【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及粘接工艺设备，尤其涉及一种用于复合材料构件一体化成型的工装及方法。
技术介绍
1、随着航空航天工业的快速发展，对材料提出了轻量化、耐高温、高承载的迫切需求，为了实现最大的减重效果，兼具满足耐高温承载防热一体化的服役环境要求，一般采用外防热材料和承载结构材料共同组成承载防热一体化复合材料构件保护飞行器内部零部件。由于自身功能不同，外防热层和承载层具有不同的材质特点，外防热层采用轻质隔热材料，密度低，质软易碎，抗冲击压缩性能较差，承载层采用耐高温树脂基复合材料，比强度、刚度较大，且易发生变形，因此二者复合成型过程中成型压力作用方式及传递效果对构件成型质量至关重要。
2、常见层压工艺及装置一般适用于同种材质平板类材料制备过程，且要求规则形状、特定尺寸及厚度，难以适用特定异形承载防热一体化构件的制备过程。为了保护外防热层材料，缓冲材料也是一种保护措施，但一般常用的缓冲材料无法适用外防热层特种材料特点，容易导致压力传递效果不均衡，影响构件内部成型质量甚至破坏材料本体的问题。实际应用中，真空袋层压也是一种共固化成型方法，它使用大气压力将层压件固定到位，但也存在很多的局限性，真空压力有限，且缺乏粘接定位基准，导致内外层粘接型面无法完全匹配，极易出现复合材料壳体与外防热层大面积脱粘情况，同时，操作过程复杂，生产效率较低。
技术实现思路
1、鉴于上述的分析，本专利技术实施例旨在提供一种用于复合材料构件一体化成型的工装及方法，用以解决现有复合成型工艺中压力传递不均匀、传导压力
2、本专利技术公开了一种用于复合材料构件一体成型的工装，所述工装由上模12、缓冲垫11、底模6构成；
3、所述上模12和底模6合模形成复合材料构件的成型腔体；所述缓冲垫11由柔性缓冲材料制成，固定在所述上模12的下表面；
4、所述柔性缓冲材料具有依柔性橡胶层1、纤维增强复合夹层芯体、耐磨橡胶层5的次序层叠的三层结构；
5、其中，所述纤维增强复合夹层芯体为由纤维预制体和树脂制得，具有密度梯度；
6、所述底模6设置有定位装置，所述定位装置由边缘压止限位块7和中部楔形定位块8组成。
7、具体的，所述缓冲垫11以粘接形式固定在所述上模12的下表面。
8、具体的，所述缓冲垫11的厚度为0.6～1.0mm。
9、具体的，所述上模12和底模6的形状相匹配，为平面、特定弧形或变曲率形状，底模6设置有凹腔。
10、具体的，所述边缘压止限位块7底面轮廓与底模6相匹配，设计为平面、特定弧形或变曲率形状。
11、具体的，所述中部楔形定位块8设有与底模6相连通的螺纹孔。
12、本专利技术还公开了一种复合材料构件的一体成型方法，采用上述工装，所述一体成型方法包括以下步骤：
13、s21：准备承载层9和外防热层10；
14、s22：对承载层9和外防热层10粘接表面进行粗糙化处理；
15、s23：将承载层9放置在所述工装的底模6上，并进行预定位和固定；
16、s24：在承载层9和外防热层10粘接表面涂覆粘接剂，并将外防热层10放置在承载层9上方，进行定位和固定，合上下表面粘结有缓冲垫的上模12；
17、s25：将工装放置在压机上，设定压机参数，加压固化；
18、s26：取出工装，脱模，得到复合材料构件。
19、具体的，步骤s22采用表面打磨、喷砂对粘接表面进行粗糙化处理。
20、具体的，步骤s23具体操作为将承载层9置于所述工装的底模6上，使内表面与底模6型面贴合，利用边缘压止限位块7固定，随后试装配外防热层10，利用所述边缘压止限位块7作为预定位基准确定周向边缘位置，进行对齐、定位、调整。
21、具体的，步骤s24具体操作为将外防热层10置于承载层9上方，利用中部楔形定位块8进行定位，使承载层9和外防热层10位置相匹配，装配到位后固定外防热层10位置。
22、与现有技术相比，本专利技术至少可实现如下有益效果之一：
23、1、本专利技术公开的工装设置有用所述柔性缓冲材料制备的缓冲垫，使得粘结压力传递均匀充分，且不易损伤材料。本专利技术提供的缓冲垫采用柔性橡胶层、梯度纤维增强复合夹层芯体及耐磨橡胶层的三明治结构。通过多梯度密度单元提供更好的压力传递效果，在受到外部压力变化影响时，把变化后的压力能够通过柔性橡胶层传递至纤维增强复合夹层芯体，预制体夹层产生一定程度变形，吸收部分冲击能量，从而使得系统中的压力得到合理的分散，起到压力缓冲作用。若当系统中的压力突然变化或者存在脉动，突变至外防热层损伤上限时，由于密度梯度纤维增强复合夹层芯体采用与外防热层同类纤维编织结构，因此优先破坏低密度单元，对材料本体起到较好的保护作用。示例性的，当夹层芯体与待处理材料的材质(纤维和树脂类型)相同时，当夹层芯体密度梯度分布0.4～1.0g/cm3，则对于密度大于0.4g/cm3的外防热层材料(待处理材料)均能起到保护作用；若外防热层密度处于0.4～1.0g/cm3，起到保护作用的同时能够充分传导压力，缓冲效果更优。
24、2、本专利技术提供的缓冲垫设置于工装与待处理材料中间，充分保证了工装界面与待处理材料件接触充分，补偿外防热层和承载层本身型面及厚度公差，调控型腔厚度，确保粘接面接触充分且受力均匀，解决粘接面接触不充分存在气泡间隙导致粘接效果不佳的问题
25、3、本专利技术提供的缓冲垫采用柔性橡胶层、梯度纤维增强复合夹层芯体及耐磨橡胶层的三明治结构，具备弹性高、形变量大、耐磨及一定的易损性(对材料本体起到较好的保护作用)。因此具有较高的安全性、适用性及耐久性。
26、4、本专利技术所公开的工装结构简单，应用方法操作简单、条件温和、加压粘接效果好，不易损伤待处理材料，适于规模化批量生产相关复合材料构件，尤其是防热承载复合材料构件(一体成型)。
27、本专利技术中，上述各技术方案之间还可以相互组合，以实现更多的优选组合方案。本专利技术的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分优点可从说明书中变得显而易见，或者通过实施本专利技术而了解。本专利技术的目的和其他优点可通过说明书以及附图中所特别指出的内容中来实现和获得。
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1.一种用于复合材料构件一体成型的工装，其特征在于：所述工装由上模(12)、缓冲垫(11)、底模(6)构成；
2.根据权利要求1所述的工装，其特征在于：所述缓冲垫(11)以粘接形式固定在所述上模(12)的下表面。
3.根据权利要求1所述的工装，其特征在于：所述缓冲垫(11)的厚度为0.6～1.0mm。
4.根据权利要求1所述的工装，其特征在于：所述上模(12)和底模(6)的形状相匹配，为平面、特定弧形或变曲率形状，底模(6)设置有凹腔。
5.根据权利要求1所述的工装，其特征在于：所述边缘压止限位块(7)底面轮廓与底模(6)相匹配，设计为平面、特定弧形或变曲率形状。
6.根据权利要求1所述的工装，其特征在于：所述中部楔形定位块(8)设有与底模(6)相连通的螺纹孔。
7.一种复合材料构件的一体成型方法，其特征在于，采用权利要求1至6任一项所述的工装，所述一体成型方法包括以下步骤：
8.根据权利要求7所述的一体成型方法，其特征在于：步骤S22采用表面打磨、喷砂对粘接表面进行粗糙化处理。
9.
10.根据权利要求7所述的一体成型方法，其特征在于：步骤S24具体操作为将外防热层(10)置于承载层(9)上方，利用中部楔形定位块(8)进行定位，使承载层(9)和外防热层(10)位置相匹配，装配到位后固定外防热层(10)位置。
...【技术特征摘要】
1.一种用于复合材料构件一体成型的工装，其特征在于：所述工装由上模(12)、缓冲垫(11)、底模(6)构成；
2.根据权利要求1所述的工装，其特征在于：所述缓冲垫(11)以粘接形式固定在所述上模(12)的下表面。
3.根据权利要求1所述的工装，其特征在于：所述缓冲垫(11)的厚度为0.6～1.0mm。
4.根据权利要求1所述的工装，其特征在于：所述上模(12)和底模(6)的形状相匹配，为平面、特定弧形或变曲率形状，底模(6)设置有凹腔。
5.根据权利要求1所述的工装，其特征在于：所述边缘压止限位块(7)底面轮廓与底模(6)相匹配，设计为平面、特定弧形或变曲率形状。
6.根据权利要求1所述的工装，其特征在于：所述中部楔形定位块(8)设有与底模(6)相连通的螺纹孔。
7.一种复合...
【专利技术属性】
技术研发人员：李娜，汪东，许晓洲，李丽英，柯红军，王国勇，
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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