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CN114179396B - 一种适用于不规则u型复合材料泡沫夹芯结构件的成型方法及模具 - Google Patents

一种适用于不规则u型复合材料泡沫夹芯结构件的成型方法及模具 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种适用于不规则U型复合材料泡沫夹芯结构件的成型方法及模具，包括如下步骤：S1模具制造，S2制作泡沫芯，S3在外蒙皮铺贴模具进行外蒙皮的铺贴，将外蒙皮送入热压罐固化成型，得到固化的外蒙皮组装体；S4在内蒙皮铺贴模具上进行内蒙皮的铺贴并铺覆泡沫芯，得到未固化的内蒙皮组装体；S5利用组装成型模具将固化的外蒙皮组装体及未固化的内蒙皮组装体进行组装，得到组装成型体；S6将组装成型体送入热压罐进行固化成型，得到泡沫夹芯结构件。本发明采用共胶接工艺及通过配套使用的成型模具能够有效降低该类零件在制造过程中操作难度，既能保证零件胶接内部质量、泡沫芯位置的精确性及表面质量，又能提升零件合格率及生产效率。

Description

一种适用于不规则U型复合材料泡沫夹芯结构件的成型方法 及模具
技术领域
本发明涉及属于复合材料泡沫夹芯结构件胶接领域，具体是涉及一种适用于不规则U型复合材料泡沫夹芯结构件的成型方法及模具。
背景技术
复合材料泡沫夹层结构件具有重量轻、承载能力高等特点，因此广泛应用于航空航天领域，尤其航空大型复合材料构件也常具有泡沫夹层结构。某复合材料零件为不规则U型泡沫夹芯结构件如图1所示，复合材料泡沫夹芯结构件由内外复合材料蒙皮及泡沫芯组成，零件为在长度方向上的高度逐渐变小，开口尺寸也随之变小且两边不等长的U型结构件。此外，该零件外表面为气动型面，表面要求光滑平顺。
针对该类结构件，传统方法采用共固化工艺，即碳纤维复合材料面板的固化、夹层结构的芯材与面板的胶接一次性完成，该方法对于零件在成型过程中因其高度较大（即零件内腔较深），使得压力无法很好的传递而导致零件外蒙皮100易出现疏松及胶接不良的问题；另外，该零件曲率较大，内腔狭小，如采用结构单一的阴模具成型方法存在工艺操作难度大，零件成型后不易起模具的问题。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种适用于不规则U型复合材料泡沫夹芯结构件的成型方法及模具。
本发明技术方案：
一种适用于不规则U型复合材料泡沫夹芯结构件的成型方法，包括如下步骤：
S1、模具制造：制造外蒙皮铺贴模具、内蒙皮铺贴模具和组装成型模具；
S2、制作泡沫芯：采用数控加工根据零件数模将PMI泡沫毛坯加工出泡沫芯；
S3、在外蒙皮铺贴模具进行外蒙皮的铺贴，将铺贴好的外蒙皮取下安装在组装成型模具内，将组装成型模具及外蒙皮一起送入热压罐固化成型，得到固化的外蒙皮组装体；
S4、在内蒙皮铺贴模具上进行内蒙皮的铺贴并铺覆泡沫芯，得到未固化的内蒙皮组装体；
S5、利用组装成型模具将固化的外蒙皮组装体及未固化的内蒙皮组装体进行组装，得到组装成型体；
S6、将组装成型体送入热压罐进行固化成型，得到泡沫夹芯结构件。
优选，S3具体包括如下操作：
1）用碳纤维预浸料在外蒙皮铺贴模具的外蒙皮模具体上铺贴外蒙皮坯体，每铺贴1～4层预浸料进行抽真空预压实；
2）利用第一钻模板在外蒙皮胚体上开出定位孔，然后将其取下放入组装成型模具内；
3）根据外蒙皮胚体与组装成型模具上定位孔的重合性来准确定位外蒙皮；
4）在外蒙皮表面铺覆辅助材料进行组装气密，真空度不低于－0.095MPa。
优选，外蒙皮抽真空预压实参数：真空度不低于-0.07MPa，保持真空压力保持10～20 min以上，固化参数：升温至175℃-185℃时，压力为0.60MPa～0.65MPa，保温保压120min～135min。
优选，S4具体包括如下操作：
1）用碳纤维预浸料在内蒙皮模具体上铺贴内蒙皮胚体，每铺贴1～4层预浸料进行抽真空预压实；
2）利用第二钻模板在内蒙皮胚体上开出定位孔；
3）在内蒙皮胚体表面铺贴高温胶膜，根据内蒙皮胚体表面显现的下陷位置铺覆泡沫芯，以保证泡沫芯在零件制造过程中位置的准确性，同时在泡沫芯另一面铺贴高温胶膜，胶膜铺贴过程中可通过电熨斗适当加热胶膜，利用其粘性对泡沫芯初步定位；
4）通过抽真空预压实完成泡沫芯的铺覆。
优选，内蒙皮抽真空预压实参数：真空度不低于-0.07MPa，保持真空压力保持10～20 min以上。
优选，S5中在内蒙皮表面铺覆辅助材料进行组装气密，真空度不低于－0.095MPa。
优选，S6中固化参数：升温至175℃-185℃时，压力为0.60MPa～0.65MPa，保温保压120min～135min。
一种用于不规则U型复合材料泡沫夹芯结构件成型模具，包括外蒙皮铺贴模具、内蒙皮铺贴模具和组装成型模具，
所述外蒙皮铺贴模具包括外蒙皮模具体、第一钻模板和第一底板，所述外蒙皮模具体的外型面尺寸根据外蒙皮内型面的尺寸而定，外蒙皮模具体与第一底板焊接连接，外蒙皮模具体上设有第一钻模板；
所述内蒙皮铺贴模具包括内蒙皮模具体、第二钻模板和第二底板，所述内蒙皮模具体的外型面尺寸根据内蒙皮外型面的尺寸而定，内蒙皮模具体与第二底板焊接连接，内蒙皮模具体上设有第二钻模板；
所述组装成型模具包括成型模具本体和第三钻模板，所述成型模具本体包括左半模模具体和右半模模具体，左半模模具体上设有第三钻模板，左半模模具体上通过角钢可拆卸的安装有右半模模具体。
优选，左半模模具体的宽度大于右半模模具体的宽度，左半模模具体的长度大于右半模模具体的长度，左半模模具体的两端与右半模模具体对合面的两端之间设有让开口。
优选，左半模模具体和右半模模具体在工作型面区域的垂直方向上的对合面宽度至少为50mm，对合面的间隙为0.3mm，左半模模具体在两端以及长度方向上分别设有角钢；角钢的内侧面与右半模模具体设置0.5mm间隙，角钢与左半模模具体采用插销连接；第一钻模板、第二钻模板以及第三钻模板所制定位孔重合。
本发明采用共胶接工艺成型，将外蒙皮预先固化成型，再将其与未固化的内蒙皮和泡沫芯组装后再固化成型，根据零件的结构特性及其制造过程的可操作性，需定制三套模具配合使用成型该结构件，其中两套为阳模具，主要作用是铺贴该零件的内、外蒙皮；一套为阴模具，主要用于外蒙皮成型及内、外蒙皮与内部泡沫芯的组装胶接成型，三套模具均采用同一基准设置可制孔的定位装置，保证内、外蒙皮组装过程中的准确性，采用共胶接工艺及通过配套使用的成型模具能够有效降低该类零件在制造过程中操作难度，既能保证零件胶接内部质量、泡沫芯位置的精确性及表面质量，又能提升零件合格率及生产效率。
附图说明
图1 为不规则U型泡沫夹芯结构件的结构示意图；
图2 是本发明较佳实施例中外蒙皮铺贴模具的结构示意图；
图3是本发明较佳实施例中内蒙皮铺贴模具的结构示意图；
图4是本发明较佳实施例中组装成型模具的结构示意图；
图5是本发明较佳实施例中组装成型模具的截面图；
图中：外蒙皮铺贴模具1，内蒙皮铺贴模具2，组装成型模具3，外蒙皮模具体11，第一钻模板12，第一底板13，内蒙皮模具体21，第二钻模板22，第二底板23，左半模模具体31，右半模模具体32，角钢33，第三钻模板34，插销35，让开口36，外蒙皮100，内蒙皮200，泡沫芯300。
具体实施方式
本发明通过下面的实施案例可以对本发明做进一步的描述，然而，本发明的范围并不限于下述实施例。
实施例1：如图2——图4所示的一种用于不规则U型复合材料泡沫夹芯结构件成型模具，包括外蒙皮铺贴模具1、内蒙皮铺贴模具2和组装成型模具3，
外蒙皮铺贴模具1，选取合适规格的钢材，根据泡沫夹层结构件外蒙皮100内型面缩小0.2mm铣出外蒙皮模具体11的型面，外蒙皮模具体11与第一底板13焊接连接，并在零件边缘线外的外蒙皮模具体11对角处设置第一钻模板12，钻模板用于制出定位孔；
内蒙皮铺贴模具2，选取合适规格的钢材，根据泡沫夹层结构件内蒙皮200外型面缩小0.2mm铣出内蒙皮模具体21的型面，内蒙皮模具体21与第二底板23焊接连接，并在零件边缘线外的内蒙皮模具体21对角处设置第二钻模板22，用于制出定位孔，并与第一钻模板12所制定位孔保持同一基准；
选取合适规格的钢材，根据泡沫夹层结构件外蒙皮100外型面铣出成型模具本体的型面，成型模具本体分为左半模模具体31和右半模模具体32两部分，其中：左半模模具体31和右半模模具体32在工作型面区域的垂直方向上的对合面宽度至少50mm，两模具体对合面的两端之间设有让开口36，可有效避免模具长期使用后因积胶导致左半模模具体31和右半模模具体32无法精确对合问题。其余垂直方向的对合面间隙为0.3mm，其中左半模模具体31需在右半模模具体32上设置限位L型角钢33，可有效解决因模具加工不精确导致的配合问题，在长度方向至少设置三处，两端位置分别设置至少一处，角钢33一边与右半模模具体32设置0.5mm间隙，角钢33与左半模模具体31采用插销35连接；在零件边缘线外的模具对角处设置第三钻模板34，用于制出定位孔，并与第一钻模板12和第二钻模板22所制定位孔保持同一基准，定位孔用于内、外蒙皮在泡沫夹芯结构件组装成型模具3内组装定位。
一种适用于不规则U型复合材料泡沫夹芯结构件的成型方法，具体操作步骤如下：
S1、模具制造：制造外蒙皮铺贴模具1、内蒙皮铺贴模具2和组装成型模具3；
S2、采用数控加工的方法，根据零件数模将PMI泡沫毛坯加工出泡沫芯300备用，泡沫芯300最多可分割成两块；
S3、用碳纤维预浸料在外蒙皮模具体11上铺贴外蒙皮坯体，每铺贴1～4层预浸料进行抽真空预压实，并利用第一钻模板12在胚体上开出定位孔，然后将其取下放入组装成型模具3内，根据外蒙皮坯体与组装成型模具3上定位孔的重合性来准确定位外蒙皮100，在外蒙皮100表面铺覆辅助材料进行组装气密，真空度不低于－0.095MPa，最后将模具送入热压罐固化成型，得到固化的外蒙皮组装体，其中，抽真空预压实参数：真空度不低于-0.07MPa，保持真空压力保持10～20 min以上，固化参数：升温至175℃-185℃时，压力为0.60MPa～0.65MPa，保温保压120min～135min；
S4、用碳纤维预浸料在内蒙皮模具体21上铺贴内蒙皮胚体，每铺贴1～4层预浸料进行抽真空预压实，并开出定位孔，然后在胚体表面铺贴高温胶膜，根据内蒙皮胚体表面显现的下陷位置铺覆泡沫芯300，以保证泡沫芯300在零件制造过程中位置的准确性，同时在泡沫芯300另一面铺贴高温胶膜，胶膜铺贴过程中可通过电熨斗适当加热胶膜，利用其粘性对泡沫芯300初步定位，最后通过抽真空预压实完成内蒙皮200与泡沫芯300的组装，得到未固化的内蒙皮组装体，其中，抽真空预压实参数：真空度不低于-0.07MPa，保持真空压力保持10～20 min以上；
S5、将未固化的内蒙皮组装体放入组装成型模具3内，根据胚体与组装成型模具3上定位孔的重合性来准确定位内蒙皮200与泡沫芯，并与已固化的外蒙皮100组装，得到组装成型体，并在内蒙皮200表面铺覆辅助材料进行组装气密，真空度不低于－0.095MPa;
S6、最后将模具送入热压罐胶接固化成型，其中，固化参数：升温至175℃-185℃时，压力为0.60MPa～0.65MPa，保温保压120min～135min，得到泡沫夹芯结构件。为提高零件内、外蒙皮胶接区的内部胶接质量及内蒙皮200表面质量，可在组装完成后的内蒙皮胚体周边胶接区表面的辅助材料外放置材质为橡胶、玻璃钢的均压板。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点，对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (10)

1.一种适用于不规则U型复合材料泡沫夹芯结构件的成型方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、模具制造：制造外蒙皮铺贴模具、内蒙皮铺贴模具和组装成型模具，所述外蒙皮铺贴模具和内蒙皮铺贴模具为阳模具，所述组装成型模具为阴模具；
S2、制作泡沫芯：采用数控加工根据零件数模将PMI泡沫毛坯加工出泡沫芯；
S3、在外蒙皮铺贴模具进行外蒙皮的铺贴，将铺贴好的外蒙皮取下安装在组装成型模具内，将组装成型模具及外蒙皮一起送入热压罐固化成型，得到固化的外蒙皮组装体；
S4、在内蒙皮铺贴模具上进行内蒙皮的铺贴并铺覆泡沫芯，得到未固化的内蒙皮组装体；
S5、利用组装成型模具将固化的外蒙皮组装体及未固化的内蒙皮组装体进行组装，得到组装成型体；
S6、将组装成型体送入热压罐进行固化成型，得到泡沫夹芯结构件。
2.根据权利要求1所述的一种适用于不规则U型复合材料泡沫夹芯结构件的成型方法，其特征在于，S3具体包括如下操作：
1）用碳纤维预浸料在外蒙皮铺贴模具的外蒙皮模具体上铺贴外蒙皮坯体，每铺贴1～4层预浸料进行抽真空预压实；
2）利用第一钻模板在外蒙皮胚体上开出定位孔，然后将其取下放入组装成型模具内；
3）根据外蒙皮胚体与组装成型模具上定位孔的重合性来准确定位外蒙皮；
4）在外蒙皮表面铺覆辅助材料进行组装气密，真空度不低于－0.095MPa。
3. 根据权利要求2所述的一种适用于不规则U型复合材料泡沫夹芯结构件的成型方法，其特征在于，外蒙皮抽真空预压实参数：真空度不低于-0.07MPa，保持真空压力保持10～20 min以上，固化参数：升温至175℃-185℃时，压力为0.60MPa～0.65MPa，保温保压120min～135min。
4.根据权利要求1所述的一种适用于不规则U型复合材料泡沫夹芯结构件的成型方法，其特征在于，S4具体包括如下操作：
1）用碳纤维预浸料在内蒙皮模具体上铺贴内蒙皮胚体，每铺贴1～4层预浸料进行抽真空预压实；
2）利用第二钻模板在内蒙皮胚体上开出定位孔；
3）在内蒙皮胚体表面铺贴高温胶膜，根据内蒙皮胚体表面显现的下陷位置铺覆泡沫芯，以保证泡沫芯在零件制造过程中位置的准确性，同时在泡沫芯另一面铺贴高温胶膜，胶膜铺贴过程中通过电熨斗适当加热胶膜，利用其粘性对泡沫芯初步定位；
4）通过抽真空预压实完成泡沫芯的铺覆。
5. 根据权利要求4所述的一种适用于不规则U型复合材料泡沫夹芯结构件的成型方法，其特征在于，内蒙皮抽真空预压实参数：真空度不低于-0.07MPa，保持真空压力保持10～20 min以上。
6.根据权利要求1所述的一种适用于不规则U型复合材料泡沫夹芯结构件的成型方法，其特征在于，S5中在内蒙皮表面铺覆辅助材料进行组装气密，真空度不低于－0.095MPa。
7.根据权利要求1所述的一种适用于不规则U型复合材料泡沫夹芯结构件的成型方法，其特征在于，S6中固化参数：升温至175℃-185℃时，压力为0.60MPa～0.65MPa，保温保压120min～135min。
8.一种用于不规则U型复合材料泡沫夹芯结构件成型模具，用于如权利要求1-7任一项所述的不规则U型复合材料泡沫夹芯结构件的成型方法中，其特征在于，包括外蒙皮铺贴模具、内蒙皮铺贴模具和组装成型模具，
所述外蒙皮铺贴模具包括外蒙皮模具体、第一钻模板和第一底板，所述外蒙皮模具体的外型面尺寸根据外蒙皮内型面的尺寸而定，外蒙皮模具体与第一底板焊接连接，外蒙皮模具体上设有第一钻模板；
所述内蒙皮铺贴模具包括内蒙皮模具体、第二钻模板和第二底板，所述内蒙皮模具体的外型面尺寸根据内蒙皮外型面的尺寸而定，内蒙皮模具体与第二底板焊接连接，内蒙皮模具体上设有第二钻模板；
所述组装成型模具包括成型模具本体和第三钻模板，所述成型模具本体包括左半模模具体和右半模模具体，左半模模具体上设有第三钻模板，左半模模具体上通过角钢可拆卸的安装有右半模模具体。
9.根据权利要求8所述的一种用于不规则U型复合材料泡沫夹芯结构件成型模具，其特征在于，左半模模具体的宽度大于右半模模具体的宽度，左半模模具体的长度大于右半模模具体的长度，左半模模具体的两端与右半模模具体对合面的两端之间设有让开口。
10.根据权利要求8或9所述的一种用于不规则U型复合材料泡沫夹芯结构件成型模具，其特征在于，左半模模具体和右半模模具体在工作型面区域的垂直方向上的对合面宽度至少为50mm，对合面的间隙为0.3mm，左半模模具体在两端以及长度方向上分别设有角钢；角钢的内侧面与右半模模具体设置0.5mm间隙，角钢与左半模模具体采用插销连接；第一钻模板、第二钻模板以及第三钻模板所制定位孔重合。
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