一种共固化的变曲率复合材料加筋壁板成型工艺方法与流程

本发明属于复合材料制造技术领域，涉及一种共固化的变曲率复合材料加筋壁板成型工艺方法。

背景技术：

复合材料更多的被应用于各种复杂的加筋壁板结构，变曲率加筋壁板作为其中成型难度较高的结构，具有曲率变化大，模具制造及工艺成型复杂等特点。传统的加筋壁板结构成型工艺方式是胶接固化，使蒙皮或长桁首先固化，而后与另外未固化的一部分再次胶接固化，这种固化方法易引起零件整体内应力局部集中，导致变形等问题，而多次固化必然导致能耗成本的增加。另外，长桁芯模一般选用金属材料，而对于变曲率结构长桁，因长桁的外形曲率变化较大，金属芯模在机加工时会产生大的变形，校正难度及成本较高，一般将金属芯模分段，减少加工变形，同时也减少芯模较大的维修维护成本，在成型纵向小曲率结构复合材料长桁时具有较好的可操作性，但是在成型大型变曲率结构加筋壁板时却操作困难，并难以保证复合材料内部质量，并且传统的长桁卡板定位方法不具备可调整的功能。传统工艺方法的劣势主要表现为：1)使用的金属长桁芯模密度高，单根模具重量较大，不易搬运组装；2)低成本的普通金属长桁芯模与复合材料热膨胀系数存在较大差异，零件固化后易变形，而选用低热膨胀系数金属，则成本较高；3)金属长桁芯模使用后易变形，需重新校正，校正成本较高；4)当涉及金属芯模-金属芯模匹配成型复合材料t形长桁时，两根金属模具相互配合困难，容易产生无法贴合的现象，影响复合材料长桁零件内部质量；5)卡板变形会影响定位精度，而修正变形，则需要高昂成本。

技术实现要素：

本发明的目的是针对现有技术的不足，提出一种共固化的变曲率复合材料加筋壁板成型工艺方法，该方法具有低成本、高效率、操作简便、后期维护成本低的特点，并且长桁模具具有良好的相互匹配性，无需考虑匹配间隙问题，更能保证复合材料长桁之间及长桁与蒙皮的内部质量。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案如下：

该方法包括以下步骤：

a.柔性长桁芯模的制备，按照设计的长桁形状，将柔性长桁芯模在阴模模具中固化成型，长桁柔性芯模由预浸料层及橡胶层组成，将预浸料层及橡胶层按照[橡胶层/预浸料层/橡胶层]的顺序铺放到模具中，预浸料层厚度为0.5mm～3mm，贴阴模模具侧的橡胶层厚度为0.3mm～1mm，非贴模具侧的橡胶为填充结构，填充橡胶至阴模模具的上表面；用真空袋密封后升温并加压固化，固化温度为：175℃～250℃，固化压力范围为0.3mpa～1.2mpa，固化时间为90min～180min，固化完成后，从模具内取出；

b.复合材料壁板蒙皮及长桁铺贴，按照设计要求，在壁板模胎上按照铺层序列铺贴蒙皮预浸料铺层，并在长桁铺贴模具上铺贴预浸料铺层，制备成长桁坯体；

c.长桁坯体与蒙皮的组装，在柔性长桁芯模的贴零件侧放置聚四氟乙烯隔离膜，将长桁坯体从长桁铺贴模具上取下，放置在对应的柔性长桁芯模上，按照壁板模胎的长桁定位卡板，将柔性长桁芯模连同长桁坯体定位在铺贴完成的蒙皮上，长桁坯体与蒙皮贴合；

d.在组装完成的坯体上依次放置聚四氟乙烯隔离膜、透气毡辅助材料，并用真空袋密封，放入烘箱或热压罐中共固化成型；

e.脱模，固化完成后，将零件表面覆盖的辅助材料取下，然后将柔性长桁芯模从复合材料壁板长桁中脱模，得到复合材料加筋壁板。

复合材料长桁截面为t形或l形，柔性长桁芯模截面为梯形、三角形或矩形。

柔性长桁芯模使用的预浸料及橡胶固化温度为：180℃～200℃，固化压力范围为0.5mpa～1.0mpa，固化时间为120min～150min。

柔性长桁芯模预浸料层及橡胶层为单层或多层组成，预浸料层厚度为1mm～2mm，贴阴模模具侧的橡胶层厚度为0.3mm～0.4mm，非贴模具侧的橡胶为填充结构；

所述长桁定位卡板的长桁端定位机构含有滑杆和滑动式挡块，挡块和滑杆上均有10等分刻度，挡块上每分度为0.9mm，滑杆上每分度为1.0mm。

本发明的特点及优点包括：

本发明利用柔性长桁芯模作为成型芯模，结合了橡胶的柔韧性及纤维复合材料的刚性、低密度等特点，采用复合材料柔性长桁芯模替代金属芯模，并将柔性长桁芯模成型为连续结构，通过调整柔性长桁芯模中的橡胶比例控制芯模刚性，复合材料零件的长桁坯体铺贴在铺贴模具上完成，然后转移至柔性长桁模具上，通过长桁定位卡板将长桁定位在蒙皮坯体上，并采用共固化的工艺方法制造具有变曲率结构的加筋壁板，在操作时易与工艺件贴合，不受曲率外形的影响。本方法可成型具有t形或l形长桁的变曲率复合材料壁板结构，制造成型过程包括柔性长桁芯模制备、复合材料壁板蒙皮及长桁铺贴、长桁坯体与蒙皮的组装、封装固化成型等工序，采用该方法成型变曲率复合材料加筋壁板，具有结构内应力低、成型效率高、操作简便、内部质量高等特定，整体的柔性长桁芯模具有更高的模具相互匹配性，不必考虑匹配间隙的问题，使用后无需校正，减少了金属模具数量，降低了模具制造及维护成型，使零件成型制造更快捷、成本更低、质量及重复性更高。

附图说明

图1为l形长桁加筋变曲率结构复合材料壁板外形示意图

图2为l形复合材料长桁1的横截面

图3为柔性复合材料长桁芯模铺贴制备示意图

图4为长桁铺贴示意图

图5为l形长桁加筋变曲率结构复合材料壁板模具示意图

图6为零件坯体组装示意图

具体实施方式

柔性长桁芯模的制备，长桁柔性芯模在阴模模具中固化成型，阴模模具的内形面与设计的长桁的内形面相同，首先在模具表面涂脱模剂，脱模剂完全干燥后，在阴模内表面依次铺放橡胶层、预浸料层、橡胶层，为便于铺贴，橡胶可压制为片状。贴阴模模具侧的橡胶层总厚度为0.3mm～1mm，预浸料层厚度为0.5mm～3mm，非贴模具侧的橡胶为填充结构，填充橡胶至阴模模具的上表面，预浸料层可以由多层预浸料叠层而成，预浸料铺贴过程中可通过控制铺贴方向，减小预浸料在圆角区的架桥，最上侧的橡胶层为填充结构，将橡胶切割成细条状填充，直至填满模具。完成填充后，表面覆盖聚四氟乙烯隔离膜，并用真空袋密封，升温并加压固化，固化温度为：175℃～250℃，固化压力范围为0.3mpa～1.2mpa，固化时间为90min～180min，固化完成后，去除隔离膜及真空度，将柔性长桁芯模从模具内取出；

复合材料壁板蒙皮及长桁铺贴，按照设计要求，在壁板模胎上按照铺层序列依次铺贴蒙皮预浸料铺层，制备成蒙皮坯体。同时在长桁铺贴模具上铺贴预浸料铺层，对超出模具的坯体进行裁剪，使坯体的外轮廓更加接近理论外形，并在室温抽真空压实，使长桁坯体预浸料层间更紧密。

长桁坯体与蒙皮的组装，为了能够使柔性长桁芯模能够与固化后的长桁分离，在柔性长桁芯模的贴零件一侧放置聚四氟乙烯隔离膜，然后将长桁坯体从长桁铺贴模具上取下，放置在对应的柔性长桁芯模上，并再次裁剪长桁坯体伸出柔性长桁芯模的多余材料。

壁板模胎上的长桁定位卡板含有滑块装置，打开滑块位置，将柔性长桁芯模连同长桁坯体放入定位滑块之间，调整滑动挡块位置至预定位置，并锁紧滑块，完成长桁坯体的定位操作。

在组装完成的整体坯体上依次放置聚四氟乙烯隔离膜、透气毡辅助材料，并用真空袋密封，放入烘箱或热压罐中，按照材料的固化参数共固化成型为复合材料加筋壁板；

脱模，固化完成后，将零件表面覆盖的真空袋等辅助材料取下，然后将柔性长桁芯模从复合材料壁板长桁中脱模，得到复合材料加筋壁板。

实施例一

具有l形长桁的变曲率复合材料加筋壁板零件是本发明中比较典型的一种，采用本发明方法可实现该类结构的共固化制造，图1揭示了l形长桁加筋变曲率结构复合材料壁板外形示意图，该零件包括l形复合材料长桁1、复合材料蒙皮2，图2揭示了复合材料长桁的横截面，图3揭示了柔性复合材料长桁芯模铺贴制备示意图，图4揭示了复合材料长桁铺贴示意图，图5揭示了l形长桁加筋变曲率结构复合材料壁板模具示意图，图6揭示了零件坯体组装示意图。

柔性长桁芯模8是在阴模模具3中制备的，首先将厚度为0.3mm厚度的橡胶层4铺贴在阴模模具3中，然后在橡胶层4上铺贴预浸料层5，使用单层名义厚度为0.15的预浸料铺贴10层，预浸料层5的总厚度为1.5mm，预浸料层5上再填充橡胶6，将横截面填充为三角形。铺贴完成后，将模具连同坯体放到压机或热压罐中固化，固化温度控制在180℃～200℃，固化压力范围为0.5mpa～1.0mpa，固化时间为120min～150min。

复合材料蒙皮2在壁板模胎7上铺贴，复合材料长桁1在长桁铺贴模具9上铺贴，铺层顺序按照图样铺层依次铺贴。复合材料长桁1铺贴完成后，将坯体从长桁铺贴模具9上取下，放在柔性长桁芯模8上，复合材料长桁1的外形按照柔性长桁芯模8的外形裁剪。

将柔性长桁芯模8连同其上的复合材料长桁1放置在复合材料蒙皮2上，将定位卡板10安装在模胎7上。定位卡板上安装有滑竿13、滑块11和锁紧螺栓12，挡块11和滑杆13上均有10等分刻度，挡块上每分度为0.9mm，滑杆上每分度为1.0mm，在滑竿13上滑动滑块11的位置，用来调整复合材料长桁1及柔性长桁芯模8的位置，并拧紧锁紧螺栓12固定位置。

完成复合材料长桁1的定位后，在坯体上面依次放置聚四氟乙烯隔离膜、透气毡辅助材料，并用真空袋密封，放入热压罐中共固化成型，固化完成后，取下真空袋等辅助材料及柔性长桁芯模，得到l形长桁加筋变曲率结构复合材料壁板1。

采用该种方法成型的变曲率复合材料加筋壁板内部质量较高、操作简单、成型方便、成本低廉。本发明不仅限于以上的实施例，对本领域普通专业技术人员，所做的各种变化和修改，都应在本发明的构思及保护范围之内。