[發明專利]碳纖維復合材料成型工裝

有效

• 申請號: 201510001392.8
• 申請日: 2015-01-04
• 公開（公告）號: CN104626606B
• 公開（公告）日: 2017-12-12
• 發明（設計）人: 劉建波;趙紅衛;王明凱;趙薇薇;尹榮穎;董克華;徐天宇;黃興;孫金鳳
• 申請（專利權）人: 哈爾濱飛機工業集團有限責任公司
• 主分類號: B29C70/34
• 分類號: B29C70/34;B29C70/54;B29C33/00;B26F1/16
• 代理公司: 中國航空專利中心11008
• 代理人: 杜永保

技術領域

本發明屬于飛機裝配工裝技術，涉及一種碳纖維復合材料成型工裝。

背景技術

目前，國外部分專業航空工藝裝備制造商已經掌握了因瓦鋼成型工裝的設計與制造技術，該類工裝已成為國外大尺寸、復雜曲率碳纖維復合材料飛機結構件成型的核心工藝裝備，而國內尚未有能力設計類似的因瓦成型工裝。

國內以往工裝材料多使用選用鋁合金、普通碳鋼或復合材料，鋁合金、普通碳鋼的熱膨脹與碳纖維復合材料相差較大，導致成型后產品外形與理論外形不一致，且鋁合金工裝的剛度不足，而用復合材料制造的工裝表面精度和可重復使用性較差，因此這些材料均不能滿足大尺寸、有復雜型面碳纖維復合材料飛機結構件的批產。

發明內容

本發明的目的：解決大尺寸、復雜型面碳纖維復合材料飛機構件成型時，由于產品與工裝的熱膨脹系數差異大造成的產品外形與設計不符的問題。

本發明的技術方案是：碳纖維復合材料成型工裝包括模體1，用于鉆制裝配協調定位孔的第一結構2，用于制定位孔的第二結構3，防滑帶4，框架5，輪子6，模體1為成型工裝主體，位于工裝的最上部，模體1的材料為10mm-14mm的因瓦鋼等厚鋼板，模體1分工作區域和非工作區域兩部分，模體1工作區域為凹模結構，模體1工作區的凹陷形狀與產品數字模型的凸側形狀相同，使用時產品按凸側外形被放置在模體1的凹模工作區中間；模體非工作區包括過渡區和水平模體，在模體1凹模工作區外，先按工作區的凹側形狀延伸一部分外形作為過渡區，再在長度方向上做大于100mm的水平模體便于布置復合材料成型工裝必需的熱電偶孔、基準孔；

第一結構2用于鉆制裝配協調定位孔，第一結構2包括鉆套、圓柱形堵塊和鉆模，定位孔的位置與產品后續使用的裝配夾具和切割工裝上的定位孔位置一致，定位孔直徑大于等于6mm；選用內徑為定位孔直徑的鉆套，鉆套放入內部帶有圓柱形 凹槽的圓柱形堵塊中，堵塊材料為因瓦鋼，堵塊外直徑比鉆套大至少20mm，堵塊內部圓柱形凹槽深至少10mm，凹槽底部至少10mm厚；模體1上留有與圓柱形堵塊外徑尺寸相同的通孔，堵塊被嵌入到模體1中，堵塊上表面與模體1平齊，堵塊下表面比模體1長出至少10mm，通過周圈焊接的方式將堵塊焊接在模體1上，焊接后保證整體結構的氣密性；按照定位孔的位置和直徑制作鉆模，鉆模通過螺釘、銷釘連接到模體1上；

第二結構3用于制定位孔，第二結構3由襯套、聚四氟乙烯銷釘和圓柱形堵塊構成，定位孔的作用是防止曲率復雜的復合材料產品在加熱成型過程中，材料劇烈收縮導致產品位置變化發生，定位孔數量2個，分布在產品曲率變化較大方向的對角上；選用內徑為定位孔直徑的襯套，襯套放入內部帶有圓柱形凹槽的圓柱形堵塊中，堵塊材料為因瓦鋼，堵塊外直徑比襯套大至少20mm，堵塊內部圓柱形凹槽深至少10mm，凹槽底部至少10mm厚；模體1上留有與圓柱形堵塊外徑尺寸相同的通孔，堵塊被嵌入到模體1中，堵塊上表面與模體1平齊，堵塊下表面比模體1長出至少10mm，然后通過周圈焊接的方式將堵塊焊接在模體1上，焊接后要保證整體結構的氣密性；聚四氟乙烯銷釘直徑與定位孔直徑相同，長度大于圓柱形凹槽深度，使用時將聚四氟乙烯銷釘插入到鉆套中；

復合材料鋪層后進熱壓罐固話前，先抽真空袋，防滑帶4的作用是抑制抽真空過程中，蜂窩隨真空袋收縮而發生移動。防滑帶4為帶凸點的鋁片，裁剪成寬x厚為10mmx1mm鋁條，按產品邊界放大100mm的外形粘貼在模體1的上表面；

框架5是框架，框架位于模體1下方，與模體1通過局部焊接方式焊接在模體下表面；框架按縱向間距350mm，橫向間距430mm焊接成網格狀結構；每張型板都要進行開洞設計，開洞原則是保證工裝進入熱壓罐后，熱氣流能夠順利流通，使工裝升溫均勻，開洞時最窄處要大于70mm；

輪子6包括耐高溫的活動輪和固定輪，輪子6通過4個螺釘連接到框架的下方。

本發明具有的優點和有益效果：本發明解決了大尺寸、復雜型面碳纖維復合材料飛機構件成型時，由于產品與工裝的熱膨脹系數差異大造成的產品外形與設計不符的問題，同時，因瓦剛具有優異的尺寸穩定性，提高了工裝的使用壽命，降低了生產成本。

附圖說明

圖1是本發明結構示意圖；

圖2是裝配協調定位孔示意圖；

圖3是定位孔示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖對本發明作詳細說明。