一种碳纤维复合材料U型架、U型架成型模具及成型方法技术

一种碳纤维复合材料U型架、U型架成型模具及成型方法，它涉及碳纤维复合材料成型技术领域。本发明专利技术解决了现有的用于与飞机配套的U型架由金属材料制造而成，存在无法满足我国飞机升级换代工程中对航天的高性能、轻量化的要求的问题。本发明专利技术的U型架主体为U型结构，U型架主体由碳纤维复合材料制造而成，U型架主体包括水平段、过渡段和两个竖直段，水平段水平设置，两个竖直段竖直对称设置在水平段上端面的左右两侧，过渡段位于两个竖直段之间的水平段上方；水平段的法兰水平设置，法兰内孔安装第三金属件，第一金属件安装在左侧竖直段的第一圆形通孔中，第二金属件安装在右侧竖直段的第二圆形通孔中。本发明专利技术用于碳纤维复合材料U型架的成型。

【技术实现步骤摘要】
一种碳纤维复合材料U型架、U型架成型模具及成型方法
本专利技术涉及碳纤维复合材料成型
，具体涉及一种碳纤维复合材料U型架、U型架成型模具及成型方法。
技术介绍
复合材料是高性能制品的物质基础，是先进设计理念和技术得以实现的重要保证。高性能复合材料由于其轻质高强的结构优点，已成功用于多个国家重点领域中，此前国内还没有过飞机U型架类U型架主体1采用复合材料成型的先例。航天的高性能、轻量化的要求是我国飞机升级换代的重要工程，创新难点多、技术跨度大，复杂程度高，代表了我国飞机制造的最高水平。现有用于与飞机配套的U型架由金属材料制造而成，无法满足我国飞机升级换代工程中对航天的高性能、轻量化的要求。除此之外，由于U型架形状复杂，铺层设计时需要考虑到铺放工艺成型时既要保证纤维连续，又要保证铺层角度基准合理、容易实施。导致复合材料U型架的成型工艺难度极大。综上所述，现有的用于与飞机配套的U型架由金属材料制造而成，存在无法满足我国飞机升级换代工程中对航天的高性能、轻量化的要求的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决现有的用于与飞机配套的U型架由金属材料制造而成，存在无法满足我国飞机升级换代工程中对航天的高性能、轻量化的要求的问题，进而提供一种碳纤维复合材料U型架、U型架成型模具及成型方法。本专利技术的技术方案是：一种碳纤维复合材料U型架，所述碳纤维复合材料U型架包括U型架主体1、第一金属件2、第二金属件3、第三金属件4、第四金属件5和第五金属件6，U型架主体1为U型结构，U型架主体1由碳纤维复合材料制造而成，U型架主体1包括水平段11、过渡段12和两个竖直段13，水平段11水平设置，两个竖直段13竖直对称设置在水平段11上端面的左右两侧，过渡段12位于两个竖直段13之间的水平段11上方；水平段11包括法兰111和若干连接件，法兰111水平设置，第三金属件4通过若干连接件安装在法兰111上，且法兰111的内孔与第三金属件4同轴设置；每个竖直段13包括第一内直面板131和第一外弧面板132，第一内直面板131竖直设置在法兰111上端面上，第一外弧面板132设置在第一内直面板131外侧，第一外弧面板132两端分别与第一内直面板131两端连接，第三外弧面板124的两端分别与两侧的第一外弧面板132端部固接；位于左侧的竖直段13中的第一内直面板131上由上至下依次开设第一圆形通孔1311和第三圆形通孔1313，第一金属件2和第五金属件6分别同轴安装在第一圆形通孔1311和第三圆形通孔1313上；位于右侧的竖直段13中的第一内直面板131上由上至下依次开设第二圆形通孔1312和第四圆形通孔1314上，第二金属件3和第四金属件5分别同轴安装在第二圆形通孔1312和第四圆形通孔1314上；过渡段12包括第二内直面板121、第二外弧面板122、第三内直面板123、第三外弧面板124和顶板125；第二内直面板121和第二外弧面板122由内至外依次设置在法兰111上端面前侧，第二内直面板121两端分别与两侧的第一内直面板131垂直固接，第二外弧面板122的两端分别与两侧的第一外弧面板132端部固接；第三内直面板123和第三外弧面板124由内至外依次设置在法兰111上端面后侧，第三内直面板123两端分别与两侧的第一内直面板131垂直固接，第三外弧面板124的两端分别与两侧的第一外弧面板132端部固接；顶板125上端面中部为内凹弧面，顶板125的左右两端分别与两侧的第一内直面板131连接，顶板125的前端与第二外弧面板122上端连接，顶板125的后端与第三外弧面板124上端连接。一种加工碳纤维复合材料U型架的成型模具，所述碳纤维复合材料U型架成型模具包括中心模具X-1、第一外模X-2、第二外模X-3、底座模具X-4、外加压框X-5和两个分瓣模X-6；中心模具X-1上部设有长方体定型块，所述矩形定型块顶部设有与U型架主体1的顶板125下端面匹配的内凹弧面；所述矩形定型块的宽度与U型架主体1的两个第一内直面板131内侧端面之间的距离相等；所述矩形定型块的长度与U型架主体1的第二内直面板121和第三内直面板123内侧端面之间的距离相等；中心模具X-1中部为圆柱体定型块，所述圆柱体定型块的外径与U型架主体1的第三圆形通孔1313内径相等；中心模具X-1下部为圆盘状定型块，所述圆盘状定型块上端面以环形阵列的方式开设若干与U型架主体1的第二加强筋112匹配的定型槽；第一外模X-2为圆管状结构，第一外模X-2的内径与U型架主体1的第二外弧面板122、第三外弧面板124和两个第一外弧面板132所形成的圆柱形壳状结构的外径相等；第二外模X-3为T型结构，第二外模X-3上部设有矩形盖板，第二外模X-3下部设有矩形定型块，所述矩形定型块底部设有与U型架主体1的顶板125上端面匹配的内凹弧面；分瓣模X-6的形状与U型架主体1的第一内直面板131、第一外弧面板132和法兰111之间所形成一个圆弧形壳体Y的形状相同，两个分瓣模X-6对称设置在中心模具X-1的两侧并形成U型结构，中心模具X-1和两个分瓣模X-6均放置在第一外模X-2的圆孔中，第二外模X-3插装在两个分瓣模X-6之间的中心模具X-1上部；外加压框X-5为方形管状结构，外加压框X-5套设在第一外模X-2外部，底座模具X-4为矩形板状结构，底座模具X-4设置在外加压框X-5下方，装配后的第二外模X-3、底座模具X-4和外加压框X-5之间形成一个长方体结构。一种采用碳纤维复合材料U型架成型模具加工碳纤维复合材料U型架的成型方法，所述方法是通过以下步骤实现的，步骤一、原材料复检：通过原材料复检标准对碳纤维原材料的性能指标进行入厂复检，检验合格后方可使用；步骤二、预浸料制造：将碳纤维原材料制成幅宽为300mm的预浸料；步骤三、第一加强筋133的成型：在每个分瓣模X-6中的模瓣之间铺上预浸料，即成型后的第一加强筋133；步骤四、整理加强筋：修整第一加强筋133上多余的预浸料；步骤五、蒙皮铺放：将分瓣模X-6和中心模具X-1安装到一起后，将两个分瓣模X-6拼装后圆角部分填满预浸料，完成蒙皮的铺放；步骤六、预压：蒙皮铺放完成后将第一外模X-2、第二外模X-3、底座模具X-4和外加压框X-5拼装上，然后对U型架主体1进行加压；步骤七、冷合模：预压完成后将第一外模X-2、第二外模X-3、底座模具X-4和外加压框X-5拆卸掉，在U型架主体1存在缺料地方进行补平，补平之后再将第一外模X-2、第二外模X-3、底座模具X-4和外加压框X-5拼装上；步骤八、热合模：将成型模具放入固化炉进行加热，加热到一定温度后将成型模具从固化炉中取出，对U型架主体1进行加压；步骤九、固化：热合模之后将成型模具放入固化炉进行固化；步骤十、脱模：U型架主体1固化后待成型模具自然冷却后将成型模具从U型架主体1上脱下；步骤十一、U型架主体1修整：将脱下U型架主体1的毛刺修整本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种碳纤维复合材料U型架，其特征在于：所述碳纤维复合材料U型架包括U型架主体(1)、第一金属件(2)、第二金属件(3)、第三金属件(4)、第四金属件(5)和第五金属件(6)，/nU型架主体(1)为U型结构，U型架主体(1)由碳纤维复合材料制造而成，U型架主体(1)包括水平段(11)、过渡段(12)和两个竖直段(13)，/n水平段(11)水平设置，两个竖直段(13)竖直对称设置在水平段(11)上端面的左右两侧，过渡段(12)位于两个竖直段(13)之间的水平段(11)上方；水平段(11)包括法兰(111)和若干连接件，法兰(111)水平设置，第三金属件(4)通过若干连接件安装在法兰(111)上，且法兰(111)的内孔与第三金属件(4)同轴设置；/n每个竖直段(13)包括第一内直面板(131)和第一外弧面板(132)，第一内直面板(131)竖直设置在法兰(111)上端面上，第一外弧面板(132)设置在第一内直面板(131)外侧，第一外弧面板(132)两端分别与第一内直面板(131)两端连接，第三外弧面板(124)的两端分别与两侧的第一外弧面板(132)端部固接；/n位于左侧的竖直段(13)中的第一内直面板(131)上由上至下依次开设第一圆形通孔(1311)和第三圆形通孔(1313)，第一金属件(2)和第五金属件(6)分别同轴安装在第一圆形通孔(1311)和第三圆形通孔(1313)上；/n位于右侧的竖直段(13)中的第一内直面板(131)上由上至下依次开设第二圆形通孔(1312)和第四圆形通孔(1314)上，第二金属件(3)和第四金属件(5)分别同轴安装在第二圆形通孔(1312)和第四圆形通孔(1314)上；/n过渡段(12)包括第二内直面板(121)、第二外弧面板(122)、第三内直面板(123)、第三外弧面板(124)和顶板(125)；/n第二内直面板(121)和第二外弧面板(122)由内至外依次设置在法兰(111)上端面前侧，第二内直面板(121)两端分别与两侧的第一内直面板(131)垂直固接，第二外弧面板(122)的两端分别与两侧的第一外弧面板(132)端部固接；/n第三内直面板(123)和第三外弧面板(124)由内至外依次设置在法兰(111)上端面后侧，第三内直面板(123)两端分别与两侧的第一内直面板(131)垂直固接，第三外弧面板(124)的两端分别与两侧的第一外弧面板(132)端部固接；/n顶板(125)上端面中部为内凹弧面，顶板(125)的左右两端分别与两侧的第一内直面板(131)连接，顶板(125)的前端与第二外弧面板(122)上端连接，顶板(125)的后端与第三外弧面板(124)上端连接。/n...

【技术特征摘要】
1.一种碳纤维复合材料U型架，其特征在于：所述碳纤维复合材料U型架包括U型架主体(1)、第一金属件(2)、第二金属件(3)、第三金属件(4)、第四金属件(5)和第五金属件(6)，
U型架主体(1)为U型结构，U型架主体(1)由碳纤维复合材料制造而成，U型架主体(1)包括水平段(11)、过渡段(12)和两个竖直段(13)，
水平段(11)水平设置，两个竖直段(13)竖直对称设置在水平段(11)上端面的左右两侧，过渡段(12)位于两个竖直段(13)之间的水平段(11)上方；水平段(11)包括法兰(111)和若干连接件，法兰(111)水平设置，第三金属件(4)通过若干连接件安装在法兰(111)上，且法兰(111)的内孔与第三金属件(4)同轴设置；
每个竖直段(13)包括第一内直面板(131)和第一外弧面板(132)，第一内直面板(131)竖直设置在法兰(111)上端面上，第一外弧面板(132)设置在第一内直面板(131)外侧，第一外弧面板(132)两端分别与第一内直面板(131)两端连接，第三外弧面板(124)的两端分别与两侧的第一外弧面板(132)端部固接；
位于左侧的竖直段(13)中的第一内直面板(131)上由上至下依次开设第一圆形通孔(1311)和第三圆形通孔(1313)，第一金属件(2)和第五金属件(6)分别同轴安装在第一圆形通孔(1311)和第三圆形通孔(1313)上；
位于右侧的竖直段(13)中的第一内直面板(131)上由上至下依次开设第二圆形通孔(1312)和第四圆形通孔(1314)上，第二金属件(3)和第四金属件(5)分别同轴安装在第二圆形通孔(1312)和第四圆形通孔(1314)上；
过渡段(12)包括第二内直面板(121)、第二外弧面板(122)、第三内直面板(123)、第三外弧面板(124)和顶板(125)；
第二内直面板(121)和第二外弧面板(122)由内至外依次设置在法兰(111)上端面前侧，第二内直面板(121)两端分别与两侧的第一内直面板(131)垂直固接，第二外弧面板(122)的两端分别与两侧的第一外弧面板(132)端部固接；
第三内直面板(123)和第三外弧面板(124)由内至外依次设置在法兰(111)上端面后侧，第三内直面板(123)两端分别与两侧的第一内直面板(131)垂直固接，第三外弧面板(124)的两端分别与两侧的第一外弧面板(132)端部固接；
顶板(125)上端面中部为内凹弧面，顶板(125)的左右两端分别与两侧的第一内直面板(131)连接，顶板(125)的前端与第二外弧面板(122)上端连接，顶板(125)的后端与第三外弧面板(124)上端连接。


2.根据权利要求1所述的一种碳纤维复合材料U型架，其特征在于：每个竖直段(13)还包括三个第一加强筋(133)，第一内直面板(131)、第一外弧面板(132)和法兰(111)之间形成一个圆弧形壳体(Y)，所述圆弧形壳体(Y)内由上至下依次水平设置三个第一加强筋(133)，第一加强筋(133)的两端分别与第一内直面板(131)和第一外弧面板(132)固接；
第一圆形通孔(1311)设置在左侧的竖直段(13)中的第一层第一加强筋(133)与第二层第一加强筋(133)之间，第二圆形通孔(1312)设置在右侧的竖直段(13)中的第一层第一加强筋(133)与第二层第一加强筋(133)之间，第一圆形通孔(1311)与第二圆形通孔(1312)同轴设置；
第三圆形通孔(1313)设置在左侧的竖直段(13)中的第三层第一加强筋(133)与法兰(111)之间，第四圆形通孔(1314)设置在右侧的竖直段(13)中的第三层第一加强筋(133)与法兰(111)之间，第三圆形通孔(1313)与第四圆形通孔(1314)同轴设置。


3.根据权利要求2所述的一种碳纤维复合材料U型架，其特征在于：第一圆形通孔(1311)、第二圆形通孔(1312)、法兰(111)内孔、第四圆形通孔(1314)和第三圆形通孔(1313)均为阶梯孔；
第一金属件(2)、第二金属件(3)、第三金属件(4)、第四金属件(5)和第五金属件(6)均为圆环形结构；
第一圆形通孔(1311)、第二圆形通孔(1312)、法兰(111)内孔、第四圆形通孔(1314)和第三圆形通孔(1313)均为阶梯孔的外圆分别加工有与第一圆形通孔(1311)、第二圆形通孔(1312)、法兰(111)内孔、第四圆形通孔(1314)和第三圆形通孔(1313)配合的台阶；
第一金属件(2)、第二金属件(3)、第三金属件(4)、第四金属件(5)和第五金属件(6)的平面度及同轴度均小于0.1mm。


4.根据权利要求3所述的一种碳纤维复合材料U型架，其特征在于：第二外弧面板(122)、第三外弧面板(124)和两个第一外弧面板(132)之间形成圆柱形壳状结构，所述圆柱形壳状结构的外径为D，D＝1000mm。


5.根据权利要求4所述的一种碳纤维复合材料U型架，其特征在于：水平段(11)还包括若干第二加强筋(112)，法兰(111)下端面以环形阵列的方式设置若干第二加强筋(112)。


6.根据权利要求5所述的一种碳纤维复合材料U型架，其特征在于：所述碳纤维复合材料U型架的高度为H，H＝1281.24；第一加强筋(133)的厚度为8mm；法兰(111)的厚度为15.5mm；第二加强筋(112)的厚度为10mm。


7.一种加工权利要求1-6任意一项权利要求所述的碳纤维复合材料U型架的成型模具，其特征在于：所述碳纤维复合材料U型架成型模具包括中心模具(X-1)、第一外模(X-2)、第二外模(X-3)、底座模具(X-4)、外加压框(X-5)和两个分瓣模(X-6)；
中心模具(X-1)上部设有长方体定型块，所述矩形定型块顶部设有与U型架主体(1)的顶板(125)下端面匹配的内凹弧面；所述矩形定型块的宽度与U型架主体(1)的两个第一内直面板(131)内侧端面之间的距离相...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈浩然，刘芳芳，张宽，朱楠，曲广岩，裴放，
申请(专利权)人：哈尔滨玻璃钢研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：黑龙江;23