一种用于软模辅助支撑的全适应支撑工装的制造方法与流程

本发明涉及一种用于软模辅助支撑的全适应支撑工装的制造方法。

背景技术：

树脂基碳纤维复合材料具有比强度、比刚度高，可设计性强，抗疲劳断裂性能好，耐腐蚀，尺寸稳定性好等优越的性能，是目前航空、航天、交通等领域中应用十分广泛的高性能结构材料。在多种碳纤维复合材料成型工艺中，热压罐工艺具有成型温度和压力均匀，对于不同材料、外形、尺寸及结构的零件具有很好的适应性，因而成为了研究和制造航空航天高品质复合材料构件的主要工艺方法之一。

随着对复合材料零件强度、刚度要求的日益提高，零件的结构也越来越复杂，其中带有加强筋组件的腹板结构件是典型结构件之一。为提高零件的精度及质量，复合材料加强筋结构件采用软模工艺制造，软模可以均匀、精确地传递热压罐施加的压力，制的造零件尺寸精度高、无损且质量好。但是，由于软模一般刚度不大，无法满足铺贴过程中的铺贴压力、真空度等方面要求，传统的方法采用金属、代木等作为软模的支撑。这类支撑通常采用数控机器加工的方式进行制造，由于软模的外形面受到制作工艺的影响，不同批次的软模会略有差异，与支撑的匹配性问题较难解决；而且金属支撑工装成本高、加工周期长；重量较大，使用过程过于笨重，不利于搬运。另外，泡沫材料也可作为一种可适应性的支撑材料，其借助发泡模具进行制造。但是轻质泡沫材料支撑结构强度较差，在铺贴过程软模易产生塌陷，铺贴面不平整，腹板及翻边区域料片易存在纤维褶皱或屈曲；而且泡沫支撑为分体式组件，数量较多且外形相似，与软模的组合过程耗时过长。此外，无论是金属支撑还是轻质泡沫支撑，均存在组合时配合间隙较大，状态稳定性较差，影响产品的制造精度和产品的成型质量。

技术实现要素：

针对上述存在的问题，本发明提供一种用于软模辅助支撑的全适应支撑工装的制造方法，该全适应支撑工装以软模为基础，采用多层复合材料铺贴热压而成，其整体成型，无需装配，不存在配合间隙，且可精准适应多批次软模，强度好、刚度大，使用效果好，避免了腹板铺贴易产生褶皱或屈曲的风险。具体技术方案如下：

一种用于软模辅助支撑的全适应支撑工装的制造方法，包括步骤如下：

（1）软模安装：采用与带有加强筋组件的腹板结构件造型完全一致的金属假件制造软模；将该软模安装到成型模具内，并安装软模成型模具的挡板，且保证安装到位，平整无间隙；或者直接采用新制的软模，不进行脱模；所述软膜的表面覆盖一层隔离层；

（2）覆盖填充材料：选择与软模表面贴合性能好的材料作为填充材料，覆盖到步骤（1）中所述的软模用于制作加强筋组件的区域；

（3）填充材料热压实：采用真空袋将步骤（2）中覆盖的填充材料封装在软模上，并送入热压罐进行热压实，保证填充材料与软膜之间贴合到位；

（4）铺贴支撑工装预浸料：在步骤（3）中热压实后填充材料表面覆盖一层脱模材料，然后按照预定的铺层顺序及层数铺贴支撑工装预浸料，并在加强筋组件区域增加铺层，以提高支撑强度；

（5）支撑工装固化成型：步骤（4）中支撑工装预浸料铺贴完毕后，再次采用真空袋将其封装在软模成型模具上，并送入热压罐进行固化成型，形成复合材料支撑工装；

（6）脱模：经步骤（5）固化成型后，出罐冷却，去掉软模成型模具的挡板，将复合材料支撑工装与软模及软膜工装分离，即获得用于软模辅助支撑的全适应支撑工装。

作为优选的技术方案的，步骤（1）中，所述隔离层为脱模剂、脱模布或者隔离膜。

作为优选的技术方案的，步骤（2）中；所述填充材料为硅橡胶，其覆盖的层数根据加强筋组件的筋条厚度尺寸确定。

作为优选的技术方案的，步骤（3）中，所述填充材料热压实的热压罐工艺参数为：压力300～600kpa，温度80～120℃，时间60～120min。

作为优选的技术方案的，步骤（4）中，所述脱模材料为脱模布或隔离膜。

作为优选的技术方案的，步骤（4）中，所述铺贴支撑工装预浸料的层数为10层，其铺贴的顺序为[0/0/45/45/90]s；所述在加强筋组件区域增加的铺层位于第5层和第6层之间。

作为进一步优选的技术方案的，所述增加的铺层层数为4层或8层；增加4层的铺设顺序为[0/45]s；增加8层的铺设顺序为[0/45/45/0]s。

作为进一步优选的技术方案的，所述铺贴支撑工装预浸料的首层为完整的铺层，铺贴料片搭接的长度为13～25mm，且首层铺贴后采用真空度不低于80kpa的真空压实。

作为优选的技术方案的，所述支撑工装预浸料铺层均为12k碳纤维预浸料制成。

作为优选的技术方案的，步骤（5）中，所述支撑工装固化成型的热压罐工艺参数为：固化压力600kpa，固化温度195℃，升温速率0.5℃/min，固化时间360min；并且在压力达到140kpa时，将真空袋与大气连通并保持，直至固化完成。

有益效果：

本发明方法制造的复合材料支撑工装与现有技术相比，具有以下几个优势：

（1）与传统泡沫支撑相比，本发明方法制造的复合材料支撑工装强度好、刚度大，使用效果好，避免了腹板铺贴易产生褶皱或屈曲的风险；

（2）本发明方法制造的复合材料支撑工装，其尺寸设计可匹配多批次软模，且为整体性支撑，不存在配合间隙，状态稳定；与软模组合起来操作简便、匹配性好，保证产品的制造精度和质量；

（3）本发明方法制造的复合材料支撑工装，支撑工装可用于软模的翻转，确保软模与其对应成型模具的位置匹配，保证产品的型面尺寸；

（4）本发明方法制造的复合材料支撑工装可以重复使用，同时可以采用预浸料进行维修，再次制造也较为方便，有效降低了生产成本以及制造周期。

附图说明

图1为本发明用于软模辅助支撑的全适应支撑工装制造示意图。

图中：1、金属假件；2、软模；3、软模成型模具；4、挡板；5、隔离层；6、填充材料；7、脱模材料；8、复合材料支撑工装。

具体实施方式

下面将结合实施例及附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明较佳实施例，而不是全部的实施例，亦并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用所揭示的技术内容加以变更或改型等同变化。但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。

本实施例是一种用于软模辅助支撑的全适应支撑工装的制造方法，所述软膜包括加强筋截面形状为l型、t型或ω型（夹芯结构）复合材料加强筋结构件的软膜，图1为加强筋截面形状为t型的复合材料加强筋结构件软膜支撑工装；具体步骤如下：

（1）软模安装：采用与带有加强筋组件的腹板结构件造型完全一致的金属假件1制造软模2；将该软模2安装到软模成型模具3内，并安装软模成型模具3的挡板4，且保证安装到位，平整无间隙；或者直接采用新制的软模4，不进行脱模；所述软膜4的表面需要覆盖一层隔离层5，该隔离层5可以为脱模剂、脱模布或者隔离膜，优选使用隔离膜，将后续的铺层与软膜2隔离开。

（2）覆盖填充材料：选择与软模2表面贴合性能好的材料作为填充材料6，覆盖到步骤（1）中所述的软模2上用于制作加强筋组件的区域；本实施例中，选择硅橡胶作为填充材料，其高温下可完全贴合在软模表面，保证制造的支撑工装铺贴面的平整度；填充材料6覆盖的层数根据加强筋组件的筋条厚度尺寸确定。

（3）填充材料热压实：采用真空袋将步骤（2）中覆盖的填充材料封装在软模上，并送入热压罐进行热压实，保证填充材料6与软膜2之间贴合到位；所述填充材料6热压实的热压罐工艺参数为：压力300～600kpa，温度80～120℃，时间60～120min。

（4）铺贴支撑工装预浸料：在步骤（3）中热压实后填充材料表面覆盖一层脱模材料7，该脱模材料7为脱模布或隔离膜均可，用于将支撑工装预浸料与硅橡胶填充材料隔开；然后按照预定的铺层顺序及层数铺贴支撑工装预浸料，并在加强筋组件区域增加铺层，以提高支撑强度。所述铺贴支撑工装预浸料的层数为10层，其铺贴的顺序为[0/0/45/45/90]s；所述在加强筋组件区域增加的铺层位于第5层和第6层之间，增加的铺层为4层或8层，为4层的铺设顺序为[0/45]s，为8层的铺设顺序为[0/45/45/0]s。本实施例中，所述支撑工装预浸料铺层均为12k碳纤维预浸料制成。在铺贴时，首层要求为完整的铺层，铺贴料片搭接的长度为13～25mm，且首层铺贴后需采用真空度不低于80kpa的真空压实。

（5）支撑工装固化成型：步骤（4）中支撑工装预浸料铺贴完毕后，再次采用真空袋将其封装在软模成型模具上，并送入热压罐进行固化成型，形成复合材料支撑工装8；所述支撑工装固化成型的热压罐工艺参数为：固化压力600kpa，固化温度195℃，升温速率0.5℃/min，固化时间360min；并且在压力达到140kpa时，将真空袋与大气连通并保持该状态，直至固化完成。

（6）脱模：经步骤（5）固化成型后，出罐冷却，去掉软模成型模具的挡板，将复合材料支撑工装与软模及软膜工装分离，即获得用于软模辅助支撑的全适应支撑工装。

本发明方法制造的全适应支撑工装，根据使用材料和工艺的不同，可以重复使用数十次至上百次，若其发生损坏或变形，可采用相应的碳纤维预浸料对损坏或变形区域进行维修，也可使用金属假件以及成型模具进行再次制造。且本发明方法制造的复合材料支撑工装与传统泡沫支撑相比，其强度好、刚度大，使用效果好，避免了腹板铺贴易产生褶皱或屈曲的风险；工装上设计可匹配多批次软模，且为整体性支撑，不存在配合间隙，状态稳定；与软模组合起来操作简便、匹配性好，保证产品的制造精度和质量；此外，本发明方法制造的复合材料支撑工装可以重复使用，采用预浸料进行维修及再次制造也较为方便，有效降低了生产成本以及制造周期。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，实施例中的技术方案也可以与现有技术及本领域惯用技术手段等适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。