[发明专利]一种实现大曲率Ω型加筋壁板共固化的方法

说明书

本发明公开了一种实现大曲率Ω型加筋壁板共固化的方法，达到了以下技术效果：1、采用敞开式气囊，在配合相应的模具设计和制真空袋的方案后，不仅可以更好的保证气囊内外压力一致，而且大大延长了气囊的使用寿命。2、开口设计使得气囊内部与整个固化成型环境连通，从而保证零件腔体内外受压衡，实现产品共固化；3、解决了Ω型帽型长桁内部无法加压及芯模无法脱模的问题，即保证了产品气动外形面光滑平整的要求，又确保产品的厚度、无损等指标达到质量要求。4、气囊技术应用于帽型加筋壁板的制造，可以保证共固化工艺的可行性，降低了研制成本和难度，保证制件的受力均匀，从而更提高制件本身的内部质量以及力学性能。

技术领域

本发明涉及先进复合材料制造技术领域，尤其涉及航空器、航天器、汽车行业中的高性能碳纤维复合材料结构件制造，具体涉及一种实现大曲率Ω型加筋壁板共固化的方法。

背景技术

树脂基碳纤维复合材料具有比强度、比刚度高，结构一体化成都高，可设计性强，抗疲劳断裂性能好，耐腐蚀，尺寸稳定性好等有点，目前已经成为航空、航天、交通等领域中应用十分广泛的高性能结构材料。在复材成型的多种工艺中，热压罐由于具有成型温度及压力均匀的特点，对不同构型、尺寸及结构的零件具有较强适应性，因而成为目前研究、制造航空航天复合材料结构件的主要工艺方法之一。

随着对复合材料零件强度、刚度要求的日益提高，零件的结构也越来越复杂，其中带有空腔结构的壁板是典型结构件之一。此类零件中帽型加筋壁板结构相对复杂，不仅带有帽型筋条，同时壁板本身的曲率变化较大，在制造这类零件时，帽型筋条之间的间距，帽型筋条内部表面以及帽型筋条与壁板的相对位置度要求通常比较严格。

传统的Ω型加筋壁板采用Ω型筋二次胶接蒙皮的方案固化，但是壁板的强度得不到保证。而且大曲率的Ω型筋在多次进罐过程中，在热压罐高温高压情况下易出现一定程度的微变形，在与蒙皮的二次共胶结过程中可能产生应力，影响零件与蒙皮的固化质量。

与二次胶结成型相比，热压罐共固化成型的复材零件具有结构强度高、比重小、成本低等特点，但是采用共固化成型工艺，Ω型加筋壁板铺贴成型及封装工艺提出了巨大难度。传统的方式之一是采用管状真空袋置于帽型筋腔体直接封装，但是真空袋为柔软的薄膜结构，在热压罐固化过程中，不能均匀传递罐内压力，Ω型筋质量得不到保证，易出现R角贫胶，纤维压不实，厚度不均等质量缺陷。另外一种方法是采用实心橡胶芯模支撑Ω型筋进行共固化成型，固化完后将实心橡胶芯模拔出。该方案缺点是橡胶芯模在热压罐高温高压作用下易产生较大变形，产品型面尺寸较差，而且由于橡胶材料的传压效果不均匀，使Ω型筋区域蒙皮受压效果变差，成型质量随之变差。对于大曲率的Ω型加筋壁板，实心橡胶芯模脱模困难，易在帽型筋端头处产生劈裂、分层等缺陷。

大曲率Ω型加筋壁板目前制造工艺存在如下技术缺点：

1、复合材料空腔结构是热压罐共固化成型技术中的难点，因为成型空腔结构不仅需要有模具可以从内部加压，在成型后还要能够将其顺利取出而不破坏零件，此外工艺要求操作方便，重复性、稳定性高，成本低。如若使用传统模具，或者存在铺层的困难，或者会出现无法脱模的问题。

2、蒙皮壁板结构通常采用Ω型梁、蒙皮分别固化后再粘接方案，这种方案存在难以避免的变形问题。而且二次固化也严重影响了产品的强度和刚度。除此之外，还需要两套工装两次成型，使生产成本提高降低。作为其替代方案，Ω型筋与蒙皮壁板的共固化技术是更为先进、稳定且高效的成型技术。

3、采用软模橡胶芯材共固化成型的Ω型加筋壁板，固体橡胶芯模在热压罐共固化成型工艺中很难在较高压力下维持自身外形面，造成Ω型筋R角在固化过程中压不实，形成富树脂、贫胶或者无损质量超差等缺陷；

4、大曲率Ω型加筋壁板，Ω型筋曲率跨度大，再用共固化工艺成型，Ω型筋软模芯材较难脱出，容易在Ω型筋端头造成劈裂分层缺陷。

发明内容