一种成型复合材料长桁的柔性模具制造技术

本实用新型专利技术属于工艺制造领域，特别涉及一种能确保固化过程外加压力有效传递，有效控制分层及孔隙缺陷，同时确保制件尺寸精度的成型复合材料长桁的柔性模具。该柔性模具包括至少一个成型单元；所述成型单元的截面呈L形或C形，呈L形的所述成型单元包括至少一个柔性模块和两个刚性模块，呈C形的所述成型单元，包括至少两个柔性模块和三个刚性模块。本实用新型专利技术的有益效果是，可有效控制分层及孔隙缺陷，有利于模具定位，确保长桁的轴线度及直线度；可以避免模具的暴力组装，减小劳动强度，提高工作效率；采用分段结构，柔性模具的分块将更加灵活。

【技术实现步骤摘要】

本技术属于工艺制造领域，特别涉及一种能确保固化过程外加压力有效传递，有效控制分层及孔隙缺陷，同时确保制件尺寸精度的成型复合材料长桁的模具。
技术介绍
L形、T形、J形、C形及工形长桁等广泛应用于复合材料加筋壁板，复合材料加筋壁板一般采用共固化或共胶接整体成型。在成型过程中，模具对于有效传递外加压力、控制分层及孔隙缺陷、保证尺寸精度至关重要，尤其是长桁成型模具。目前，复合材料领域广泛采用的是刚性模具或橡胶软模。刚性模具主要是指刚度大的模具，如金属（铝合金、普通钢、Invar钢等）及复合材料等材质的模具。预浸料在固化过程中受到外加压力及树脂流动的影响会导致厚度减小，而长桁在凸缘与腹板两个方向会出现厚度减小，因此刚性模具可能会出现两个方向移动不匹配的情况，从而导致局部架桥，进而外加压力传递不到位，最终出现壁板长桁分层及孔隙缺陷。橡胶软模主要是采用硫化橡胶材质的模具，此模具刚度小，在固化过程中容易变形，从而解决模具在长桁两个方向移动不匹配的问题，确保外加压力有效传递，从而避免分层及孔隙缺陷。但是，由于橡胶软模刚度小，在固化前组装过程及固化过程中难以定位，容易出现长桁轴线度及直线度不满足要求的情况，另外，其制件的表面质量不佳。
技术实现思路
为了解决上述问题，本技术的目的是提供一种结构简单，确保固化过程外加压力在长桁凸缘及腹板上有效传递，有效控制分层及孔隙缺陷，同时确保制件的尺寸精度的成型复合材料长桁的柔性模具。本技术的技术方案是：一种成型复合材料长桁的柔性模具，该柔性模具包括至少一个成型单元；所述成型单元的截面呈L形或C形，呈L形的所述成型单元包括至少一个柔性模块和两个刚性模块，两个所述刚性模块之间通过一块所述柔性模块连接，呈L形的所述成型单元两端的端部均为刚性模块；呈C形的所述成型单元，包括至少两个柔性模块和三个刚性模块，相邻两个所述刚性模块之间通过一块所述柔性模块连接，呈C形的所述成型单元两端的端部均为刚性模块；其中，所述刚性模块对应复合材料长桁凸缘及腹板等厚区域，所述柔性模块对应复合材料长桁拐角区域及厚度变化过渡区域。进一步，所述柔性模块的尺寸大于其对应的复合材料长桁拐角区域及凸缘与腹板厚度变化过渡区域，所述刚性模块的尺寸小于其对应的复合材料长桁凸缘及腹板等厚区域。进一步，所述柔性模块和刚性模块之间采用榫卯结构连接，在整个柔性模具使用寿命周期内，该连接不可拆卸。进一步，该模具包括用于将若干成型单元相互连接的连接单元，所述连接单元为柔性连接件，所述柔性连接件采用榫卯结构与所述成型单元连接。本技术的有益效果是：由于采用上述技术方案，本技术具有以下特点：1）相对于刚性模具，柔性模具的刚性模块能相对独立的移动，相互约束较小，确保固化过程中模具不出现架桥，实现固化过程外加压力在长桁凸缘及腹板上有效传递，有效控制分层及孔隙缺陷；2）相对于橡胶软模，等厚平板区域由刚性模块覆盖，能确保表面质量，另外刚性模块的使用，能在刚性模块上设计并加工定位装置，有利于实现模具定位，确保长桁的轴线度及直线度；3）传统模具的工作型面，特别是长桁拐角区域半径是根据固化后复合材料制件尺寸设计。由于复合材料固化前后存在厚度变化，固化前模具与预浸料铺层的尺寸差异导致两者不匹配，组装困难。柔性模具，特别是柔性模块刚度小，固化过程可以通过变形适应预浸料铺层厚度变化，因此，柔性模具的工作型面可以根据固化前预浸料铺层轮廓设计，可以通避免模具的暴力组装，减小劳动强度，提高工作效率；4）目前，对于较长的长桁成型模具一般采用分段结构，柔性模具的分块将更加灵活，操作更加简便。附图说明图1 为L形复合材料长桁成型柔性模具示意图。图2 为柔性模块与刚性模块采用榫卯结构连接的结构示意图。图3 固化过程长桁厚度变化过渡区域柔性模具工作原理示意图。（图3a为固化前、图3b为固化后）。图4 固化过程长桁拐角区域柔性模具工作原理示意图。（图4a为固化前、图4b为固化后）。图5为C形长桁成型示意图。图6为T形长桁成型示意图。图7为工形长桁成型示意图。图8为J形长桁成型示意图。图中：1.柔性模块、2.刚性模块、3.非等厚预浸料铺层、4.固化后非等厚复合材料结构、5.L形预浸料铺层、6.固化后L形复合材料结构。具体实施方式下面结合具体实施例对本技术的技术方案做进一步说明。如图1-2所示，本技术一种成型复合材料长桁的柔性模具，该柔性模具包括至少一个成型单元；所述成型单元的截面呈L形，呈L形的所述成型单元包括至少一个柔性模块和两个刚性模块，两个所述刚性模块之间通过一块所述柔性模块连接，呈L形的所述成型单元端部均为刚性模块；其中，所述刚性模块对应复合材料长桁凸缘及腹板等厚区域，所述柔性模块对应复合材料长桁拐角区域及厚度变化过渡区域。所述柔性模块的尺寸大于其对应的复合材料长桁拐角区域及凸缘与腹板厚度变化过渡区域，所述刚性模块的尺寸小于其对应的复合材料长桁凸缘及腹板等厚区域。所述柔性模块和刚性模块之间采用榫卯结构连接，在整个柔性模具使用寿命周期内，该连接不可拆卸。所述柔性模具沿复合材料长桁长度方向可以采用分段形式，分段的数量及长度以工作人员能徒手操作为宜；优选地，分段区域选择在沿长度方向厚度变化过渡区域；特别地，如果沿长度方向某一等厚区域过大，应该在等厚区域进行分段。所述柔性模具包括用于将若干成型单元相互连接的连接单元，所述连接单元为柔性连接件，所述柔性连接件采用榫卯结构与所述成型单元连接。所述柔性连接件可拆卸。优选地，刚性模块上可以设计并加工定位装置，成型复合材料长桁过程中，配合辅助工装，可以确保长桁的轴线度及直线度。如图3所示，本技术固化过程长桁厚度变化过渡区域柔性模具工作原理示意图，长桁厚度变化过渡区域柔性模具工作原理：非等厚预浸料铺层3铺贴结束后，柔性模具放置在非等厚预浸料铺层3上。柔性模具在复合材料长桁等厚区域采用刚性模块2，在复合材料长桁厚度变化过渡区域采用柔性模块1，如图3所示。固化前，非等厚预浸料铺层3的厚度大于固化后非等厚复合材料结构4的厚度。固化过程中，外加压力通过柔性模具传递到非等厚预浸料铺层3上，非等厚预浸料铺层3密实程度增加，厚度逐渐减小。刚性模块2在外加压力的作用下随着非等厚预浸料铺层3的厚度减小分别沿着非等厚预浸料铺层3厚板区域和薄板区域表面法向移动。由于非等厚预浸料铺层3厚板区域和薄板区域的初始厚度不同，固化过程中两个区域预浸料铺层3厚度变化值不同，导致两个区域刚性模块2移动量不相等。由于柔性模块1刚度较小，为匹配厚板区域和薄板区域刚性模块2不同的移动量，在外加压力作用下，柔性模块1发生相应变形，确保紧密贴合非等厚预浸料铺层3，有效传递外加压力，以保证长桁厚度变化过渡区域、薄板区域与及厚板区域受压均匀。在整个过程中，由于柔性模块1的存在，厚板区域与薄板区域对应的刚性模块2可以相对自由的移动以匹配厚板区域与薄板区域不同厚度变化值，彼此约束较小，避免诸如传统刚性模具在长桁厚板区域和薄板区域移动不匹配的问题，进而出现架桥，影响压力传递，导致固化后复合材料结构出现分层及孔隙缺陷等。如图4所示， 本技术固化过程长桁拐角区域柔性模具工作原理示意图，长桁拐角区域柔性模具工作原理为：L形预浸料铺层5铺贴结束后，柔性模具放置本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种成型复合材料长桁的柔性模具，其特征在于，该柔性模具包括至少一个成型单元；所述成型单元的截面呈L形或C形；其中，呈L形的所述成型单元包括至少一个柔性模块和两个刚性模块，两个所述刚性模块之间通过一块所述柔性模块连接，呈L形的所述成型单元端部均为刚性模块；呈C形的所述成型单元，包括至少两个柔性模块和三个刚性模块，相邻两个所述刚性模块之间通过一块所述柔性模块连接，呈C形的所述成型单元端部均为刚性模块；所述刚性模块对应复合材料长桁凸缘及腹板等厚区域，所述柔性模块对应复合材料长桁拐角区域及厚度变化过渡区域。

【技术特征摘要】
1.一种成型复合材料长桁的柔性模具，其特征在于，该柔性模具包括至少一个成型单元；所述成型单元的截面呈L形或C形；其中，呈L形的所述成型单元包括至少一个柔性模块和两个刚性模块，两个所述刚性模块之间通过一块所述柔性模块连接，呈L形的所述成型单元端部均为刚性模块；呈C形的所述成型单元，包括至少两个柔性模块和三个刚性模块，相邻两个所述刚性模块之间通过一块所述柔性模块连接，呈C形的所述成型单元端部均为刚性模块；所述刚性模块对应复合材料长桁凸缘及腹板等厚区域，所述柔性模块对应复合材料长桁拐角区域及厚度变化过渡区域。...

【专利技术属性】
技术研发人员：辛朝波，王栋，
申请(专利权)人：中国商用飞机有限责任公司北京民用飞机技术研究中心，中国商用飞机有限责任公司，
类型：新型
国别省市：北京;11