一种复合材料加筋环框的加筋位置及压力控制方法与流程

1.本发明属于复合材料制造领域，提供一种复合材料加筋环框的加筋位置及压力控制方法，采用一种自制的硬软组合模具在复合材料加筋环框成型过程中保持对定位及压力传递的控制，具体来讲就是设计和制造硬软组合模具，然后用该套模具获得外形和内部质量合格的复合材料加筋环框。


背景技术：

2.复合材料加筋环框在制造过程中，由于在环框腹板上存在加强筋，导致固化过程中加强筋和环框整体的定位和加压存在矛盾，即如果关注控制加强筋定位就容易导致加强筋和环框加压不良，关注加强筋和环框的加压就容易导致加强筋定位偏差，此问题导致零件迟迟不能研制成功，产生大量产品报废，造成很大的经济损失，并导致客户的不满。


技术实现要素：

3.针对现有技术中存在的上述不足之处，本发明要解决的技术问题在于提供一种简单、操作方便的工艺方法以获得复合材料加筋环框在成型过程中加筋的定位和加压的同时实现。
4.为解决以上问题，本发明采用如下的技术方案：
5.一种复合材料加筋环框的加筋位置及压力控制方法，基于刚性模具10、渐变模具14、柔性模具9实现，通过三种模具在复合材料加筋环框8固化时的配合使用，实现在保证加筋位置和环框本身外形的同时，对加筋和环框本身进行良好的加压。具体包括以下步骤：
6.第一步制作渐变模具14
7.在渐变模具成型模1的表面涂刷脱模剂，进行铺叠准备，在渐变模具成型模1上按照预先设计的铺层和铺层位置铺叠碳纤维织物预浸料a2和未硫化橡胶片b3，注意在r角位置添加未硫化橡胶4，所述预先设计的铺层和铺层位置根据表1确定。铺叠完成后，将其整体封装制真空袋，并移至热压罐内固化处理，固化温度为180
±
5℃，固化压力为700
±
30kpa，固化后脱模制得渐变模具14。所述渐变模具14通过特殊设计的铺层，使其不同位置具有不同的性质，整个渐变模具14具有三种刚度部位；所述三种刚度部位包括刚度较大位置11、刚度适中位置12、刚度较小位置13，其中，加筋位置刚度较大，能够对加筋进行定位；环框腹板位置刚度适中，具有较好的弹性，在保证缘条位置的同时能够对环框腹板进行较好的传递压力；环框缘条位置刚度较小，适宜缘条r角压力的传递。
8.表1渐变模具铺层表
9.层号材料角度铺叠方法p1碳纤维织物预浸料45
°
真空压实15minp2未硫化橡胶n/a热压实35minp3碳纤维织物预浸料0
°
真空压实10minp4碳纤维织物预浸料45
°ꢀ
p5碳纤维织物预浸料0
°ꢀ
p6碳纤维织物预浸料45
°
真空压实10minp7碳纤维织物预浸料0
°ꢀ
p8碳纤维织物预浸料45
°ꢀ
p9碳纤维织物预浸料0
°
真空压实10minp10碳纤维织物预浸料45
°ꢀ
p11碳纤维织物预浸料0
°
真空压实10minp12碳纤维织物预浸料45
°ꢀ
p13碳纤维干布0
°
真空压实10minp14未硫化橡胶n/a真空压实10min
10.第二步，制作柔性模具9
11.所述的柔性模具包括碳纤维织物预浸料b5、未硫化橡胶片b6、碳纤维干布7，其中碳纤维干布7设于碳纤维织物预浸料b5、未硫化橡胶片b6之间，按预先设计的铺层和铺层位置铺叠碳纤维织物预浸料5、未硫化橡胶片6和碳纤维干布7，铺叠完成后进入热压罐固化处理，固化温度为180
±
5℃，固化压力为300
±
30kpa，固化后形成柔性模具9。所述柔性模具采用硅胶材质制造，可以完全随形，用于配合刚性模具10和渐变模具14对加筋环框8的环框框缘和加筋进行加压。
12.第三步，制作刚性模具10
13.所述的刚性模具10作为整体成型基座的同时，用于保证加筋环框8的环框腹板及环框缘条的外形，采用invar钢制造刚性模具10以匹配复合材料的热膨胀，通过采用框架式的模具结构使其兼顾刚度与热分布，制造后将刚性模具10除油后进行铺叠前处理，涂刷脱模剂并烘干固化。
14.第四步，三种模具配合使用
15.4.1)在刚性模具10上铺叠复合材料加筋环框8的腹板和缘条，在渐变模具14的刚度较大位置11处铺叠加筋环框8的加筋，二者铺叠完成后将渐变模具14置于渐变模具14上方，按图3所示的方式进行组合，其具体组合方式为：刚性模具10作为组合定位的基础，将复合材料加筋环框产品8通过销钉定位在刚性模具10上，将渐变模具14与加筋环框8的加筋贴合，并在加筋另一侧贴合柔性模具9，并通过刚性模具10和渐变模具14的刚度较大位置11的定位特征进行定位和固定，确保刚度较大位置完全覆盖加筋立边，刚度适中位置12覆盖环框腹板，刚度较小位置13覆盖环框缘条及r角。
16.4.2)刚性模具10和渐变模具14固定后，如图3所示将柔性模具9随形放置在加筋环框8的裸露位置，采用压敏胶带固定，随后铺放隔离膜、透气毡等辅助材料，封装真空袋。
17.4.3)将封装完成的模具组合移至热压罐内，施加700
±
30kpa压力，加热固化，固化温度为180
±
5℃，在热压罐内固化时，压力作用于渐变模具14和柔性模具9上，通过不同位置的不同刚度实现压力一定的缓冲和再次分布，同时又兼顾了加筋的定位及r角位置的保形，固化完成后脱模即得内部质量和外形均合格的复合材料加筋环框。
18.本发明具有如下的优点和有益效果为：
19.本发明能够利用不同性质的模具作用互补，刚性模具固定基座和定位保形，渐变模具利用其刚性位置定位加筋，利用其刚度适中的位置定位缘条及传递腹板压力，利用其
刚度较小的位置传递r角压力，其余位置利用柔性模具传递压力，通过不同性质不同功能的模具配合使用，实现兼顾定位和压力传递，使得加筋环框在固化时定位和压力传递均可控，提高了产品的质量及整体生产效率。
附图说明
20.图1是渐变模具的结构示意图；
21.图2是柔性模具的结构示意图；
22.图3是三种模具配合使用示意图。
23.图中：1渐变模具成型模；2碳纤维织物预浸料a；3未硫化橡胶片a；4未硫化橡胶(在r角局部填充)；5碳纤维织物预浸料b；6未硫化橡胶片b；7碳纤维干布；8加筋环框；9柔性模具；10刚性模具；11刚度较大位置；12刚度适中位置；13刚度较小位置；14渐变模具。
具体实施方式
24.下面结合附图和实施例对本工艺方案进行详细地说明：
25.如图1所示，渐变模具按预先设计的铺层和铺层位置进行铺叠，铺叠完成后通过固化完成渐变模具的制造。
26.如图2所示，柔性模具按预先设计的铺层和铺层位置进行铺叠，铺叠完成后通过固化完成柔性模具的制造。
27.如图3所示，该工艺技术是由三种模具组合使用的，采用invar钢制造刚性模具，在刚性模具上铺叠加筋环框产品的腹板和缘条，在渐变模具上铺叠加筋，铺叠后的加筋铺层与渐变模具一起以腹板铺层和刚性模具为基础进行组合，通过定位装置将渐变模具与刚性模具进行配合，最后以柔性模具随形组合，组合后封装真空袋，进热压罐加热加压固化。
28.本发明利用刚性、渐变、柔性三种不同模具的协同作用，对热压罐施加在加筋环框产品上的压力进行了重新分配，使得不同位置都能够充分受压，保证了内部质量，同时利用不同性质的模具进行定位，保证了加筋环框加筋和缘条的外形和位置度，解决了为保证加筋位置和缘条外形导致的整体加压不良或为保证加压导致的位置度和外形超差问题。该技术节省了大量的生产成本，同时实现了复合材料加筋环框制造技术的突破。
29.一种复合材料加筋环框的加筋位置及压力控制技术，包括以下步骤：
30.1)制作渐变模具14：将渐变模具成型模1涂刷脱模剂进行铺叠准备，在1上铺叠预先设计铺层的碳纤维织物预浸料2和未硫化橡胶片3，按预设铺层铺叠完成后，整体封装制真空袋，并移至热压罐内固化处理，固化温度为180℃，固化压力为700kpa，固化后脱模形成具有三种刚度部位——11刚度较大位置、12刚度适中位置和13刚度较小位置的渐变模具14。所述预先设计的铺层和铺层位置根据表1确定。
31.2)制作柔性模具9：按预设铺层铺叠碳纤维织物预浸料5、未硫化橡胶片6和碳纤维干布7，铺叠后进入热压罐固化处理，固化温度为180℃，固化压力为300kpa，固化后形成柔性模具9。
32.3)采用invar钢制造刚性模具10，制造后将刚性模具10除油并进行铺叠前处理，涂刷脱模剂并烘干固化。
33.4)在刚性模具10上铺叠复合材料加筋环框8的框腹板，在渐变模具14的刚度较大
位置11铺叠加筋环框8的加筋，二者铺叠完成后按图3所示的方式进行组合，并通过刚性模具10和渐变模具14的刚度较大位置11的定位特征进行定位和固定，确保刚度较大位置完全覆盖加筋立边，刚度适中位置覆盖环框腹板，刚度较小位置覆盖环框缘条及r角。
34.5)刚性模具10和渐变模具14固定后，如图3所示将柔性模具9随形放置在加筋环框的裸露位置，用压敏胶带固定，随后铺放隔离膜、透气毡等辅助材料，封装真空袋。
35.6)将封装完成的模具组合移至热压罐内，施加700kpa压力，加热固化，固化温度为180℃，在热压罐内固化时，压力作用于渐变模具和柔性模具上，通过不同位置的不同刚度实现压力一定的缓冲和再次分布，同时又兼顾了加筋的定位及r角位置的保形，固化完成后脱模即得内部质量和外形均合格的复合材料加筋环框。
36.以上所述实施例仅表达本发明的实施方式，但并不能因此而理解为对本发明专利的范围的限制，应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些均属于本发明的保护范围。