一种适于RFI工艺的“J”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，提供一种适于RFI工艺的“J”型加筋壁板预成型体制备方法，包括：(a)按结构特征分解“J”型加筋壁板，按工艺分离面划分“J”型长桁铺层单元；(b)“J”型长桁预成型模设计；(c)“J”型长桁、蒙皮单元预成型；(d)“J”型长桁、蒙皮单元与成型模具组装、预压定型并定位形成预定型“J”型加筋壁板预成型体；(e)预定型“J”型加筋壁板预成型体缝合、切边制备成为“J”型加筋壁板预成型体。本发明专利技术通过在预成型制备过程中控制型面和长桁位置准确度，更好的保证加筋壁板的最终质量。

A preparation method of \J\ stiffened panel pre forming suitable for RFI process

【技术实现步骤摘要】
一种适于RFI工艺的“J”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工艺的能改善复合材料“J”型加筋壁板质量的预成型体制备方法。
技术介绍
考虑到传统二维复合材料层间性能较差抗冲击损伤性能弱等缺点，越来越多的加筋壁板结构要求采用缝合/RFI工艺进行整体成型。即采用干态机织物制备干态纤维预成型体，结合缝合技术对蒙皮或将加筋与蒙皮进行缝合，通过RFI(ResinFilmInfusion)工艺在升温过程中将树脂渗入干态纤维，升温固化成型得到加筋壁板整体件，与传统工艺相比，该工艺的优势是可以结合缝合技术对二维层合板结构进行三维增强，在加筋和蒙皮间通过缝合提高界面强度，减少紧固件的使用量，提高结构整体性的同时，降低装配工作量、制造成本并实现结构减重。RFI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。可以结合缝合技术实现传统二维层合板复合材料的三维增强，由于缝合/RFI工艺采用的是干态纤维机织物，干态纤维缺乏层间定型能力，相对于经过树脂浸润的预浸料，干态纤维机织物的铺叠工艺难度大，尤其是各种截面形式的加筋，常规的方法在预成型体制备时加筋的截面尺寸、形状与最终截面存在一定的差距，在模具组装时对加筋铺层组按加筋成型模组装工作量较大且难定型，而且带有多根加筋的整体结构壁板协调关系多位置精度要求又高，因此对于结构复杂的大尺寸壁板的纤维预成型体制备是缝合/RFI工艺的一个关键环节。“J”型复合材料加筋壁板是飞机结构上常用的一种复合材料加筋壁板形式，也是近年来采用缝合/RFI工艺成型的其中一种比较典型的壁板结构。采用缝合/RFI工艺成型的“J”型加筋壁板，通常是采用干态纤维机织物铺叠，组合，在“J”型长桁的下翻边区域将“J”型长桁与蒙皮缝合制备成带有“J”型长桁的整体壁板缝合预成型体，然后进行树脂转移固化成型。为解决“J”型长桁整体壁板缝合预成型体制备过程中干态纤维铺叠定型问题和组装过程中常出现的预成型体与模具配合不到位的问题，提高壁板的成型质量，针对缝合/RFI工艺整体成型“J”型加筋壁板的工艺和技术要求及所采用的材料特性设计并应用了本技术方案。
技术实现思路
：本专利技术的目的是，提供一种适于RFI工艺的“J”型加筋壁板预成型体制备方法，降低“J”型长桁铺叠难度和预成型体与模具组装的难度，使“J”型长桁预成型体与模具良好配合，通过在预成型制备过程中控制型面和长桁位置准确度，更好的保证加筋壁板的最终质量。本专利技术的技术解决方案：一种适于RFI工艺的“J”型加筋壁板预成型体制备方法，包括：(a)按结构特征分解“J”型加筋壁板，按工艺分离面划分“J”型长桁铺层单元；(b)“J”型长桁预成型模设计；(c)“J”型长桁、蒙皮单元预成型；(d)“J”型长桁、蒙皮单元与成型模具组装、预压定型并定位形成预定型“J”型加筋壁板预成型体；(e)预定型“J”型加筋壁板预成型体缝合、切边制备成为“J”型加筋壁板预成型体。步骤(a)中，“J”型加筋壁板单元，按结构特征分为“J”型长桁和蒙皮两部分；“J”型长桁铺层按工艺分离面分为“C”型铺层单元5、“Z”型铺层单元6和“一”型铺层单元7及填料单元8，“C”型铺层单元5、“Z”型铺层单元6和填料单元8组合后称为“J”型单元。步骤(b)中，设计“J”型长桁预成型模，“J”型长桁预成型模由长桁内形模1、底板模2、支撑模3及连接件4几部分组成。长桁内形模1材料选用刚性材料，壁板上每根长桁均设计对应的长桁内形模1；长桁内形模1外型面按对应长桁的内型面，长桁内形模1对应长桁上翻边的型面边缘按长桁上翻边外边缘加放不小于c1的余量，长桁内形模1对应长桁下翻边的型面边缘按长桁内侧下翻边外边缘加放不小于c2的余量，其中c1、c2分别为“C”型铺层单元上下翻边所加放的余量；长桁内形模1自下翻边型面边缘设计宽度不小于15mm凸台，凸台高度按长桁“C”型铺层单元4下翻边的厚度，精确到小数点后一位；与下翻边型面垂直截取平面作为与支撑模3的配合面；长桁内形模1的长度按对应长桁总长度两端各延长15mm以上。底板模2材料选用刚性材料，每件长桁内形模1均配有底板模2；底板模2长度与对应的长桁内形模1一致，宽度按长桁下翻边总宽度加放不小于c2+c3的余量再加上凸台的宽度，其中c3为“Z”型铺层单元下翻边所加放的余量；底板模2型面简化为平板，厚度取1.5mm～5.0mm，在长桁内形模1的凸台区域通过连接件4固定。支撑模3选用刚性材料，采用框架式结构，模板型面设计为平板，厚度5mm～12mm，要求气密性；多根长桁内形模1均匀固定在支撑模3上，根部间距约30mm以上，模板边缘距离外侧长桁内形模1约30mm以上。步骤(c)中，“J”型长桁单元预成型，具体步骤如下：铺层单元尺寸确定：“J”型长桁的“C”型铺层单元5、“Z”型铺层单元6和“一”型铺层单元7、填料单元8长度一致,按对应长桁总长度两端各延长15mm以上，“C”型铺层单元5、“Z”型铺层单元6和“一”型铺层单元7宽度方向对应上下翻边的边缘分别加放余量，“C”型铺层单元5和“Z”型铺层单元6的上翻边余量c1为10mm以上，“C”型铺层单元5下翻边余量c2、“Z”型铺层单元6下翻边余量c3为15mm以上；则“C”型铺层单元5展开宽度BC、“Z”型铺层单元6展开宽度BZ、“一”型铺层单元7展开宽度B、填料单元8所需机织物展开单层宽度D分别按下面公式计算，计算数据取整：BC＝h+b1+b2+c1+c2……………………………………①BZ＝h+b1+b3+c1+c3……………………………………②B＝b1+b2+c2+c3……………………………………③D＝Ks/t……………………………………④其中K为调整系数取1.0～1.2，s为填料区理论面积，t为机织物单层厚度，b1为上翻边理论宽度，b2为下翻边内侧理论宽度，b3为下翻边外侧理论宽度，h为长桁高度；铺层单元区域划分：“J”型长桁的“C”型铺层单元5和“Z”型铺层单元6均有上翻边区域、下翻边区域和腹板区域，“C”型铺层单元5的腹板9和上翻边10区域合称为M区域，下翻边11区域为N区域；“Z”型铺层单元6的腹板9和上翻边10区域合称为M区域，下翻边12区域为N区域；“C”型铺层单元5和“Z”型铺层单元6M区域的宽度M均为：M＝h+b1+c1……………………………………⑤铺层单元铺叠：在平台上分别按“C”型铺层单元5、“Z”型铺层单元6、“一”型铺层单元7的尺寸和要求的铺层顺序、铺层方向铺叠各铺层单元，其中“C”型铺层单元5、“Z”型铺层单元6的M区域层间铺放树脂膜，铺叠完成后在各铺层单元上标识M区域和N区域的边界位置用于后续各铺层单元在“J”型长桁预成型模上组装时的定位基准；当铺层单元厚度超过1.2mm时分解成一个以上厚度不超过1.2mm的铺层组进行铺叠；填料单元8按计算的材料用量通过与之截面一致的模具进行预成型。...

【技术保护点】
1.一种适于RFI工艺的“J”型加筋壁板预成型体制备方法，其特征在于，包括：/n(a)按结构特征分解“J”型加筋壁板，按工艺分离面划分“J”型长桁铺层单元；/n(b)“J”型长桁预成型模设计；/n(c)“J”型长桁、蒙皮单元预成型；/n(d)“J”型长桁、蒙皮单元与成型模具组装、预压定型并定位形成预定型“J”型加筋壁板预成型体；/n(e)预定型“J”型加筋壁板预成型体缝合、切边制备成为“J”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“J”型加筋壁板预成型体制备方法，其特征在于，包括：
(a)按结构特征分解“J”型加筋壁板，按工艺分离面划分“J”型长桁铺层单元；
(b)“J”型长桁预成型模设计；
(c)“J”型长桁、蒙皮单元预成型；
(d)“J”型长桁、蒙皮单元与成型模具组装、预压定型并定位形成预定型“J”型加筋壁板预成型体；
(e)预定型“J”型加筋壁板预成型体缝合、切边制备成为“J”型加筋壁板预成型体。


2.如权利要求1所述的一种适于RFI工艺的“J”型加筋壁板预成型体制备方法，其特征在于，
步骤(a)中，“J”型加筋壁板单元，按结构特征分为“J”型长桁和蒙皮两部分；“J”型长桁铺层按工艺分离面分为“C”型铺层单元(5)、“Z”型铺层单元(6)和“一”型铺层单元(7)及填料单元(8)，“C”型铺层单元(5)、“Z”型铺层单元(6)和填料单元(8)组合后称为“J”型单元。


3.如权利要求1所述的一种适于RFI工艺的“J”型加筋壁板预成型体制备方法，其特征在于，
步骤(b)中，设计“J”型长桁预成型模，“J”型长桁预成型模由长桁内形模(1)、底板模(2)、支撑模(3)及连接件(4)几部分组成。


4.如权利要求3所述的一种适于RFI工艺的“J”型加筋壁板预成型体制备方法，其特征在于，
长桁内形模(1)材料选用刚性材料，壁板上每根长桁均设计对应的长桁内形模(1)；长桁内形模(1)外型面按对应长桁的内型面，长桁内形模(1)对应长桁上翻边的型面边缘按长桁上翻边外边缘加放不小于c1的余量，长桁内形模(1)对应长桁下翻边的型面边缘按长桁内侧下翻边外边缘加放不小于c2的余量，其中c1、c2分别为“C”型铺层单元上下翻边所加放的余量；长桁内形模(1)自下翻边型面边缘设计宽度不小于15mm凸台，凸台高度按长桁“C”型铺层单元(4)下翻边的厚度，精确到小数点后一位；与下翻边型面垂直截取平面作为与支撑模(3)的配合面；长桁内形模(1)的长度按对应长桁总长度两端各延长15mm以上。


5.如权利要求3所述的一种适于RFI工艺的“J”型加筋壁板预成型体制备方法，其特征在于，底板模(2)材料选用刚性材料，每件长桁内形模(1)均配有底板模(2)；底板模(2)长度与对应的长桁内形模(1)一致，宽度按长桁下翻边总宽度加放不小于c2+c3的余量再加上凸台的宽度，其中c3为“Z”型铺层单元下翻边所加放的余量；底板模(2)型面简化为平板，厚度取1.5mm～5.0mm，在长桁内形模(1)的凸台区域通过连接件(4)固定。


6.如权利要求3所述的一种适于RFI工艺的“J”型加筋壁板预成型体制备方法，其特征在于，
支撑模(3)选用刚性材料，采用框架式结构，模板型面设计为平板，厚度5mm～12mm，要求气密性；多根长桁内形模(1)均匀固定在支撑模(3)上，根部间距约30mm以上，模板边缘距离外侧长桁内形模(1)约30mm以上。


7.如权利要求1所述的一种适于RFI工艺的“J”型加筋壁板预成型体制备方法，其特征在于，
步骤(c)中，“J”型长桁单元预成型，具体步骤如下：
铺层单元尺寸确定：“J”型长桁的“C”型铺层单元(5)、“Z”型铺层单元(6)和“一”型铺层单元(7)、填料单元(8)长度一致,按对应长桁总长度两端各延长15mm以上，“C”型铺层单元(5)、“Z”型铺层单元(6)和“一”型铺层单元(7)宽度方向对应上下翻边的边缘分别加放余量，“C”型铺层单元(5)和“Z”型铺层单元(6)的上翻边余量c1为10mm以上，“C”型铺层单元(5)下翻边余量c2、“Z”型铺层单元(6)下翻边余量c3为15mm以上；则“C”型铺层单元(5)展开宽度BC、“Z”型铺层单元(6)展开宽度BZ、“一”型铺层单元(7)展开宽度B、填料单元(8)所需机织物展开单层宽度D分别按下面公式计算，计算数据取整：
BC＝h+b1+b2+c1+c2……………………………………①
BZ＝h+b1+b3+c1+c3……………………………………②

B＝b1+b2+c2+c3……………………………………③
D＝Ks/t……………………………………④
其中K为调整系数取1.0～1.2，s为填料区理论面积，t为机织物单层厚度，b1为上翻边理论宽度，b2为下翻边内侧理论宽度，b3为下翻边外侧理论宽度，h为长桁高度；
铺层单元区域划分：“J”型长桁的“C”型铺层单元(5)和“Z”型铺层单元(6)均有上翻边区域、下翻边区域和腹板区域，“C”型铺层单元(5)的腹板(9)和上翻边(10)区域合称为M区域，下翻边(11)区域为N区域；“Z”型铺层单元(6)的腹板(9)和上翻边(10)区域合称为M区域，下翻边(12)区域为N区域；“C”型...

【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