用于复合材料加强筋结构件成型的纤维软模成型方法及应用技术

本发明专利技术公开了一种用于复合材料构件成型的增强纤维软模成型方法及应用，通过机械制造的方法加工一个与复合材料加强筋结构件外形尺寸完全一致的金属假件，并通过该金属假件制造出用于复合材料构件成型的具有一定刚度的增强纤维软模工装；通过该软模工装可均匀、精确地将热压罐施加的压力传递给复合材料加强筋结构件，从而避免加强筋部位的热滞后效应，并在保证加强筋条的外形尺寸及轮廓度，同时提高了制件的制造效率。

The method and application of fiber soft mold for the forming of composite stiffener structure

【技术实现步骤摘要】
用于复合材料加强筋结构件成型的纤维软模成型方法及应用
本专利技术涉及一种复合材料构件成型的增强纤维软模成型方法及应用。
技术介绍
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，其中带有单向或纵横向加强筋组件的腹板结构件是典型结构件之一。例如，结构相对复杂的复合材料加强筋腹板，其不仅包含纵横加强筋结构，同时腹板上带有加厚区以及减轻孔，在制造这类零件时，加强筋之间的间距，以及加强筋与腹板的相对位置度要求通常比较严格。目前，大多使用芯模方法成型这类零件，芯模材质一般为模具钢或者铝合金。芯模的作用是将热压罐的压力和温度传递至复合材料制件，使制件在高温高压下成型，同时芯模的刚性可以保证加强筋的外形尺寸符合设计要求。使用芯模的缺点主要有以下三个方面：（1）由于芯模自身具有一定刚度，通过芯模传导外界压力就难以做到均匀和精确，容易造成制件加强筋部分厚度超差；（2）由于芯模具有一定厚度，根据热传导效应，制件加强筋部分的升温速率会比其他部分滞后，从而影响制件的内部成型质量；（3）由于芯模为金属材质，自重较大，操作十分不便。同时金属芯模的制造和维护费用较高，返修或重新加工的制造周期较长。
技术实现思路
针对上述的问题，本专利技术提供复合材料构件成型的增强纤维软模成型方法及应用，通过一个与复合材料加强筋结构件完全一致的金属假件，制造出具有一定刚度的增强纤维软模工装；通过该软模工装可均匀、精确地将热压罐施加的压力传递给复合材料加强筋结构件，从而避免加强筋部位的热滞后效应，并在保证加强筋条的外形尺寸及轮廓度，同时提高了制件的制造效率。具体技术方案如下：首先本专利技术提供一种用于复合材料加强筋结构件成型的纤维软模成型方法，包括的步骤如下：1）制作金属假件：通过机械制造的方法加工一个与复合材料加强筋结构件外形尺寸完全一致的金属假件；2）制作软模：将步骤1）中制作的金属假件安装在纤维软模的成型模具中，并在金属假件与纤维软模的成型模具之间形成的空腔表面铺贴增强纤维预浸料，然后进行模具组合，并送入热压罐进行固化，从而制造出具有一定刚度的纤维软模，即为用于复合材料加强筋结构件成型的纤维软模。作为优选的技术方案的，步骤1）中所述的复合材料加强筋结构件，其夹芯结构中的加强筋截面形状为L型、T型或Ω型。作为优选的技术方案的，步骤2）中，所述纤维软模的成型模具具有侧面挡板和底板，其与金属假件之间存在装配关系，同时该纤维软模的模具的各个挡板对金属假件起到限位作用。另外，步骤2）中所述的增强纤维预浸料的表面包覆有橡胶材料。所述增强纤维预浸料为碳纤维预浸料或玻纤预浸料等；所述橡胶材料优选为硅橡胶。作为进一步优选的技术方案的，步骤2）中，铺设的增强纤维预浸料层数为1～5层。作为优选的技术方案的，步骤2）中，所述固化的条件为：固化压力600～650kPa，固化温度180℃±6℃，固化时间120min。应该注意的是，在所述的固化过程中，当固化压力达到140kPa时，将真空袋与大气连通，并保持连通状态直至固化完成。本专利技术还提供一种前述的用于复合材料加强筋结构件成型的纤维软模的应用方法，具体为将预成型的加强筋结构件安装到前述的用于复合材料加强筋结构件成型的纤维软模内，并在该纤维软模及强筋结构件上铺贴腹板预浸料，然后进行合模固化，即可得到复合材料加强筋结构件。本专利技术的有益效果是：与现有技术相比，本专利技术至少具有以下的优点：（1）本专利技术制作的增强纤维软模，其表面为具备压力垫性能的橡胶，可以均匀、精确地传递热压罐施加的压力，避免加强筋部位的热滞后效应，避免复合材料制件出现厚度超差的现象；（2）本专利技术制作的增强纤维软模，其具有一定的刚度，可被用于完成加强筋与腹板结构的共固化制造，在保证加强筋条的外形尺寸及轮廓度的同时，提高了制件的制造效率；（3）本专利技术制作的增强纤维软模，可以重复使用，再次制造也较为方便，有效降低了生产成本以及制造周期。具体实施方式下面将结合实施例，对本专利技术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专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。本实施例为提供一种用于复合材料加强筋结构件成型的纤维软模成型方法该纤维软模在复合材料加强筋结构件成型过程中的应用。用于复合材料加强筋结构件成型的纤维软模的成型方法，包括的步骤如下：1）制作金属假件：通过机械制造的方法加工一个与复合材料加强筋结构件外形尺寸完全一致的金属假件；所述的复合材料加强筋结构件，其夹芯结构中的加强筋截面形状为L型、T型或Ω型。2）制作软模：将步骤1）中制作的金属假件安装在纤维软模的成型模具中，所述纤维软模的成型模具具有侧面挡板和底板，其与金属假件之间存在装配关系，同时该纤维软模的模具的各个挡板对金属假件起到限位作用。然后在金属假件与纤维软模的成型模具之间形成的空腔表面铺贴5层增强纤维预浸料，所述的增强纤维预浸料的表面包覆有橡胶材料，所述增强纤维预浸料为碳纤维预浸料，在其他实施例中使用玻纤预浸料也可以，所述橡胶材料优选为硅橡胶。增强纤维预浸料铺贴完毕后进行模具组合，然后送入热压罐进行固化。固化压力控制在600～650kPa，固化温度为180℃±6℃，固化时间为120min。注意，在所述的固化过程中，当固化压力达到140kPa时，将真空袋与大气连通，并保持连通状态直至固化完成，从而制造出具有一定刚度的纤维软模，即为用于复合材料加强筋结构件成型的纤维软模。前面制作的纤维软模，其用于复合材料加强筋结构件成型方法为，将预成型的加强筋结构件安装到该纤维软模内，并在纤维软模及强筋结构件上铺贴腹板预浸料，然后进行合模固化，即可得到复合材料加强筋结构件。对于本领域技术人员而言，显然本专利技术不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本专利技术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专利技术。此外，应当理解，以上所述的仅是本专利技术的一个较佳实施例而已，并非是对本专利技术作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的
技术实现思路
加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本专利技术技术方案内容，依据本专利技术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，仍属于本专利技术技术方案的保护范围。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.用于复合材料加强筋结构件成型的纤维软模成型方法，其特征在于：包括步骤如下：/n1）制作金属假件：通过机械制造的方法加工一个与复合材料加强筋结构件外形尺寸完全一致的金属假件；/n2）制作软模：将步骤1）中制作的金属假件安装在纤维软模的成型模具中，并在金属假件与纤维软模的成型模具之间形成的空腔表面铺贴增强纤维预浸料，然后进行模具组合，并送入热压罐进行固化，从而制造出具有一定刚度的纤维软模，即为用于复合材料加强筋结构件成型的纤维软模。/n

【技术特征摘要】
1.用于复合材料加强筋结构件成型的纤维软模成型方法，其特征在于：包括步骤如下：
1）制作金属假件：通过机械制造的方法加工一个与复合材料加强筋结构件外形尺寸完全一致的金属假件；
2）制作软模：将步骤1）中制作的金属假件安装在纤维软模的成型模具中，并在金属假件与纤维软模的成型模具之间形成的空腔表面铺贴增强纤维预浸料，然后进行模具组合，并送入热压罐进行固化，从而制造出具有一定刚度的纤维软模，即为用于复合材料加强筋结构件成型的纤维软模。


2.根据权利要求1所述的用于复合材料加强筋结构件成型的纤维软模成型方法，其特征在于：步骤1）中所述的复合材料加强筋结构件，其夹芯结构中的加强筋截面形状为L型、T型或Ω型。


3.根据权利要求1所述的用于复合材料加强筋结构件成型的纤维软模成型方法，其特征在于：步骤2）中，所述纤维软模的成型模具具有侧面挡板和底板，其与金属假件之间存在装配关系，同时该纤维软模的模具的各个挡板对金属假件起到限位作用。


4.根据权利要求1所述的用于复合材料加强筋结构件成型的纤维软模成型方法，其特征在于：步骤2）中，所述增强纤维预浸料...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢海洋，马秀菊，郭渊，盛毅，黎玉钦，梁炯，苏双林，
申请(专利权)人：航天海鹰镇江特种材料有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32