[发明专利]一种整体化制备工型纵横加筋复合材料壁板的模具

说明书

本发明属于树脂基复合材料成型技术领域，涉及一种整体化制备“工”型纵横加筋复合材料壁板的模具。本发明提出采用组合式内芯模的设计思路，将“工”型翻边没有覆盖的部位设计成可自由脱出的U型芯模，然后在U型芯模外表面通过螺栓连接经分块设计的C型成型模，采用该种芯模制备的纵横加筋壁板在脱模时，可先将U型芯模脱出，然后沿垂直于“工”型加强筋腹板方向将C型成型模按设计顺序依次取出。同时基于RTM成型工艺要求，提出了一整套适用于“工”型纵横加筋壁板的成型模具设计思路。

技术领域

本发明属于树脂基复合材料成型技术领域，涉及一种整体化制备“工”型纵横加筋复合材料壁板的模具。

背景技术

目前，飞机上越来越多的部位采用了复合材料，利用先进复合材料高比强度、高比刚度以及可设计性等优点减轻结构重量，提高飞机机动性或运载能力。加筋壁板类复合材料结构因其具有较好的刚度而成为复合材料机身、机翼和尾翼等构件广泛采用的结构形式。通常采用的加筋壁板按加强筋截面的不同，可分为“T”型、“J”型、“工”型和混合型加筋壁板等。

传统的成型方法是采用预浸料/热压罐工艺，分别将蒙皮和加强筋固化后，采用紧固件进行机械连接，或采用胶接的手段形成壁板结构。这种成型工艺方案是按加强筋以及蒙皮的外形分别设计模具，模具结构相对比较简单，但是加强筋和蒙皮在成型后容易变形，导致后续机械连接或胶接质量下降，且紧固件成本和装配成本高，同时紧固件或胶膜的大量应用使加筋壁板的减重效率下降。随着复合材料用量的不断扩大，变形控制、减重和降低成本的需求更显突出，因此设计部门将越来越多的飞机结构设计为整体结构。

近年来以树脂传递模塑(Resin Transfer Molding,RTM)工艺为代表的低成本、整体化制造的液体成型技术得到快速发展，RTM工艺具有闭模成型的工艺特点，制件的内外表面均由模具型面控制，因此制件的外形尺寸精度高，通过合理的铺层优化以及成型模具设计可以实现复杂结构制件的整体化制造，有效缓解制件的变形问题、提高结构减重效率、降低复合材料制件的制造及装配成本。

无论是采用传统的预浸料热/热压罐工艺还是采用RTM成型工艺整体化制备“工”型纵横加筋复合材料壁板，都存在芯模无法脱出的问题。由于“工”型筋存在向左和向右的翻边，在两条或两条以上的“工”型纵横加筋壁板就会形成“井”型的半封闭结构，因此，芯模是无法正常脱出的。综合“工”型加筋复合材料壁板预制体的制备技术以及脱模的可实施性，模具内芯模设计成为制备“工”型纵横加筋复合材料壁板的关键因素。

发明内容

本发明的目的是针对纵横交错的“工”型筋内型面模具的脱出问题：提供一种整体化制备“工”型纵横加筋复合材料壁板的模具，以满足纵横加筋壁板整体化制造的工艺要求。

本发明的技术解决方案是：模具各组元包括上模、下模、组合式内芯模、外芯模、纵向滑块和横向滑块，

(a)上模为阴模设计，上模侧向内型面为斜面；底部型面与蒙皮的理论型面一致，并且底部型面的长度和宽度在蒙皮理论外形的基础上进行延长；在上模的分型面上制作与下模配合的字口定位槽；

(b)下模为阴模设计，下模侧向内型面为斜面；底部型面与“工”型纵横加强筋的凸缘型面一致，在底部型面上刻出纵横交错凸缘的理论外形，并且在凸缘理论宽度的基础上进行延长；在下模的分型面上制作与上模相配合的字口定位台；在下模的分型面上设置分型面密封槽，底部型面上制作用于固定组合式内芯模的下陷定位槽，下陷定位槽内部配有下陷密封槽；

(c)组合式内芯模包括U型芯模和C型成型模，U型芯模内腔具有可拆装螺栓的操作空间；C型成型模外形与“工”型纵横加强筋内型面形状一致，并且C型成型模沿“工”型纵横加强筋的腹板方向分块；分块后的C型成型模通过螺栓固定在U型芯模的外表面；U型芯模的上端置于下模的底部型面的下陷定位槽中；

(d)“工”型纵横加筋壁板的外围每个“工”型加强筋的内型面中放置一个外芯模，外芯模另一个型面与“工”型纵横加筋壁板的凸缘垂直；