一种变曲率复合材料U型加筋壁板共固化成型装置及方法与流程

本发明属于复合材料制造，尤其涉及一种变曲率复合材料u型加筋壁板共固化成型装置及方法。

背景技术：

1、先进复合材料因其具有高比强度、比模量，优异的耐腐蚀性、耐疲劳性和可设计性等一系列优点，已逐步成为国内外新一代飞机的主要结构材料。复合材料加筋壁板结构由于其良好的后屈曲承载能力及减重效果，被广泛应用于大型机翼、机身等主承力结构。

2、在现有技术中，对飞机复合材料工型加筋壁板质量要求非常高，例如：u型筋条立面的轴线偏差（如±0.75mm）；u型筋条与壁板蒙皮共固化界面的成型质量（内部质量，无分层、孔隙）；u型筋条上型面的型面精度（如±0.5mm）；而现有技术一般针对t型、工型、帽型等带有卧边结构制件，对于此类u型筋条与蒙皮一体划连接无卧边结构形式，现有技术很难达到，且立面高度越高对于制造难度是越大。

3、大尺寸复合材料加筋壁板中u型筋条与壁板多采用共胶接、共固化、机械连接等制造工艺，由于共胶接成型工艺对胶接界面表面质量及配合精度要求较高，对胶接质量带来风险，此外共胶接及二次胶接工艺会增加产品的固化次数，增加制造成本，降低生产效率；机械连接的工艺通常因大量使用紧固件，增加制造成本，同时使整体重量增加。而共固化的成型工艺，对于加筋壁板中u型筋条使用芯模多使用金属芯模，由于金属芯模一般刚度较大，采用共固化的成型工艺对金属芯模的制造精度及与壁板成型模间的配合精度要求较高，尤其对于变曲结构的加筋壁板要求较高，且采用金属芯模工型筋条与壁板在固化成型过程中压力传递困难，影响产品内部质量；而使用柔性芯模或软模结构，因芯模在高温高压的使用环境下变形难控制，同时采用柔性芯模或软膜结构须将工型筋条从铺贴模转移至芯模上，芯模的变形及u型筋条转移均会影响产品型面轮廓度，且该种芯模使用寿命短，不能长期使用。因此，寻求一种既能保证加筋壁板内部质量，又能保证加筋壁板型面轮廓度要求的方法越来越重要。

技术实现思路

1、为克服相关技术中存在的问题，本发明公开实施例提供了一种变曲率复合材料u型加筋壁板共固化成型装置及方法。

2、所述技术方案如下：变曲率复合材料u型加筋壁板共固化成型方法，包括：

3、s1，在壁板成型模上铺贴碳纤维复合材料蒙皮，得到壁板蒙皮的预成型体；

4、s2，获取u型筋条第一组合体，将u型筋条芯模上铺贴筋条，在腹板插层铺贴模上铺贴腹板插层预制体；然后，将芯模及腹板插层铺贴模组合，采用锥销定位；定位完成后在芯模上两侧，分别放置预成型好的r角区碳捻条，得到u型筋条第一组合体；

5、s3，通过热压罐进行加压冷压实后，获取u型筋条第二组合体；在压实后，依次移除u型筋条第一组合体两侧的腹板插层铺贴模；然后，在翻转连接板上依次放置u型筋条第一组合体，采用锥销定位，螺栓进行紧固连接，得到u型筋条第二组合体；

6、s4，获取第三组合体；

7、s5，待所有装置组合定位完成后，放置监控温度的热电偶，并放置真空嘴，采用真空袋进行封装、固化、脱模，得到变曲率复合材料u型加筋壁板。

8、在步骤s4中，获取第三组合体，包括：将第二组合体翻转至壁板成型模上，利用定位座及锥销进行定位；定位完成后，依次移除翻转连接板，以及芯模中的第一定位芯模、第三定位芯模、第五定位芯模，留下芯模中的第二定位芯模、第四定位芯模,并在u型筋条两侧放置加压芯模，得到第三组合体。

9、进一步，利用该方法获得的变曲率复合材料u型加筋壁板在大型机翼、机身主承力结构上应用。

10、本发明的另一目的在于提供一种变曲率复合材料u型加筋壁板共固化成型装置，该装置实施所述变曲率复合材料u型加筋壁板共固化成型方法，该装置包括：

11、壁板成型模，用于铺敷及壁板蒙皮的固化成型；

12、腹板插层铺贴模，用于u型筋条缘条处插层预制体铺敷及转移；

13、芯模，用于u型筋条铺贴；

14、翻转连接板，用于u型筋条铺贴后正向组合，然后整体翻转与壁板蒙皮定位；

15、加压芯模，用于保证u型筋条固化过程压力均匀传递；

16、所述壁板成型模上设置有连接板定位座，所述连接板定位座上表面设有与翻转连接板连接的定位锥销；

17、所述翻转连接板上设有与壁板成型模定位的第一定位销孔和用于u型筋条铺敷的芯模；在u型筋条两侧放置加压芯模；

18、所述芯模分别包含5根筋条铺贴模，分别为第一定位芯模、第二定位芯模、第三定位芯模、第四定位芯模、第五定位芯模，5根筋条铺贴模上均设有与翻转连接板定位的第二定位销孔；所述芯模通过第二定位销孔与翻转连接板定位连接；

19、所述腹板插层铺贴模上设有与芯模的第三定位销孔。

20、进一步，所述壁板成型模为金属框架结构。

21、进一步，所述加压芯模为硫化橡胶。

22、结合上述的所有技术方案，本发明所具备的有益效果为：本发明可减少u型筋条转移过程中发生变形，同时直接在芯模上铺贴，提高了芯模与u型筋条间的贴合程度，有利于提高u型筋条与壁板蒙皮组合时的定位精度。

23、相比于现有技术，本发明中，u型筋条无卧边结构加筋壁板，为目前行业未曾推广的产品结构形式，此类产品结构形式，极大的降低了有卧边结构零件（如：t型、工型、帽型加筋壁板）在使用过程中的应力集中，大大提高了产品的使用寿命等；

24、本发明摒弃了传统的正向逐次定位筋条的方式，采用筋条先在连接板上组合定位进行热压实，再整体翻转的定位方式，由于筋条在连接板上进行定位，进行热压实操作时，随着零件未固化铺层越来越紧实使得筋条越接近理论位置。而传统的正向定位方式，在逐次定位过程中，由于零件蒙皮、筋条均未固化，筋条在定位后与蒙皮发生粘连，便无法再通过其他手段进行移动，导致传统定位方式除了本身的定位误差累积，还存在由于铺层未固化未达到理论厚度而产生的定位偏差。故本发明的整体翻转定位，解决了无法保证筋条轴线位置精度的难题，同时将定位精度由一般的±1mm提升至±0.75mm；

25、本发明采用软硬结合的加压方式，避免了传统的纯金属芯模结构带来的产品压力传递困难，产品固化成型后内部质量差，无损分层、孔隙等缺陷；同时避免了芯模采用软膜结构（如airpad、硅橡胶等）带来的u型筋条轴线度超差，r角区成型质量差，纤维屈曲等缺陷；

26、本发明广泛推广使用与变曲率加筋壁板的成型，同时大幅度提升此类零件的成型质量；本发明所述成型方法的成功，预示着此类零件可更多的用于机身、垂尾、平尾、舱门等部段，此类零件的结构形式可在一定程度上改善目前航空领域加筋壁板由于自身结构形式带来的应力集中问题，同时降低机体结构重量；本发明的成型方法变革，预示着国内加筋壁板从存在卧边结构的（t型、工型、帽型）加筋壁板到取消卧边结构的一体化变曲率u型加筋壁板的成功进步；对于无卧边一体化u型加筋壁板，同时存在大尺寸、多曲率、变截面的结构形式零件的轴线控制精度在±0.75mm，分层等内部质量缺陷提升至b级。