一种复合材料空腔构件整体化制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及航空制造技术领域，尤其涉及复合材料空腔构件的制造方法，具体是一种树脂基复合材料空腔构件整体化制造的特殊工艺方法。
【背景技术】
[0002]复合材料具有可设计性好、密度低、强度和模量高、抗疲劳性好、耐腐蚀及工艺性好等优点，又具备“材料和构件”同步形成的特点。因此，复合材料逐渐成为先进飞机的主要结构材料，且用量越来越大，已实现了从非承力、次承力构件，到尾翼级主承力、再到机翼与机身主承力构件应用。随着复合材料设计和制造技术的不断发展和成熟，先进复合材料在军、民用飞机上的用量也在不断扩大，先进复合材料正在逐步成为一种成熟、稳定的航空材料。
[0003]飞机上通常有许多形状复杂的空腔类复合材料零件，如各种导管等，这些形状复杂的空腔类复合材料零件一般有“S”型、“Y”型等形状。这种空腔类复合材料零件主要采用可拆卸芯模法和零件分块制造后拼接两种方法制造，但制造难度相对较大，主要表现为铺贴固化后脱模困难甚至无法脱模。强行脱模通常会使结构件产生较大残余应力，甚至造成有些结构件被破坏。制造小型尺寸的复合材料空腔构件采用可拆卸芯模法能够满足技术质量要求，但大型尺寸的复合材料空腔构件制造则无法满足要求，由于模具尺寸较大，重量较重，因此存在模具组合、拆卸脱模难度较大，并且组合工装气密性不易保证等问题；而使用零件分块制造后拼接的方法制造的复合材料空腔类零件，则存在有零件对接缝，外观不平整，尺寸精度不高等问题。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于提供一种树脂基复合材料空腔构件整体化制造的方法，可以有效保证复合材料空腔类零件的尺寸精度和外观质量。
[0005]一种复合材料空腔零件整体化制造方法，已知该零件的理论模型，其制造过程含有以下步骤:
[0006]一种复合材料空腔零件整体化制造方法，已知该零件的理论模型，其特征在于:
[0007]I)根据该零件的理论模型制作基准模具，该基准模具含有上模和下模，上模和下模构成的型腔与所述零件的空腔吻合；
[0008]2)在上模和下模的型腔内表面涂抹一层水溶性表面填充料后再填充水溶性的砂芯料压实，将上模和下模合模固化后脱掉基准模具，形成零件的水溶性芯模；
[0009]3)在水溶性芯模的表面铺贴复合材料预浸料并按照制造工艺进行复合材料零件固化；
[0010]4)最后用水冲洗水溶性芯模脱模，形成复合材料空腔零件。
[0011]上述方法可以简化工艺难度、实现树脂基复合材料空腔构件整体化制造的特殊工艺方法，本专利方法的关键之一是制造水溶性树脂芯模。首先按照制造的复合材料零件数模，设计并制造基准模具。该基准模具所构成的型腔与所述零件的空腔吻合。依据该基准模具制作水溶性芯模。
[0012]本专利的关键之二是使用水溶性树脂芯模制造复合材料空腔零件，在水溶性树脂芯模上铺制零件，按照制造工艺要求进行复合材料零件固化；固化完成后，用自来水或高压水冲洗、溶解、脱模，即形成复合材料空腔结构零件。
[0013]本发明的实施具有以下有益效果:1.可以实现复合材料空腔结构制件的整体化制造，保证了制件的外观质量和尺寸精度满足要求；2.可以简化树脂基复合材料空腔构件制造工艺，极大地降低生产成本。
[0014]下面结合实施实例的附图详细说明本发明的实施方式。
【附图说明】
[0015]图1 “Y”型导管复合材料零件示意图；
[0016]图2基准模具上模板示意图；
[0017]图3基准模具下模板及型腔芯示意图；
[0018]图4使用水溶性树脂芯模制造“Y”型导管铺层剖面图；
[0019]图中编号说明:1零件、2上模、3下模、4型腔、5表面填充料、6填充砂芯料、7复合材料铺层
【具体实施方式】
[0020]参见附图，实施例以图1所示零件为例，零件I是一个“Y”型复材导管，其制作精度要求高，必须采用整体制作工艺，已知零件的设计理论模型。
[0021]基准模具准备，按照复合材料零件设计的理论模型(数模)，设计制造基准模具。基准模具为制造水溶性树脂芯模所使用的模具，主要含有上模2、下模3以及上模与下模所构成的型腔4和两端的堵板(图中未示出)，该基准模具所构成的型腔与所要制造的复合材料零件的型腔必须吻合。基准模具使用非金属玻璃钢材料、铝或钢材料制造，上、下模板采用组合方式，以螺栓连接固定、合模。
[0022]基准模具表面准备时，首先用酒精清理基准模具后，使用专用的模具组装工具完成基准模具的组装。在组装好的基准模具型腔面均匀地涂一层硅脂脱模剂，然后用腻子刀刮光，厚度约0.05mm?0.1mm0
[0023]配制可溶性树脂材料，本专利所指的表面填充料和填充砂芯料均为水溶性树脂材料，属于高分子聚合物，是一种耐高温、水溶溃散材料，具有无毒无害、无腐蚀性、强度高、化学稳定性好、热膨胀系数低、易成型、易溃散等特点。
[0024]按照可溶性树脂配比配置表面填充料和填充砂芯料材料，主要包括石英砂、MERKA可溶性树脂等。配料时应不断搅拌使其混合均匀。
[0025]表面填充料配方:MERKA2401:无水乙醇:滑石粉(精度为13 μ m?18 μ m)，按重量份比20:20:100混合，在配料盆内充分搅拌均匀。
[0026]填充砂芯料配方:MERKA2405:石英砂(精度为90 μm?120 μm)，按重量份比(15?18):100混合，在搅拌机内充分搅拌均匀。
[0027]如图所示，表面填充料5和填充砂芯料6也可以是其它水溶性填充料，表面填充料5要求质地相对填充砂芯料6细腻一些。
[0028]填料，第一步，将充分搅拌均匀的表面填充料涂于基准模具上模与下模以及两端堵头所构成的型腔内表面，表面填充料涂抹厚度约为2_ ;第二步，先用配制好的填充砂芯料在基准模具边角处填充、捣实，然后再将配制好的填充砂芯料填充于已涂抹表面填充料的上模与下模所构成的型腔内，边填充边用力捣实，不允许有空腔，一般每20mm捣实一次。
[0029]对于尺寸大、细长比大的零件，为防止采用纯树脂材料制造的芯模发生断裂，制造时在基准模具中间还可以放置刚性或柔性材料加强，如铁丝或柔性的麻绳。
[0030]填充时应将基准模具水平放置，当填充至一半高度时，放入刚性或柔性加强材料，位置应居中，继续填充。填充完毕后，将上模和下模合模用螺栓固定，进行初固化。
[0031]将成型后的水溶性树脂芯模放入烘箱中加温固化，从室温加温到80°C ±5°C下预固化2小时?3小时，然后升温至125°C?135°C继续固化，固化时间按每厘米厚度I小时计算，随炉冷却至40°C以下出炉。固化完成后，将基准模具按模具拆卸顺序进行脱模，形成零件的水溶性树脂芯模。脱模过程中应注意保护芯模，并将基准模具表面清理干净。
[0032]水溶性树脂芯模表面修整，将水溶性树脂芯模型面缺陷处用原子灰腻子修补，固化后用320目或更细的砂纸砂光流线。最后按要求在芯模上划线、作标记。
[0033]铺贴复合材料零件，为防止芯模吸潮变形，制造好的芯模不能久放。
[0034]在水溶性树脂芯模的表面铺贴复合材料预浸料。制作的水溶性树脂芯模可以与其它材料的模具一样进行抽真空、压实等复合材料铺贴时的常规操作。在水溶性树脂芯模表面先铺贴一层脱模材料，然后再铺贴复合材料，复合材料铺层7按设计和制造工艺规范要求进行铺设，最后进行抽真空压实制袋。使用MERKA水溶性芯模制造“Y”型导管铺层剖面图见图4。
[0035]完成复合材料的铺贴后，按照制造工艺要求进行复合材料零件固化。固化完成后，用自来水或高压水冲洗溶解、脱模。大型复合材料空腔零件芯模进行水溶解时，需要用高压水冲洗，还要配合金属工具掏取，反复进行冲洗和掏取工序，直至水溶性树脂芯模完全溶解，形成复合材料空腔零件。最后根据零件尺寸要求切掉零件的余量，修整零件。
【主权项】
1.一种复合材料空腔零件整体化制造方法，已知该零件的理论模型，其特征在于: 1)根据该零件的理论模型制作基准模具，该基准模具含有上模和下模，上模和下模构成的型腔与所述零件的空腔吻合； 2)在上模和下模的型腔内表面涂抹一层水溶性表面填充料后再填充水溶性砂芯料压实，将上模和下模合模固化，固化后脱掉基准模具，形成零件的水溶性芯模； 3)在所述的水溶性芯模的表面铺贴复合材料预浸料并固化； 4)最后用水冲洗所述的水溶性芯模，形成复合材料空腔零件。
2.如权利要求1所述的复合材料空腔零件整体化制造方法，其特征在于，所述的水溶性表面填充料是由MERKA2401树脂、无水乙醇和精度为13 μ m?18 μ m的滑石粉，按重量份比20:20:100混合均匀而成。
3.如权利要求1或2所述的复合材料空腔零件整体化制造方法，其特征在于，所述的水溶性砂芯料是由MERKA2405树脂和精度为90 μπι?120 μm的石英砂，按重量份比15?18:100充分混合搅拌均匀而成。
【专利摘要】一种复合材料空腔零件整体化制造方法，根据该零件的理论模型制作基准模具，该基准模具的型腔与零件的空腔吻合；在型腔内表面涂抹一层水溶性表面填充料后再填充水溶性砂芯料压实，将上模和下模合模固化，固化后脱掉基准模具，形成零件的水溶性芯模；在水溶性芯模的表面铺贴复合材料预浸料并固化；最后用水冲洗所述的水溶性芯模，形成复合材料空腔零件。
【IPC分类】C08K3-36, C08K3-34, B29C70-54, B29C70-34, B29C33-52
【公开号】CN104742383
【申请号】CN201510155533
【发明人】焦竹叶, 武振林, 林星, 景新荣, 郭俊刚, 王瑾
【申请人】中航飞机股份有限公司西安飞机分公司
【公开日】2015年7月1日
【申请日】2015年4月2日