[发明专利]一种半封闭腔体网格蒙皮结构复合材料成型模具和方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种成型模具和方法，特别是涉及一种网格蒙皮结构复合材料成型模具和方法。

背景技术

网格结构复合材料具有良好的几何拓扑优化性、结构承载力高、结构抗屈曲能力强、高比强度和比刚度等特点，显示出无可比拟的应用前景，在航空航天领域得到广泛地关注与应用。

国外对网格结构的研究较早，CRISMB于1981年制造了俄罗斯第一个复合材料网格结构实验级间件，该筒体直径为1.3m，长1.4m。经过几年的发展，成功研制了直径为4.2m，长度为8m的航天用圆筒网格结构制品。美国空军试验室在弹道导弹防御组织的联合试验计划中对成功地对网格加筋结构整流罩进行了设计、制造和飞行试验，此整流罩比铝质整流罩轻60％。日本国家宇航开发事业团将碳纤维增强的三角形网格圆筒应用与H-2运载火箭的第三级结构。

国内对复合材料网格结构的研究起步晚，与俄罗斯、美国等航天大国相比，技术和工艺上均不够成熟。航天材料及工艺研究所采用手工铺设的方式相继研制出具有蒙皮-网格结构的构件，西安航天复合材料研究所采用缠绕网格成型工艺成功研制了多种带蒙皮和不带蒙皮的网格复合材料筒形件。哈尔滨玻璃钢研究院、国防科技大学也进行了大量研究工作，并取得初步成功。

以上研究中的复合材料件的结构特点是圆柱筒形，这种圆筒形复合材料结构件的蒙皮具有可展开的特点，筋条的成型方法通常是纵向筋条和环向筋条的缠绕。而对于蒙皮非可展的半封闭腔体空间曲面网格结构件、具有经向和纬向的筋条以及带有端框增厚区的结构件则无法成型。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：克服现有技术不足，提供一种对蒙皮非可展的半封闭腔体空间曲面网格结构件成型的模具和方法，该模具和方法制作的结构件具有经向和纬向的筋条以及端框增厚区，强度高，网格密实度高。

本发明所采用的技术方案是：

一种半封闭腔体网格蒙皮结构复合材料成型模具，包括芯模衬、阳模、外阴模和下端压环；芯模衬、阳模和外阴模均为下端开口且向外突出的曲面壳体；下端压环为环形，与芯模衬的下端和外阴模的下端相连接；阳模包在芯模衬外，阳模内表面与芯模衬外表面贴合，阳模外表面上设有沿经向和纬向排列的阵列突起，突起之间的缝隙连成筋槽，所述筋槽包括沿经向的纵向筋槽和沿纬向的环向筋槽，所述阳模由2片及以上分瓣模片拼接而成；外阴模包在阳模外，与阳模不接触；外阴模与阳模在阵列突起的两端分别形成上端增厚区和下端增厚区。

所述突起在阳模外表面a°～b°纬线之间，所述a为20～30，所述b为70～85。

所述曲面壳体为半球形壳体或者半椭球形壳体。

所述阳模为硅橡胶材料。

所述突起为梯形六面体，所述筋槽的截面为倒梯形。

所述筋槽的深度为5～10mm。

一种利用前述模具进行半封闭腔体网格蒙皮结构复合材料成型的方法，包括以下步骤：

S1、将所述芯模衬的下端固定在下端压环上；

S2、将阳模的各分瓣模片包在芯模衬外；

S3、在上端增厚区和下端增厚区分别铺放一层预浸料，形成上端框和下端框；

S4、分别绕纵向筋槽和环向筋槽缠绕铺放一层预浸丝，形成网状的加强筋；

S5、重复步骤S3和步骤S4，直至铺层的厚度与突起的高度平齐；

S6、对预浸丝和预浸料进行吸胶预压实处理；

S7、在阳模表面铺放蒙皮，蒙皮厚度满足使蒙皮填充在阳模和外阴模之间；

S8、对步骤S7所铺完蒙皮后的模具进行吸胶预压实处理；

S9、将外阴模包在蒙皮外表面，下端固定在下端压环上，用热压罐固化工艺实现对预浸丝、预浸料和蒙皮的共固化；

S10、依次拆除外阴模、下端压环；再将芯模衬拔出，将分瓣模片向内部拔出，得到复合材料成型结构件。

所述步骤S5中，当铺层厚度为突起高度1/2或2/3时，还对预浸丝和预浸料进行吸胶预压实处理。

所述步骤S6或步骤S8中所述吸胶处理的吸胶温度为50～90℃，升温速率为10～50℃/h，吸胶压力为0.2～0.8MPa，吸胶时间为30～90min。

所述步骤S9中最终固化温度为100～200℃，升温速率为10～50℃/h，固化压力为0.5～1.0MPa，固化时间为10～15h。

本发明与现有技术相比的优点在于：