[發明專利]一種T型加筋腹板結構復合材料零件的氣囊成型方法

在審

• 申請號: 201410715374.1
• 申請日: 2014-12-02
• 公開（公告）號: CN104494166A
• 公開（公告）日: 2015-04-08
• 發明（設計）人: 黎玉欽;賈傲;王國平;馬秀菊;劉備備;謝海洋;黃毅
• 申請（專利權）人: 航天海鷹（鎮江）特種材料有限公司
• 主分類號: B29C70/44
• 分類號: B29C70/44
• 代理公司: 南京知識律師事務所 32207
• 代理人: 高玲玲

技術領域

本發明涉及先進復合材料制造技術領域，特別涉及一種T型加筋腹板結構復合材料零件的氣囊成型方法。

背景技術

樹脂基碳纖維復合材料具有比強度、比剛度高，可設計性強，抗疲勞斷裂性能好，耐腐蝕，尺寸穩定性好等優越的性能，是目前航空、航天、交通等領域中應用十分廣泛的高性能結構材料。在多種碳纖維復合材料成型工藝中，熱壓罐工藝具有成型溫度和壓力均勻，對于不同材料、外形、尺寸及結構的零件具有很好的適應性，因而成為了研究和制造航空航天高品質復合材料構件的主要工藝方法之一。

隨著對復合材料零件強度、剛度要求的日益提高，零件的結構也越來越復雜，其中帶有單向T形加強筋或者縱橫向交叉T形加強筋的腹板是典型結構件之一。對于零件結構相對復雜的T形加強筋腹板，不僅包含縱橫T形筋加強結構，同時腹板上帶有加厚區以及減輕孔，在制造這類零件時，T形加強筋之間的間距，以及加強筋與腹板的相對位置度要求通常比較嚴格。

目前的工藝中大多使用芯模方法成型這類零件，芯模材質一般為模具鋼或者鋁合金。芯模的作用是將熱壓罐的壓力和溫度傳遞至復合材料制件，使制件在高溫高壓下成型，同時芯模的剛性可以保證Ｔ形筋的外形尺寸符合設計要求。

使用芯模的缺點主要有以下三個方面：（1）由于芯模自身具有一定剛度，通過芯模傳導外界壓力就難以做到均勻和精確，容易造成制件T形筋部分厚度超差；（2）由于芯模具有一定厚度，根據熱傳導效應，制件T形筋部分的升溫速率會比其他部分滯后，從而影響制件的內部成型質量；（3）由于芯模為金屬材質，自重較大，操作十分不便。同時金屬芯模的制造和維護費用較高，返修或重新加工的制造周期較長。

發明內容

本發明的目的是針對現有技術存在的問題，提供一種T型加筋腹板結構復合材料零件的氣囊成型方法。

為了實現上述目的，本發明采用以下技術方案：一種T型加筋腹板結構復合材料零件的氣囊成型方法，包括以下步驟：

（1）通過機械制造的方法，加工一個與復合材料制件外形尺寸完全一致的金屬假件，金屬假件安裝在氣囊成型模具中，所述氣囊成型模具具有上蓋板、側面擋板和底板，金屬假件和氣囊成型模具之間存在裝配關系，同時模具的各個擋板都會對金屬假件起到限位作用；

（2）在金屬假件與氣囊成型模具形成的空腔表面鋪貼氣囊工裝，在氣囊成型模具的外層用真空袋真空密封，進入熱壓罐成型氣囊工裝，固化壓力為600~650kPa，固化溫度180℃±6℃，固化時間120min；

（3）氣囊工裝成型后，去除真空袋，取出金屬假件，在底板上鋪貼腹板部分預浸料，將T形筋部分預浸料在預壓實后填充進氣囊工裝的相應位置，然后將氣囊工裝與底板合模，進入熱壓罐成型，即獲得復合材料制件。

所述氣囊工裝包括兩層橡膠層及包覆在橡膠層內的碳纖維預浸料增強層。

所述包覆在橡膠層內的碳纖維預浸料增強層的層數為1~5層。

所述氣囊成型模具的上蓋板上均勻設置有氣孔，在鋪貼氣囊工裝后，在所述氣孔處安裝與外界相通的氣嘴。

所述氣囊工裝在進入熱壓罐，在壓力達到140kPa時，將真空袋與大氣連通，并保持連通狀態直至固化完成。

本發明的有益效果：

（1）與傳統芯模成型方法相比，氣囊工裝可以均勻、精確地傳遞熱壓罐施加的壓力，避免復合材料制件出現厚度超差的現象；

（2）氣囊工裝壁厚較薄，可以避免T形筋部位的熱滯后效應，以上兩點可以有效保證制件的成型質量，提高生產的合格率和效率；

（3）氣囊工裝由于碳纖維增強層的存在，整體剛性較大，可以實現制件整體在氣囊工裝上進行鋪貼、預壓實等操作，保證了制件成型后T形筋與腹板的相對位置精度；

（4）氣囊工裝以橡膠為主體，表面具有彈性，同時起到一個均壓墊的作用，制件成型后表面質量較好；

（5）氣囊工裝可以重復使用，再次制造也較為方便，有效降低了生產成本以及制造周期。

附圖說明

圖1是將金屬假件固定在氣囊成型模具中的示意圖。

圖2是鋪貼氣囊工裝后的示意圖。

圖3是填充入T形筋預浸料后，將氣囊工裝與模具底板合模的示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖和具體實施例對本發明作進一步的說明。

通過金屬模具來成型纖維增強的橡膠氣囊工裝，在氣囊工裝成型后，通過加固手段使其具有一定的結構剛性，最后使用氣囊工裝完成縱橫T形筋加強腹板結構制件的成型過程。詳細流程如下：