一种降低湿长桁工艺加筋壁板固化变形的装置和方法与流程

1.本发明涉及复合材料零(组)件制造领域，特别是一种降低湿长桁工艺加筋壁板固化变形的装置和方法。


背景技术：

2.加筋壁板广泛应用于飞机蒙皮等部位。在热不均匀，固化度不均匀，铺层不对称、不均衡，零件模具相互作用等因素的综合影响下，复合材料固化过程中，会产生内应力，脱模后，在内应力的驱动下，制件会出现不同程度的固化变形。由于其凹凸起伏的复杂截面，长桁－蒙皮的耦合作用等结构因素，加筋壁板的固化变形更为显著，且不易消除。当采用湿长桁工艺制造加筋壁板，长桁和保形装置的复杂截面会加剧各类不均匀状态，进而增加固化变形的程度，影响产品质量。现有方法，主要采用控制固化参数，如降低升、降温速率，或调整铺层结构等方法减少固化变形。但是，降低升、降温速率会大幅延长固化时间，降低生产效率。调整铺层结构，会影响加筋壁板的承载特性，甚至会降低加筋壁板的力学性能。
3.现有基于湿长桁工艺制造加筋壁板的方法，在组合时，湿长桁立筋高度方向一般不留余量，或仅留小尺寸余量。并且，湿长桁的保形装置与湿长桁立筋高度基本一致。采用此方法，虽然能够完成加筋壁板的制造，但是，保形装置会影响加筋壁板的整体传热效率，并且，增加了零件模具相互作用，从而增大了加筋壁板的固化变形。
4.因此，迫切需要一种针对湿长桁工艺，能够有效降低加筋壁板固化变形的装置和方法，并且，不会影响加筋壁板的承载特性，力学性能及生产效率。


技术实现要素：

5.本发明公开了一种降低湿长桁工艺加筋壁板固化变形的装置和方法。本技术突破了行业内湿长桁工艺应当净尺寸制造的惯例，在湿长桁立筋区域设置大尺寸余量，提高湿长桁立筋理论区域的热均匀性，固化度均匀性等。在湿长桁立筋第1余量区不放置保形装置，消除零件模具相互作用。并且，湿长桁立筋第1余量区可以自由膨胀，收缩，扭曲，释放内应力，从而减小加筋壁板的固化变形。
6.一种降低湿长桁工艺加筋壁板固化变形的装置，包括湿长桁和放置在湿长桁两侧的湿长桁固化芯模，其特征在于湿长桁立筋在高度方向上留有大尺寸余量，余量由边缘起分为第1余量区和第2余量区，第1余量区的高度不小于湿长桁立筋最大理论高度的2/3，第2余量区的高度约1mm～3mm。湿长桁固化芯模在立筋高度方向与所在区域的湿长桁立筋第2余量区等高。湿长桁立筋第1余量区和湿长桁立筋第2余量区，其长度、厚度、铺层角度、材料与湿长桁立筋理论区相同。
7.一种降低湿长桁工艺加筋壁板固化变形的方法，包括以下步骤：
8.1制造湿长桁；
9.2对湿长桁进行预压实，预压实时，湿长桁立筋理论区，湿长桁立筋第1余量区和湿长桁立筋第2余量区两侧放置保形装置；
10.3将湿长桁与蒙皮组合，湿长桁两侧放置湿长桁固化芯模；
11.4制作真空袋，湿长桁立筋第1余量区两侧不放置保形装置；
12.5固化；
13.6拆除真空袋，将加筋壁板脱模；
14.7分层铣切长桁立筋顶部的余量，直至达到所需外形和尺寸。
15.步骤7中，湿长桁制造完成后，预压实的压力不小于加筋壁板的固化压力。
16.步骤4中，湿长桁立筋理论区与湿长桁立筋第1余量区和湿长桁立筋第2余量区的封装方案一致。
17.本发明的装置和方法具备如下优点：1)湿长桁立筋第1余量区的高度与湿长桁立筋的理论高度接近，第1余量区的固化变形能够有效影响加筋壁板整体的固化变形，通过第1余量区释放内应力，从而减小加筋壁板的固化变形；2)湿长桁立筋第1余量区和第2余量区充当了温度，固化度的不均匀过渡区，湿长桁理论区域的热均匀性，固化度均匀性更好，内应力更小；3)湿长桁立筋第1余量区两侧不放置保形装置，能充分发挥自由端作用，固化过程中，湿长桁立筋第1余量区可自由膨胀，收缩，扭曲，释放内应力；4)湿长桁立筋第1余量区的封装方案与湿长桁立筋理论区域一致，湿长桁整体的外部热环境一致。但是，湿长桁立筋理论区域两侧的保形装置阻碍了热量的逸出。预浸料的固化是由热引发的放热反应。因此，固化时，湿长桁立筋第1余量区先开始固化，但是，湿长桁立筋理论区域先完成固化，从而将内应力传递至尚未完全固化的湿长桁立筋第1余量区，实时驱动湿长桁立筋第1余量区发生外形变化，释放内应力，从而降低加筋壁板的固化变形；5)湿长桁立筋第2余量区起到了缓冲作用，湿长桁立筋理论区域与湿长桁立筋第1余量区不直接接触，内部残余应力较小，提高了湿长桁理论区的外形精度。湿长桁立筋理论区两侧放置保形装置，湿长桁立筋第1余量区两侧不放置保形装置，湿长桁立筋第2余量区两侧放置保形装置。由此，湿长桁立筋第1余量区在内应力驱动下的膨胀，收缩，扭曲，传递至湿长桁立筋第2余量区时，由于其两侧湿长桁固化芯模的约束作用，无法自由膨胀，收缩，扭曲，从而产生残余内应力。固化后，湿长桁立筋第2余量区被铣切掉，残余内应力消失；6)不需要额外调整工艺参数，铺层结构等设计、工艺重要参数，对制件综合性能无附加影响。
附图说明
18.图1降低湿长桁工艺加筋壁板固化变形的装置示意图
19.图2降低湿长桁工艺加筋壁板固化变形的装置剖视图
20.图中编号说明：1－蒙皮，2－湿长桁立筋第1余量区，3－湿长桁立筋第2余量区，4－湿长桁固化芯模，5－湿长桁。
具体实施方式
21.实施例1
22.如图1～图2，本发明以共固化工艺制造t型加筋壁板为例，湿长桁立筋最大理论高度30mm，一种降低湿长桁工艺加筋壁板固化变形的装置，包括湿长桁5和放置在湿长桁两侧的湿长桁固化芯模4，湿长桁立筋在高度方向上留有大尺寸余量，余量由边缘起分为湿长桁立筋第1余量区2和湿长桁立筋第2余量区3，湿长桁立筋第1余量区2的高度为约20mm，湿长
桁立筋第2余量区3的高度约1mm，湿长桁固化芯模4在立筋高度方向上与湿长桁立筋第2余量区3等高，湿长桁立筋第1余量区和湿长桁立筋第2余量区，其长度、厚度、铺层角度、材料与湿长桁立筋理论区相同。
23.一种降低湿长桁工艺加筋壁板固化变形的方法，包括以下步骤：
24.1制造湿长桁5；
25.2制造湿蒙皮1；
26.3对湿长桁5进行预压实，预压实时，湿长桁立筋理论区，湿长桁立筋第1余量区2和湿长桁立筋第2余量区3两侧放置保形装置。预压实压力为0.6mpa；
27.4将湿长桁5与蒙皮1组合，湿长桁5两侧放置湿长桁固化芯模4；
28.5制作真空袋，湿长桁立筋第1余量区2两侧不放置保形装置。湿长桁立筋理论区与湿长桁立筋第1余量区和湿长桁立筋第2余量区的封装方案一致；
29.6固化。固化压力为0.6mpa；
30.7拆除真空袋，将加筋壁板脱模；
31.8分层铣切长桁立筋顶部的余量，直至达到所需外形和尺寸。
32.采用上述方法，加筋壁板的固化变形降低约40％。
33.实施例2
34.如图1～图2，本发明以共胶接工艺制造t型加筋壁板为例，湿长桁立筋最大理论高度50mm，一种降低湿长桁工艺加筋壁板固化变形的装置，包括湿长桁5和放置在湿长桁两侧的湿长桁固化芯模4，湿长桁立筋在高度方向上留有大尺寸余量，余量由边缘起分为湿长桁立筋第1余量区2和湿长桁立筋第2余量区3，湿长桁立筋第1余量区2的高度为60mm，湿长桁立筋第2余量区3的高度约3mm，湿长桁固化芯模4在立筋高度方向上与所在区域湿长桁立筋第2余量区3等高，湿长桁立筋第1余量区和湿长桁立筋第2余量区，其长度、厚度、铺层角度、材料与湿长桁立筋理论区相同。
35.一种降低湿长桁工艺加筋壁板固化变形的方法，包括以下步骤：
36.1制造湿蒙皮1；
37.2湿蒙皮1固化；
38.3制造湿长桁5；
39.4对湿长桁5进行预压实，预压实时，湿长桁立筋理论区，湿长桁立筋第1余量区2和湿长桁立筋第2余量区3两侧放置保形装置。预压实压力为0.65mpa；
40.5将湿长桁5与蒙皮1组合，湿长桁5两侧放置湿长桁固化芯模4；
41.6制作真空袋，湿长桁立筋第1余量区2两侧不放置保形装置。湿长桁立筋理论区域与湿长桁立筋第1余量区和湿长桁立筋第2余量区的封装方案一致；
42.7固化。固化压力为0.5mpa；
43.8拆除真空袋，将加筋壁板脱模；
44.9分层铣切长桁立筋顶部的余量，直至达到所需外形和尺寸。
45.采用上述方法，加筋壁板的固化变形，降低约60％。
46.需要指出的是，本技术仅示意出了梯形结构的湿长桁固化芯模。湿长桁固化芯模的结构可以依据实际进行调整，可以是矩形、梯形或l形等多种结构。
47.本技术中，湿长桁立筋第1余量区和湿长桁立筋第2余量区发挥的作用不同。湿长
桁立筋第1余量区的主要作用有3点：(1)发挥自由端效应。外形自由变化，释放内应力；(2)发挥调节作用。使湿长桁立筋理论区成为核心区域，热均匀性和固化度均匀性更好；(3)释放内应力。湿长桁立筋第1余量区最后完成固化反应，其他已固化区域的内应力最终传递至此，得到释放，减小了加筋壁板的残余内应力，从而降低了加筋壁板的固化变形。
48.基于上述原因，表面质量，孔隙率等常用复合材料零件的评价指标不适用于湿长桁立筋第1余量区。两侧无束缚，与湿长桁立筋理论区的封装方案一致，最后完成固化反应等是需要关注的指标。原则上，湿长桁立筋第1余量区越大，其减小固化变形的效果越好。
49.湿长桁立筋第2余量区的主要作用有2点：(1)发挥缓冲作用。湿长桁立筋第1余量区的膨胀，收缩等不会直接影响湿长桁立筋理论区的外形精度。(2)发挥正常余量区的作用。由于湿长桁立筋第1余量区未控制表面质量，孔隙率等内外部质量指标，因此，与常规余量区的作用类似，湿长桁立筋第2余量区可以消除复合材料的边缘效应。
50.基于上述原因，湿长桁立筋第2余量区的保形装置，封装方案应当与湿长桁立筋理论区一致。原则上，湿长桁立筋第2余量区越小越好。
51.需要强调的是，边缘留余量是复合材料零件制造的常用方法，但是：(1)此方法的目标是为了消除边缘效应。即复合材料零件边缘区域的厚度，树脂含量，力学性能等指标，与中间区域相比，存在明显差异。(2)余量区的尺寸大幅小于零件理论尺寸。(3)余量区与零件理论区的工装结构一致。
52.本技术中湿长桁立筋第1余量区与湿长桁立筋理论区高度接近，甚至大于湿长桁立筋理论区高度，湿长桁立筋第1余量区已足以影响加筋壁板整体固化变形。
53.本技术中湿长桁立筋第1余量区与消除边缘效应的余量区目标截然不同，因此，不需要考虑湿长桁立筋第1余量区的表面质量，内部质量，厚度，重量等指标。
54.基于上述原因，湿长桁立筋第1余量区两侧不放置保形装置。在此条件下，湿长桁立筋第1余量区才能在内应力驱动下，发生形变，从而减小加筋壁板的固化变形。