防止蜂窝芯塌陷的复合材料蜂窝夹层结构制件成型方法与流程

本发明属于复合材料制造技术领域，涉及成型复合材料蜂窝夹层结构件时防止蜂窝芯塌陷的技术方法的改进。

背景技术：

复合材料蜂窝夹层结构蒙皮是一种高比刚度性能效率的结构形式，广泛应用于航空航天飞行器结构中。传统的复合材料蜂窝夹层结构蒙皮的成型工艺方法通常采用外蒙皮、蜂窝芯制件和内蒙皮一次共固化完成，或采用未固化的内蒙皮及蜂窝芯制件与已固化的外蒙皮进行共胶接固化。但是由于蜂窝芯为各向异性材料，可以承受较高的正向压力，但其侧向承压能力非常弱，从而导致成型复合材料蜂窝夹层结构时的蜂窝塌陷缺陷。研究表明，蜂窝塌陷起因于蜂窝芯周边区域部分的滑移，进而导致蜂窝局部失稳塌陷。因而如何减低成型时蜂窝芯的侧向受力、提高蜂窝芯的侧向抗压能力或防止蜂窝芯周边区域的滑移就成为防止蜂窝芯塌陷的关键。

传统的防止蜂窝芯缺陷的措施有：(1)把蜂窝芯制件周边区域部分斜坡设计，斜坡角度一般在15°～45°；(2)把蜂窝芯制件周边区域部分用填料预先填充蜂窝孔格并固化加固；(3)在模具上的成型区域外四周设计止滑钉，在铺贴内蒙皮预浸料时，加长的预浸料铺贴覆盖止滑钉。措施1可一定程度减小蜂窝芯的侧向压力，但基于现在高性能预浸料的大量使用，其要求的成型压力和温度越来越高，并不足以解决蜂窝塌陷的工艺问题；措施2对提高蜂窝芯制件周边区域的抗侧压能力效果好，但壁板制件的重量增加太大；措施3欲通过预浸料的牵拉来控制蜂窝型的滑移，但对于非织物类等预浸料或高成型压力时效果仍难以保证。

技术实现要素：

本发明的目的：提出一种防止蜂窝芯塌陷的复合材料蜂窝夹层结构制件成型工艺方法，解决复合材料蜂窝夹层结构制件成型时的蜂窝塌陷的技术难题。

本发明的技术方案：操作方法如下：

(1)在模具上安放已固化的外蒙皮，并在外蒙皮上按照蜂窝芯制件的精确位置、大小和形状铺贴膜状胶粘剂；

(2)在外蒙皮上安放尺寸大于蜂窝芯制件的蜂窝芯毛坯件，并在蜂窝芯毛坯件的周围安装工艺挡圈工装进行保护；

(3)封装真空袋后，送入热压罐按照胶接工艺参数进行固化；

(4)在外蒙皮上按胶粘剂边缘线切去未胶接连接的蜂窝毛坯件的多余部分，并修整蜂窝毛坯件的四周斜坡至蜂窝芯制件设计的角度和形状；

(5)铺贴膜状胶粘剂和内蒙皮预浸料后，用热压罐完成胶接共固化。

所述的蜂窝芯毛坯件的高度与蜂窝芯制件的高度相同，蜂窝芯毛坯件的尺寸按蜂窝芯制件的周边外扩2～20mm，蜂窝芯毛坯件的周围端面垂直外蒙皮型面切面；

所述的工艺挡圈工装的高度与蜂窝芯制件的高度相同，工艺挡圈工装的围档空腔尺寸按蜂窝毛坯件的周边向外扩0.1～2mm，工艺挡圈工装的围档空腔端面垂直外蒙皮型面切面；

所述工艺挡圈工装的材质为复合材料夹层结构。其树脂基体材料为双马来酰亚胺、环氧或氰酸酯树脂体系，蜂窝芯材料为芳纶纸蜂窝或铝蜂窝。

本发明的优点：采用共胶接固化成型复合材料蜂窝夹层结构制件，先把比蜂窝芯制件尺寸大的蜂窝芯毛坯预先胶接在外蒙皮上。有如下优点：

(1)蜂窝芯毛坯件周边端面垂直于外蒙皮型面的切面，避免了胶接时蜂窝芯斜坡引起的侧向分压力，确保了蜂窝芯斜坡区域的胶接成型压力值不降低，既可以确保蜂窝芯的胶接质量，又可以防止直接采用带斜坡的蜂窝芯制件周边部分的局部滑移失稳。

(2)胶接时通过使用工艺挡圈工装，避免了蜂窝芯毛坯承受侧面的成型压力，可防止蜂窝芯毛坯的滑移与塌陷。

(3)与外蒙皮完成胶接后的在蜂窝芯毛坯的加工成带斜坡的蜂窝制件，与内蒙皮进行胶接共固化时，因此时蜂窝件的底面已与外蒙皮完成胶接固化，彻底杜绝了蜂窝芯的滑移，因而有效防止了制件的蜂窝塌陷缺陷。

(4)工艺挡圈采用复合材料夹层结构，并直接在外蒙皮型面上直接成型，制造工艺简单，重复使用性好。

(5)因本发明可彻底杜绝蜂窝芯在成型时的滑移，因而对于一些成型温度和压力较大的高性能蜂窝夹层结构制件的研制，本发明特别有效。

附图说明

图1是本发明蜂窝芯毛坯件胶接工艺方法示意图；

图2是本发明蜂窝芯毛坯件加工方法示意图。

具体实施方式

参见附图1和图2,一种防止蜂窝芯塌陷的复合材料蜂窝夹层结构制件成型工艺方法，其特征在于，操作方法如下：

在模具1上安放已固化的外蒙皮2，并在外蒙皮上按照蜂窝芯制件的精确位置、大小和形状铺贴膜状胶粘剂3；

(1)在外蒙皮上安装尺寸大于蜂窝件制件的蜂窝芯毛坯件4，并在蜂窝芯毛坯件的周围安装工艺挡圈工装5进行保护。

(2)封装真空袋6后，送入热压罐按照胶接工艺参数进行固化。

(3)在外蒙皮上按胶粘剂边缘线切去未胶接连接的蜂窝毛坯件多余部分7，并手工切削或磨削蜂窝芯的四周斜坡至设计角度和形状。

(4)铺贴膜状胶粘剂和内蒙皮预浸料后，用热压罐完成胶接共固化。

所述的蜂窝芯毛坯件特征在于，蜂窝芯毛坯件的高度与蜂窝芯制件的高度相同，蜂窝毛坯件形状和尺寸按蜂窝芯制件的周边外扩2～20mm，蜂窝芯毛坯件的周围端面垂直外蒙皮型面切面，。

所述工艺挡圈工装的高度与蜂窝芯制件的高度相同，其内有用于围挡蜂窝毛坯件的空腔，围挡空腔的端面垂直外蒙皮型面切面，围挡的空腔形状和大小为蜂窝毛坯件的周边外扩0.1～2mm。

所述工艺挡圈工装的材质为复合材料夹层结构。其树脂基体材料为双马来酰亚胺、环氧或氰酸酯树脂体系，蜂窝芯材料为芳纶纸蜂窝或铝蜂窝。

具体实施例

实施例1：成型型面为异型的单向碳纤维nomex蜂窝夹层结构飞机壁板制件。上下蒙皮材料为t700/5429双马来酰亚胺树脂基单向碳纤维高温固化预浸料，蜂窝芯材料牌号为nh-1-1.83-80，蜂窝高度15mm，膜状胶粘剂牌号为j-299双马来酰亚胺树脂改性胶膜。制件研制时，按以下工序进行：

(1)在蒙皮模具上安放已固化的外蒙皮，在外蒙皮上用数字投影仪投影出蜂窝件的位置和形状，在投影线以内贴满一层j-299胶膜；

(2)安放已预成型的蜂窝毛坯件，蜂窝毛坯件比蜂窝芯制件的周边各外扩20mm，并且蜂窝芯毛坯件周围端面切割加工呈垂直外蒙皮型面切面；

(3)安装工艺挡圈工装，使蜂窝毛坯件正好安放在工艺挡圈的围挡空腔中。工艺挡圈为复合材料夹层结构，由蒙皮材料为3198p/5429双马来酰亚胺树脂基织物碳纤维预浸料，夹层材料为3031铝蜂窝材料，在模具上成型制得，工艺挡圈按蜂窝芯相同高度15mm制备，按蜂窝毛坯件的位置进行围挡空腔的手工加工，修配围挡的空腔尺寸大小为蜂窝毛坯件的周边外扩0.5mm，并且围挡空腔的端面至垂直外蒙皮型面切面；

(4)在热压罐中按j-299的固化工艺参数完成胶接固化；

(5)按胶接位置线用刀垂直切去蜂窝毛坯件四周的未胶接部分，再用快速打磨器手工加工蜂窝芯的四周斜坡角度；

(6)在外蒙皮和蜂窝芯制件的内表面铺贴一层j-299胶膜，再铺贴t700/5429内蒙皮；

(7)送入热压罐中按t700/5429的胶接共固化工艺参数完成固化。