一种帽型长桁的热隔膜预成型装置的制作方法

1.本发明属于复合材料成型技术领域，涉及一种帽型长桁的热隔膜预成型装置。


背景技术：

2.热隔膜成型技术已经应用在机翼梁生产上，常见的复合热隔膜的长桁截面形状有l形、c形、z形、t形、帽型等，其中帽型长桁从结构上来说类似于两个镜像对称的z型连接，由于其细长结构形式，截面尺寸小，存在凹凸外形面导致r角区容易发生纤维褶皱或扭曲，质量温度性较差，制造难度也是最大的。国内外帽型长桁的热隔膜制造工艺有真空压力式预成型和热模压预成型两种方式。
3.真空压力式预成型是一种将已完成手工铺贴/自动铺放的长桁层压板料片及工装定位在平台上，加热到一定温度后，通过热隔膜抽真空使得料片受热后滑移，最后料片与预成型工装随形，最终形成所需形状。但由于热隔膜只能提供一个真空压力进行成型，对帽型长桁的下r角有较大的局限性，预成形体的质量稳定性难以保证。
4.热模压预成型是一种将已完成手工铺贴/自动铺放的长桁层压板料片定位在帽型长桁组合工装上，待加热到一定温度后，将长桁工装上模与下模进行合模，在这过程中，刚性模具的组合产生压力可以保证较好的预成型质量，克服了下r角成型困难的问题。但由于每次预成型都需要上下模具具有良好的配合间隙，上下模具配合度要求较高，而且每种长桁都需要唯一与型面相匹配的组合模具，因此模具的设计、制造成本较高，预成型的制造成本最高。
5.基于上述存在的问题，提出了一种热隔膜预成型装置，兼顾预成型的压力和质量，使其更具有实用性和经济性。


技术实现要素：

6.本发明的目的是针对现有的技术存在上述问题，提出了一种帽型长桁的热隔膜预成型装置，可以得到高质量r角，且合模不需要精准对齐，成型囊由于下压力自然而然贴合凸模上表面，对设备精度要求低。
7.本发明的目的可通过下列技术方案来实现：一种帽型长桁的热隔膜预成型装置，包括机架和凸模，所述机架具有工作平台和顶座，其特征在于，凸模固定在工作平台上，在工作平台上固定有l型安装箱，l型安装箱下设有可升降的凹模机构，l型安装箱内设有驱动凹模机构升降的升降机构，凹模机构包括上模板、成型囊、垂直导向杆、固定框，固定框固定在上模板下端面上，成型囊连接在固定框上，垂直导向杆下端固定在上模板上，垂直导向杆滑动穿设在l型安装箱上；
8.凹模机构外套有保温箱，保温箱下端开口，保温箱上端通过可伸缩软管悬挂连接在l型安装箱上，顶座上设有向保温箱输送热风的热风机构和输送冷风的冷风机构；
9.工作平台上具有限位凹框，限位凹框底部卡嵌有降温板，降温板上固定有导热板，降温板内置有降温盘管，导热板内置有加热盘管，降温盘管与外部的冷水箱连通形成冷水
闭合环路，加热盘管与外部的热水箱连通形成热水闭合环路。
10.冷水箱和热水箱内均设有抽送水的水泵，使水在各自的闭合环路内能够循环流动。根据热隔膜成型要求，可以往保温箱输送冷风或者热风来冷却或加热模具。
11.进一步的，所述升降机构包括固定在l型安装箱顶部的防爆电机、水平设置且转动连接在l型安装箱内的螺杆、涡轮升降杆，螺杆上固定套有从动皮带轮，防爆电机的输出轴上固定有主动皮带轮，主动皮带轮与从动皮带轮通过皮圈联动，螺杆与涡轮升降杆上的齿轮啮合传动，齿轮与涡轮升降杆螺纹连接，涡轮升降杆下端穿出l型安装箱与上模板固定。
12.防爆电机带动螺杆转动，螺杆转动带动涡轮升降杆上的齿轮转动，由于齿轮与涡轮升降杆螺纹连接，齿轮被定在壳体内不能移动，所以涡轮升降杆必须随着齿轮转动而下上升降，从而带动上模板上下移动。
13.进一步的，所述冷风机构包括固定在顶座的离心风机一和可启闭的风门一，保温箱两端分别连接有可伸缩进风软管和可伸缩出风软管，离心风机一的出风口与可伸缩进风软管连接，可伸缩出风软管上端口连接在顶座的风门一上，热风机构包括固定在顶座上的离心风机二和烘箱，离心风机二通过送风支管与可伸缩进风软管连接，离心风机二的进风口与烘箱连通，烘箱通过出风支管连接在可伸缩出风软管上，烘箱上开有可启闭的风门二。
14.进一步的，上模板上端面上固定有若干根竖直向上的定位杆，定位杆向上穿过保温箱，定位杆上端具有限位挡块，定位杆上套有弹簧，弹簧一端抵靠在限位挡块上，另一端抵靠在保温箱上端面上。
15.上模板下移带动保温箱一起移动，当保温箱下降到底部与工作平台的限位凹框抵靠后，上模板仍可以继续下移而使成型囊挤压凸模及热隔膜，此时弹簧受力而缩短长度。
16.进一步的，固定框外侧壁上设置有凹槽，凹槽内设有橡胶条，成型囊末端挤压固定在凹槽内。固定框用于固定成型囊，橡胶条提高固定框与成型囊之间的密封效果。
17.进一步的，所述凸模呈凸字形，凸模上表面具有两个呈弧形的r角。
18.进一步的，所述保温箱内侧设有隔热棉层。保温箱用来覆盖整个凹模机构、凸模和预浸料，为整个预成型过程提供保温隔热功能。
19.进一步的，l型安装箱内设有真空泵，真空泵通过充气管道与成型囊连通，固定框上连接有可控制成型囊内部压力恒定的稳压阀。真空泵用于成型囊涨大，在合模过程中，为保持热隔膜受到恒定压力，稳压阀可以调节成型囊的内部压力，缓慢释放内部空气。
20.进一步的，垂直导向杆和涡轮升降杆均位于可伸缩软管内。由于保温箱上端面开有各种让位孔便于垂直导向杆和涡轮升降杆穿过，固将两者包裹在内部提高密封效果，有效阻止保温箱内的热量散失。
21.进一步的，所述导热板上设有两根平行的限位长条，两根限位长条分别位于凸模两侧。限位长条用于对待加工的热隔膜进行限位，使其能定位在凸模上。
22.工作流程：通过热水箱和加热盘管，提前对热导板和凸模进行预热，热隔膜放在凸模上后，可以快速均匀升温。启动防爆电机，带动凹模机构下沉，保温箱在弹簧的作用力下首先抵靠在限位凹框上，保温箱内部形成密封，保温箱固定后凹模机构继续下沉，弹簧受到限位挡块的下压力而收缩，使保温箱牢牢抵靠在限位凹框上。下模板继续下移，使成型囊挤压热隔膜，将热隔膜与凸模完全贴合，热隔膜的r角也挤压成型，在保压过程中，顶座的离心风机二与烘箱对保温箱输送热气，使凹模机构、凸模和热隔膜都处于高温状态下，利用热隔
膜变形。保压一定时间后，离心风机一对保温箱输送自然风，热气从风门一排出，对凹模机构进行降温，而风门二则用于停机时可排出烘箱内的浑浊空气。同时，冷水箱往降温盘管内输送冷水，对凸模进行降温，双重降温，热隔膜能更快定型。降温定型后，进行开模，凹模机构上移，上模板与保温箱内顶壁贴靠后也带动保温箱上移，取出完成预成型的热隔膜。
23.与现有技术相比，本帽型长桁的热隔膜预成型装置具有以下优点：
24.1.具有可充气的成型囊，成型囊为硅胶材质，在挤压力作用下可以很好地贴合凸模，克服了下r角成型困难的问题，提高了预成型质量。
25.2.工作平台上还设有加热和冷却凸模的热水闭合环路和冷水闭合环路，实现凸模快速预热和降温。
26.3.顶座上设有热风机构和冷风机构可以对保温箱内温度进行控制，对热隔膜进行保温和冷却。
附图说明
27.图1是本帽型长桁的热隔膜预成型装置的结构示意图。
28.图2是本帽型长桁的热隔膜预成型装置的俯视图。
29.图3是本帽型长桁的热隔膜预成型装置的剖视图。
30.图4是l型安装箱的内部结构示意图。
31.图5是保温箱的剖视图。
32.图中，1、机架；101、工作平台；102、顶座；2、凸模；3、l型安装箱；4、凹模机构；41、上模板；42、成型囊；43、垂直导向杆；44、固定框；45、定位杆；46、限位挡块；47、弹簧；5、升降机构；51、防爆电机；52、螺杆；53、涡轮升降杆；54、从动皮带轮；55、主动皮带轮；6、保温箱；61、可伸缩软管；7、冷风机构；71、离心风机一；72、风门一；73、可伸缩进风软管；74、可伸缩出风软管；8、热风机构；81、离心风机二；82、烘箱；83、送风支管；84、出风支管；85、风门二；9、限位凹框；10、降温板；11、导热板；12、降温盘管；13、加热盘管；14、限位长条。
具体实施方式
33.如图1所示，本帽型长桁的热隔膜预成型装置包括机架1和凸模2，所述机架1具有工作平台101和顶座102，凸模2固定在工作平台101上，在工作平台101上固定有l型安装箱3，l型安装箱3下设有可升降的凹模机构4，l型安装箱3内设有驱动凹模机构4升降的升降机构5，凹模机构4包括上模板41、成型囊42、垂直导向杆43、固定框44，固定框44固定在上模板41下端面上，成型囊42连接在固定框44上，垂直导向杆43下端固定在上模板41上，垂直导向杆43滑动穿设在l型安装箱3上。
34.如图3所示，凹模机构4外套有保温箱6，保温箱6下端开口，保温箱6上端通过可伸缩软管61悬挂连接在l型安装箱3上，顶座102上设有向保温箱6输送热风的热风机构8和输送冷风的冷风机构7。
35.工作平台101上具有限位凹框9，限位凹框9底部卡嵌有降温板10，降温板10上固定有导热板11，降温板10内置有降温盘管12，导热板11内置有加热盘管13，降温盘管12与外部的冷水箱连通形成冷水闭合环路，加热盘管13与外部的热水箱连通形成热水闭合环路。
36.冷水箱和热水箱内均设有抽送水的水泵，使水在各自的闭合环路内能够循环流
动。根据热隔膜成型要求，可以往保温箱6输送冷风或者热风来冷却或加热模具。
37.如图4所示，所述升降机构5包括固定在l型安装箱3顶部的防爆电机51、水平设置且转动连接在l型安装箱3内的螺杆52、涡轮升降杆53，螺杆52上固定套有从动皮带轮54，防爆电机51的输出轴上固定有主动皮带轮55，主动皮带轮55与从动皮带轮54通过皮圈联动，螺杆52与涡轮升降杆53上的齿轮啮合传动，齿轮与涡轮升降杆53螺纹连接，涡轮升降杆53下端穿出l型安装箱3与上模板41固定。
38.防爆电机51带动螺杆52转动，螺杆52转动带动涡轮升降杆53上的齿轮转动，由于齿轮与涡轮升降杆53螺纹连接，齿轮被定在壳体内不能移动，所以涡轮升降杆53必须随着齿轮转动而下上升降，从而带动上模板41上下移动。
39.如图2所示，所述冷风机构7包括固定在顶座102的离心风机一71和可启闭的风门一72，保温箱6两端分别连接有可伸缩进风软管73和可伸缩出风软管74，离心风机一71的出风口与可伸缩进风软管73连接，可伸缩出风软管74上端口连接在顶座102的风门一72上，热风机构8包括固定在顶座102上的离心风机二81和烘箱82，离心风机二81通过送风支管83与可伸缩进风软管73连接，离心风机二81的进风口与烘箱82连通，烘箱82通过出风支管84连接在可伸缩出风软管74上，烘箱82上开有可启闭的风门二85。
40.如图5所示，上模板41上端面上固定有若干根竖直向上的定位杆45，定位杆45向上穿过保温箱6，定位杆45上端具有限位挡块46，定位杆45上套有弹簧47，弹簧47一端抵靠在限位挡块46上，另一端抵靠在保温箱6上端面上。
41.上模板41下移带动保温箱6一起移动，当保温箱6下降到底部与工作平台101的限位凹框9抵靠后，上模板41仍可以继续下移而使成型囊42挤压凸模2及热隔膜，此时弹簧47受力而缩短长度。
42.固定框44外侧壁上设置有凹槽，凹槽内设有橡胶条，成型囊42末端挤压固定在凹槽内。固定框44用于固定成型囊42，橡胶条提高固定框44与成型囊42之间的密封效果。
43.所述凸模2呈凸字形，凸模2上表面具有两个呈弧形的r角，所述保温箱6内侧设有隔热棉层。保温箱6用来覆盖整个凹模机构4、凸模2和预浸料，为整个预成型过程提供保温隔热功能。
44.l型安装箱3内设有真空泵，真空泵通过充气管道与成型囊42连通，固定框44上连接有可控制成型囊42内部压力恒定的稳压阀。真空泵用于成型囊42涨大，在合模过程中，为保持热隔膜受到恒定压力，稳压阀可以调节成型囊42的内部压力，缓慢释放内部空气。
45.垂直导向杆43和涡轮升降杆53均位于可伸缩软管61内。由于保温箱6上端面开有各种让位孔便于垂直导向杆43和涡轮升降杆53穿过，固将两者包裹在内部提高密封效果，有效阻止保温箱6内的热量散失。
46.所述导热板11上设有两根平行的限位长条14，两根限位长条14分别位于凸模2两侧。限位长条14用于对待加工的热隔膜进行限位，使其能定位在凸模2上。
47.工作流程：通过热水箱和加热盘管13，提前对热导板和凸模2进行预热，热隔膜放在凸模2上后，可以快速均匀升温。启动防爆电机51，带动凹模机构4下沉，保温箱6在弹簧47的作用力下首先抵靠在限位凹框9上，保温箱6内部形成密封，保温箱6固定后凹模机构4继续下沉，弹簧47受到限位挡块46的下压力而收缩，使保温箱6牢牢抵靠在限位凹框9上。下模板继续下移，使成型囊42挤压热隔膜，将热隔膜与凸模2完全贴合，热隔膜的r角也挤压成
型，在保压过程中，顶座102的离心风机二81与烘箱82对保温箱6输送热气，使凹模机构4、凸模2和热隔膜都处于高温状态下，利用热隔膜变形。保压一定时间后，离心风机一71对保温箱6输送自然风，热气从风门一72排出，对凹模机构4进行降温，而风门二85则用于停机时可排出烘箱82内的浑浊空气。同时，冷水箱往降温盘管12内输送冷水，对凸模2进行降温，双重降温，热隔膜能更快定型。降温定型后，进行开模，凹模机构4上移，上模板41与保温箱6内顶壁贴靠后也带动保温箱6上移，取出完成预成型的热隔膜。
48.本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

技术特征：
1.一种帽型长桁的热隔膜预成型装置，包括机架和凸模，所述机架具有工作平台和顶座，其特征在于，凸模固定在工作平台上，在工作平台上固定有l型安装箱，l型安装箱下设有可升降的凹模机构，l型安装箱内设有驱动凹模机构升降的升降机构，凹模机构包括上模板、成型囊、垂直导向杆、固定框，固定框固定在上模板下端面上，成型囊连接在固定框上，垂直导向杆下端固定在上模板上，垂直导向杆滑动穿设在l型安装箱上；凹模机构外套有保温箱，保温箱下端开口，保温箱上端通过可伸缩软管悬挂连接在l型安装箱上，顶座上设有向保温箱输送热风的热风机构和输送冷风的冷风机构；工作平台上具有限位凹框，限位凹框底部卡嵌有降温板，降温板上固定有导热板，降温板内置有降温盘管，导热板内置有加热盘管，降温盘管与外部的冷水箱连通形成冷水闭合环路，加热盘管与外部的热水箱连通形成热水闭合环路。2.根据权利要求1所述的一种帽型长桁的热隔膜预成型装置，其特征在于，所述升降机构包括固定在l型安装箱顶部的防爆电机、水平设置且转动连接在l型安装箱内的螺杆、涡轮升降杆，螺杆上固定套有从动皮带轮，防爆电机的输出轴上固定有主动皮带轮，主动皮带轮与从动皮带轮通过皮圈联动，螺杆与涡轮升降杆上的齿轮啮合传动，齿轮与涡轮升降杆螺纹连接，涡轮升降杆下端穿出l型安装箱与上模板固定。3.根据权利要求2所述的一种帽型长桁的热隔膜预成型装置，其特征在于，所述冷风机构包括固定在顶座的离心风机一和可启闭的风门一，保温箱两端分别连接有可伸缩进风软管和可伸缩出风软管，离心风机一的出风口与可伸缩进风软管连接，可伸缩出风软管上端口连接在顶座的风门一上，热风机构包括固定在顶座上的离心风机二和烘箱，离心风机二通过送风支管与可伸缩进风软管连接，离心风机二的进风口与烘箱连通，烘箱通过出风支管连接在可伸缩出风软管上，烘箱上开有可启闭的风门二。4.根据权利要求3所述的一种帽型长桁的热隔膜预成型装置，其特征在于，上模板上端面上固定有若干根竖直向上的定位杆，定位杆向上穿过保温箱，定位杆上端具有限位挡块，定位杆上套有弹簧，弹簧一端抵靠在限位挡块上，另一端抵靠在保温箱上端面上。5.根据权利要求4所述的一种帽型长桁的热隔膜预成型装置，其特征在于，固定框外侧壁上设置有凹槽，凹槽内设有橡胶条，成型囊末端挤压固定在凹槽内。6.根据权利要求5所述的一种帽型长桁的热隔膜预成型装置，其特征在于，所述凸模呈凸字形，凸模上表面具有两个呈弧形的r角。7.根据权利要求6所述的一种帽型长桁的热隔膜预成型装置，其特征在于，所述保温箱内侧设有隔热棉层。8.根据权利要求7所述的一种帽型长桁的热隔膜预成型装置，其特征在于，l型安装箱内设有真空泵，真空泵通过充气管道与成型囊连通，固定框上连接有可控制成型囊内部压力恒定的稳压阀。9.根据权利要求8所述的一种帽型长桁的热隔膜预成型装置，其特征在于，垂直导向杆和涡轮升降杆均位于可伸缩软管内。10.根据权利要求9所述的一种帽型长桁的热隔膜预成型装置，其特征在于，所述导热板上设有两根平行的限位长条，两根限位长条分别位于凸模两侧。

技术总结
本发明提供了一种帽型长桁的热隔膜预成型装置，包括机架和凸模，机架具有工作平台和顶座，凸模固定在工作平台上，在工作平台上固定有L型安装箱，L型安装箱下设有可升降的凹模机构，L型安装箱内设有驱动凹模机构升降的升降机构，凹模机构包括上模板、成型囊、垂直导向杆、固定框，固定框固定在上模板下端面上，成型囊连接在固定框上，垂直导向杆下端固定在上模板上，垂直导向杆滑动穿设在L型安装箱上；顶座上设有向保温箱输送热风的热风机构和输送冷风的冷风机构。具有可充气的成型囊，在挤压力作用下可以很好地贴合凸模，提高了预成型质量。顶座上设有热风机构和冷风机构可以对保温箱内温度进行控制，对热隔膜进行保温和冷却。对热隔膜进行保温和冷却。对热隔膜进行保温和冷却。


技术研发人员：陈彩丽 来晓靓 殷小伟 王浩同
受保护的技术使用者：浙江华瑞航空制造有限公司
技术研发日：2023.05.25
技术公布日：2023/10/19