[发明专利]一种工字型梁R转角处空隙碳捻丝填充方法

说明书

技术领域

本发明属于工字型梁铸造技术领域，涉及一种工字型梁R转角处 空隙碳捻丝填充方法。

背景技术

在某新型机研制过程中，“工”字型全复合材料梁在国内首次作 为主承力结构件应用到直升机领域。实用全面国产化高温碳纤维预浸 布，采用整体一次共固化工艺制造的“工”字型梁可以保证载荷强度 满足要求，同时达到减少链接，降低制件成本，充分发挥复合材料的 承载减重作用。“工”字型梁(见附图1)的长度达到1.5米以上， 截面为“工”字型，与一般的短小的“T”形长桁相比结构复杂，且 截面变厚度，R角尺寸及R角处内部质量保证困难。

“工”字型梁R角处碳捻丝(见附图2)的传统的铺放方法为使 用预浸料单向带沿0°方向卷曲，由多条预浸料碳丝缠绕成麻花状或 折叠成片状的碳捻丝放置于已经合模的左、右腹板模体形成的R角空 隙处，后将上、下凸缘模体合模。

传统的碳捻丝铺放方法在碳捻丝预浸料单向带的用量上无法做 到量化，且没有碳捻丝成型模保证其尺寸，生产时大多凭借操作者经 验，无法保证产品质量稳定性，导致“工”字型梁R角处不易控制， R角尺寸和厚度不易保证、R角处的表面质量和内部质量不合格等问 题。

发明内容

本发明解决的技术问题为：提供一种能够提高产品质量的工字型 梁R转角处空隙碳捻丝填充方法。

本发明的技术方案为：所述的方法包括如下步骤：

步骤1，根据公式计算碳捻丝横截面积和碳捻丝的宽度

ΔS＝(r+h1/2)*(2r+h1)-π*(r+h1/2)²/2——(1)

L＝ΔS/h——(2)

式中：r为“工”字型梁的R角半径；h1为“工”字型梁的厚度；L 为填充碳捻丝的宽度；ΔS为R角处的填充面积；h为填充碳捻丝的 单层厚度；

步骤二，根据“工”字型梁的R角处碳捻丝外形尺寸，采用逆向 建模建立碳捻丝数模，并制造模具；

步骤三，利用模具将碳捻丝成型固化；

步骤四，将成型好的碳捻丝放置在“工”字型梁已经合模的左、 右腹板形成的R角空隙处，固化成型。

本发明的有益效果为：通过量化R角空隙处碳捻丝用量，使用成 型模成型的碳捻丝填充到“工”字型梁“R”转角空隙处，保证了R 角尺寸和厚度，明显改善了“工”字型梁R角处的表面质量，提高了 产品质量稳定性。

附图说明

图1为工字型梁机构示意图；

图2为工字型梁R角处截面等效示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细说明。

步骤1，R角处碳捻丝量化；

如图2所示，应用几何等效原理将空间实物“工”字型梁的R角 处截面等效为可计算的二维几何平面图形。

R角处填充碳捻丝横截面积ΔS的计算公式：

ΔS＝(r+h1/2)*(2r+h1)-π*(r+h1/2)²/2——(1)

应用微积分原理，得出R角处填充碳捻丝的宽度计算公式：

L＝ΔS/h——(2)

式中：r为“工”字型梁的R角半径；h1为“工”字型梁的厚度；L 为填充碳捻丝的宽度；ΔS为R角处的填充面积；h为填充碳捻丝的 单层厚度。

步骤二，制造R角处碳捻丝型模；

根据“工”字型梁的R角处碳捻丝外形尺寸，采用逆向建模建立 碳捻丝数模，在软件CATIA中设计出碳捻丝成型模，材质为铝，使用 数控铣床直接在下模体上铣出T型凹槽。使用成型模制造的R角处碳 捻丝，其结构外形与“工”字梁R角相吻合，从而保证“工”字型梁 R角的尺寸和厚度。

步骤三，成型碳捻丝；

将宽度为L的碳捻丝放入已刷脱模剂的碳捻丝成型模下模体T型 凹槽中，盖上盖板，糊制真空袋，送入热压罐固化成型。

碳捻丝固化参数选取低于碳捻丝树脂体系的固化温度，压力大于 0.1MPa。

碳捻丝经过此次低温固化过程，环氧树脂最终固化后内部形成均 匀的固化网络结构，内应力小，基体树脂性能好。

温度降至60℃以下卸压出炉，将成型模从热压罐中取出，打开 上盖板，取出碳捻丝，使用180#砂纸打磨碳捻丝表面，去除脱模剂 等杂质。

步骤四，填充碳捻丝；

将成型好的碳捻丝放置在“工”字型梁已经合模的左、右腹板形 成的R角空隙处，固化成型。