【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种复合材料环框一体化成型方法和装置，属于复合材料成型。
技术介绍
1、随着科学技术的不断进步和各行业的日益发展，对结构件的轻量化提出了更高的技术要求。树脂基复合材料具有重量轻，比刚度、比强度高，可设计性强，抗疲劳断裂性好，尺寸稳定性好，耐腐蚀等优越性能，是目前航空、航天、交通等领域中应用较为广泛的高性能结构材料。
2、随着对复合材料零件强度、刚度及应用性要求的提高，零件的结构也越来越复杂。复合材料环框作为一种支撑加强结构，将连接点的载荷通过环框传递到蒙皮，形成整体受力，因此环框在实现轻量化需求的同时，还需要足够的刚度和强度，结构复杂，成型质量要求高。
3、对于复杂异型复合材料环框，通常采用胶接共固化方法成型，先将复杂构型分解成多个简单构型，单独固化后进行胶接共固化成整体，此方法特征结构之间采用结构胶粘接，难以保证纤维连续性，一体化程度不高，强度和刚度较差。也有采用金属阴阳模的成型方法，利用阳模进行铺层，铺层完成后利用阴模对其进行模压固化。该方法模具设计复杂，多处合模间隙较难控制，不适合复杂异形截面环框结构；同时内型面部分特征区域难以保证加压均匀，影响成型质量。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于克服现有技术不足，提供一种复杂异型复合材料环框的一体化成型方法，该方法既能保证产品整体性好，满足强度刚度等力学性能的要求、又可以保证环框外型面尺寸精度和成型质量，满足外型面与蒙皮的装配精度需求，同时可以实现产品的均匀加压，提高产品的成型质量。>
2、本专利技术的技术解决方案：
3、一种复合材料环框一体化成型方法，适用于复杂异型复合材料环框为含凹陷特征的丁型截面复杂环框，采用纤维连续的工艺分型方案，结合锐角区规整预压和流胶路径控制方法，采用硅橡胶辅助的热压罐成型工艺进行成型；所述复杂环框，包括凹陷特征(例如可以是两个半圆弧凹陷特征，或其他数量、其他形状的凹陷特征)，截面分型为u型框和l型框，u型框和l型框背对设置；该成型方法的步骤包括：
4、准备复合材料环框成型模具，包括l型铺层阳模和u型铺层阳模；
5、分别在l型铺层阳模、u型铺层阳模上进行预浸料铺层；
6、将铺层后的l型铺层阳模和u型铺层阳模进行组合装配，并进行共固化成型，得到具有丁型截面的复合材料环框。
7、优选地，所述l型铺层阳模和u型铺层阳模均包含硅橡胶软模和金属硬模；在成型过程中，预浸料的一侧接触硅橡胶软模，另一侧接触金属硬模，硬模面固定不动以提供支撑，软模面通过硅橡胶的膨胀力将预浸料压实，保证产品的尺寸、位置精度和装配精度，并保证产品各部位均匀受压。
8、优选地，上述成型方法可以进一步包括以下步骤：
9、1)模具准备步骤：将模具进行清洗，并在表面涂刷脱模剂，然后将不同区域单元的硅橡胶软模分别与对应的芯模组块进行组装，得到不同内型面相对应的阳模模具；
10、2)铺层步骤：将裁剪好的预浸料铺贴在步骤1)得到的不同内型面相对应的阳模模具表面，依据铺层设计完成不同单元内型面结构特征区域的铺层；铺层过程中进行预压实。
11、3)模具对接组合步骤：将步骤2)完成铺层的不同单元阳模模具进行对接装配，标识好模具的上下面，组合成为环框整体模具结构，再抽真空预压实；
12、4)封装和固化步骤：将预先制备的挡胶条贴在产品周围一圈，封装后采用热压罐进行固化；
13、5)脱模步骤：将步骤4)固化后的模具从热压罐中取出，待产品冷却后，对其进行脱模，标识好脱模的上下面，完成复合材料环框的一体化成型。
14、优选地，步骤1)中模具的组成零件包括硅橡胶、金属芯模、边条、底板、螺钉和销钉；组装过程中，分别用预先成型好的三角形截面硅橡胶与对应的芯模进行定位组装，得到l型内型面相对应的阳模铺层模具，用预先成型好的u型截面硅橡胶与对应的芯模进行定位组装，得到u型内型面相对应的阳模铺层模具。
15、优选地，步骤2)中进行铺层时，分别对l型铺层阳模和u型铺层阳模进行预浸料铺放，l型铺层阳模上，预浸料的铺贴位置为硅橡胶侧边和金属芯模侧边，两者形成l型；u型铺层阳模上，预浸料的铺贴位置为硅橡胶的三个侧边，三边形成u型；第一层铺层后进行抽真空预压实，后面每铺层不大于三层时均进行一次抽真空预压实(例如每铺层一层时进行一次抽真空预压实，或者每铺层两层时进行一次抽真空预压实，或者每铺层三层时进行一次抽真空预压实)，预压实过程中，用两片厚度小于1.5mm的铝片放入凹陷棱边的两侧，转角处用高温胶带进行连接固定；铺放0度纤维时采用小于10mm宽的窄条沿着环框的弧线进行铺放。
16、优选地，步骤2)中预浸料为单向纤维或纤维织物，所用树脂为环氧树脂、氰酸脂树脂或双马来酰亚胺树脂，树脂的固化温度不超过250度。
17、优选地，步骤3)中，将铺放好预浸料的l型铺层阳模和u型铺层阳模进行组合装配，u型铺层阳模在上方，l型铺层阳模在下方，使u型预浸料的横边和l型预浸料的竖边背对紧贴，截面形成横放的丁型结构。在l型物料与u型物料的接缝处，填上0度纤维捻丝，在环框的凹陷特征处，放置预先制备的工艺盖板，此工艺盖板为带翻边的半圆弧，翻边长度为3cm～8cm，半圆弧形状与产品上的凹陷特征形状一致，此工艺盖板可以为金属、复合材料。再进行抽真空预压实。
18、优选地，步骤4)中，在模具上方漏出产品的周围，贴一圈预先制备的挡胶条，挡胶条由无孔模包裹密封胶条组成，封装后采用热压罐进行固化。
19、优选地，步骤5)中，脱模时，将l型铺层阳模置于上方，先脱出凹陷特征区域的边条，再依次脱出两侧边条；先脱出l型阳模的硅橡胶块和芯块，再脱出u型阳模芯块，然后将u型硅橡胶和产品一起脱出，最后取出u型硅橡胶得到一体化成型的含凹陷特征的丁型截面复合材料环框。
20、本专利技术还提供一种根据上述本专利技术方法成型的复合材料环框。
21、本专利技术还提供一种复合材料环框一体化成型装置，其包括l型铺层阳模和u型铺层阳模；所述l型铺层阳模包含三角形截面硅橡胶与对应的金属芯模，三角形截面硅橡胶与对应的金属芯模进行定位组装形成l型内型面相对应的的阳模铺层模具；所述u型铺层阳模包含u型截面硅橡胶与对应的金属芯模，u型截面硅橡胶与对应的金属芯模进行定位组装形成u型内型面相对应的的阳模铺层模具。
22、进一步地，上述装置还包括工艺盖板，其形状与复合材料环框上的凹陷特征的形状一致，用于成型复合材料环框上的凹陷特征。
23、本专利技术与现有技术相比的有益效果：
24、(1)本专利技术采用的模具为硅橡胶软模与金属硬模组成，一方面给预浸料铺层提供了铺层支撑面，另一方面使预浸料两侧，总有一侧接触硅橡胶软模，另一侧接触金属硬模，在成型过程中，硬模面固定不动提供支撑，软模面通过硅橡胶的膨胀力，将中间的预浸料压密实，即保证了产品的尺寸位置精度和贴硬模面的装配精度，又保证了产品所有部位都能均匀受压，提高产品的成型质量。<本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种复合材料环框一体化成型方法，其特征在于，所述复合材料环框具有丁型截面，所述方法包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述L型铺层阳模和U型铺层阳模均包含硅橡胶软模和金属硬模；在成型过程中，预浸料的一侧接触硅橡胶软模，另一侧接触金属硬模，硬模面固定不动以提供支撑，软模面通过硅橡胶的膨胀力将预浸料压实，保证产品的尺寸、位置精度和装配精度，并保证产品各部位均匀受压。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述L型铺层阳模包含三角形截面硅橡胶与对应的金属芯模，三角形截面硅橡胶与对应的金属芯模进行定位组装形成L型内型面相对应的的阳模铺层模具；所述U型铺层阳模包含U型截面硅橡胶与对应的金属芯模，U型截面硅橡胶与对应的金属芯模进行定位组装形成U型内型面相对应的的阳模铺层模具。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，在L型铺层阳模上，预浸料的铺贴位置为硅橡胶侧边和金属芯模侧边，两者形成L型；在U型铺层阳模上，预浸料的铺贴位置为硅橡胶的三个侧边，三边形成U型；第一层铺层后进行抽真空预压实，后面每铺层不大于三层时均进行一次抽真空
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述将铺层后的L型铺层阳模和U型铺层阳模进行组合装配，包括：U型铺层阳模在上方，L型铺层阳模在下方，使U型预浸料的横边和L型预浸料的竖边背对紧贴，截面形成横放的丁型结构；在L型物料与U型物料的接缝处填上0度纤维捻丝；在环框的凹陷特征处放置预先制备的工艺盖板，此工艺盖板的形状与产品上的凹陷特征形状一致，再进行抽真空预压实。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述进行共固化成型，包括：
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述挡胶条由无孔膜包裹密封胶条组成，封装后采用热压罐进行固化；在脱模时，将L型铺层阳模置于上方，先脱出凹陷特征区域的边条，再依次脱出两侧边条；先脱出L型铺层阳模的硅橡胶块和金属芯块，再脱出U型铺层阳模的金属芯块，然后将U型硅橡胶和产品一起脱出，最后取出U型硅橡胶，得到一体化成型的含凹陷特征的丁型截面复合材料环框。
8.根据权利要求1～7中任一项所述方法成型的复合材料环框。
9.一种复合材料环框一体化成型装置，其特征在于，包括L型铺层阳模和U型铺层阳模；所述L型铺层阳模包含三角形截面硅橡胶与对应的金属芯模，三角形截面硅橡胶与对应的金属芯模进行定位组装形成L型内型面相对应的的阳模铺层模具；所述U型铺层阳模包含U型截面硅橡胶与对应的金属芯模，U型截面硅橡胶与对应的金属芯模进行定位组装形成U型内型面相对应的的阳模铺层模具。
10.如权利要求9所述的装置，其特征在于，还包括工艺盖板，其形状与复合材料环框上的凹陷特征的形状一致，用于成型复合材料环框上的凹陷特征。
...【技术特征摘要】
1.一种复合材料环框一体化成型方法，其特征在于，所述复合材料环框具有丁型截面，所述方法包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述l型铺层阳模和u型铺层阳模均包含硅橡胶软模和金属硬模；在成型过程中，预浸料的一侧接触硅橡胶软模，另一侧接触金属硬模，硬模面固定不动以提供支撑，软模面通过硅橡胶的膨胀力将预浸料压实，保证产品的尺寸、位置精度和装配精度，并保证产品各部位均匀受压。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述l型铺层阳模包含三角形截面硅橡胶与对应的金属芯模，三角形截面硅橡胶与对应的金属芯模进行定位组装形成l型内型面相对应的的阳模铺层模具；所述u型铺层阳模包含u型截面硅橡胶与对应的金属芯模，u型截面硅橡胶与对应的金属芯模进行定位组装形成u型内型面相对应的的阳模铺层模具。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，在l型铺层阳模上，预浸料的铺贴位置为硅橡胶侧边和金属芯模侧边，两者形成l型；在u型铺层阳模上，预浸料的铺贴位置为硅橡胶的三个侧边，三边形成u型；第一层铺层后进行抽真空预压实，后面每铺层不大于三层时均进行一次抽真空预压实，预压实过程中，用两片厚度小于1.5mm的铝片放入凹陷棱边的两侧，转角处用高温胶带进行连接固定；铺放0度纤维时采用小于10mm宽的窄条沿着环框的弧线进行铺放；所述预浸料为单向纤维或纤维织物，其所用树脂为环氧树脂、氰酸脂树脂或双马来酰亚胺树脂，树脂的固化温度不超过250度。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述将铺层后的...
【专利技术属性】
技术研发人员：王璐，邵明旺，陈浩，庞天亮，刘秀，张仕雄，唐中华，
申请(专利权)人：航天特种材料及工艺技术研究所，
类型：发明
国别省市：
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