一种复合材料异形筒状结构件的成型方法与流程

1.本发明属于复合材料成型技术领域，特别涉及一种复合材料异形筒状结构件的成型方法。


背景技术：

2.复合材料因其比强度高比模量高，使用温度高等优异特性，在航空航天领域得到广泛使用。航空航天零部件从外壳、内饰、结构以及发动机几乎都能采用复合材料制作而成。而难以避免的出现一些复杂结构件，例如进气道，拉杆、支臂，管梁等因为其大多为异形筒状，在模具设计、模具成本、脱模操作等方面都存在极大的限制。
3.目前，仅存在针对于帽型长桁壁板或盒段部件的制造方法，该类部件均为等截面零件，芯模可由轴向取出，或为可溶性芯模固化后溶解。对于非等截面的异形筒状且对表面要求质量较高的复合材料制件，尤其是进气道零件、支臂类零件、拉杆等管材零件，成型难度大，脱模困难，甚至容易造成分层的问题，成品合格率很低，造成了材料的浪费，增加了制造成本。


技术实现要素：

4.为了解决上述问题，本发明提供了一种复合材料异形筒状结构件的成型方法，可大大提高异形筒状零件的成品合格率。
5.为此，本发明的技术方案是：一种复合材料异形筒状结构件的成型方法，包括以下步骤：
6.1)制备泡沫芯模，泡沫芯模为eps泡沫材质，根据异形筒状结构件的内型面加工成型；
7.2)根据异形筒状结构件的内型面选择合适规格的筒状真空袋；
8.3)将筒状真空袋套装在泡沫芯模外侧，并使筒状真空袋贴敷在泡沫芯模上；
9.4)根据异形筒状结构件的外型面制作阴模模具，阴模模具分成可拼合的两半结构；
10.5)根据异形筒状结构件的铺层信息，进行预浸料料片铺贴，并根据要求进行预抽真空压实，形成预浸料胚料；
11.6)将预浸料胚料和两半阴模模具进行组装，阴模模具通过销钉定位后，再通过螺栓进行模具合模锁紧；
12.7)在阴模模具外侧依次铺放隔离膜、透气毡和外层真空袋，封袋时，外层真空袋与内侧的筒状真空袋相连通，形成子母袋结构；
13.8)封袋后的模具进行固化工序，泡沫芯模在受热受压后收缩，脱离异形筒状结构件内型面；
14.9)依次去除外层真空袋、透气毡和隔离膜，分离阴模模具，即可取出异形筒状结构件。
15.在上述方案的基础上并作为上述方案的优选方案：所述步骤1)中，泡沫芯模的密度为25～50kg/m3，泡沫芯模通过机加工成型。
16.在上述方案的基础上并作为上述方案的优选方案：所述步骤2)中，根据异形筒状结构件的内型面制作合适规格的筒状真空袋，筒状真空袋的形状与泡沫芯模的形状相匹配。
17.在上述方案的基础上并作为上述方案的优选方案：所述步骤3)中，利用胶带将筒状真空袋贴敷在泡沫芯模上，且贴敷后表面平滑，不存在褶皱及架桥。
18.在上述方案的基础上并作为上述方案的优选方案：所述步骤3)中，在筒状真空袋外侧套装一辅助真空袋，辅助真空袋具有热收缩性，辅助真空袋通过加热将筒状真空袋贴敷在泡沫芯模上，且贴敷后表面平滑，不存在褶皱及架桥。
19.在上述方案的基础上并作为上述方案的优选方案：所述步骤8)中，封袋后的模具进行热压罐固化成型工序。
20.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
21.1、泡沫芯模使用低成本材料eps泡沫进行机加制备，大大的缩短了模具制造周期，与传统的可溶性芯模、带有芯轴的可拆卸组合模具相比，eps泡沫芯模的制备时间短、成本低、密度小，极大降低了大型模具制造成本和周期。
22.2、根据零件内型结构加工出eps泡沫芯模，eps泡沫芯模具备隔热阻燃的特性，能够耐温125℃以上，且在高温下会发生热收缩，在固化阶段可与异形筒状结构件内型面脱离开，方便快速脱模，适用于结构复杂的异形筒状件的制备成型，可大大提高该类零件的成品合格率。
23.3、内层的筒状真空袋和外层真空袋相连通，形成子母袋结构，从而在抽真空阶段，异形筒状结构件内侧与外侧压力相同，成型质量更加好。
附图说明
24.以下结合附图和本发明的实施方式来作进一步详细说明
25.图1为本发明的制备结构剖视图；
26.图2为图1的局部放大图；
27.图3为本发明制备结构侧向剖视图；
28.图4、5为不同类型异形筒状结构件的结构示意图；
29.图6为本发明的成型方法流程图。
30.图中标记为：s型进气道1、eps泡沫芯模2、第一筒状真空袋3、阴模模具4、第二真空袋5、密封胶条6。
具体实施方式
31.在本发明的描述中，需要说明的是，对于方位词，如有术语“中心”，“横向(x)”、“纵向(y)”、“竖向(z)”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示方位和位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于叙述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定方位构造和操作，不能理解为限制本发明的具体保
护范围。
32.此外，如有术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或隐含指明技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”特征可以明示或者隐含包括一个或者多个该特征，在本发明描述中，“数个”、“若干”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
33.本实施例的异形筒状结构件以s型进气道1为例，如图3或图4所示，s型进气道内部截面大小不同，常规制备方法下脱模困难。本实施例利用eps泡沫芯模与热压罐成型相结合的方式来制造s型进气道。
34.具体步骤如下：
35.1)制备eps泡沫芯模2，选择密度为25kg/m3，具有隔热阻燃特性的eps泡沫，根据s型进气道1的内型面进行机加工成型，机加精度控制在-0.1mm-0mm；
36.2)根据s型进气道1的内型尺寸定制大于截面5mm左右的第一筒状真空袋3，方便套装在eps泡沫芯模1外侧，并使用胶带进一步将多余的真空袋贴敷在芯模上，确保表面平滑过渡，不存在褶皱及架桥；
37.除了用胶带贴敷真空袋，还可以在第一筒状真空袋3外侧套装具有热收缩性的辅助真空袋，加热后，辅助真空袋收缩，使得第一筒状真空袋贴敷在芯模上；
38.3)根据s型进气道1的外型尺寸制作阴模模具4，阴模模具4分成两半结构，两半模具之间可以通过销钉定位，再通过螺栓锁紧两半模具；
39.4)s型进气道材料选用ty2102/syt49c碳纤维单向带预浸料，根据s型进气道的铺层信息进行铺贴，每完成3层铺贴进行一次真空预压实，压实过程中，套装在eps泡沫芯模表面的第一筒状真空袋与预浸料胚料外侧真空袋连接，即，使用子母袋进行抽真空压实作业；
40.5)使用阴模模具4将s型进气道预浸料胚料进行组合合模，依次铺放无孔隔离膜、透气毡、第二真空袋5，通过腻子条进行封装，eps泡沫芯模2表面的第一筒状真空袋3与阴模模具4外的第二真空袋5通过密封胶条6相连通，形成子母袋；
41.6)按照如下固化制度进行固化：全程抽真空在-0.090mpa以上，始加压0.6mpa，以不大于2℃/min的升温速率升温至125℃
±
5℃，保温120min，再以不大于2℃/min的降温速率降至60℃以下，泄压出罐；
42.7)固化时，eps泡沫芯模2在受热受压后收缩，从s型进气道1内型面脱落，依次去除模具外表面的辅料，拆分两半阴模模具4，即可得到非等截面的s型进气道1产品。
43.本实施例所述的制备方法适合于各种异形筒状结构件，特别是非等截面的异形件，eps泡沫芯模使用低成本材料eps泡沫进行机加制备，可根据不同异形筒状的内型面制作，成本低、制作周期短，可满足不同结构件的加工需求，适用性广。
44.以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

技术特征：
1.一种复合材料异形筒状结构件的成型方法，其特征在于：包括以下步骤：1)制备泡沫芯模，泡沫芯模为eps泡沫材质，根据异形筒状结构件的内型面加工成型；2)根据异形筒状结构件的内型面选择合适规格的筒状真空袋；3)将筒状真空袋套装在泡沫芯模外侧，并使筒状真空袋贴敷在泡沫芯模上；4)根据异形筒状结构件的外型面制作阴模模具，阴模模具分成可拼合的两半结构；5)根据异形筒状结构件的铺层信息，进行预浸料料片铺贴，并根据要求进行预抽真空压实，形成预浸料胚料；6)将预浸料胚料和两半阴模模具进行组装，阴模模具通过销钉定位后，再通过螺栓进行模具合模锁紧；7)在阴模模具外侧依次铺放隔离膜、透气毡和外层真空袋，封袋时，外层真空袋与内侧的筒状真空袋相连通，形成子母袋结构；8)封袋后的模具进行固化工序，泡沫芯模在受热受压后收缩，脱离异形筒状结构件内型面；9)依次去除外层真空袋、透气毡和隔离膜，分离阴模模具，即可取出异形筒状结构件。2.如权利要求1所述的一种复合材料异形筒状结构件的成型方法，其特征在于：所述步骤1)中，泡沫芯模的密度为25～50kg/m3，泡沫芯模通过机加工成型。3.如权利要求1所述的一种复合材料异形筒状结构件的成型方法，其特征在于：所述步骤2)中，根据异形筒状结构件的内型面制作合适规格的筒状真空袋，筒状真空袋的形状与泡沫芯模的形状相匹配。4.如权利要求1所述的一种复合材料异形筒状结构件的成型方法，其特征在于：所述步骤3)中，利用胶带将筒状真空袋贴敷在泡沫芯模上，且贴敷后表面平滑，不存在褶皱及架桥。5.如权利要求1所述的一种复合材料异形筒状结构件的成型方法，其特征在于：所述步骤3)中，在筒状真空袋外侧套装一辅助真空袋，辅助真空袋具有热收缩性，辅助真空袋通过加热将筒状真空袋贴敷在泡沫芯模上，且贴敷后表面平滑，不存在褶皱及架桥。6.如权利要求1所述的一种复合材料异形筒状结构件的成型方法，其特征在于：所述步骤8)中，封袋后的模具进行热压罐固化成型工序。

技术总结
本发明公开了一种复合材料异形筒状结构件的成型方法，根据零件内型使用EPS泡沫机加成产品芯模，根据零件外型制备分半阴模模具；选取与产品零件外形近似或一致的筒状真空袋，套装在EPS泡沫芯模外表面；在筒状真空袋外侧进行预浸料铺贴，形成预浸料胚料；使用分半的阴模模具将铺贴完成的含有EPS泡沫的预浸料胚料进行组装；依次放置隔离膜、透气毡、外层真空袋，使用腻子条进行封装，筒状真空袋需与外层真空袋相连接，形成子母袋；根据预浸料固化制度进行热压罐固化。EPS泡沫芯模在固化阶段可与异形筒状结构件内型面脱离开，方便快速脱模，适用于结构复杂的异形筒状件的制备成型，可大大提高该类零件的成品合格率。可大大提高该类零件的成品合格率。可大大提高该类零件的成品合格率。


技术研发人员：谢富原 王幸东 魏强强 俞雪峰
受保护的技术使用者：浙江抟原复合材料有限公司
技术研发日：2023.05.18
技术公布日：2023/10/6