[发明专利]一种防止复合材料成型工装漏气的工装制造方法

说明书

本发明公开了一种防止复合材料成型工装漏气的工装制造方法，该复合材料成型工装用于复材零件成型；所述复合材料成型工装由复合材料铺贴模和支撑框架组装而成；所述复合材料铺贴模为以过渡模为基础，采用不同厚度的工装预浸料铺贴热压而成；并且在铺贴的过程中，在过渡模的R区和拐角区域铺贴压条，工装的边缘余量区域采用相框式铺贴工装预浸料，并在对接缝的区域铺贴补缝长条。相框式铺贴避免了切割导致的边缘缺陷向内部的扩展及搬运过程中磕碰或脱模时发生劈裂；压条、及补缝长条进一步保证了工装的高温气密性。本发明制造的工装不仅气密性能好，且有效地降低了维护成本，保证了复材零件的成型质量和制作周期，具有良好的实用及经济价值。

技术领域

本发明涉及一种防止复合材料成型工装漏气的工装制造方法。

背景技术

复合材料零件（以下简称复材零件）是由树脂基碳纤维复合材料制备而成。由于树脂基碳纤维复合材料具有比强度、比刚度高，结构一体化程度高，可设计性强，抗疲劳断裂性能好，耐腐蚀，尺寸稳定性好等优点，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。由于复材零件的制造必须使用专门设计的工装同时完成材料的复合和零件的成型过程。复材零件固化成型后几乎不需要再作任何加工，其内部结构、力学性能需要达到设计要求，同时其表面质量、外表尺寸均应满足装配协调要求，因而复材零件成型工装的优劣对零件的外形及内部质量起着决定性作用。

目前，复材零件的成型工装主要包括采用普通钢制造的工装、采用INVAR钢制造的工装以及采用环氧树脂碳纤维等复合材料制造的工装。其中，采用普通钢制作的工装，其力学性能和加工性能好，成本较低，但其热膨胀大（1.2*10-5/℃，200℃），对零件的成型易产生不利影响；采用INVAR钢制作的工装，其力学性能好，热膨胀系数低（2.2*10-6/℃，200℃），与复材零件相当，但其可重复使用性能差，且成本高昂，成本巨大，加工周期长；而采用复合材料制造的工装，其制造周期短、热膨胀系数和制件一致（3*10-6/℃，200℃），质量轻且成本较INVAR钢工装低。因此，复合材料成型工装成为结构复杂的大型复材零件制造成型的首选。

然而，由于利用复合材料成型工装制造成型复材零件时，需进行加温、加压和抽真空等操作，一旦出现工装漏气现象，固化后的复材零件表面可能出现大面积贫胶、白斑或者烧焦等现象，并容易发生无损分层或整体疏松，最终导致复材零件报废，故复合材料成型工装的气密性对复材零件的成型质量至关重要。

传统的复合材料工装经常因为各种原因导致气密性不足的问题，而增加工装的制作和维护成本，并影响复材零件的成型质量：

首先，随着对复材零件的强度、刚度的要求日益提高，零件的结构也越来越复杂，通常含有丰富的直角和圆角区域（这些直角和圆角较多的重要几何过渡区和连接区统称为R区）；而复合材料成型工装的R区在脱模时特别容易将模具本身的材料崩裂，从而造成凹坑或劈裂，继而引发工装的高温漏气问题。

其次，通常复合材料成型工装在制造过程中，会根据材料的种类采取不同的铺贴方式。对于纤维丝数较小、厚度较薄的工装预浸料一般采取搭接的方式铺贴；而对于纤维丝数较多、厚度较厚的工装预浸料则采取对接的方式铺贴。而由于搭接或对接的连接缝处缺少纤维的支撑，特别是较厚的工装预浸料对接的连接缝处极易发生工装劈裂或漏气，进而影响工装的气密性。

另外，传统的复合材料成型工装制造过程中需要考虑工艺余量，铺贴时一般从工装边缘开始作整层铺贴，待脱模工序完成之后，采用人工修切或数控铣切的方式对工装边缘进行边缘修整；由于铺贴工装预浸料有其固定的的纤维走向，一旦进行工装的边缘修切或工装边缘受到磕碰及磨损时极容易产生细微的裂纹，这些裂纹将顺着纤维方向延伸到工装净尺寸区域，产生贯穿性裂纹，进而引发工装漏气现象，影响整个成型工装的使用。

发明内容

针对上述存在的问题，本发明提供一种防止复合材料成型工装漏气的工装制造方法，以过渡模为基础，采用不同厚度的工装预浸料铺贴热压成复合材料工装，并对引发工装漏气的原因进行针对性处理，以解决工装漏气现象，提高其气密性。具体技术方案如下：