[发明专利]一种开放式软性工装成型J形梁结构复合材料制件的方法

说明书

技术领域

本发明涉及航空器、航天器、汽车行业中的高性能碳纤维复合材料结构件制造领域，特别涉及一种开放式软性工装成型J形梁结构复合材料制件的方法。

背景技术

树脂基碳纤维复合材料具有比强度、比刚度高，可设计性强，抗疲劳断裂性能好，耐腐蚀，尺寸稳定性好等优越的性能，是目前航空、航天、交通等领域中应用十分广泛的高性能结构材料。在多种碳纤维复合材料成型工艺中，热压罐工艺具有成型温度和压力均匀，对于不同材料、外形、尺寸及结构的零件具有很好的适应性，因而成为了研究和制造航空航天高品质复合材料构件的主要工艺方法之一。

J形梁是复合材料制件中较为常见的加强结构件，分为等截面J形梁和变截面J形梁等结构形式。

对于J形梁复合材料结构件，目前业内基于热压罐工艺的成型方法基本为芯模成型，芯模材质一般为模具钢或者铝合金。芯模的作用是将热压罐的压力和温度传递至复合材料制件，使制件在高温高压下成型，同时芯模的刚性可以保证J形梁的外形尺寸符合设计要求。

但使用芯模的缺点主要有以下三个方面：（1）由于芯模自身具有一定刚度，通过芯模传导外界压力就难以做到均匀和精确，容易造成复合材料制件厚度超差；（2）由于芯模具有一定厚度且厚度不均一，根据热传导效应，制件不同区域的升温速率会有所不同，从而影响制件的内部成型质量；（3）由于芯模为金属材质，自重较大，操作十分不便。同时金属芯模的制造和维护费用较高，返修或重新加工的制造周期较长。

因此亟需一种新型成型J形梁结构复合材料制件的方法。

发明内容

本发明的目的是通过使用开放式软性工装，完成J形梁复合材料结构件的制造过程。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种开放式软性工装成型J形梁结构复合材料制件的方法，包括以下步骤：

（1）将通过机械制造加工与复合材料制件外形尺寸完全一致的金属假件安装在软性工装成型模具中，所述软性工装成型模具具有顶板、底板和侧面挡板，各部件之间存在装配关系，同时模具的各个挡板都会对金属假件起到限位作用；

（2）在金属假件的表面铺贴软性工装，之后在最外层用真空袋真空密封，进入热压罐成型软性工装，固化压力为500~800kPa，优选500~600 kPa，固化温度160~200℃，优选170℃±5℃，固化时间50~80min，优选60~70min；

（3）软性工装成型后，去除真空袋，取出金属假件，填充入复合材料，再在外层用真空袋真空密封，进入热压罐成型，即获得J形梁结构复合材料制件。

所述软性工装包括两层橡胶层及包覆在橡胶层内的碳纤维预浸料增强层。所述橡胶层采用硅橡胶。所述包覆在橡胶层内的碳纤维预浸料增强层的层数为1~5层。

所述金属假件采用P20钢制成。

所述软性工装成型模具采用Q235钢制成。

本发明通过金属模具来成型纤维增强的橡胶制开放式软性工装，软性工装成型后将作为成型模具的一部分，完成复合材料制件的成型过程。

本发明与现有技术相比，具有以下几个优势：

（1）与传统芯模成型方法相比，软性工装可以均匀、精确地传递热压罐施加的压力，避免复合材料制件出现厚度超差的现象；

（2）软性工装壁厚较薄，可以避免热滞后效应，以上两点可以有效保证制件的成型质量，提高生产的合格率和效率；

（3）软性工装由于碳纤维增强层的存在，具备一定刚性和赋形能力，保证了制件成型后型面和尺寸精度；

（4）软性工装以橡胶为主体，表面具有弹性，同时起到一个均压垫的作用，制件成型后表面质量较好；

（5）软性工装可以重复使用，再次制造也较为方便，有效降低了生产成本以及制造周期，提高了生产效率。

附图说明

图1是本发明金属假件安装在软性工装成型模具中的结构示意图。

图2是铺贴软性工装的示意图。

图3是在最外层用真空袋真空密封的示意图。

图4是J形梁结构复合材料制件成型示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的说明。

首先通过机械制造的方法，加工一个与复合材料制件外形尺寸完全一致的金属假件，以及带有顶板、底板和侧面挡板的软性工装成型模具，模具各部件之间存在装配关系，同时模具的各个挡板都会对金属假件起到一定的限位作用，如图1所示。金属假件可采用P20钢制成，软性工装成型模具可采用Q235钢制成。