一种帽型加筋壁板共固化成型工艺方法与流程

本发明属于复合材料制造技术领域，涉及一种帽型加筋壁板共固化成型工艺方法。

背景技术：

复合材料由于其比强度高、比刚度高、结构一体化程度高、有效的减少零件数量缩短总装时间等优异特性，广泛应用于先进的飞机结构中。在所有复合材料结构件中，蒙皮和长桁组成的壁板结构比较典型，其中，帽型加筋壁板凭借其长桁的封闭截面，能有效的提高壁板的扭转稳定性；以及其长桁双凸缘、大截面的结构形式使其能拥有更大的长桁间距、减少长桁数量、降低重量及装配成本等优点，普遍应用在飞机的机身、整流罩等结构上。

目前复合材料帽型加筋壁板的成型方法主要有两种，其一是将蒙皮与长桁分别成型后再二次胶接成型，其缺点是对于曲率较大的蒙皮与长桁，二次胶接界面的质量难以保证，甚至无法成型，并且工艺过程繁琐，需要多次固化，浪费经济成本与时间成本；其二是先将蒙皮成型后在蒙皮上铺叠长桁采用胶接共固化工艺成型，其缺点是长桁成型分别需要铺叠模具及固化模具，模具数量较多、成本较高，且胶接界面的质量难以保证。

技术实现要素：

本发明的目的是针对上述技术存在的问题，提出一种复合材料帽型加筋壁板共固化成型工艺方法，可以降低工艺复杂程度、降低生产成本、缩短生产周期。

本发明的技术解决方案是，

第一、根据复合材料帽型加筋壁板蒙皮的外型面，设计并制造模具；

第二、按设计要求在模具上完成蒙皮的铺叠；

第三、根据设计要求的复合材料帽型长桁的截面尺寸、长度计算得出帽型长桁的型腔尺寸，采用耐温≥200℃的硅橡胶按帽型长桁的型腔尺寸加工成型为橡胶芯模，其中，需根据固化温度对硅橡胶的尺寸进行修正,修正公式为：

ΔW＝W+W*(α1-α2)*(T1-T2)

W为计算型腔尺寸，ΔW为修正后尺寸；

α₁为橡胶芯模热膨胀系数，α₂为复合材料热膨胀系数；

T₁为复合材料固化成型温度，T₂为室温；

第四、橡胶芯模使用前，在其外表面涂覆脱模剂；

第五、按设计要求的帽型长桁在蒙皮上的位置放置橡胶芯模并抽真空固定，抽真空的真空度不低于-0.080MPa；

第六、在橡胶芯模上按设计要求完成复合材料帽型长桁的铺叠；

第七、在铺叠完成的制件上放好相应的辅助材料并在模具上进行封装，按照相应的固化工艺在热压罐中固化成型；

第八、模具出罐后，脱去制件表面的辅助材料，将橡胶芯模从帽型长桁中抽出，得到复合材料帽型加筋壁板。

放置橡胶芯模时，采用模具刻线及激光投影来定位芯模位置，使得铺叠复合材料帽型长桁时的轴线精度在±1mm之内。

本发明具有的优点和有益效果

1.本发明与传统的二次胶接及胶接共固化的成型方法相比，可以大大减少模具费用，实现低成本制造；同时共固化工艺减少了固化次数，减少了工艺风险和工艺难度，可有效缩短工艺周期至传统工艺生产周期的1/2。

2.本发明中采用橡胶芯模用于帽型长桁的成型。橡胶芯模随型性好，制造过程中加压稳定，可以用于曲率较大的帽型加筋壁板的成型，避免了金属长桁模具成型时与蒙皮匹配性不好造成的制造缺陷。

附图说明

图1是本发明复合材料蒙皮铺叠示意图；

图2是补强铺层铺叠截面示意图；

图3是橡胶芯模放置示意图；

图4是复合材料帽型长桁铺叠截面示意图；

图5是复合材料帽型长桁铺叠示意图；

图6是成型的复合材料帽型加筋壁板结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作详细说明

第一、根据复合材料帽型加筋壁板蒙皮1的外型面，设计并制造模具2；

第二、按设计要求在模具2上完成蒙皮1的铺叠；

第三、根据设计要求的复合材料帽型长桁3的截面尺寸、长度计算得出帽型长桁3的型腔尺寸，采用耐温≥200℃的硅橡胶按帽型长桁3的型腔尺寸加工成型为橡胶芯模4，其中，需根据固化温度对硅橡胶的尺寸进行修正,修正公式为：

ΔW＝W+W*(α₁-α₂)*(T₁-T₂)

W为计算型腔尺寸，ΔW为修正后尺寸；

α₁为橡胶芯模热膨胀系数，α₂为复合材料热膨胀系数；

T₁为复合材料固化成型温度，T₂为室温；

第四、橡胶芯模4使用前，在其外表面涂覆脱模剂；

第五、按设计要求的帽型长桁3在蒙皮1上的位置放置橡胶芯模4。放置橡胶芯模4前，在橡胶芯模的两个底角居中铺叠补强铺层5。采用模具刻线6及激光投影7来定位芯模位置。抽真空固定橡胶芯模4，抽真空的真空度不低于-0.080MPa；

第六、在橡胶芯模4上按设计要求完成复合材料帽型长桁3的铺叠，主要包括预浸料铺层8及填料9；

第七、在铺叠完成的制件上放好相应的辅助材料并在模具2上进行封装，按照相应的固化工艺在热压罐中固化成型；

第八、模具2出罐后，脱去制件表面的辅助材料，将橡胶芯模4从帽型长桁(3)中抽出，得到复合材料帽型加筋壁板。

实施例

第一、根据复合材料帽型加筋壁板蒙皮1的外型面，设计并制造模具2；

第二、按设计要求在模具2上完成蒙皮1的铺叠；

第三、根据设计要求的复合材料帽型长桁3的截面尺寸计算得出帽型长桁3的型腔尺寸。其中，需根据固化温度对硅橡胶的尺寸进行修正，修正公式为：

ΔW＝W+W*(α₁-α₂)*(T₁-T₂)

W为计算型腔尺寸，ΔW为修正后尺寸；

α₁为橡胶芯模热膨胀系数，α₂为复合材料热膨胀系数；

T₁为复合材料固化成型温度，T2为室温；

本例中，复合材料的热膨胀系数约为5*10^-6m/m*℃,橡胶芯模的热膨胀系数约为300*10^-6m/m*℃，T₁＝180℃，T₂＝25℃，本例中W以截面积为单位计算，W＝1.17×10^-3m²，计算得出ΔW＝1.22×10^-3m²。按该尺寸采用耐温≥200℃的硅橡胶加工成型为橡胶芯模4。

第四、橡胶芯模4使用前，在其外表面涂覆脱模剂；

第五、按设计要求的帽型长桁3在蒙皮1上的位置放置橡胶芯模4。放置橡胶芯模4前，在橡胶芯模的两个底角居中铺叠补强铺层5，本例中补强铺层为一层角度为±45°、宽度30mm的织物预浸料。采用模具刻线6及激光投影7来定位芯模位置。抽真空固定橡胶芯模4，抽真空的真空度不低于-0.080MPa；

第六、在橡胶芯模4上按设计要求完成复合材料帽型长桁3的铺叠，主要包括预浸料铺层8及填料9；

第七、在铺叠完成的制件上放好相应的辅助材料并在模具2上进行封装，按照相应的固化工艺在热压罐中固化成型；

第八、模具2出罐后，脱去制件表面的辅助材料，将橡胶芯模4从帽型长桁3中抽出，得到复合材料帽型加筋壁板。