[发明专利]一种高强度软性工装实现加强筋腹板复材制件共固化的方法

说明书

技术领域

本发明涉及先进复合材料制造技术领域，尤其涉及航空器、航天器、汽车行业中的高性能碳纤维复合材料结构件制造。

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。

随着对复合材料零件强度、刚度要求的日益提高，零件的结构也越来越复杂，其中带有单向T形加强筋或者纵横向交叉T形加强筋的腹板是典型结构件之一。在制造这类零件时，T形加强筋自身的成型质量，T形加强筋之间的间距，以及加强筋与腹板的相对位置度要求通常比较严格。

目前的工艺中大多使用芯模方法成型这类零件，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Ｔ形筋的外形尺寸符合设计要求。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，容易造成制件T形筋部分厚度超差；（2）由于芯模具有一定厚度，根据热传导效应，制件T形筋部分的升温速率会比其他部分滞后，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。

发明内容

本发明的目的是提供一种通过使用橡胶制软性工装，完成纵横T形筋加强腹板制件的制造方法。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种高强度软性工装实现加强筋腹板复材制件共固化的方法，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固定在模具底板上，在所述模具底板四周固定有挡板；

（2）在金属假件与四周挡板形成的腔体表面铺贴软性工装，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，固化温度160~200℃，固化时间50~80min；

（3）软性工装成型后，去除真空袋，在软性工装的外表面铺贴碳纤维预浸料增强层并固化形成保护外壳，固化压力为500~700kPa，固化温度170~200℃，固化时间120~150min，并向保护外壳形成的空腔内灌注发泡泡沫，使泡沫填满空腔并在25℃常压条件下固化12小时，与保护外壳共同组成支撑结构；

（4）取出金属假件，在软性工装T形筋的空隙处填充入T形筋预浸料，将腹板部分预浸料铺贴在软性工装上并预压实，然后将软性工装连同铺贴好的预浸料翻转放置在模具底板上，去除支撑结构，再在外层用真空袋真空密封，进入热压罐成型，即获得T形筋加强腹板结构复合材料制件。

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。

利用金属假件成型橡胶制软性工装，且软性工装本身带有碳纤维增强层，利用这种软性工装成型的产品，其外形尺寸可以得到保证；使用软性工装成型复合材料制件，可以更好的将外界的压力和温度传递至复合材料制件，避免了制件局部压力不均匀、升温速度出现滞后等现象；使用复合材料保护壳体以及发泡泡沫构成软性工装的支撑结构，使软性工装的结构刚度满足铺贴和预压实操作的要求，而在软性工装上铺贴制件的腹板部分预浸料，可以更好的保证制件成型后，腹板与T形筋之间的相对位置精度；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和制造周期。

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T形筋部位的热滞后效应，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和支撑结构的存在，整体刚性较大，可以实现制件整体在软性工装上进行铺贴、预压实等操作，保证了制件成型后T形筋与腹板的相对位置精度；

（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。

附图说明