一种适于RFI工艺的帽型加筋壁板预成型体制备方法技术

本发明专利技术属于高性能树脂基复合材料低成本制造技术领域，涉及一种适于RFI工艺的帽型加筋壁板预成型体制备方法。本发明专利技术针对帽型复合材料加筋壁板结构特点、采用的材料特性、RFI工艺过程中的预成型体与模具的组装要求及对加筋壁板的质量要求，提出一种既便于干态纤维操作，又能满足帽型加筋型面和位置与最终成型模配合要求的预成型体制备和尺寸控制方法，实现了帽型加筋壁板RFI整体成型，保证了帽型加筋壁板最终质量要求。

A preparation method of cap stiffened panel for RFI process

【技术实现步骤摘要】
一种适于RFI工艺的帽型加筋壁板预成型体制备方法
本专利技术属于高性能树脂基复合材料低成本制造
，涉及一种适于RFI工艺的帽型加筋壁板预成型体制备方法。
技术介绍
由于液体成型技术可以结合缝合、编织等三维增强技术提高层间强度和抗冲击损伤能力，克服传统二维层合板复合材料结构层间性能弱的不足，近年来得到越来越多的应用。由于缝合与三维编织相比能更好保持层合结构面内性能的前提下有效提高厚度方向性能，而且可以根据结构的实际载荷状况设计预成型体的缝合区域和缝合密度，更有利于结构重量和成本的优化，因此缝合法成为目前航空领域实现复合材料结构三维增强的一种主要方式。大尺寸加筋壁板是航空复合材料广泛采用的结构形式，而RFI(ResinFilmInfusion)工艺是一种适合大尺寸壁板类构件整体成型的低成本复合材料液体成型技术。RFI的工艺原理是采用干态纤维机织物制备干态纤维预成型体，在升温过程中树脂膜熔融渗入干态纤维，升温固化得到复合材料制件。由于RFI工艺不仅可以结合缝合技术对层合板结构进行Z向增强，而且还具有纤维含量高、适合大尺寸加筋壁板类整体成型的优势，因此越来越多的需要三维增强的高性能大尺寸加筋壁板采用了缝合/RFI工艺进行整体成型。把复合材料蒙皮和加强筋等多个零件缝合成一体，提高结构整体性的同时，减少紧固件的使用量，降低装配工作量，并实现结构减重。帽型复合材料加筋壁板由于具有较好的刚度而成为飞机结构上常用的一种复合材料加筋壁板形式，也成为近年来采用缝合/RFI工艺成型的一种很典型的壁板结构。与其他“T”型、“J”型、“工”型加筋壁板不同，由于帽型加筋壁板的帽型加筋与蒙皮之间形成的是细长的空腔，结构不开敞，整体成型难度较大，不仅涉及帽型加筋非开敞区域加压、脱模，采用RFI工艺整体成型还涉及树脂如何浸润干态纤维避免干斑、干态纤维如何制备成帽型加筋预成型体诸多难题。考虑帽型加筋非开敞型腔脱模，型腔内模具需要采用软模，外侧采用刚性模具保证帽型加筋外形。而帽型加筋、蒙皮铺叠所采用的是干态纤维机织物，干态纤维未经树脂浸润缺乏定型能力，铺叠难度大，维型困难，同时帽型加筋的帽顶、侧面、R角等与模具的配合面多，由于帽型加筋内侧采用软模、外侧采用刚性阴模均不适合用于帽型加筋预成型体的铺叠，需要单独设计帽型加筋的铺叠模，作为帽型加筋铺叠模，如果所铺叠的帽型加筋的截面尺寸、形状与帽型加筋成型模组装时型面不容易匹配，在与壁板成型模组装时不仅工作量大，而且会出现帽型加筋型面和位置与模具出现干涉导致无法组装模具，所成型的零件常常出现因为帽型加筋预成型体与模具配合不好造成纤维屈曲皱褶以及R角架桥造成的富脂现象。可以说，在帽型加筋壁板缝合/RFI整体成型中，帽型加筋加筋壁板缝合预成型体的制备是关系壁板质量的一个关键环节。
技术实现思路
本专利技术的目的是，提供一种用于RFI工艺的在预成型体制备过程中既便于铺叠又可控制帽型加筋截面形状尺寸的方法，降低帽型加筋铺叠难度的同时使帽型加筋型面和位置与成型模具达到良好配合不出现干涉，不仅便于预成型体与成型模具组装，而且避免帽型加筋出现纤维皱褶或R区架桥富脂的质量缺陷，保证帽型加筋壁板质量。本专利技术的技术解决方案：一种适于RFI工艺的帽型加筋壁板预成型体制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：(a)将帽型加筋壁板分为帽型加筋铺层单元3、蒙皮铺层单元4、填料单元5；(b)设计专用帽型加筋预成型模；(c)帽型加筋铺层单元3、蒙皮铺层单元4、填料单元5分别预成型；(d)将预成型帽型加筋铺层单元3、蒙皮铺层单元4、填料单元5与帽型加筋壁板成型模具组装，预压定型并定位形成预定型帽型加筋壁板预成型体；(e)预定型帽型加筋壁板预成型体缝合、切边制备成为帽型加筋壁板预成型体。所述步骤b中，所述专用帽型加筋预成型模由若干芯模1和支撑模2组成；每根帽型加筋铺层单元3均设计对应的芯模1，多根芯模1均匀固定在支撑模2上，芯模1外型面按对应帽型加筋铺层单元3的内型面设计。所述步骤c中，所述帽型加筋铺层单元3预成型，帽型加筋铺层单元3分为两侧腹板6和帽顶7及两侧翻边84个区域，其中两侧腹板6和帽顶7合称为M区域，其余为N区域；按帽型加筋铺层单元3展开后的尺寸铺叠，将铺叠好的帽型加筋铺层单元3按定位标识铺放在对应的芯模1上，使帽型加筋铺层单元3两侧腹板6、帽顶7内表面与预成型模的芯模1型面贴合，翻边8的内表面与芯模两侧的支撑模2型面贴合。各帽型加筋铺层单元3铺放完成后分别铺放辅助材料，在支撑模2上封装，抽真空或进热压罐预压定型。所述展开后的尺寸：帽型加筋铺层单元3展开宽度B＝b+h1+h2+b1+b2+i，其中i根据帽型加筋铺层单元两侧边缘所留余量之和，展开长度按对应帽型加筋两端各延长15mm～60mm所述帽型加筋铺层单元铺叠：在平台上分别按帽型加筋铺层单元3的展开尺寸和要求的铺层顺序、铺层方向铺叠每个帽型加筋铺层单元3，其中M区域可层间铺放树脂膜，铺叠完成后在每个帽型加筋铺层单元3上标识帽型加筋顶部中轴线位置用于后续在预成型模上铺放时的定位基准。所述步骤c中，蒙皮铺层单元4预成型，蒙皮全厚度参与缝合的只有1个缝合蒙皮单元9，按缝合蒙皮单元9的尺寸和要求的铺层顺序、铺层方向在蒙皮外形模11上铺叠缝合蒙皮单元9，缝合蒙皮单元9不需要缝合的区域可层间铺放树脂膜。所述步骤c中，蒙皮铺层单元4预成型，蒙皮部分厚度参与缝合的分为缝合蒙皮单元9和非缝合蒙皮单元10，按缝合蒙皮单元9的尺寸和要求的铺层顺序、铺层方向在蒙皮外形模11上铺叠缝合蒙皮单元9，缝合蒙皮单元9不需要缝合的区域可层间铺放树脂膜；按非缝合蒙皮单元10的尺寸和要求的铺层顺序、铺层方向在蒙皮外形模11上铺叠非缝合蒙皮单元10，非缝合蒙皮单元10可层间铺放树脂膜。所述步骤c中，填料单元5预成型，填料单元5的截面按填充区外形，计算材料用量时，所需机织物宽度D＝Ks/t，其中s为填充区截面的理论面积，t为机织物单层厚度，K为调整系数取1.0～1.2，填料单元5按计算的材料用量通过与之截面一致的模具进行预成型。所述步骤d中，第一种情况，如果帽型加筋铺层单元3长度方向中间没有断口，将缝合蒙皮单元9在蒙皮外形模11上定位，将帽型加筋内型模12组装在缝合蒙皮单元9上对应帽型加筋铺层单元3的位置，在帽型加筋内型模12两侧按帽型加筋铺层单元3实际长度放置填料单元5，然后组装已经过预定型的帽型加筋铺层单元3。所述步骤d中，第二种情况，如果帽型加筋铺层单元3长度方向中间有断口，将缝合蒙皮单元9在蒙皮外形模11上定位后先组装断口位置的蒙皮内型模13，然后将帽型加筋内型模12组装在缝合蒙皮单元9上对应帽型加筋铺层单元3的位置，在帽型加筋内型模12两侧按每段帽型加筋长度放置填料单元5，然后组装已经过预定型的帽型加筋铺层单元3。本专利技术的优点是：(1)对帽型加筋铺层单元分区并按展开后尺寸铺叠然后在预成型模上定型的方案，铺叠工艺性好、效率高，且不容易出现架桥，经过预定型后帽型加筋与成型模具组装时不干本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种适于RFI工艺的帽型加筋壁板预成型体制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：/n(a)将帽型加筋壁板分为帽型加筋铺层单元(3)、蒙皮铺层单元(4)、填料单元(5)；/n(b)设计专用帽型加筋预成型模；/n(c)帽型加筋铺层单元(3)、蒙皮铺层单元(4)、填料单元(5)分别预成型；/n(d)将预成型帽型加筋铺层单元(3)、蒙皮铺层单元(4)、填料单元(5)与帽型加筋壁板成型模具组装，预压定型并定位形成预定型帽型加筋壁板预成型体；/n(e)预定型帽型加筋壁板预成型体缝合、切边制备成为帽型加筋壁板预成型体。/n

【技术特征摘要】
1.一种适于RFI工艺的帽型加筋壁板预成型体制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
(a)将帽型加筋壁板分为帽型加筋铺层单元(3)、蒙皮铺层单元(4)、填料单元(5)；
(b)设计专用帽型加筋预成型模；
(c)帽型加筋铺层单元(3)、蒙皮铺层单元(4)、填料单元(5)分别预成型；
(d)将预成型帽型加筋铺层单元(3)、蒙皮铺层单元(4)、填料单元(5)与帽型加筋壁板成型模具组装，预压定型并定位形成预定型帽型加筋壁板预成型体；
(e)预定型帽型加筋壁板预成型体缝合、切边制备成为帽型加筋壁板预成型体。


2.根据权利要求1所述的帽型加筋壁板预成型体制备方法，其特征在于：步骤(b)中，所述专用帽型加筋预成型模由若干芯模(1)和支撑模(2)组成；每根帽型加筋铺层单元(3)均设计对应的芯模(1)，多根芯模(1)均匀固定在支撑模(2)上，芯模(1)外型面按对应帽型加筋铺层单元(3)的内型面设计。


3.根据权利要求1所述的帽型加筋壁板预成型体制备方法，其特征在于：步骤(c)中，所述帽型加筋铺层单元(3)预成型，帽型加筋铺层单元(3)分为两侧腹板(6)和帽顶(7)及两侧翻边(8)4个区域，其中两侧腹板(6)和帽顶(7)合称为M区域，其余为N区域；按帽型加筋铺层单元(3)展开后的尺寸铺叠，将铺叠好的帽型加筋铺层单元(3)按定位标识铺放在对应的芯模(1)上，使帽型加筋铺层单元(3)两侧腹板(6)、帽顶(7)内表面与预成型模的芯模(1)型面贴合，翻边(8)的内表面与芯模两侧的支撑模(2)型面贴合。各帽型加筋铺层单元(3)铺放完成后分别铺放辅助材料，在支撑模(2)上封装，抽真空或进热压罐预压定型。


4.根据权利要求3所述的帽型加筋壁板预成型体制备方法，其特征在于：所述展开后的尺寸：帽型加筋铺层单元(3)展开宽度B＝b+h1+h2+b1+b2+i，其中i根据帽型加筋铺层单元两侧边缘所留余量之和，展开长度按对应帽型加筋两端各延长15mm～60mm。


5.根据权利要求3所述的帽型加筋壁板预成型体制备方法，其特征在于：帽型加筋铺层单元铺叠：在平台上分别按帽型加筋铺层单元(3)的展开尺寸和要求的铺层顺序、铺层方向铺叠每个帽型加筋铺层单元(3)，其中M区域可层间铺放树脂膜，铺叠完成后在每个帽型加筋铺层单元(3)上标识帽型加筋顶部中轴线位置用于后续在预...

【专利技术属性】
技术研发人员：高艳秋，赵龙，王海雷，
申请(专利权)人：中国航空制造技术研究院，
类型：发明
国别省市：北京;11