一种复合材料固化成型用匀压件的制作方法及匀压件与流程

1.本发明涉及飞机制造技术领域，尤其涉及一种复合材料固化成型用匀压件的制作方法及匀压件。


背景技术：

2.飞机舵面为前/后缘具有变曲率r角的结构，并采用具有蜂窝夹层的复合材料制成。传统的舵面类工件通常采用阴模成型的方式加工，如图1所示，工件1
′
的r角区域不同位置壁厚可能不同，在成型过程中，工件1
′
放置在阴模2
′
处，用于施加压力的工装无法与工件1
′
表面充分接触，导致工件1
′
的r角区域的受力不均匀，此外，在一定成型温度下，复合材料的不同夹层会出现不同程度的收缩，因此会产生不同大小的侧向滑移力，从而加剧r角区域压力不均匀的问题，最终导致r角区域出现不同程度的表面或者内部缺陷。
3.现有技术中，为了改善阴模成型中工件受力不均匀的问题，通常在工件受力一侧设置刚性匀压板，刚性匀压板能够在一定程度上改善工件在固化过程中压力分布不均匀的问题，由于刚性匀压板的随型差、定位要求高，对于具有较小的r角(即大曲率区域)的工件，其对r角区域受力不均问题的改善效果不佳。
4.因此，亟需制备出一种复合材料固化成型用匀压件来解决上述技术问题。


技术实现要素：

5.本发明的第一个目的在于提出一种复合材料固化成型用匀压件的制作方法，其制作的匀压件能针对工件易受压不均匀，匀压效果好。
6.本发明的第二个目的在于提出一种复合材料固化成型用匀压件，通过采用上述方法，对工件易受压不均匀区域的匀压效果好，进而能减少对应区域的内部缺陷和表面缺陷。
7.为达此目的，本发明采用以下技术方案：
8.一种复合材料固化成型用匀压件的制作方法，包括步骤：
9.获得工件在固化成型过程中受压不均匀的目标区域；
10.成型基板，所述基板包括与所述目标区域形状、大小完全相同的等效区域；
11.在所述等效区域上铺设柔性垫；
12.将所述柔性垫进行形状固定处理，以成型匀压件。
13.可选地，在所述基板上铺设至少两层贴合设置的所述柔性垫，沿远离基板的方向，前一层所述柔性垫的尺寸大于后一层所述柔性垫的尺寸，以使所述匀压件的边缘处呈阶梯状。
14.可选地，所述基板成型于所述工件的阴模上，在铺设所述柔性垫时，所述基板保持固定在所述阴模上。
15.可选地，所述柔性垫为橡胶材质，在所述柔性垫铺设好后，将所述柔性垫进行硫化处理以固定形状。
16.可选地，在对所述柔性垫硫化前，在远离所述基板一侧的所述柔性垫上铺放隔离
膜和透气粘并放入真空袋内封装。
17.可选地，成型所述基板的方法包括：
18.在所述工件的阴模上与所述目标区域对应的位置铺设碳纤维浸料，所述碳纤维浸料的形状和大小与所述目标区域一致；
19.将所述碳纤维浸料固化以形成所述基板。
20.可选地，采用激光投影定位的方式铺设所述碳纤维浸料。
21.可选地，在铺设所述柔性垫前，在所述等效区域处涂布脱模剂或贴脱模布，在所述匀压件成型后将所述匀压件从所述基板上取下。
22.一种复合材料固化成型用匀压件，所述匀压件能够与工件的局部贴合设置，所述匀压件包括至少两层贴合设置的柔性垫，沿远离所述工件的方向，前一层所述柔性垫的尺寸大于后一层所述柔性垫的尺寸，以使所述匀压件的边缘处呈阶梯状。
23.可选地，各层所述柔性垫的形状相同。
24.本发明有益效果为：
25.本发明的复合材料固化成型用匀压件的制作方法，以工件容易出现受压不均匀的区域作为目标区域，并制造出具有与目标区域完全相同的等效区域的基板，以基板模拟实际的工件，而在等效区域铺设的柔性垫能随着等效区域的形状充分与等效区域贴合，柔性垫形状固定后形成匀压件。在复合材料固化成型过程中，将匀压件与目标区域贴合设置，用于施加压力的工装先作用在具有变形能力的匀压件上，匀压件再将压力作用在复合材料上，且匀压件可以随着复合材料而变形，以保持始终与工件的目标区域贴合接触，进而保证工件易受压不均匀区域(即大曲率区域)保持受压均匀，从而减少此区域复合材料层间的滑移变形，进而减小工件在此区出现内部缺陷和外部缺陷，本发明匀压件的制作方法针对性强，节省材料，匀压效果好。
26.本发明的复合材料固化成型用匀压件，采用上述复合材料固化成型用匀压件的制作方法制成，能够保证工件在固化成型过程中易受压不均匀区域(即大曲率区域)保持受压均匀，从而减少此区域复合材料层间的滑移变形，进而减小工件在此区出现内部缺陷和外部缺陷。
附图说明
27.图1是现有技术中采用施加压力的工装对阴模上的工件进行固化成型时的示意图；
28.图2是本发明具体实施方式提供的一种复合材料固化成型用匀压件的制作方法流程图；
29.图3是本发明具体实施方式提供的在阴模上成型基板的示意图；
30.图4是本发明具体实施方式提供的在基板上成型匀压件的示意图；
31.图5是本发明具体实施方式提供的另一种复合材料固化成型用匀压件的制作方法流程图；
32.图6是本发明具体实施方式提供的匀压件贴合在工件上的示意图；
33.图7是本发明具体实施方式提供的工件固化成型时的示意图。
34.图中：
[0035]1′‑
工件；2
′‑
阴模；
[0036]
1-工件；2-基板；3-匀压件；31-柔性垫；4-阴模。
具体实施方式
[0037]
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
[0038]
在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
[0039]
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
[0040]
在本实施例的描述中，术语“上”、“下”、“右”、等方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化操作，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅仅用于在描述上加以区分，并没有特殊的含义。
[0041]
本实施例提供了一种复合材料固化成型用匀压件的制作方法，其成型的匀压件3可用于飞机制造技术领域，尤其适用于具有变曲率r角的飞机舵面类工件1的成型过程，也可以用于其他采用阴模4成型方式成型的工件的固化成型过程。本实施例中，固化成型为热压成型。具体地，如图2-图4所示，复合材料固化成型用匀压件的制作方法，包括步骤：
[0042]
步骤10，获得工件1在固化成型过程中受压不均匀的目标区域；
[0043]
步骤20，成型基板2，基板2包括与目标区域形状、大小完全相同的等效区域；
[0044]
步骤30，在等效区域上铺设柔性垫31；
[0045]
步骤40，将柔性垫31进行形状固定处理，以成型匀压件3。
[0046]
本实施例的复合材料固化成型用匀压件的制作方法，以工件1容易出现受压不均匀的区域作为目标区域，并制造出具有与目标区域完全相同的等效区域的基板2，以基板2模拟实际的工件1，而在等效区域铺设的柔性垫31能随着等效区域的形状充分与等效区域贴合，柔性垫31形状固定后形成匀压件3。本实施例匀压件的制作方法针对性强，节省材料，且匀压件3的匀压效果好。在复合材料固化成型过程中，将匀压件3与目标区域贴合设置，用于施加压力的工装先作用在具有变形能力的匀压件3上，匀压件3再将压力作用在复合材料上，且匀压件3可以随着复合材料而变形，以保持始终与工件1的目标区域贴合接触，进而保证工件1易受压不均匀区域(即大曲率区域)能够保持受压均匀，从而减少此区域复合材料层间的滑移变形，进而减小工件1在此区出现内部缺陷和外部缺陷。
[0047]
具体地，本实施例中，步骤10中，工件1的目标区域获得方式为：将工件1的三维模型导入ansys或者其他应力分析软件，以获得受压不均匀区域。需要说明的是，工件1上的目标区域确定后，用于成型工件1的阴模4上与目标区域对应的位置也相应确定。
[0048]
优选地，如图2和图3所示，步骤20中，基板2的成型方式包括：
[0049]
在工件1的阴模4上与目标区域对应的位置铺设碳纤维浸料，并使碳纤维浸料的形状和大小与目标区域一致；
[0050]
将碳纤维浸料固化以形成基板2。
[0051]
本实施例中，在向阴模4上铺设碳纤维浸料时，根据工件1的实际模型并采用激光投影定位的方式进行铺设，激光投影定位能够精确定位空间型面，进而保证铺设的碳纤维浸料能够完全复刻目标区域的大小、形状，优选地，碳纤维浸料铺设时保证纤维方向与工件1的纤维方向一致。
[0052]
进一步地，碳纤维浸料铺设完成后，在碳纤维浸料上放置隔离膜和透气毡，并将阴模4、碳纤维浸料、隔离膜、透气粘一起放入真空袋封装，接着将封装好的真空袋放入热压罐进行固化，以形成基板2。
[0053]
优选地，如图4所示，在基板2固化成型后，基板2不进行脱模，即在基板2固定在阴模4上的状态下，直接进行步骤30中铺设柔性垫31的操作，从而保证最终成型的匀压件3、基板2(相当于固化成型时的工件1)、阴模4三者的位置对应精度，进而提高固化成型过程中匀压件3匀压的效果。
[0054]
进一步地，如图4所示，步骤30中，在基板2上铺设至少两层贴合设置的柔性垫31，至少两层柔性垫31的形状相同，且沿远离等效区域的方向，前一层柔性垫31的尺寸大于后一层柔性垫31的尺寸，以使匀压件3的边缘处呈阶梯状。需要说明的是，本实施例中，“前一层柔性垫31的尺寸大于后一层柔性垫31的尺寸”是指，后一层柔性垫31完全位于前一层柔性垫31的区域内。在固化成型时，需要保证匀压件3(即形状固定前的柔性垫31)具有足够的厚度，才能保证良好的匀压效果，若只铺设一层柔性垫31，则柔性垫31边缘处与工件1之间形成较高的台阶，在热压固化过程中很容易在工件1表面形成压痕，影响工件1的成型质量，而实际上，保证良好匀压效果所需要的柔性垫31的厚度一般小于0.5mm，因此很难通过机械加工的方式，使柔性垫31的边缘处加工成具有坡度的过渡结构，本实施例中，通过至少两侧柔性垫31的叠加，既保证了整个匀压件3的厚度需求，且克服机械加工的困难的问题，使最终匀压件3的边缘形成阶梯状的过渡结构，不仅能够避免固化成型过程中匀压件3在工件1上留下压痕，还能够使施压工装施加的压力更集中在匀压件3的非边缘区域，进一步提高匀压件3的匀压效果。
[0055]
优选地，柔性垫31为橡胶材质，在柔性垫31铺设好后，将柔性垫31进行硫化处理以固定形状。橡胶材质的柔性垫31能够保证贴合地铺设在基板2的等效区域，而在硫化处理后能够保证柔性垫31保持形状，以便于在对工件1热压固化时使用，且即便是硫化后的匀压件3仍具有较强的变形能力，匀压效果好，且对于曲率较大的r角区域处的内部缺陷问题改善效果更明显。进一步地，在对柔性垫31硫化前，在远离基板2一侧的柔性垫31上铺放隔离膜和透气粘，并放入真空袋内封装，最后将真空袋放入热压罐内进行硫化，硫化工艺为现有技术中成熟的技术，在此不再进行赘述。
[0056]
优选地，在向基板2铺设柔性垫31前，向基板2的等效区域涂覆涂布脱模剂或贴脱
模布，以便于在匀压件3成型后将匀压件3从基板2上取下，即得到本实施例提供的匀压件3。
[0057]
综上所述，如图5所示，本实施例复合材料固化成型用匀压件的制作方法包括步骤：
[0058]
步骤10，获得工件1在固化成型过程中受压不均匀的目标区域；
[0059]
步骤21，借助激光投影定位在工件1的阴模4上与目标区域对应的位置铺设碳纤维浸料，使碳纤维浸料的形状和大小与目标区域一致；
[0060]
步骤22，在碳纤维浸料上放置隔离膜和透气毡，并放入真空袋封装，将真空袋热压罐进行固化，以形成基板2；
[0061]
步骤30，在基板2的等效区域上铺设至少两层柔性垫31，并使得至少两层柔性垫31的边缘处呈阶梯状；
[0062]
步骤40，在柔性垫31上放上隔离膜和透气毡后进行真空袋封装，将真空袋放入热压罐进行硫化，以形成匀压件3。
[0063]
本实施例还提供了一种匀压件3，采用上述复合材料固化成型用匀压件的制作方法进行制备。匀压件3包括至少两层贴合设置且形状相同的柔性垫31，沿远离工件1的方向，前一层柔性垫31的尺寸大于后一层柔性垫31的尺寸，以使匀压件3的边缘处呈阶梯状。本实施例的匀压件3，边缘形成阶梯状的过渡结构，不仅能够避免固化成型过程中匀压件3在工件1上留下压痕，还能够使施压工装施加的压力更集中在匀压件3的非边缘区域，进一步提高匀压件3对工件1的匀压效果，且对于同一种工件1，匀压件3可以重复使用。
[0064]
在实际进行固化成型时，如图6和图7所示，借助激光投影设备将工件1精确地铺贴在阴模4上，然后在工件1的目标区域放置隔离膜，接着借助激光投影定位将匀压件3精确固定在工件1的目标区域处，最后工装再对匀压件3进行施压。可选地，当将匀压件3固定在工件1上时，可以将匀压件3的端部固定在工件1的余量区域。其他实施例中，也可以通过隔离膜和高温胶带，将匀压件3的端部固定在工装的余量区域，在此不做限定。
[0065]
显然，本发明的上述实施例仅仅是为了清楚说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于本领域的普通技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。