一种纵横一体中空帽型筋共固化成型方法与流程

本发明涉及复合材料成型，具体涉及一种纵横一体中空帽型筋共固化成型方法。

背景技术：

1、目前，在航空等高端装备制造领域，中空加筋复合材料壁板通常采用“干筋湿蒙皮”共胶接、“干蒙皮湿筋”共胶接或二次胶接工艺成型。然而，上述工艺中纵筋与横筋往往各自独立成型后再进行组装连接，导致加筋结构整体性差，刚度和强度受限；同时，多次固化过程易引入内应力变形，且需额外设计定位工装以保证装配精度，造成生产成本高、周期长。此外，对于具有纵横交错等复杂拓扑结构的中空帽型筋，现有技术多采用橡胶气囊作为内部加压支撑介质，但气囊难以适应复杂的交错节点形状，使用寿命短，综合成本居高不下，且在共固化过程中根部交接区域易产生孔隙缺陷，影响构件力学性能。因此，急需一种能够实现复杂交错中空加筋结构一体化共固化成型、兼顾高质量与低成本的成型方法。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的复杂交错中空加筋复合材料构件难以实现高质量一体化共固化成型的问题，本申请通过一种纵横一体中空帽型筋共固化成型方法，实现构件的高刚强度、低内应力变形及高效低成本制造。

2、为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、一种纵横一体中空帽型筋共固化成型方法，其特征在于，包括：

4、s1、提供芯模组件，所述芯模组件包括水溶性的硬质芯模，以及连续包覆于所述硬质芯模表面的隔离层；

5、s2、在成型模具上铺贴蒙皮预浸料，并将所述芯模组件定位安装于所述蒙皮预浸料上；

6、s3、将预成型的纤维填充体加热软化后，分段填充至所述芯模组件与所述蒙皮预浸料交接的根部区域，并进行预压实；

7、s4、在所述芯模组件和所述蒙皮预浸料上铺贴加筋预浸料，制袋并进行共固化成型，得到复合材料构件半成品；

8、s5、溶解所述硬质芯模，并通过抽出所述隔离层带出残余材料，完成脱模。

9、进一步的，所述硬质芯模由水溶性基体与增强骨料混合固化成型；所述隔离层通过连续缠绕包覆于所述硬质芯模表面，以形成完整的抽离套。

10、进一步的，所述水溶性基体包括碳酸钾溶液，所述增强骨料包括砂粒和玻璃纤维短切纤维；所述隔离层包括bopp膜或热缩膜，连续缠绕的搭接宽度为3mm至5mm。

11、进一步的，所述步骤s3还包括：

12、s30、将加热软化后的所述纤维填充体截断为预设长度的填充段，依次填充至所述根部区域；

13、s31、在填充后覆盖隔离膜并抽真空进行压实。

14、进一步的，所述加热软化的温度范围为50℃至60℃，所述预设长度为10mm至15mm；

15、所述单向纤维预浸料的填充量按照以下公式计算：

16、

17、其中，为单向纤维预浸料填充宽度，单位为mm；为中空加筋的底部圆弧半径，单位为mm；为圆周率；为材料在固化过程中的孔隙率修正系数；为单向纤维预浸料单层厚度，单位为mm；为填充倍率。

18、进一步的，所述步骤s1中还包括提供所述硬质芯模的制作方法：

19、s10、将水溶性基体溶液与增强骨料混合得到湿砂混合物；

20、s11、将所述湿砂混合物填入具有交错网格型腔的芯模成型模具中并捣实排气；

21、s12、合模紧固后送入烘箱进行加热固化，冷却后脱模得到所述水溶性的硬质芯模。

22、进一步的，所述步骤s2中还包括：

23、s20、在所述成型模具上铺贴所述蒙皮预浸料并进行常温预压实；

24、s21、安装芯模定位块，将所述芯模组件放置于所述蒙皮预浸料上并通过所述芯模定位块固定；

25、s22、抽真空使所述芯模组件贴紧所述蒙皮预浸料表面，保持预设时间后检查间隙，对超出预设间隙阈值的区域补铺预浸料。

26、进一步的，所述步骤s4还包括：

27、s41、将所述加筋预浸料逐层铺贴，相邻层的搭接缝错开预设距离；

28、s42、将制袋后的所述复合材料构件半成品送入热压罐，全程抽真空，按照阶梯升温曲线进行加热加压固化，随后降温泄压。

29、进一步的，所述步骤s5还包括：

30、s51、从加筋开口位置破开所述具有水不溶性和柔性的隔离层；

31、s52、从破口处注水以溶解所述水溶性的硬质芯模，使芯模材料随水流出；

32、s53、将所述具有水不溶性和柔性的隔离层从加筋型腔中整体抽出。

33、进一步的，所述隔离层的外表面涂覆有脱模剂，所述脱模剂包括脱模蜡。

34、有益效果：

35、本发明通过水溶性的硬质芯模与具有水不溶性和柔性的隔离层的协同设计，实现了纵横一体中空帽型筋共固化成型。水溶性的硬质芯模提供适应交错拓扑的刚性支撑，克服传统气囊在节点处支撑不足的缺陷；且具有水不溶性和柔性的隔离层形成完整抽离通道，使脱模过程无需破坏构件本体，解决复杂型腔清渣难题。二者结合，使蒙皮与纵横加筋可在单次固化中同步成型，减少固化次数，降低内应力变形，提升构件整体刚强度与尺寸稳定性。

36、同时，通过将预成型纤维填充体加热软化后分段填充至根部交接区并施加真空预压实，显著提升该区域的预浸料浸润度与纤维贴合度，有效消除传统工艺中常见的根部孔隙与分层缺陷，增强结构承载效率与疲劳寿命。

37、此外，整个工艺流程无需专用气囊及其维护更换，芯模材料成本低廉且可批量制备，脱模操作简便高效，显著降低生产成本与制造周期。

1.一种纵横一体中空帽型筋共固化成型方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的一种纵横一体中空帽型筋共固化成型方法，其特征在于：所述硬质芯模由水溶性基体与增强骨料混合固化成型；所述隔离层通过连续缠绕包覆于所述硬质芯模表面，以形成完整的抽离套。

3.根据权利要求2所述的一种纵横一体中空帽型筋共固化成型方法，其特征在于：所述水溶性基体包括碳酸钾溶液，所述增强骨料包括砂粒和玻璃纤维短切纤维；所述隔离层包括bopp膜或热缩膜，连续缠绕的搭接宽度为3mm至5mm。

4.根据权利要求1所述的一种纵横一体中空帽型筋共固化成型方法，其特征在于：

5.根据权利要求4所述的一种纵横一体中空帽型筋共固化成型方法，其特征在于：

6.根据权利要求1所述的一种纵横一体中空帽型筋共固化成型方法，其特征在于，所述步骤s1中还包括提供所述硬质芯模的制作方法：

7.根据权利要求1所述的一种纵横一体中空帽型筋共固化成型方法，其特征在于，所述步骤s2中还包括：

8.根据权利要求1所述的一种纵横一体中空帽型筋共固化成型方法，其特征在于：

9.根据权利要求1所述的一种纵横一体中空帽型筋共固化成型方法，其特征在于：所述步骤s5还包括：

10.根据权利要求1所述的一种纵横一体中空帽型筋共固化成型方法，其特征在于：所述隔离层的外表面涂覆有脱模剂，所述脱模剂包括脱模蜡。