一种复合材料防火壁板成型工装及成形方法与流程

本发明属于复合材料成型加工，涉及一种复合材料防火壁板成型工装及成形方法。

背景技术：

1、先进的复合材料制造技术的发展与其在航空航天结构上的应用历程紧密相关，很大程度上，复合材料成型技术以往的发展走向由航空工业产品的性能需求和成本权衡所决定。围绕航空航天复合材料结构的制造技术的发展重要程度可想而知。通过制造工艺的革新来降低结构成本、缩短研制周期，始终是先进复合材料领域工程技术人员持续的工作目标。我国发展相对国外较晚，技术水平较低，尤其是横纵加强筋整体壁板，由于其整体化结构制造难度使技术探索相对困难，因此，此类结构零件的技术水平一定程度上反映了国内复合材料制造技术水平。

2、传统的横纵加强筋整体壁板成型方式采用一次性共固化工艺制造，由于采用一次成型，对模具设计和制造精度要求严格，增加工装设计难度，工装结构复杂，增加操作工人使用难度。由于共固化对树脂基体的流动性要求严格，增加零件制造工艺技术要求，尺寸精度控制难度大，尤其对于结构复杂的零件，共固化的局限性非常明显，容易增加零件孔隙率及内部缺陷，导致零件报废，造成材料和资源的大量浪费。采用此新型工装结构及其成型工艺方法，能有效的控制制造后的缺陷，降低工装的设计及制造难度、使用难度，大大增加零件制造的成功率。

技术实现思路

1、本发明目的在于提供一种复合材料防火壁板成型工装及成形方法，解决复合材料防火壁板类零件工装的设计及制造难度，减少零件孔隙率及内部缺陷导致的报废，提高制造成功率。

2、为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、一种复合材料防火壁板成型工装，所述的成型工装包括框架式工装主体1、环形模板2、横筋定位组件3、复材盖板4、横筋芯棒组件5。

4、所述的框架式工装主体1由矩形框架和连接在矩形框架顶面的平台7组成，矩形框架由横纵隔板组成，带方形大开口，长度方向两端设置吊装耳片。所述的平台7为矩形钢板，其边缘设若干靶点孔，作为激光投影基准，四角倒角防止磕碰。

5、所述的环形模板2固定连接在平台7中部，其外圆与平台7外轮廓留有一定距离，该区域作为包装真空封装及铺叠压实区域，环形模板2内型面与复合材料防火壁板零件6圆周处的缘条外形一致，且其高度高于缘条高度，环形模板2内型面刻有净尺寸线、余量线、长桁轴线，作为成型后复合材料防火壁板零件6铣切基准。环形模板2圆周上对称布置2组螺栓孔用于安装两组横筋定位组件3。

6、所述的两组横筋定位组件3均包括1个直定位模8和6个l型定位块9，两组横筋定位组件3对称布置在环形模板2圆周上并配合使用；所述的直定位模8为条形件，固定连接在环形模板2上，且垂直于复合材料防火壁板零件6上的横向加强筋，其上表面设置有4个矩形凹槽用于安装4个l型定位块9，槽宽与l型定位块9配合，二者螺纹连接，每组横筋定位组件3中另两个l型定位块9布置在直定位模8两侧，固定在环形模板2上。所述的l型定位块9呈l型，其水平段固定在直定位模8或环形模板2上，使l型定位块9平行于横向加强筋，其竖直段向下并位于环形模板2内侧，两组横筋定位组件3中的l型定位块9一一对应配合使用，相对的两个l型定位块9的外侧垂直面与横筋芯棒组件5两端端面配合进行限位，l型定位块9侧面余留销钉孔，用于成型后利用销钉连接细线测量横向加强筋轴线度。

7、所述的横筋芯棒组件5包括6组芯棒，每组包括两根截面呈类矩形的条形芯棒，芯棒长度与对应位置的横向加强筋长度相同，横向加强筋夹装在两根芯棒之间，芯棒与横向加强筋的接触面按横向加强筋型面设置，作为横向加强筋的成型基准，接触面上刻有横向加强筋的外轮廓线用于成型后铣切。使用时，横筋芯棒组件5在其他平台完成横向加强筋的铺叠后，夹装横向加强筋并转移至环形模板2已铺叠的蒙皮上进行合模。

8、所述的复材盖板4采用复材碳纤维材料，由6层预浸料铺叠。复材盖板4外轮廓及边缘型面按已装配有横筋定位组件3的环形模板2设置，盖在环形模板2上并通过型面配合定位，复材盖板4中间沿横向加强筋方向布置6个矩形通槽，槽位置及轮廓依据夹装有横向加强筋的6组横筋芯棒组件5设置，且槽边缘与横筋芯棒组件5之间保留0.2mm间隙，防止树脂固化流动产生挤压应力。

9、进一步的，所述的环形模板2厚度大于50mm以保证工装刚性和精度。

10、进一步的，所述的l型定位块9直角位置为斜面，防止磕碰零件。

11、一种复合材料防火壁板成形方法，基于所述的成型工装实现，所述的成形方法包括以下步骤：

12、步骤1，检查加工环境是否符合要求：保证加工环境温度18℃～26℃，相对湿度25％～65％，尘埃度不大于10μm的灰尘粒子含量不大于10个/升，照度不低于200lux。

13、步骤2，工装使用前使用丙酮擦拭，在溶剂发挥前用干燥擦布擦干，不能使溶剂挥发。预浸料去除隔离膜时检查是否起球、干斑的原料缺陷，禁止使用尖锐器具。

14、步骤3，在环形模板2内部的平台7上铺叠蒙皮料片，第一层铺叠后真空压实，之后每铺叠三层压实10分钟，搭接宽度为20mm，拼缝错层距离30mm。铺叠蒙皮料片时先去除下层保护膜，在铺叠下一层料片时再去除上层保护膜，为保证纤维光顺，使用刮板时沿纤维的平行方向或织物径向顺利；期间为提高贴合性，使用电熨斗进行加热，温度在50℃～60℃，实现初步定型避免移动时变形；对料片边缘进行手工切割，切割时需垫树脂板防止划伤。

15、步骤4，将横筋芯棒组件5中的芯棒翻转倒置，在芯棒上铺叠横向加强筋料片使其呈l型，铺叠好后翻转对合形成t型加强筋，在t型加强筋三角区使用一股手工圆柱型0度纤维进行填充，不允许分段填充，铺叠料片及圆柱型0度纤维长度以芯棒端面作为基准，得到横向加强筋；将t型加强筋加热至50℃～60℃，使其初步定型。

16、步骤5，分别对蒙皮和横向加强筋进行封装，热压实，防止组合或转移时变形或传动；在铺叠好的蒙皮表面将横向加强筋的安装位置进行激光投影，将夹装有横向加强筋的横筋芯棒组件5按激光投影位置转移到蒙皮上。

17、步骤6，安装横筋定位组件3，通过相对的两个l型定位块9的垂直面调整横筋芯棒组件5位置，使配合面相贴合；将复材盖板4盖在环形模板2上，二者按型面配合定位，检查复材盖板4六个矩形通槽的边缘与对应横筋芯棒组件5边缘间隙，保证距离0.2mm。

18、步骤7，按标准将组合后的蒙皮和横向加强筋连同成型工装一同封装抽真空，进热压罐固化，固化时保证真空袋内压力为0.08mpa。

19、步骤8，固化后，拆除复材盖板4和横筋芯棒组件5；在蒙皮表面将纵向加强筋的安装位置进行激光投影，将已固化成型的纵向加强筋按激光投影位置通过胶接工艺安装于蒙皮上，胶膜拼接处理，保证搭接量为5mm。

20、步骤9，将组合后的蒙皮、横向加强筋和纵向加强筋，连同拆除拆除复材盖板4和横筋芯棒组件5的成型工装封装固化处理；成型后从成型工装中取出铣切外轮廓；铣切后再次安装入成型工装，在l型定位块9侧面的销钉孔中安装球头销钉，通过细线连接相对两个l型定位块9对应位置的球头销钉，以检测横向加强筋轴线度，最终得到复合材料防火壁板。

21、本发明具有以下有益效果：本发明基于共胶接工艺方案，通过两次安装完成成型制造工艺，提高效率的同时增加零件精度和降低工装设计难度。

技术特征：

1.一种复合材料防火壁板成型工装，其特征在于，所述的成型工装包括框架式工装主体(1)、环形模板(2)、横筋定位组件(3)、复材盖板(4)、横筋芯棒组件(5)；

2.根据权利要求1所述的一种复合材料防火壁板成型工装，其特征在于，所述的环形模板(2)外圆与平台(7)外轮廓留有一定距离，该区域作为包装真空封装及铺叠压实区域。

3.根据权利要求1所述的一种复合材料防火壁板成型工装，其特征在于，所述的l型定位块(9)侧面余留销钉孔，用于成型后利用销钉连接细线测量横向加强筋轴线度。

4.根据权利要求1所述的一种复合材料防火壁板成型工装，其特征在于，所述的复材盖板(4)采用复材碳纤维材料，由6层预浸料铺叠。

5.根据权利要求1所述的一种复合材料防火壁板成型工装，其特征在于，所述的l型定位块(9)直角位置为斜面。

6.一种复合材料防火壁板成形方法，基于权利要求1-5任一所述的成型工装实现，其特征在于，所述的成形方法包括以下步骤：

技术总结
本发明提供一种复合材料防火壁板成型工装及成形方法，属于复合材料成型加工技术领域。框架式工装主体上安装环形模板用于铺叠蒙皮，环形模板两端安装横筋定位组件，与横筋芯棒组件配合实现横向加强筋的定位，横筋芯棒组件共6组每组两个芯棒，用于铺叠及夹装横向加强筋，复材盖板盖在环形模板上，其中部对应横筋芯棒组件位置设通槽。成型方法包括，通过成型工装分别铺叠蒙皮和横向加强筋，转移横向加强筋至蒙皮上固化成型，将已成型的纵向加强筋胶接至蒙皮上，二次固化后铣切。本发明基于共胶接工艺方案，通过两次安装完成成型制造工艺，提高效率的同时增加零件精度和降低工装设计难度。

技术研发人员：郑伟,刘佳,于竹,杨五兵,孟凡波
受保护的技术使用者：中航沈飞民用飞机有限责任公司
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23