CN112123811B - 一种分体工装复材支架的成型方法 - Google Patents

Abstract

本发明一种分体工装复材支架的成型方法，步骤如下：1)进行支架结构单元分解；2)进行分解后单元的再设计；3)进行分体工装外形尺寸的设计；4)进行分体工装分割位置的设计；5)对分体工装拆卸次序进行确定，装配次序与之相反；6)进行分体工装导向设计；7)进行带导向可移动分体工装机加制造；8)按照规定的装配次序进行分体工装的装配，并装入到软模中；9)进行单元结构铺层、合模；10)进行小空间工字梁截面复材支架成型；11)逐一去除真空袋膜、均压板、外框连接螺钉、外框、安装导向销及固化底板；按照规定的拆卸次序进行分体工装的拆卸。

Description

一种分体工装复材支架的成型方法

技术领域

本发明涉及一种分体工装复材支架的成型方法。适用于遥感、空间站等领域的相机支架构件上狭小空间半封闭腔体复材支架的成型。

背景技术

为了满足力学和载荷连接需求，相机支架构件上设计多个半封闭、小空间单元结构，这些封闭或半封闭的单元结构对成型技术提出了更高的要求。传统的支架单元成型有两种方式，一是采用真空袋膜加压，但在单元支架尤其是拐角部位经常出现加压不到位的现象，最终导致产品出现分层、局部含胶量过高、探伤不合格等缺陷；二是支架内部设计金属成型工装，通过金属受热膨胀对产品加压，但小单元支架操作空间小，特别是工字梁截面的支架，产品脱模难度大。

为解决单元支架拐角复杂、感压困难、操作空间小、产品脱模难度大等的难题，急需研制适用于小单元支架成型且尺寸精度控制性好、整体成型的支架成型工艺方法。

典型狭小空间半封闭腔体复材支架由多个单元支架组成(见图1)，考虑轻量化和承载的要求，每个单元支架的截面为工字梁形式，支架最小尖角为30°，可以同时实现承载、结构连接与防热功能。但该结构具有构型复杂、尺寸精度高、成型困难等技术难题。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种分体工装复材支架的成型方法，解决传统狭小空间半封闭腔体支架脱模困难，拐角感压不到位的难题。

本发明的技术方案是：一种分体工装复材支架的成型方法，步骤如下：

1)进行支架结构单元分解；支架结构按照内部镂空形状进行分解，分解为多个三角和矩形形状的单元，分解线位于截面竖梁中间，分解后的单元截面为C型；

2)进行分解后单元的再设计；所述再设计包括软模设计；根据分解后单元内腔尺寸设计软模尺寸，软模截面为C型；

3)进行分体工装外形尺寸的设计；

分体工装外轮廓，即软模内腔轮廓，分体工装截面为矩形；

4)进行分体工装分割位置的设计；

5)对分体工装拆卸次序进行确定，装配次序与之相反；

6)进行分体工装导向设计；采用长圆孔与销的导向配合使工装在加压时按照预先设定的方向移动；

7)进行带导向可移动分体工装机加制造；

8)按照规定的装配次序进行分体工装的装配，并装入到软模中；

9)进行单元结构铺层、合模；

10)进行小空间工字梁截面复材支架成型；按照一定的固化制度成型复材支架；

11)逐一去除真空袋膜、均压板、外框连接螺钉、外框、安装导向销及固化底板；按照规定的拆卸次序进行分体工装的拆卸。

所述支架为纤维增强树脂基复合材料；纤维种类包括碳纤维、玻璃纤维、有机纤维、陶瓷纤维和金属纤维中的一种或多种；碳纤维为T300以上高强碳纤维或M40以上高模量碳纤维；玻璃纤维为E玻璃纤维、S玻璃纤维、玄武岩纤维；有机纤维为芳纶纤维、超高分子量聚乙烯纤维、聚酰亚胺纤维、PBO纤维、PBI纤维；陶瓷纤维硅酸铝纤维及改性纤维；金属纤维为铜纤维、铝纤维。

所述树脂基体为热固性树脂，包括环氧树脂、氰酸酯树脂。

所述步骤9)中合模为将多个单元结构拼接为整体结构。

所述步骤10)中成型方法为先手工铺叠或自动铺丝或自动铺带铺叠，再通过真空袋-热压罐固化成型。

所述步骤2)中软模为耐高温硅橡胶材料。

所述步骤3)中分体工装材料为铝合金材料。

所述步骤4)的具体过程为：按照单元形状特征首先确定分体工装必须优先拆卸的块，也是装配时最后安装的块，划定两侧分割线，分割角度利于脱出；然后再逐一确定后续需要拆卸的块，划定分割线，分割角度防止脱出。

所述步骤9)的具体过程为：在软模外表面进行单元复合材料的铺层，然后将多个单元组合到一起，放到固化底板上，安装导向销和外框以及外框连接螺钉；最后安装均压板，封装真空袋膜。

本发明与现有技术相比的优点在于：

1、工装各分体部分创新采用“华容道”式移动分体结构解决狭小空间半封闭腔体支架产品制造过程中的感压不到位和脱模的难题。工装各分割位置及尺寸均能保证各分解工装在狭小空间内顺利装入及取出，按照预先设定的次序对工装进行操作即快速完成工装装配及拆卸。

2、利用工装导向对工装各分体部分的移动方向进行控制和引导，使得工装各分体部分有序有方向活动，解决真空压力多个工装同时受力易卡死的难题，达到工装各部分精密配合，按序移动，方向准确的效果。

3、采用带导向可移动分体工装成型半封闭小空间支架的方法，解决了狭小半封闭复杂腔体拐角加压困难的问题，腔体内各锐角处的工装与产品密切贴合，在压力作用下沿导向移动，压力传递均匀受控，产品各位置尺寸精度和内、外观质量得到保证。

4、本发明的带导向可移动分体工装成型狭小空间半封闭腔体复材支架的方法可实现的产品结构构型多，可实现截面工字梁支架结构、回转体法兰边结构等。工装各分体部分采用“华容道”式移动分体结构解决狭小空间半封闭腔体支架产品的脱模和感压不到位的难题。工装各分割位置及尺寸均能保证各分解工装在狭小空间内顺利装入及取出，按照预先设定的次序对工装进行操作即快速完成工装装配及拆卸。且本发明的制备方法产品精度高，尺寸精度优于0.2mm。可实现尺寸范围宽，锥角最小值可达到5°以下。

5、本发明的带导向可移动分体工装成型狭小空间半封闭腔体复材支架的方法功能性强，工艺性好，适应性强，易于转化为生产线批量化生产，降低成本。

附图说明

图1为狭小空间半封闭腔体复材支架示意图。

图2为狭小空间半封闭腔体复材支架成型工艺流程图。

图3为典型三角形单元分体式工装示意图。

图4为典型矩形单元分体式工装示意图。

图5为复材支架合模装配示意图。

具体实施方式

如图1所示，本发明的载体为狭小空间半封闭腔体复材支架，其成型工艺流程如图2所示。

步骤1：根据支架结构尺寸进行单元坯件结构尺寸再设计(单元划分)，可以划分出2个三角形单元和1个矩形单元，分解线位于工字梁截面竖梁中间，分解后的单元截面为C型；

步骤2：根据三角形单元和矩形单元分别设计软模，软模截面为C型，外形与单元内腔形状一致，厚度一般为5mm。软模的作用是均匀传压，同时作为复合材料铺层的基准；

步骤3：在软模内腔尺寸的基础上分别设计三角形和矩形的分体工装(如图3和图4所示)，分体工装外轮廓即是软模内腔轮廓，分体工装截面为矩形；

步骤4：根据软模内腔形状设计分体工装分割位置。由于软模对分体工装形成了半包围的结构，分体工装必须按照单元形状特征首先确定优先拆卸的块(也是装配时最后安装的块)，以三角形分体工装为例(图3所示)，1#和2#为优先拆卸块，块的形状为内宽外窄，利于脱出；3#、4#和5#为后拆卸块，块的形状为内窄外宽，防止脱出。

步骤5：分体工装装配与拆卸次序的设计，二者次序相反。以三角形分体工装为例(图3所示)，拆卸次序为1#—2#—3#—4#—5#，装配顺序为5#—4#—3#—2#—1#；

步骤6：依据加压方向，设计分体工装导向(长圆孔与销的导向配合)。对工装各分体部分的移动方向(垂直于各截面)进行控制和引导，使得工装各分体部分有序有方向活动，解决真空压力多个工装同时受力易卡死的难题，达到工装各部分精密配合，按序移动，方向准确的效果；步骤7：将步骤3～6设计的带导向可移动分体工装加工生产；

步骤8：将步骤7生产完成的工装按设计次序装配在软模内腔，形成一个单元装配体工装；

步骤9：在步骤8的基础上进行复合材料单元结构铺层，然后将2个三角形单元和1个矩形单元组合到一起，放到固化底板上，安装导向销和外框以及外框连接螺钉。最后安装均压板，封装真空袋膜，完成合模；

步骤10：将步骤9处理后的结构整体加热固化(如图5所示)，复合材料单元结构工字梁内腔与硅橡胶软模贴合，工字梁外表面与固化底板和均压板贴合，利用金属导向销对分体工装进行引导定位，使用金属硬模和外框连接螺钉对整体框架四周进行限位，四周放置导气隔离材料，产品表面封真空袋、导胶隔离材料，完成高温凝胶反应；

步骤11：将步骤10所用的真空袋、导胶隔离材料、均压板、外框连接螺钉、外框、安装导向销及固化底板逐一拆除，将带导向可移动分体工装按设计次序拆除，完成工字梁截面支架结构的整体成型。

在研制图1所示的狭小空间半封闭腔体复材支架时，首先确定研制的工艺流程，然后对单元结构划分进行了工艺再设计，将产品划分为形状不同的区域，每个区域内腔设计硅橡胶软模厚度。然后依据软模内腔尺寸设计工装外形尺寸，再根据内腔形状，合理设置工装分割位置并考虑装配与拆卸的次序，保证各分割部分可依次装入或取出，同时依据加压方向，采用长圆孔与销的导向配合来设计分体工装导向，使工装在加压时按照预先设定的方向移动。分体工装加工完成后按设计的次序依次装配到软模中，之后在上面完成纤维预浸料的铺放形成单元结构。制备的单元结构放置在固化底板上装配合模，工装上的导向孔安装导向销，采用真空辅助加压方式将结构整体加热固化。固化完成后按照工装拆卸顺序脱模。最终完成狭小空间半封闭腔体复材支架的整体成型。所成型的产品经探伤检测满足GJB2895-97 A级标准，尺寸型面精度优于0.2mm。

以上所述，仅为本发明最佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种分体工装复材支架的成型方法，其特征在于步骤如下：

1）进行支架结构单元分解；支架结构按照内部镂空形状进行分解，分解为多个三角和矩形形状的单元，分解线位于截面竖梁中间，分解后的单元截面为C型；

2）进行分解后单元的再设计；所述再设计包括软模设计；根据分解后单元内腔尺寸设计软模尺寸；

3）进行分体工装外形尺寸的设计；

分体工装外轮廓，即软模内腔轮廓，分体工装截面为矩形；

4）进行分体工装分割位置的设计，具体过程为：按照单元形状特征首先确定分体工装必须优先拆卸的块，也是装配时最后安装的块，划定两侧分割线，分割角度利于脱出；然后再逐一确定后续需要拆卸的块，划定分割线，分割角度防止脱出；

5）对分体工装拆卸次序进行确定，装配次序与之相反；

6）进行分体工装导向设计；采用长圆孔与销的导向配合使工装在加压时按照预先设定的方向移动；

7）进行带导向可移动分体工装机加制造；

8）按照规定的装配次序进行分体工装的装配，并装入到软模中；

9）进行单元结构铺层、合模；

所述步骤9）的具体过程为：在软模外表面进行单元复合材料的铺层，然后将多个单元组合到一起，放到固化底板上，安装导向销和外框以及外框连接螺钉；最后安装均压板，封装真空袋膜；

10）进行小空间工字梁截面复材支架成型；按照一定的固化制度成型复材支架；

11）逐一去除真空袋膜、均压板、外框连接螺钉、外框、安装导向销及固化底板；按照规定的拆卸次序进行分体工装的拆卸。

2.根据权利要求1所述的一种分体工装复材支架的成型方法，其特征在于：

所述支架为纤维增强树脂基复合材料；纤维种类包括碳纤维、玻璃纤维、有机纤维、陶瓷纤维和金属纤维中的一种或多种；碳纤维为T300以上高强碳纤维或M40以上高模量碳纤维；玻璃纤维为E玻璃纤维、S玻璃纤维、玄武岩纤维；有机纤维为芳纶纤维、超高分子量聚乙烯纤维、聚酰亚胺纤维、PBO纤维、PBI纤维；陶瓷纤维为硅酸铝纤维及改性纤维；金属纤维为铜纤维、铝纤维。

3.根据权利要求2所述的一种分体工装复材支架的成型方法，其特征在于：所述树脂基体为热固性树脂，包括环氧树脂、氰酸酯树脂。

4.根据权利要求1所述的一种分体工装复材支架的成型方法，其特征在于：所述步骤9）中合模为将多个单元结构拼接为整体结构。

5.根据权利要求1所述的一种分体工装复材支架的成型方法，其特征在于：所述步骤10）中成型方法为先手工铺叠或自动铺丝或自动铺带铺叠，再通过真空袋-热压罐固化成型。

6.根据权利要求1所述的一种分体工装复材支架的成型方法，其特征在于：所述步骤2）中软模为耐高温硅橡胶材料。

7.根据权利要求1所述的一种分体工装复材支架的成型方法，其特征在于：所述步骤3）中分体工装材料为铝合金材料。

8.根据权利要求1所述的一种分体工装复材支架的成型方法，其特征在于：所述软模截面为C型。

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