一体成型加筋结构件的制造方法与流程

本发明涉及一种一体成型加筋结构件的制造方法，属于复合材料成型方法技术领域。

背景技术：

碳纤维增强树脂基复合材料加筋结构件的制造方法多采用真空导入、热压罐的成型工艺，且分别成型蒙皮及加强筋，通过胶接或铆接的方式制造而成。目前国内外现有的一体化成型工艺方法主要以液体成型工艺（包括vari、rtm、co-rtm）和热压罐成型工艺为主，液体成型工艺与传统模压、热压罐成型工艺相比，成本大幅下降，且有利于减重。液体成型工艺也存在一定的局限性，比如vari成型工艺目前主要应用于次承力结构，rtm成型工艺只能采用碳纤维织物进行制造，且不能应用增韧环氧树脂。利用传统rtm和vari成型工艺制造方法，制件存在干纱及干斑的风险，成功率低。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种一体成型加筋结构件的制造方法，将浸渍完全的预浸料制备预制体，可有效避干纱及干斑的风险，合格率明显提高。

为解决上述技术问题，本发明提供一种一体成型加筋结构件的制造方法，包括：

在玻璃平板模具和盒形芯模上分别铺贴若干层裁剪好形状的预浸料，并进行预压实，得到蒙皮预成型体与盒形预成型体；

将蒙皮预成型体和盒形预成型体组装，并放置在成型模具型腔中；

向成型模具内注射树脂；

树脂固化结束后，将制件脱模。

进一步地，所述成型模具内设有注胶流道，所述注胶流道包括一级流道和二级流道，注胶口与出胶口均与一级流道相连通，所述一级流道与二级流道相连通。其中，一级流道深度为1～3mm，二级流道深度为0.1～1mm，一级流道与二级流道的宽度均为15～35mm，一级流道比二级流道短10～25mm。

进一步地，所述蒙皮预成型体的四周边缘与成型模具型腔的间隙为2～4mm。

进一步地，所述预压实包括：首层预浸料铺贴后进行预压实，然后每2～5层进行真空预压实，预压实真空度不低于600mbar，时间不低于5min；预成型体铺贴完成后进行真空热预压，温度为60±5℃，时间为30～60min，真空度为920mbar以上。

进一步地，向成型模具内注射树脂的方法包括：进行气密性检查后，将注胶口与注胶机连接，将出胶口与真空站连接，模具预热至100～120℃后开始注射树脂，注射压力为1～10bar，直至有树脂从出胶口依次流出，关闭注胶口，结束注胶。

进一步地，所述成型模具预热时间为50～70min，成型模具预热过程中，成型模具型腔保持真空，成型模具型腔真空度不低于920mbar。

进一步地，所述树脂预热至50～90℃，且在真空下脱泡至少15min。

进一步地，所述树脂固化的方法包括：采用烘箱固化，以0.1～3℃/min升温至140±10℃，在140±10℃下保温2～3h后，再以0.1～3℃/min升温至180±10℃，在180±10℃下保温1～2h。

进一步地，在固化过程中，保持压力为6～10bar，保压时间为2～3h。

进一步地，所述脱模的方法包括：固化结束后打开固化炉自然降温至60℃以下，按照与合模顺序相反的顺序将制件脱出。

本发明所达到的有益效果：

1、本发明采用预浸料制备预成型体，铺贴过程中，可通过真空预压实减少层与层之间的气泡，降低孔隙率，提高制件的内部质量。

2、与rtm成型工艺相比较，本发明采用浸渍完全的预浸料进行铺层，消除了注射时发生干斑的风险，成功率可达100%。

3、与热压罐成型工艺相比较，本发明采用双面的闭合模具，制件内外表面质量好，尺寸精度高，利于变形控制和厚度控制。

4、与热压罐成型工艺相比较，本发明采用烘箱固化，大幅降低制造成本，提高制件的表面和内部质量。

5、本发明采用一体化设计，减少不必要的机械连接和装配零件，提高工作效率，最终达到减轻重量、降低成本的目的。

附图说明

图1是本发明中模具流道设置示意图。

其中，1-蒙皮预成型体四周边界；2-成型模具型腔四周边界；3-成型模具上模四周边界；4-出胶二级流道；5-出胶一级流道；6-出胶口；7-注胶一级流道；8-注胶二级流道；9-注胶口。

图2是盒形预成型体制备芯模的结构示意图。

图3是本发明中加筋结构件的结构示意图。

其中，10-蒙皮；11-盒形。

图4是图3的a-a示意图。

图5是图3的b-b示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

一体成型加筋结构件的制造方法，包括以下步骤：

1、预浸料裁剪：通过catia、cad软件设计预浸料图形，优化图形形状，利用自动裁剪机裁剪预浸料，并将裁剪好的预浸料分类摆放，共一个蒙皮预浸料和十五个盒形预浸料。

2、蒙皮预成型体制备：在玻璃平板模具上，将裁剪好的预浸料按照铺贴顺序依次铺贴，且首层预浸料铺贴后进行真空预压实，之后每2层进行真空预压实，预压实真空度为860mbar，时间为15min。铺贴过程中，可通过真空预压实减少层与层之间的气泡，降低孔隙率，提高制件的内部质量。蒙皮预成型体铺贴完成后，进行真空热预压，温度为62℃，时间为45min，真空度980mbar。

3、盒形预成型体制备：在盒形预成型体芯模（如图2所示）上按照铺贴顺序在四个侧面及上表面上铺贴预浸料，且首层预浸料铺贴后进行真空预压实，之后每3层进行真空预压实，预压实真空度不低于850mbar，时间为20min。铺贴过程中，可通过真空预压实减少层与层之间的气泡，降低孔隙率，提高制件的内部质量。盒形预成型体铺贴完成后，进行真空热预压，温度为58℃，时间为35min，真空度985mbar。共十五个盒形预成型体，每个盒形预成型体的制备方法与此类似，每个盒形预成型体都有一个编号，从一开始至十五。

4、合模：将制备好的盒形预成型体按照编号的顺序，从盒形预成型体一开始，通过芯模定位放置在成型模具的型腔中，直至最后一个芯模放置到位。每个相邻的盒形预成型体的倒角位置均需使用预浸料填实，防止出现局部纤维体积含量偏小的现象。再将制备好的蒙皮预成型体转移至成型模具中，通过模具的铺贴线定位，放置到位，并将蒙皮预成型体与相邻盒形预成型体倒角位置使用预浸料填实。蒙皮预成型体和盒形预成型体组装后，蒙皮预成型体的四周边缘与成型模具型腔的间隙控制在3mm。利用密封胶条将上下模成型模具密封，并利用锁模螺栓全部锁紧成型模具。

5、树脂注射：如图1所示，注胶流道分为一级流道与二级流道。其中，一级流道深度为1mm，二级流道深度为0.5mm，一级流道与二级流道的宽度均为：15mm，一级流道比二级流道短20mm；且注胶口9与注胶一级流道7相连通，注胶一级流道7与注胶二级流道8相连通，出胶口6与出胶一级流道5相连通，出胶一级流道5与出胶二级流道4相连通。一级流道和二级流道输送树脂，通过成型模具内的蒙皮预成型体和盒形预成型体浸透树脂。

进行气密性检查后，将注胶口9与注胶机连接，将出胶口6与真空站连接，加热成型模具使成型模具预热至115℃，成型模具预热时间为2h。与此同时，将rtm树脂（环氧树脂）预热至76℃后倒入注胶机注胶桶中，并将注胶桶一直保温在75℃，rtm树脂真空脱泡15min，待成型模具升温至115℃时进行注射，注射压力为1bar，直至有树脂从出胶口依次流出，关闭注胶口，结束注胶。

6、固化：采用烘箱固化，设置固化程序：以2℃/min升温至135℃，在140±10℃下保温160min后，再以2℃/min升温至182℃，在180±10℃下保温100min。固化过程中，保持注胶机压力为6bar，保压时间为180min。

7、脱模：固化结束后打开固化炉自然降温至60℃以下，按照与合模顺序相反的顺序将制件脱出即可。

如图3至图5所示，为本发明中加筋结构件的结构示意图，其中，10为蒙皮；11为盒形。本发明加筋结构件脱模后，内外表面均光滑平整，无贫树脂、富树脂现象，无干纱和干斑等问题，克服了rtm工艺成型中容易出现干斑的问题；且经过超声波无损检测后，内部无分层、无脱粘等质量问题，零件合格率达100%。

与rtm成型工艺相比较，本发明采用浸渍完全的预浸料进行铺层，消除了注射时发生干斑的风险，成功率可达100%。

与热压罐成型工艺相比较，本发明采用双面的闭合模具，制件内外表面质量好，尺寸精度高，利于变形控制和厚度控制。

与热压罐成型工艺相比较，本发明采用烘箱固化，大幅降低制造成本，提高制件的表面和内部质量。

本发明采用一体化设计，减少不必要的机械连接和装配零件，提高工作效率，最终达到减轻重量、降低成本的目的。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。