[发明专利]一种整体成型“工”型加筋复合材料壁板的模具

说明书

技术领域

本发明属于树脂基复合材料成型技术，涉及一种整体成型“工”型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构件因其具有较好的刚度而成为复合材料机身、机翼和垂尾等构件广泛采用的结构形式。通常采用的加筋壁板按加筋截面的不同，分为“T”型加筋壁板、“J”型加筋壁板、“工”型加筋壁板和混合型加筋壁板等。传统的成型方法一般是将蒙皮及加筋分别固化后，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。这种成型方案分别按单个零件设计模具，模具结构比较简单，但构件整体性较差，紧固件成本和装配成本高，且紧固件的大量应用降低了结构的减重效率，不利于结构减重。随着复合材料用量的不断扩大，结构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，为满足整体成型过程中零件外型及各部分加压的需要，模具结构是否合理是关系零件成型成败的一项关键因素。

对于一般的没有装配要求或精度要求不高的加筋壁板，其成型模具相对还比较简单。通常在“工”型加筋两侧采用阳模，加筋上凸缘外型面则采用刚性较小的模具，成型过程中加筋按阳模型面成型，上凸缘外型面随形，这样的模具结构加筋上凸缘外型面尺寸偏差较大。

由于某些加筋壁板类构件不仅需要加筋来增强壁板刚度还需要通过加筋与上蒙皮或金属件进行连接，对加筋的位置及上凸缘外型面的型面精度提出了比较高的要求。为解决型面偏差造成的装配协调问题，通常采用二次补偿的方法，即零件成型后在专用工装上对上凸缘外型面进行二次补偿，不仅增加了工装成本，而且增加了材料和工艺成本。

发明内容

本发明的目的是，提供一种整体成型“工”型加筋复合材料壁板的模具，以满足装配和外形对“工”型加筋复合材料壁板上凸缘外型面的精度要求。

本发明的技术解决方案：模具由外形模、定位块、横梁、加筋成型模a、下凸缘成型模及加筋成型模b构成；

（a）外形模的型面依据“工”型加筋壁板蒙皮理论外形设计，长度、宽度方向尺寸较零件理论外形单边各增加50～300mm；

（b）定位块位于外形模上“工”型加筋轴线位置的两端，与外形模采用焊接或机械连接；截面设计为“U”型，上表面对横梁提供定位，侧表面对加筋成型模限位，侧表面的位置按加筋的腹板面确定，定位块的高度依据上凸缘成型模与外形模之间的距离确定；定位块长度为30～100mm，宽度与上凸缘成型模宽度一致；

（c）横梁位于“工”型加筋上凸缘外型面，横梁采用刚性材料，截面为“工”字型、“T”字型或其它满足刚度要求的截面形式，横梁的腹板轴线与“工”型加筋轴线一致；横梁的下凸缘的下表面为“工”型加筋上凸缘外型面的型面，横梁的型面依据“工”型加筋上凸缘理论外形确定；横梁的长度与固定在外形模上的相应加筋轴线两端的定位块外侧的距离相等，横梁的型面宽度大于“工”型加筋上凸缘宽度10～60mm，横梁与定位块采用销钉定位后，再用螺钉连接；

（d）加筋成型模位于“工”型加筋的一侧，设计为“L”型截面形式，厚度为5～15mm，长度与固定在外形模上的相应加筋轴线两端的定位块外侧的距离相等；利用“L”型刚性较好的特点，通过两端定位块的侧表面对加筋成型模a限位，保证加筋的轴线位置；加筋成型模a的型面依据所在“工”型加筋的理论内形确定，加筋成型模a的下型面依据下凸缘成型模的上表面的理论外形确定；

（e）下凸缘成型模位于加筋成型模a的下表面、“工”型加筋下凸缘的上表面，与加筋成型模a组合成加筋内侧成型模；

（f）加筋成型模b位于“工”型加筋的另一侧，加筋成型模b侧型面和上、下凸缘型面采用铝板或玻璃钢板，铝板或玻璃钢板厚度1～5mm，上下R角区采用AIRPAD橡胶与铝板或玻璃钢板复合，在保证成型过程中加筋部位加压的同时，利用铝板或玻璃钢板的刚性保证上、下凸缘内型面及腹板型面的表面质量。

所述的加筋成型模a的“L”型材上边缘的外边缘突出于“工”型加筋的上凸缘边缘5～30mm。

所述的置于“工”型加筋一侧下凸缘的上表面的下凸缘成型模的外边缘突出于“工”型加筋下凸缘的0～15mm。

所述的加筋成型模b的下边缘的外边缘突出于“工”型加筋下凸缘0～15mm，加筋成型模b的上边缘的外边缘突出于“工”型加筋的上凸缘边缘5～30mm。

本发明的优点：