一种快响应低成本高精度的复合材料构件辅助维修方法技术

一种快响应低成本高精度的复合材料构件辅助维修方法，包括以下步骤：步骤1，基于装机状态下损伤复合材料构件的三维数模，制备胎面与构件工作型面一致，形成实体或框架结构的复合材料工艺假件；步骤2，在工艺假件表面依次铺敷气凝胶膜和脱模布，铺展后在其表面损伤区域以工艺假件型面为基准制备维修工装坯体，将坯体塑形后封装；步骤3，冷却定型维修工装后，抛光其贴胎面，在损伤复合材料构件表面将补片、维修工装及工艺辅料封装为整体，高温负压下完成复合材料构件的维修。特别适用于局部损伤且损伤区域具备分散特征的航空复合材料构件的辅助维修过程，能够大幅度提升维修质量，降低维修成本，缩短维修周期。缩短维修周期。

【技术实现步骤摘要】
一种快响应低成本高精度的复合材料构件辅助维修方法


[0001]本专利技术属于复合材料维修
，具体涉及一种快响应低成本高精度的复合材料构件辅助维修方法，适用于局部损伤且损伤区域具备分散特征的航空复合材料构件的辅助维修过程。

技术介绍

[0002]复合材料构件损伤后，需要通过维修操作恢复损伤区域的机械性能，传统维修方法常采用去除损伤区域，粘贴补片再粘接或机械连接加强片等方式来修复损伤构件，满足对构件重量或型面轮廓度要求不高的结构维修；但是对于航空复合材料构件，特别是发动机进气道唇口、风扇罩以及机翼、机身等对重量和气动面质量要求较高的结构而言，需依靠维修工装来保证维修区域的内部及型面质量；考虑到航空复合材料构件损伤区域的局部性和分散性，目前普遍采用针对损伤区域局部手糊玻璃钢维修工装辅助维修方法，该工装以其随型性好、质轻等优势，越来越多的应用于航空复合材料构件的维修过程。
[0003]然而，按照自由状态下构件损伤区域手糊制造玻璃钢维修工装，与损伤区域型面特征间的匹配性较差，仅能满足一次维修过程，无法重复利用的同时不利于环保，难以满足航空复合材料维修的可持续性发展需求，无法实现航空复合材料构件的快响应低成本高精度维修。
[0004]因此，本专利技术提出一种快响应低成本高精度的复合材料构件辅助维修方法，规避了增材制造技术难以应用于航空复合材料零件制造领域的瓶颈问题，将其应用于复合材料维修工装的制造，辅助完成复合材料构件的维修过程，特别适用于局部损伤且损伤区域具备分散特征的航空复合材料构件的辅助维修过程，能够大幅度提升维修质量，降低维修成本，缩短维修周期，提升航空复合材料维修水平的同时进一步促进航空复合材料领域的绿色可持续性发展。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于一种快响应低成本高精度的复合材料构件辅助维修方法，规避了增材制造技术难以应用于航空复合材料零件制造领域的瓶颈问题，将其应用于复合材料维修工装的制造，辅助完成复合材料构件的维修过程，特别适用于局部损伤且损伤区域具备分散特征的航空复合材料构件的辅助维修过程，能够大幅度提升维修质量，降低维修成本，缩短维修周期。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0007]一种快响应低成本高精度的复合材料构件辅助维修方法，包括以下步骤：
[0008]步骤1，基于装机状态下损伤复合材料构件的三维数模，制备胎面与构件工作型面一致，形成实体或框架结构的复合材料工艺假件；
[0009]步骤2，在工艺假件表面依次铺敷气凝胶膜和脱模布，其中气凝胶膜作为隔热层使用，避免过热维修工装坯体对工艺假件型面质量的影响，铺展后在其表面损伤区域以工艺
假件型面为基准制备维修工装坯体，将坯体塑形后封装；塑形的目的在于压实坯体并贴合于工艺假件型面，压实坯体采用辊压或拍实机械或手工操作；封装的目的在于进一步确保维修工装定型过程中贴合于工艺假件型面，保证维修工装的型面轮廓度；
[0010]步骤3，冷却定型维修工装坯体后，抛光其贴胎面，抛光的目的在于确保维修区域补片中树脂的有效流动，保证维修工装的型面精度；在损伤复合材料构件表面将补片、维修工装及工艺辅料封装为整体，高温负压下完成复合材料构件的维修。
[0011]所述的步骤1中，工艺假件的制备方法为增材制造；材料为树脂基复合材料，树脂基复合材料的增强体优选为玻璃纤维或玄武岩纤维短切或浆粕制品，树脂基复合材料的基体优选为PE、PP、PVC、PS、ABS通用塑料。
[0012]所述的步骤1中，工艺假件可作为构件局部损伤维修工装的成型模或翻制全尺寸维修工装的母模。
[0013]所述的步骤2中，维修工装坯体的制备方法为增材制造；材料为树脂基复合材料，树脂基复合材料的增强体优选为碳纤维短切制品，树脂基复合材料的基体优选为PPS、PI、PEI、PASF、PSF、PEAK、PEEK耐高温热塑性树脂。
[0014]所述步骤2中的气凝胶膜厚度≤0.1mm，脱模布的厚度≤0.05mm。
[0015]本专利技术与现有技术相比具有如下技术效果：
[0016]一、维修周期：复合材料构件维修工装的增材制造过程仅包括坯体的熔融堆积和工装的冷却定型，减少维修工装制造周期的同时可显著缩短构件维修周期。
[0017]二、维修成本：从维修工装材料的使用次数和回收性方面考量，减少维修工装的材料使用成本及制造成本，显著降低构件维修成本。
[0018]三、工艺适用性：通过维修工装材料及结构的调控，适用于制造不同型面特征及尺寸的维修工装，满足于局部损伤且损伤区域具备分散特征的航空复合材料构件维修过程。
[0019]四、维修质量：借助于复合材料工艺假件，可以确保维修工装与装机状态下构件的型面特征一致，避免构件自由状态下手糊玻璃钢工装导致型面轮廓度偏差较大等问题。
[0020]五、可持续性：通用塑料或热塑性树脂作为基体制造复合材料维修工装，利于工装的环保回收，减少工装占有空间，实现复合材料构件维修领域的绿色可持续性发展。
具体实施方式
[0021]本专利技术所公开的内容，包括工艺假件与维修工装的制备方法及过程、工艺假件与维修工装的材料选取等关键技术点均应视为本专利技术的保护范畴。
[0022]选取树脂基复合材料基于构件三维数模增材制造工艺假件及局部损伤区域的维修工装，进而辅助完成复合材料构件的维修过程。本专利技术借助于增材制造技术和材料可回收性赋予其快响应、高精度和低成本特征，适用于局部损伤且损伤区域分布无规律的航空复合材料构件的运维阶段。
[0023]以V2500型航空发动机复合材料右风扇罩的辅助维修过程作为实施例对本专利技术进一步说明。典型损伤区域发生在右风扇罩外侧蒙皮，中心位置与上部边缘(UPR方向)和后部边缘(AFT方向)间的距离分别为1044mm
±
2mm和259mm
±
2mm，最大半径R为107mm
±
1mm。
[0024]一种快响应低成本高精度的复合材料构件辅助维修方法，包括以下步骤：
[0025]步骤1，根据装机状态下获取的右风扇罩三维数模，选取短切GF/ABS复合材料基于
熔融沉积方法制备胎面与右风扇罩气动型面特征一致，形成实体结构的GF/ABS复合材料的工艺假件，其中GF为玻璃纤维，ABS为丙烯腈
‑
丁二烯
‑
苯乙烯共聚物；抛光表面至型面精度≤
±
0.15mm；
[0026]步骤2，在工艺假件表面依次铺敷厚度80μm的气凝胶膜和厚度65μm的聚酰亚胺脱模布，铺展固定于工艺假件表面并确保表面平整无褶皱；其中气凝胶膜作为隔热层使用，避免过热维修工装坯体对工艺假件型面质量的影响；
[0027]步骤3，根据工艺假件表面对应构件损伤区域的局部型面特征，选取短切CF/PASF复合材料基于熔融挤压堆积方法制备维修工装坯体，其中CF为碳纤维，PASF为聚芳砜树脂，辊压坯体贴合于工艺假件型面，坯体厚度不小于6mm，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种快响应低成本高精度的复合材料构件辅助维修方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，基于装机状态下损伤复合材料构件的三维数模，制备与构件工作型面一致的胎面，形成实体或框架结构的复合材料工艺假件；步骤2，在工艺假件表面依次铺敷气凝胶膜和脱模布，铺展后在其表面损伤区域以工艺假件型面为基准制备维修工装坯体，将坯体塑形后封装；步骤3，冷却定型维修工装坯体后，抛光其贴胎面，在损伤复合材料构件表面将补片、维修工装及工艺辅料封装为整体，高温负压下完成复合材料构件的维修。2.根据权利要求1所述的一种快响应低成本高精度的复合材料构件辅助维修方法，其特征在于：所述的步骤1中，工艺假件的制备方法为增材制造；材料为树脂基复合材料，树脂基复合材料的增强体优选为玻...

【专利技术属性】
技术研发人员：王乾，贾彩霞，李志歆，秦广财，
申请(专利权)人：沈阳航空航天大学，
类型：发明
国别省市：