一种复合材料工字型长桁成型工艺的制作方法

本发明属于复合材料制造领域，具体涉及一种复合材料工字型长桁成型工艺。

背景技术

随着航空复合材料用量的增加，复合材料制造业迅速成为飞机制造业的主要组成部分。而在这类复合材料中，工字型长桁由于其良好的力学性能，目前被广泛的应用于飞机机体结构中。工字型长桁最常用的成型工艺为热压罐工艺。工字型长桁由于其上下缘条均有一定的装配关系，因而其成型时所用的工装主要为组合工装，而非常见的阳模工装、阴模工装。而在组合工装中，国内外复合材料制造商最常使用的为硬模与硬模相配合的工装。硬-硬模组合形式中，由于两侧工装的型面、外形均是由数控机床铣切而成，其加工精度较高，因而能很好地保证零件成型的表面质量，控制零件的厚度均匀性和外形尺寸。

然而对于细长并且厚度较薄的复合材料零件，硬模-硬模组合模却有着一些缺点。细长结构需要零件具备良好的配合精度，当零件厚度较薄时，若模具的配合精度不当，会导致复合材料的预浸料在固化过程中，其受压不均匀，而这一问题会进一步导致零件内部的缺陷，如孔隙、分层。而为了制备合格的零件，则需要该类工装有非常精确的定位关系，方便多次拆装，以及拆装后重新组装好其仍具有精确的定位关系。而这要求进一步的提高了该类工装的设计要求与加工要求，导致零件的制造成本的提高。与此同时，由于该类工装需要多次进罐固化，多次热循环也会导致工装的配合精度下降。而另一种常用的方法则是用软模替代一侧硬模，结构为软模-硬模结构。但由于软模其自身刚度不足，在固化压力下容易变形，导致零件表面质量较差，一般不用于成型具有装配关系的零件。

技术实现要素：

针对现有技术中存在的问题，本发明提出了一种一种复合材料工字型长桁成型工艺，其能够成型质量符合要求的工字型长桁，便于该类复合材料零件的制造。

本发明的目的是通过下述的步骤实现的：

制造硬模工装：通过机械加工形成与工字型长桁外形相匹配的长桁左侧芯模、长桁右侧芯模、长桁上缘条盖板和长桁下缘条底板；

制造软模工艺盖板；

制造下缘条软模；

工字型长桁芯模成型：通过长桁左侧芯模形成长桁左侧c型构件，通过长桁右侧芯模形成长桁右侧c型构件；

工字型长桁下缘条平板成型：将下缘条软模放置在长桁下缘条底板上，在所述下缘条软模上刷脱模剂或者贴脱模布或放置隔离膜，然后在所述下缘条软模上铺贴长桁下缘条平板；

工字型长桁上缘条平板成型：在长桁上缘条盖板上直接铺贴长桁上缘条平板；

长桁捻子条成型：将料层卷成实心圆棒，然后压成三角形或者直接在拉挤成型机上拉挤成三角形形状以形成捻子条；

工字型长桁工装组合：将带有长桁左侧c型构件的长桁左侧芯模与带有长桁右侧c型构件的长桁右侧芯模按“工”字形摆放组合好，放置在长桁下缘条平板上，然后将铺贴长桁上缘条平板的长桁上缘条盖板放置在长桁左侧芯模和长桁右侧芯模上方，在长桁左侧c型构件、长桁右侧c型构件和长桁上缘条平板或长桁下缘条平板之间放入捻子条；

制真空袋：在组装好的工字型长桁工装上放置隔离膜和透气毡，糊制真空袋；

固化：在入罐前检查真空泄露情况，达到要求后进入热压罐进行固化；以及

脱模：固化完成后将制件取下。

其中，制造软模工艺盖板的步骤包括：

铺设材料：将碳纤维预浸料铺在长桁下缘条底板上；

制真空袋：在铺好的碳纤维预浸料上放置隔离膜与透气毡，然后糊制真空袋；

固化：在入罐前检查真空泄露情况，达到要求后进入热压罐进行固化；

脱模：将固化好的软模工艺盖板从长桁下缘条底板取下；以及

机加工：对工艺盖板进行切边加工，去除边缘毛刺。

其中，制造下缘条软模的步骤包括：

铺设材料：将下缘条软模材料铺在长桁下缘条底板上，在下缘条软模材料上放置所述软模工艺盖板，所述软模工艺盖板的贴模面刷脱模剂或贴脱模布或放置隔离膜；

制真空袋：在铺好的下缘条软模材料和所述软模工艺盖板上放置隔离膜与透气毡，然后糊制真空袋；

固化：在入罐前检查真空泄露情况，达到要求后进入热压罐进行固化；

脱模：将固化成型的下缘条软模从长桁下缘条底板上取下；以及

机加工：对下缘条软模进行机加工，去除边缘毛刺。

其中，所述下缘条软模材料为硅橡胶或airpad。

其中，工字型长桁芯模成型的步骤包括：

采用自动铺带或自动铺丝的方法铺贴左侧平板，然后通过长桁左侧芯模采用热隔膜或者手工折弯的方法将左侧平板折弯成长桁左侧c型构件或者在长桁左侧芯模上直接手铺成型所述长桁左侧c型构件。

采用自动铺带或自动铺丝的方法铺贴右侧平板，然后通过长桁右侧芯模采用热隔膜或者手工折弯的方法将右侧平板折弯成长桁右侧c型构件或者在长桁右侧芯模上直接手铺成型所述长桁右侧c型构件。

本发明的优点：

保留了硬-硬组合模具具有的零件表面质量和外形控制的优点，零件的外观质量较好，并且在长桁下缘条底板上增加了下缘条软模，这样不会导致零件的内部缺陷的产生，即使对于较薄的零件，也会提高零件的成型质量，同时也降低了成型工装的制造精度与配合精度的要求，从而降低了零件的制造成本。

同时，本发明也适用于t字形、帽形零件的制造。

附图说明

本发明的其它特征以及优点将通过以下结合附图详细描述的优选实施方式更好地理解，其中：

图1示出了工字型长桁与成型工装的示意图；

图2示出了在长桁下缘条底板上铺贴软模工艺盖板的示意图；

图3示出了下缘条软模的铺贴示意图；

图4示出了工字型长桁的结构示意图；

图5示出了工字型长桁芯模成型的示意图；

图6示出了工字型长桁下缘条平板成型的示意图；

图7示出了工字型长桁上缘条平板成型的示意图；以及

图8示出了工字型长桁模具的拼装示意图。

具体实施方式

在以下优选的实施例的具体描述中，将参考构成本发明一部分的所附的附图。所附的附图通过示例的方式示出了能够实现本发明的特定的实施例。示例的实施例并不旨在穷尽根据本发明的所有实施例。可以理解，在不偏离本发明的范围的前提下，可以利用其它实施例，也可以进行结构性或者逻辑性的修改。

结合图1到图8中所示，示出了根据本发明的复合材料工字型长桁成型工艺，包括步骤：

制造硬模工装：如图1中所示，通过机械加工形成与工字型长桁5外形相匹配的长桁左侧芯模1、长桁右侧芯模2、长桁上缘条盖板3和长桁下缘条底板4。

制造软模工艺盖板6，如图2中所示，制造软模工艺盖板6包括步骤：

(1)铺设材料：将碳纤维预浸料铺在长桁下缘条底板4上，预浸料工装型面等宽；

(2)制真空袋：在铺好的碳纤维预浸料上放置隔离膜与透气毡，然后糊制真空袋；

(3)固化：在入罐前检查真空泄露情况，达到要求后进入热压罐进行固化；

(4)脱模：将固化好的软模工艺盖板6从长桁下缘条底板4取下，并将软模工艺盖板6的贴模面标记为a面；以及

(5)机加工：对软模工艺盖板6进行切边加工，使其与下缘条底板边缘齐平，作为再次装配的定位基准，并除边缘毛刺。

制造下缘条软模7，如图3中所示，制造下缘条软模7包括步骤：

(1)铺设材料：将下缘条软模材料(例如，硅橡胶或airpad)铺在长桁下缘条底板4上，在下缘条软模材料上放置软模工艺盖板6，使软模工艺盖板6已经刷好脱模剂的a面贴下缘条软模材料的上表面；

(2)制真空袋：在铺好的下缘条软模材料和软模工艺盖板6上放置隔离膜与透气毡，然后糊制真空袋；

(3)固化：在入罐前检查真空泄露情况，达到要求后进入热压罐进行固化；

(4)脱模：将固化成型的下缘条软模7从长桁下缘条底板4上取下，对下缘条软模7与长桁下缘条底板4的贴模面标记为b面，与软模工艺盖板6成型的面标记为a面；以及

(5)机加工：对下缘条软模7进行机加工，使其端头与长桁下缘条底板4端面齐平，作为再次定位的基准。

工字型长桁芯模成型：如图4到图5中所示，通过长桁左侧芯模1形成长桁左侧c型构件8，通过长桁右侧芯模2形成长桁右侧c型构件9。优选地，采用自动铺带或自动铺丝的方法铺贴左侧平板，然后通过长桁左侧芯模1采用热隔膜或者手工折弯的方法将左侧平板折弯成长桁左侧c型构件8或者在长桁左侧芯模1上直接手铺成型长桁左侧c型构件8；采用自动铺带或自动铺丝的方法铺贴右侧平板，然后通过长桁右侧芯模2采用热隔膜或者手工折弯的方法将右侧平板折弯成长桁右侧c型构件9或者在长桁右侧芯模2上直接手铺成型所述长桁右侧c型构件9。

工字型长桁下缘条平板成型：如图6中所示，将下缘条软模7放置在长桁下缘条底板4上，下缘条软模7的b面贴下缘条底板4，在a面上刷脱模剂或者贴脱模布或放置隔离膜，然后在下缘条软模7上铺贴长桁下缘条平板11。

工字型长桁上缘条平板成型：如图7中所示，在长桁上缘条盖板3上直接铺贴长桁上缘条平板10。

长桁捻子条成型：将一定宽度的料层卷成实心圆棒，然后压成三角形或者直接在拉挤成型机上拉挤成三角形形状以形成捻子条12。

工字型长桁工装组合：如图8中所示，将带有长桁左侧c型构件8的长桁左侧芯模1与带有长桁右侧c型构件9的长桁右侧芯模2按“工”字形摆放组合好，放置在长桁下缘条平板11上，然后将铺贴长桁上缘条平板10的长桁上缘条盖板3放置在长桁左侧芯模1和长桁右侧芯模2上方，其中，在长桁左侧c型构件8、长桁右侧c型构件9和长桁上缘条平板10之间的空隙内以及长桁左侧c型构件8、长桁右侧c型构件9和长桁下缘条平板11之间的空隙内分别放入捻子条12。

制真空袋：在组装好的工字型长桁工装上放置隔离膜和透气毡，糊制真空袋；

固化：在入罐前检查真空泄露情况，达到要求后进入热压罐进行固化；以及

脱模：固化完成后将制件取下。

本发明保留了硬-硬组合模具具有的零件表面质量和外形控制的优点，零件的外观质量较好，并且在长桁下缘条底板上增加了下缘条软模，这样不会导致零件的内部缺陷的产生，即使对于较薄的零件，也会提高零件的成型质量，同时也降低了成型工装的制造精度与配合精度的要求，从而降低了零件的制造成本。同时，本发明也适用于t字形、帽形零件的制造。

以上已揭示本发明的具体实施例的技术内容及技术特点，然而可以理解，在本发明的创作思想下，本领域的技术人员可以对上述公开的各种特征和未在此明确示出的特征的组合作各种变化和改进，但都属于本发明的保护范围。上述实施例的描述是示例性的而不是限制性的，本发明的保护范围由权利要求所确定。