一种复合材料叠层的单隔膜预成型方法与流程

本发明属于复合材料制造技术，涉及一种复合材料叠层的单隔膜预成型方法。

背景技术：

传统的复合材料制造工艺是采用手工铺贴的方式在相应的成型工装上完成铺贴，然后糊制真空袋封装，再进入热压罐进行固化。随着复合材料在飞机结构件中的大量应用及构件日趋大型化、复杂化，传统的预浸料/热压罐工艺因其采用手工铺叠而存在生产效率低、成型质量不稳定等问题限制了复合材料应用的发展，进而使得复合材料制件的自动铺带技术迅速发展。但由于自动铺带机的限制，其无法进行曲率较大构件的制造。为了将自动铺带技术应用于复杂构型复合材料结构件的制造中，专利cn106142587b公开了一种复合材料双袋热隔膜预成型方法：该方法采用的隔膜袋为一次性产品，每次进行预成型前需要在整个预成型设备上铺放两层隔膜袋，且隔膜袋必须保持张紧状态。操作繁琐，材料浪费严重；由于隔膜袋为塑料薄膜，在预成型过程中爆袋风险较大；由于预浸料铺层封装于双隔膜袋内，其与预成型工装的关系难以精确保证，且完成后的预成型体需进行二次转移，定位到成型工装上，可能存在误差累积定位不精确及预成型体撕扯变形问题。

技术实现要素：

本发明的目的是：提供一种复合材料叠层的预成型方法，以解决在目前技术中存在的操作繁琐、成本高昂以及质量不稳定的技术问题。

为解决此技术问题，本发明的技术方案是：

一种复合材料叠层的单隔膜预成型方法，所述的复合材料叠层的单隔膜预成型方法包含以下步骤：

步骤一、硅橡胶膜1悬挂于真空工作平台4上方，在真空工作平台4中心位置上放置产品成型工装3和复合材料平板叠层5；将辅助支撑装置2放置在产品成型工装3两侧；

步骤二、加热升温，将复合材料平板叠层5温度升高至55-80℃；

步骤三、温度达到平衡后，开始施加真空压力；

步骤四、降温、卸压，完成预成型。

所述成型工装3与辅助支撑装置2任意位置的间距、辅助支撑装置2的高度，成型工装3的高度，三者应满足如下关系：

h+0.4l＜h≤2l，l为成型工装3与辅助支撑装置2任意位置的间距、h为辅助支撑装置2的高度、h为成型工装3的高度。

其中间距l为单侧所述辅助支撑装置2与产品成型工装3相对表面任意位置间距，成型工装3两侧间距l可根据预成型零件折弯尺寸及工作台面宽度视情况调整，不必保证完全相同，但对应的h及h应满足以上关系要求，该要求同样适用于非对称(只有单侧)预成型的产品。

步骤一中所述复合材料平板叠层5按定位块或工装定位在成型工装3上，在复合材料平板叠层5上覆盖隔离薄膜，并在复合材料平板叠层5的边缘余量区放置温度监控热电偶。

优选地，步骤一还包含工装预热的操作。如工装热惯性较大，升温较困难可先预热工装后再进行预成型操作。

步骤二加热升温后保温至少5min。

步骤三具体操作为：加压至真空压力为-50到-80kp，停止加压保持压力至少5min。复合材料平板叠层5在硅橡胶膜1的作用下开始发生弯折。直至硅橡胶膜1完全包覆复合材料平板叠层5。

步骤四复合材料平板叠层5降温至不大于50℃，后升起硅橡胶膜1。

步骤四中降温、卸压没有先后顺序要求。

硅橡胶膜1尺寸略大于真空工作平台4，硅橡胶膜1与真空工作平台4形成密封空间。

本发明的有益效果是：

在本发明步骤二的温度范围内复合材料平板叠层5预浸料层间具有良好的滑移性，同时硅橡胶膜1受热弹性模量降低，发生重力延展现象，但由于辅助支撑装置2的支撑作用，硅橡胶膜1不包覆复合材料平板叠层5，有效阻止在此阶段复合材料平板叠层5发生弯折的可能，避免发生铺层褶皱缺陷。

本发明操作简单，硅橡胶膜可重复利用。预成型后的复合材料叠层无需进行二次转移及定位，避免由于二次定位的造成的误差累积及撕扯变形问题；复合材料平板叠层可直接在最终产品成型工装上预成型，无需制造专用的预成型工装，具有良好的经济性；预成型后的复合材料叠层与产品外形一致性好。

本发明提出了采用辅助支撑装置平衡复合材料平板叠层在预成型过程中收到的法向压力，能够有效的防止铺层褶皱的产生，针对较高的成型工装及产品有良好的适用性。根据硅橡胶的自身弹性及重量经计算可实现精确加压控制。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施的技术方案，下面将对本发明的实例中需要使用的附图作简单的解释。显而易见，下面所描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明所述方法中预成型前状态；

图2为本发明所述方法中预成型后状态；

图3为实施例一复合材料构件外形示意图；图中所示为c型截面复合材料构件外形示意图；

图4为实施例二复合材料构件外形示意图；图中所示为凹形截面复合材料构件外形示意图；

图5为成型工装与辅助支撑装置任意位置的间距l、辅助支撑装置的高度h，成型工装的高度h关系示意图；图5中，成型工装3的高度h由产品结构决定，根据产品及设备客观条件确定l后，可通过调辅助支撑装置2的高度h来保证三者关系符合h+0.4l＜h≤2l要求，即h1对应l1、h1，h2对应l2、h2，h3对应l3、h3。

其中1-硅橡胶膜、2-支撑装置、3-成型工装、4-真空工作平台、5-复合材料叠层。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域的普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下，所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

下面将详细描述本发明实施例的各个方面的特征。在下面的详细描述中，提出了许多具体的细节，以便对本发明的全面理解。但是，对于本领域的普通技术人员来说，很明显的是，本发明也可以在不需要这些具体细节的情况下就可以实施。下面对实施例的描述仅仅是为了通过示出本发明的示例对本发明更好的理解。本发明不限于下面所提供的任何具体设置和方法，而是覆盖了不脱离本发明精神的前提下所覆盖的所有的产品结构、方法的任何改进、替换等。

在各个附图和下面的描述中，没有示出公知的结构和技术，以避免对本发明造成不必要的模糊。

实施例一：如图3所示的c型截面复合材料叠层预成型:

1)铺层

采用自动铺带机按照结构件铺层信息，铺设复合材料平板叠层5；

2)设备准备及工装准备

将成型工装3放置在预成型设备真空工作平台4上，然后在成型工装3两侧平行于成型工装3放置辅助支撑装置2，成型工装3高300mm，辅助支撑装置2高350mm，二者的距离为250mm。使用透气毡或其他软质材料包覆辅助支撑装置2。检查成型工装3及真空工作平台4上是否有尖锐的凸起或凹陷，并加以保护，以免在预成型过程中撕裂硅橡胶膜1。

3)预热成型工装3

在成型工装3领先及滞后位置布置预热热电偶，下移硅橡胶膜1，加热对成型工装3至约40℃左右，上升硅橡胶膜1。

4)放置复合材料平板叠层5

利用转移工装将复合材料平板叠层5放置在成型工装3上，使用隔离薄膜保护复合材料平板叠层5防止其污染。在复合材料平板叠层5两端放置测温热电偶。

5)预成型

a、下移硅橡胶膜1，将复合材料平板叠层5加热至65(-10，+15)℃后保温5至少5min。如工装热惯性较大，升温较困难可先预热工装后再进行预成型操作；

b、加压初始阶段以约6kpa/min的速率施加真空压力，而后逐渐增加真空速率直至真空压力为-60±10kpa，停止加压保持压力至少5min；

c、除去真空压力，复合材料平板叠层5冷却至50℃，升起硅橡胶膜1；使用隔离薄膜保护预成型后的复合材料平板叠层5，自然冷却至室温，完成预成型。

实施例二：如图4所示的凹形截面复合材料叠层预成型:

1)铺层

采用自动铺带机按照结构件铺层信息，铺设复合材料平板叠层5；

2)设备准备及工装准备

将成型工装3放置在预成型设备真空工作平台4上，然后在成型工装3两侧平行于成型工装3放置辅助支撑装置2，成型工装3高200mm，辅助支撑装置2高250mm，二者的距离为200mm。使用透气毡或其他软质材料包覆辅助支撑装置2。检查成型工装3及真空工作平台4上是否有尖锐的凸起或凹陷，并加以保护，以免在预成型过程中撕裂硅橡胶膜1。

3)预热成型工装3

在成型工装3领先及滞后位置布置预热热电偶，下移硅橡胶膜1，加热对成型工装3至约40℃左右，上升硅橡胶膜1。

4)放置复合材料平板叠层5

利用转移工装将复合材料平板叠层5放置在成型工装3上，使用隔离薄膜保护复合材料平板叠层5防止其污染。在复合材料平板叠层5两端放置测温热电偶。

5)预成型

a、下移硅橡胶膜1，将复合材料平板叠层5加热至65(-10，+15)℃后保温5至少5min。如工装热惯性较大，升温较困难可先预热工装后再进行预成型操作；

b、加压初始阶段以约6kpa/min的速率施加真空压力，而后逐渐增加真空速率直至真空压力为-70±10kpa，停止加压保持压力至少5min；

c、除去真空压力，复合材料平板叠层5冷却至50℃，升起硅橡胶膜1；使用隔离薄膜保护预成型后的复合材料平板叠层5，自然冷却至室温，完成预成型。

本发明采用可重复使用且在加热状态下延展性仍较好的硅橡胶膜，利用辅助支撑装置平衡复合材料平板叠层在预成型过程中受到的法向压力，借助硅橡胶膜在预成型过程中使平板叠层压向成型工装，并与其贴合。本发明简化了操作，提高了成型体的质量稳定性。预成型体表面平滑，无铺层褶皱和铺层屈曲等缺陷。

最后应该说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可以轻易想到各种等效的修改或者替换，这些修改或者替换都应该涵盖在本发明的保护范围之内。