量合格、表面质量可控的用于泡沫夹芯复合材料结构翼梢小翼的成型工装。

本发明的技术方案是，用于泡沫夹芯复合材料结构翼梢小翼的成型工装由上成型模和下成型模组成，上成型模为树脂基复合材料模具，上成型模在上成型模铺叠模上进行铺叠和成型，上成型模下型面与翼梢小翼上型面一致；下成型模为树脂基复合材料框架模，由纵向及横向隔板和成型面板组成，下成型模的成型面板在下成型模铺叠模上进行铺叠和成型，下成型模由成型面板与纵向及横向隔板一起共胶接成型，纵向及横向隔板组成的上型面与泡沫夹芯复合材料结构翼梢小翼的下型面形状相对应，纵向及横向隔板的外形尺寸小于翼梢小翼下型面的外形尺寸，成型面板胶接在纵向及横向隔板上方，成型面板的后缘及翼梢根部方向的尺寸大于翼梢小翼下型面的尺寸，成型面板的翼梢根部设有翼梢小翼根部支撑平台，成型面板为变厚度复合材料面板，成型面板的下型面与纵向及横向隔板的上型面一致，成型面板的上型面与翼梢小翼下型面一致，在成型面板与翼梢小翼前缘对应的区域有5-10mm的厚度变化区，厚度由前缘向后缘方向增加；在使用时，将待成型的翼梢小翼放于下成型模上，再将上成型模扣合在翼梢小翼上，进行固化，脱模时，先拆除上成型模，再将翼梢小翼从下成型模上取下，完成零件脱模。

所述的上成型模由与翼梢小翼相同的纤维织物预浸料制造，所需预浸料的固化后单层厚度为0.1mm-0.2mm，上成型模在上成型模铺叠模上进行铺叠和成型，铺层为[±45/0/±45]，厚度为0.3-0.6mm，上成型模铺叠模采用数控加工制造，其型面与翼梢小翼上型面一致，材料为钢材料或铝材料。

所述的下成型模为框架结构，框架由纵向及横向隔板及底板组成，纵向及横向隔板之间采用u型插槽形式连接，纵向及横向隔板与底板采用l型角材连接，纵向及横向隔板及底板由采用数控加工制造，下成型模的成型面板由与翼梢小翼相同的纤维织物预浸料制造，下成型模铺叠模采用数控加工制造，其型面与翼梢小翼下型面一致，材料为钢材料或铝材料。

所述的下成型模的成型面板与翼梢小翼前缘对应的区域与上成型模对接边宽度为10mm，采用铺层为[±45/±45]，厚度为0.2-0.4mm，在下成型模成型面板的厚度变化区域的厚度为均匀过渡，过渡区域宽度为5-10mm，过渡至厚区，厚区厚度为0.6-1.2mm，铺层为[±45/0/±45/±45/0/±45]。

所述的上成型模和下成型模上各有两组定位孔，在上下合模时用来定位。

所述的用于泡沫夹芯复合材料结构翼梢小翼的成型工装适用于夹芯材料为泡沫、外蒙皮为纤维增强复合材料、型面为复杂曲面的翼梢小翼结构。

本方案的有益效果：

本发明的成型工装由上成型模和下成型模组成，上成型模为复合材料模具，用于翼梢小翼成型过程中保证其上型面的外形尺寸及表面质量。下成型模为复合材料框架模，用于翼梢小翼成型过程中支撑固定整个零件并保证其下型面的外形尺寸及表面质量，下成型模型面为变厚度复合材料型面，在其前缘与上成型模对接区域有厚度变薄区，以保证翼梢小翼前缘大曲率区域的压力场均匀性。本发明的用于泡沫夹芯复合材料结构翼梢小翼的成型工装操作简单、脱模容易，解决了类似翼梢小翼的大曲率复杂结构零件加压不均匀的问题，并很好地保证了零件的内部质量及表面质量。本发明中的用于泡沫夹芯复合材料结构翼梢小翼的成型工装采用上成型模与下成型模的组合模具，通过上成型模与下成型模成型面板定位组合以保证模具相对位置及型面精度。在成型过程中，上成型模具有可变形性，能在成型过程中均匀地向翼梢小翼上型面加压，下成型模面板厚区具有刚性，以保证翼梢小翼在成型过程的中外形尺寸，下成型模面板薄区为半刚性区域，能提高翼梢小翼前缘大曲率区域的加压均匀性，从而保证翼梢小翼前缘的表面质量。本发明与传统的刚性金属模具相比，不仅减轻了模具重量，还提高了成型过程中模具对待成型零件大曲率部位的加压均匀性，保证了成型后零件的内部质量和表面质量。

附图说明

图1为本发明的用于泡沫夹芯复合材料结构翼梢小翼的成型工装示意图，其中，1是上成型模，2是下成型模，上成型模此时已扣合在下成型模上。

图2为本发明的用于泡沫夹芯复合材料结构翼梢小翼的成型工装下成型模示意图，其中，3是下成型模成型面板，4是下成型模成型面板前缘与上成型模对接薄区，5是下成型模横向隔板，6是下成型模纵向隔板，7是下成型模成型面板翼梢小翼根部支撑平台，8是下成型模与上成型模合模定位孔。

图3为本发明的用于泡沫夹芯复合材料结构翼梢小翼的成型工装下成型模铺叠模示意图，其中，9是下成型模铺叠模，10是下成型模铺叠模靠近前缘位置的薄铺叠区，宽度10mm，11是下成型模铺叠模厚度变化区域，宽度为5-10mm。

图4为本发明的用于泡沫夹芯复合材料结构翼梢小翼的成型工装下成型模制造示意图，其中，12为下成型模框架底板，成型面板与纵向及横向隔板如本图所示一起共胶接成为下成型模。

图5为本发明的用于泡沫夹芯复合材料结构翼梢小翼的成型工装上成型模铺叠模示意图，其中，13为上成型模铺叠模。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作详细说明。

用于泡沫夹芯复合材料结构翼梢小翼的成型工装由上成型模1和下成型模2组成，上成型模1为树脂基复合材料模具，模具下型面与泡沫夹芯复合材料结构翼梢小翼上型面一致。上成型模1在上成型模铺叠模13上进行铺叠成型。下成型模2为复合材料框架模，由纵向隔板5、横向隔板6、下成型模框架底板12和下成型模成型面板3组成，在下成型模2制造过程中，先将8mm厚的玻璃纤维板材进行数控加工，将下成型模横向隔板5、下成型模纵向隔板6及下成型模框架底板12加工完成，加工后下成型模横向隔板5及下成型模纵向隔板6组成的上型面与泡沫夹芯复合材料结构翼梢小翼的下型面形状相对应，然后，采用与泡沫夹芯复合材料结构翼梢小翼蒙皮材料相同的纤维织物预浸料在下成型模铺叠模9上进行铺叠，成型变厚度的下成型模成型面板3，下成型模铺叠模9的上型面与泡沫夹芯复合材料结构翼梢小翼的下型面一致。在宽为10mm的下成型模铺叠模靠近前缘位置的薄铺叠区10采用两层+45°纤维织物预浸料，在宽为5-10mm的下成型模铺叠模厚度变化区域11铺叠4个插层进行均匀过度，其他区域铺层为[+45/0/+45/45/0/+45]，下成型模成型面板3上存在翼梢小翼根部支撑平台7和下成型模与上成型模合模定位孔8，翼梢小翼根部支撑平台7用于支撑并定位翼梢小翼零件，下成型模与上成型模合模定位孔8用于下成型模2与上成型模1合模时的定位。下成型模成型面板3铺叠完成后，将由纵向隔板5、横向隔板6、下成型模框架底板12组成的复合材料框架倒扣在铺叠完成的下成型模成型面板3上进行胶接共固化，完成下成型模2的制造。

在泡沫夹芯复合材料结构翼梢小翼的制造过程中，先数控加工完成泡沫夹芯，然后在泡沫夹芯外表面铺贴胶膜，接着在胶膜表面铺叠纤维织物预浸料，形成翼梢小翼待固化零件。再将翼梢小翼待固化零件放入下成型模2上，翼梢小翼待固化零件根部与下成型模成型面板翼梢小翼根部支撑平台7贴合，完成翼梢小翼待固化零件的定位。然后，将上成型模1通过两组下成型模与上成型模合模定位孔8与下成型模2上下合模并固定。接着，在下成型模成型面板3非贴膜面一侧贴密封胶带并完成封装，最后将整个工装同翼梢小翼待固化零件一起放入热压罐进行固化。在脱模过程中，先除去封装辅助材料，然后卸下上成型模1，再将固化后的翼梢小翼零件从下成型模2上取下，完成零件的脱模过程。

上述技术方案中，所述的下成型模铺叠模9、上成型模铺叠模13采用金属材料q235a钢数控加工制造以保证所成型的上成型模1及下成型模2的外型尺寸。上成型模1及下成型模2采用与翼梢小翼零件相同的纤维织物预浸料成型，在成型过程中，工装与零件相同的热膨胀系数保证了零件的尺寸精度及成型质量。下成型模成型面板3采用变厚度纤维增强复合材料，在保证翼梢小翼前缘大曲率位置均匀加压的同时维持模具整体仍具有刚度，以保证最终成型翼梢小翼的外形尺寸及表面质量。