一种控制复合材料加筋壁板固化变形的方法技术

本发明专利技术涉及一种控制复合材料加筋壁板固化变形的方法，该复合材料加筋壁板包括复合材料的蒙皮和复合材料的长桁结构，方法包括：在加筋壁板模胎上铺放蒙皮预浸料，并固化成型；使固化后的蒙皮脱离加筋壁板模胎，在加筋壁板模胎上首先铺放一层隔离膜，在隔离膜上铺放润滑预浸料后再铺放一层隔离膜，固定在加筋壁板模胎上，把固化后的蒙皮放置在上层的隔离膜上；在长桁芯模上铺叠长桁预浸料，组合成长桁，按照预定位置放置在已固化的蒙皮上，形成加筋壁板整体坯体；采用真空袋对组合后的加筋壁板整体坯体进行封装，之后进行固化，利用润滑预浸料的润滑作用，减小加筋壁板整体坯体固化过程中应力变形；最后去除封装材料，使固化后的加筋壁板脱模。

【技术实现步骤摘要】
一种控制复合材料加筋壁板固化变形的方法
本专利技术涉及复合材料零件制造
，特别是涉及一种控制复合材料加筋壁板固化变形的方法。
技术介绍
复合材料以其较高的比强度和比模量、低密度等特点，在航空航天领域得到了广泛的应用，但复合材料零件成型后，会因内应力的作用发生固化变形，影响结构精度。复合材料加筋壁板的固化变形产生原因主要包括两种：1)树脂固化过程中的相变和化学转变，在零件内部形成较大的残余应力，残余应力引发零件在自由状态下产生固化变形；2)模具随温度变化发生热膨胀，其上的复合材料零件随模具发生膨胀，固化后冷却时，树脂、纤维、模具的收缩率存在差距，引入了内应力。固化变形会对航空大型复合材料零件产生的影响尤为严重，一方面：复合材料零件的固化变形使制造的零件偏离理论外形，使其装配面偏离装配型架，造成装配干涉，而只能采取大应力下的强制装配连接，连接位置存在的大应力影响结构整体强度；另一方面，含有多组件的复杂胶接结构复合材料零件在制造时，固化变形会引起较强的界面应力，导致复合材料零件在恶劣环境使用过程中，界面应力可能引起内部缺陷的扩展，使整体结构失效，影响飞行器安全。目前解决复合材料加筋壁板固化变形的措施包括以下几种：1)选用低温固化的材料体系，但制造的零件耐热性通常较差；2)选用共固化的成型工艺，零件的所有组件同时进行固化，但会带来更复杂的工艺和更高的成型风险；3)选用热膨胀系数与复合材料相当的模具材料，一般为殷钢材料，该材料成本高昂，大大增加了复合材料零件的制造成本。
技术实现思路
(1)要解决的技术问题本专利技术提出一种控制复合材料加筋壁板固化变形的方法，解决了现有技术的复合材料零件固化变形的的技术问题。该方法具有低成本、高效率、操作简便、应用范围广泛等特点，可以适用于高温成型的材料体系，并可应用于普通碳钢模具和各类复合材料零件成型工艺，减小了工艺制造风险，降低模具成本。(2)技术方案本专利技术的实施例提出了一种控制复合材料加筋壁板固化变形的方法，所述复合材料加筋壁板包括复合材料的蒙皮和复合材料的长桁结构，该方法至少包括以下步骤：步骤S110，在金属的加筋壁板模胎上按照预定铺层铺放蒙皮预浸料，并固化成型；步骤S120，使固化后的蒙皮脱离加筋壁板模胎，在加筋壁板模胎上首先铺放一层隔离膜，然后在所述隔离膜上铺放润滑预浸料，在润滑预浸料上面再铺放一层隔离膜，将隔离膜-润滑预浸料-隔离膜固定在加筋壁板模胎上，把固化后的蒙皮放置在上层的隔离膜上面；步骤S130，根据加筋壁板的长桁结构铺层裁剪长桁预浸料，在长桁芯模上铺叠长桁预浸料，组合成长桁，然后将长桁及长桁芯模按照预定位置放置在已固化的蒙皮上，形成加筋壁板整体坯体；步骤140，采用真空袋对组合后的加筋壁板整体坯体进行封装，按照预定工艺进行固化，利用润滑预浸料的润滑作用，减小加筋壁板整体坯体固化过程中应力变形；步骤150，去除封装材料，使固化后的加筋壁板脱模。进一步地，在步骤S120中，所述润滑预浸料由单向纤维和树脂复合形成，铺放所述润滑预浸料的厚度不大于0.2mm。进一步地，所述单向纤维为玻璃纤维、碳纤维或芳纶纤维。进一步地，所述树脂为环氧树脂、双马树脂、聚酰亚胺树脂或液态橡胶，所述润滑预浸料的树脂重量含量为25％～35％。进一步地，在步骤S120中，所述润滑预浸料在所述隔离膜上的铺放0°方向与筋条长桁方向垂直。进一步地，在所述步骤S120中，所述隔离膜材料厚度不大于0.1mm，所述隔离膜材料与润滑预浸料的材料不发生化学反应，固化工艺结束后，所述隔离膜与润滑预浸料脱离。进一步地，在步骤S140中，在长桁预浸料凝胶前，所述润滑预浸料中的树脂粘度低于10Pa·s。进一步地，在步骤S130中，所述加筋壁板的横截面为工型、T型、L型、H型、C型、J型或K型的长桁结构。进一步地，在步骤S140中，所述润滑预浸料在加筋壁板整体坯体固化过程中不发生聚合反应。(3)有益效果综上，本专利技术提供了一种控制复合材料加筋壁板固化变形的方法，利用润滑预浸料层的润滑隔离作用，在复合材料蒙皮和金属模具之间形成低粘度树脂隔膜。润滑预浸料层自身不发生聚合反应，在复合材料加筋壁板固化全过程中可保持较低的树脂粘度，与长桁方向垂直的纤维产生滚筒效应，使复合材料蒙皮保持相对自由，降低了与模具之间的摩擦系数，并降低了复合材料蒙皮随模具膨胀产生了拉应力。在冷却时，在润滑层的隔离下，复合材料零件与模具分别按照自身的线膨胀系数冷却，互不影响。本专利技术可以适用于复合材料零件在碳钢等较高膨胀系数的模具上成型，使用该方法成型的复合材料零件的变形程度不受模具材料膨胀系数的影响，尤其在大型复杂结构复合材料零件成型时，避免了因模具热膨胀引起的复合材料零件大变形等状况，能够满足对于型面固化变形高精度控制的要求。同时，复合材料零件成型模具可使用更广泛低廉的模具材料，从而降低模具成本，且适用于复合材料零件的各种成型工艺方法，减小工艺制造风险。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对本专利技术实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1是本专利技术实施例的一种工型复合材料加筋壁板外形示意图。图2是工型加筋复合材料壁板与模具组合示意图。图3是长桁预浸料在长桁芯模上的铺贴截面示意图。图4是工型长桁结构的截面示意图。图5是工型加筋复合材料壁板与模具组合截面示意图。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术的实施方式作进一步详细描述。以下实施例的详细描述和附图用于示例性地说明本专利技术的原理，但不能用来限制本专利技术的范围，即本专利技术不限于所描述的实施例，在不脱离本专利技术的精神的前提下覆盖了零件、部件和连接方式的任何修改、替换和改进。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。本专利技术提供的一种控制复合材料加筋壁板固化变形的方法，所述复合材料加筋壁板包括复合材料的蒙皮和复合材料的长桁结构，该方法包括了以下步骤S110～步骤S150：步骤S110，在金属的加筋壁板模胎上按照预定铺层铺放蒙皮预浸料，并固化成型。步骤S120，使固化后的蒙皮脱离加筋壁板模胎，在加筋壁板模胎上首先铺放一层隔离膜，然后在隔离膜上铺放润滑预浸料，在润滑预浸料上面再铺放一层不大于0.1mm厚度的隔离膜，将隔离膜-润滑预浸料-隔离膜固定在加筋壁板模胎上，把固化后的蒙皮放置在上层的隔离膜上面，并定好位。在本步骤S120中，润滑预浸料的铺放0°方向与筋条长桁方向垂直。该润滑预浸料由单向纤维和树脂复合形成，其厚度不大于0.2mm，其中的单向纤维可以是玻璃纤维、碳纤维或芳纶纤维；树脂可以是环氧树脂、双马树脂、聚酰亚胺树脂或液态橡胶。润滑预浸料中的树脂重量含量为25％～35％本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种控制复合材料加筋壁板固化变形的方法，所述复合材料加筋壁板包括复合材料的蒙皮和复合材料的长桁结构，其特征在于，所述方法包括：/n步骤S110，在金属的加筋壁板模胎上按照预定铺层铺放蒙皮预浸料，并固化成型；/n步骤S120，使固化后的蒙皮脱离加筋壁板模胎，在加筋壁板模胎上首先铺放一层隔离膜，然后在所述隔离膜上铺放润滑预浸料，在润滑预浸料上面再铺放一层隔离膜，将隔离膜-润滑预浸料-隔离膜固定在加筋壁板模胎上，把固化后的蒙皮放置在上层的隔离膜上面；/n步骤S130，根据加筋壁板的长桁结构铺层裁剪长桁预浸料，在长桁芯模上铺叠长桁预浸料，组合成长桁，然后将长桁及长桁芯模按照预定位置放置在已固化的蒙皮上，形成加筋壁板整体坯体；/n步骤140，采用真空袋对组合后的加筋壁板整体坯体进行封装，按照预定工艺进行固化，利用润滑预浸料的润滑作用，减小加筋壁板整体坯体固化过程中应力变形。/n步骤150，去除封装材料，使固化后的加筋壁板脱模。/n

【技术特征摘要】
1.一种控制复合材料加筋壁板固化变形的方法，所述复合材料加筋壁板包括复合材料的蒙皮和复合材料的长桁结构，其特征在于，所述方法包括：
步骤S110，在金属的加筋壁板模胎上按照预定铺层铺放蒙皮预浸料，并固化成型；
步骤S120，使固化后的蒙皮脱离加筋壁板模胎，在加筋壁板模胎上首先铺放一层隔离膜，然后在所述隔离膜上铺放润滑预浸料，在润滑预浸料上面再铺放一层隔离膜，将隔离膜-润滑预浸料-隔离膜固定在加筋壁板模胎上，把固化后的蒙皮放置在上层的隔离膜上面；
步骤S130，根据加筋壁板的长桁结构铺层裁剪长桁预浸料，在长桁芯模上铺叠长桁预浸料，组合成长桁，然后将长桁及长桁芯模按照预定位置放置在已固化的蒙皮上，形成加筋壁板整体坯体；
步骤140，采用真空袋对组合后的加筋壁板整体坯体进行封装，按照预定工艺进行固化，利用润滑预浸料的润滑作用，减小加筋壁板整体坯体固化过程中应力变形。
步骤150，去除封装材料，使固化后的加筋壁板脱模。


2.根据权利要求1所述的控制复合材料加筋壁板固化变形的方法，其特征在于，在步骤S120中，所述润滑预浸料由单向纤维和树脂复合形成，铺放所述润滑预浸料的厚度不大于0.2mm。


3.根据权利要求2所述的控制复合材料加筋壁板固化变形的方法，其特征在于，所述单向纤维为玻璃纤维、碳纤维或芳纶纤维。<...

【专利技术属性】
技术研发人员：翟全胜，苗春卉，崔海超，叶宏军，
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