一种复合材料帽型长桁的热隔膜预成型系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种复合材料帽型长桁的热隔膜预成型系统及方法。该系统包括帽型预成型模具和热隔膜系统；所述预成型模具包括帽顶、两侧帽腰、两侧帽底、阳角和阴角；所述帽顶、两侧帽腰、两侧帽底的表面以及阴角的拐角面均设有垂直贯穿的真空孔；所述预成型模具的底部表面上沿真空孔周围设有密封胶条；所述帽顶的两端设有定位孔和定位销；所述热隔膜系统包括能够升降的加热框和隔膜框、红外辐射加热器、隔膜、及真空床，所述真空床表面设有真空孔、内部设有与真空系统相连接的真空通道。本发明专利技术的方法是基于该改进的热隔膜预成型系统，本发明专利技术提出的帽型长桁热隔膜预成型系统和方法，能够在热隔膜预成型阶段使阴角料片与模具贴实，避免阴角架桥问题。阴角架桥问题。阴角架桥问题。

【技术实现步骤摘要】
一种复合材料帽型长桁的热隔膜预成型系统及方法


[0001]本专利技术涉及一种复合材料帽型长桁的热隔膜预成型系统及方法，属于复合材料成型工艺


技术介绍

[0002]帽型长桁加筋壁板是复合材料机身结构形式的发展趋势。作为最主要的纵向构件之一，帽型长桁主要用来承受机身弯曲引起的轴向力，以及起到对蒙皮的支持作用，提高蒙皮的受压、受剪失稳临界应力。复合材料帽型长桁一般要通过共固化或者共胶接工艺与蒙皮连接在一起，通过热压罐固化形成壁板结构，因此，帽型长桁预成型质量是复合材料机身壁板制造的关键。随着复合材料零件制造技术的快速发展，各家航空制造商对于如何高效、低成本制造高质量帽型长桁投入大量研发资金。
[0003]热隔膜工艺是将长桁预浸料平板料片放置在热隔膜模具上，通过料片上方隔膜的热传导加热料片以及抽真空，使得软化的长桁料片发生变形滑移并与模具贴实，最终平板料片成型为帽型长桁预成型体。热隔膜成型工艺由于可以和自动纤维铺放技术结合，并一次成型多个零件，因此可以满足帽型长桁高效低成本以及质量稳定的制造要求。
[0004]然而，对于一定厚度帽型长桁的热隔膜成型，如图1所示，当长桁阴阳角R角半径r较小时，抽真空时R角区域与附近平面的压力不均匀，尤其长桁阴角处的压力要小于帽底和帽腰平面的压力，这会导致料片在阴角处严重架桥，影响长桁固化质量或者后续壁板成型质量。
[0005]专利CN110757830A中描述了一种应用工艺盖板改善帽型长桁热隔膜阴角架桥的方法。通过将热隔膜成型的长桁与工装整体转移至预抽工艺平台上，通过预抽工艺盖板来进一步压实阴角，最后再转移至固化工艺平台上通过固化工艺盖板进一步加压阴角。该方法的问题在于：
[0006](1)热隔膜预成型后的帽型长桁由于冷却降温，阴角处料片的变形能力很低，预抽工艺盖板往往无法将阴角压实；
[0007](2)由于预抽盖板无法将预成型后的长桁阴角压实，固化工艺盖板无法与预成型长桁准确定位贴合，影响长桁固化质量。因此，该方法无法从根本解决帽型长桁热隔膜成型阴角架桥问题。

技术实现思路

[0008]本专利技术的目的是：提出一种改进的帽型长桁热隔膜成型方法和装置，能够在热隔膜预成型阶段使阴角料片与模具贴实，避免阴角架桥问题。
[0009]为了实现上述目的，本专利技术提供了一种复合材料帽型长桁的热隔膜预成型系统，其特征在于，包括帽型预成型模具和热隔膜系统；
[0010]所述预成型模具包括帽顶、两侧帽腰、两侧帽底、阳角和阴角；所述帽顶、两侧帽腰、两侧帽底的表面以及阴角的拐角面均设有垂直贯穿的真空孔；所述预成型模具的底部
表面上沿真空孔周围设有密封胶条；所述帽顶的两端设有定位孔和定位销；
[0011]所述热隔膜系统包括能够升降的加热框和隔膜框、红外辐射加热器、隔膜、及真空床，所述真空床表面设有真空孔、内部设有与真空系统相连接的真空通道。
[0012]当所述预成型模具放置在真空床表面，所述真空孔与真空床连通，将产生垂直于真空孔的真空吸力。
[0013]优选地，所述预成型模具的帽腰
‑
阴角局部区域的材质选用尼龙、PTFE或PP，即所述预成型模具为：由帽腰
‑
阴角局部嵌块与主体金属模具构成的一种组合模具，帽腰
‑
阴角的局部区域采用尼龙、PTFE或PP材质的嵌块，该嵌块嵌合在帽顶
‑
帽腰和帽底之间。
[0014]所述主体模具的材质为普通钢、铝合金、殷瓦钢或其他树脂基复合材料复合金属材料。
[0015]其中，该嵌块的材质为尼龙、PTFE或PP，其具有低导热系数和低摩擦系数。由于热隔膜成型过程中料片与模具帽腰和阴角表面接触时，温度较低的金属模具会显著降低料片下表面温度，从而导致阴角料片变形滑移困难，增加阴角架桥风险。因此，将预成型模具设计成由帽腰
‑
阴角局部嵌块与主体金属模具构成的一种组合模具。由于嵌块的材料是低导热系数以及低摩擦系数，当料片接触低导热系数的帽腰
‑
阴角嵌块时，料片下表面温度降低较小，仍处于较低粘度，此时阴角料片变形滑移较易，架桥风险明显降低。
[0016]优选地，所述帽型包括平直帽型、带曲率的帽型或Ω型帽型，所述阴角半径r的取值为：0mm<r≤6mm或6mm<r<30mm，所述阴角角度θ取值为：θ≤90
°
或θ≥120
°
。
[0017]因此，该热隔膜预成型系统可以用于成型平直或者带曲率的帽型或者Ω型长桁，还可以成型阴角R角半径r更小或者更大，R角角度θ更大或者更小的帽型或Ω长桁，如0mm<r≤6mm，6mm<r<30mm，θ≤90
°
或者θ≥120
°
。
[0018]本专利技术还提供了一种复合材料帽型长桁的热隔膜预成型方法，该方法是采用上述的复合材料帽型长桁的热隔膜预成型系统进行预成型加工，包括如下步骤：
[0019]步骤1：将自动纤维铺放和自动化裁切的平板料片转移定位在预成型模具上；
[0020]步骤2：在平板料片表面依次铺贴辅材并定位；
[0021]步骤3：热隔膜系统的隔膜框架和加热框下降，隔膜与模具上的料片接触，隔膜框架与真空床闭合形成隔膜内腔，开启红外辐射加热器对隔膜下的料片预热；
[0022]步骤4：开启真空床的真空系统，对隔膜内腔抽真空使料片成型，一方面真空压力通过对隔膜加压使得隔膜拉伸变形，将料片压向模具表面；另一方面模具上的真空孔产生的真空吸力将进一步将料片各个区域尤其阴角吸向模具；
[0023]步骤5：维持真空压力和温度一定时间，使料片保型为帽型长桁外形；
[0024]步骤6：停止加热并维持真空压力对料片降温，直到温度达到预设的脱模温度，关闭真空系统，完成帽型长桁预成型。
[0025]其中，步骤1和2中的定位是采用帽顶两端的定位孔和定位销对料片和表面辅材进行定位。
[0026]优选地，所述步骤2中的辅材包括：断裂延伸率≥300％的含氟无孔隔离膜和导气材料。
[0027]优选地，所述的含氟无孔隔离膜为ETFE膜或FEP膜，所述的导气材料为透气毡或干可剥布。
[0028]优选地，所述热隔膜系统中隔膜的材质选用断裂延伸率≥600％的改性有机硅聚合物、聚硅氧烷聚合物或硅橡胶材料。该材料可重复使用，减少了高成本尼龙真空袋膜的使用。
[0029]优选地，所述步骤3中预热的温度为65～85℃，时间为15～35min。
[0030]优选地，所述步骤4中抽真空使料片成型包括1个阶段或多个阶段，每一阶段的抽真空速率在
‑
0.1～
‑
10kPa/min，并最终达到系统最大真空至
‑
85～
‑
93kPa。
[0031]优选地，所述步骤5中维持的时间为0～15min；所述6中本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种复合材料帽型长桁的热隔膜预成型系统，其特征在于，包括帽型预成型模具和热隔膜系统；所述预成型模具包括帽顶、两侧帽腰、两侧帽底、阳角和阴角；所述帽顶、两侧帽腰、两侧帽底的表面以及阴角的拐角面均设有垂直贯穿的真空孔；所述预成型模具的底部表面上沿真空孔周围设有密封胶条；所述帽顶的两端设有定位孔和定位销；所述热隔膜系统包括能够升降的加热框和隔膜框、红外辐射加热器、隔膜、及真空床，所述真空床表面设有真空孔、内部设有与真空系统相连接的真空通道。2.根据权利要求1所述的复合材料帽型长桁的热隔膜预成型系统，其特征在于，所述预成型模具的帽腰
‑
阴角局部区域的材质选用尼龙、PTFE或PP。3.根据权利要求1所述的复合材料帽型长桁的热隔膜预成型系统，其特征在于，所述帽型包括平直帽型、带曲率的帽型或Ω型帽型，所述阴角半径r的取值为：0mm<r≤6mm或6mm<r<30mm，所述阴角角度θ取值为：θ≤90
°
或θ≥120
°
。4.一种复合材料帽型长桁的热隔膜预成型方法，其特征在于，该方法是采用权利要求1～3中任意一项所述的复合材料帽型长桁的热隔膜预成型系统进行预成型加工，包括如下步骤：步骤1：将自动纤维铺放和自动化裁切的平板料片转移定位在预成型模具上；步骤2：在平板料片表面依次铺贴辅材并定位；步骤3：热隔膜系统的隔膜框架和加热框下降，隔膜与模具上的料片接触，隔膜框架与真空床闭合形成隔膜内腔，开启红外辐射加热器对隔膜下的料片预热；步骤4：开启真空床的真空系统，对隔膜内腔抽真空使料片...

【专利技术属性】
技术研发人员：叶亮，彭冲，王楠，陈奥林，高国强，
申请(专利权)人：中建材上海航空技术有限公司，
类型：发明
国别省市：