[发明专利]用于复合材料J形梁成型的气囊模具的成型方法及应用

说明书

本发明公开了一种用于复合材料J形梁成型的气囊模具的成型方法及应用。所述用于复合材料J形梁成型的气囊模具的成型方法，包括与复合材料J形梁两个型面成型尺寸完全匹配的第一气囊模具和第二气囊模具的成型方法，其成型过程为：首先制作气囊模具的成型工装，然后在成型工装上铺设气囊模具的构层材料，然后送入热压罐中进行固化成型即可。气囊模具成型后应用于复合材料J形梁成型时，通过一个框架模具将两个气囊模具限位组装并固定，J形梁的材料贴在气囊模具面上，再次热压固化即可得到复合材料J形梁。实现均匀、精确地传递热压罐施加的压力，提高生产的合格率和效率及生产效率，具有优良的使用价值。

技术领域

本发明涉及一种用于复合材料J形梁成型的气囊模具的成型方法及应用。

背景技术

树脂基碳纤维复合材料具有比强度、比刚度高，可设计性强，抗疲劳断裂性能好，耐腐蚀，尺寸稳定性好等优越的性能，是目前航空、航天、交通等领域中应用十分广泛的高性能结构材料。在多种碳纤维复合材料成型工艺中，热压罐工艺具有成型温度和压力均匀，对于不同材料、外形、尺寸及结构的零件具有很好的适应性，因而成为了研究和制造航空航天高品质复合材料构件的主要工艺方法之一。

J形梁是复合材料制件中较为常见的加强结构件，分为等截面J形梁和变截面J形梁等结构形式。对于J形梁复合材料结构件，目前业内基于热压罐工艺的成型方法基本为芯模成型，芯模材质一般为模具钢或者铝合金。芯模的作用是将热压罐的压力和温度传递至复合材料制件，使制件在高温高压下成型，同时芯模的刚性可以保证J形梁的外形尺寸符合设计要求。但使用芯模的缺点主要有以下三个方面：（1）由于芯模自身具有一定刚度，通过芯模传导外界压力就难以做到均匀和精确，容易造成复合材料制件厚度超差；（2）由于芯模具有一定厚度且厚度不均一，根据热传导效应，制件不同区域的升温速率会有所不同，从而影响制件的内部成型质量；（3）由于芯模为金属材质，自重较大，操作十分不便。同时金属芯模的制造和维护费用较高，返修或重新加工的制造周期较长。因此，亟需一种新型成型J形梁结构复合材料制件的方法。

发明内容

针对上述的问题，本发明提供一种用于复合材料J形梁成型的气囊模具的成型方法及应用，旨在解决J型复合材料制件制造过程中存在的立筋轴线位置偏差、表面质量不规整等问题。具体技术方案如下：

首先本发明提供一种用于复合材料J形梁成型的气囊模具的成型方法，包括与复合材料J形梁两个型面成型尺寸完全匹配的第一气囊模具和第二气囊模具的成型方法，步骤如下：

1）制作气囊模具的成型工装：采用机械制造的方法加工两套用于第一气囊模具和第二气囊模具成型的工装；所述第一气囊模具和第二气囊模具的成型工装均包括两个金属模体，所述第一气囊模具成型工装的两个金属模体组装后具有截面呈口字形的腔体；所述第二气囊模具成型工装的两个金属模体组装后具有截面呈L形的腔体；且所述第一气囊模具成型工装与第二气囊模具成型工装可组装成一个截面轮廓为矩形的模具框架；

2）铺设气囊模具的构层材料：分别在步骤1）中所述的第一气囊模具成型工装和第二气囊模具成型工装的金属模体形成腔体的一面铺设气囊模具的构层材料，所述气囊模具的构层依次为：橡胶层-多层纤维预浸料层-橡胶层；铺贴完毕后分别将两个成型工装的两个金属模体组装并紧固在一起；

3）固化成型：将步骤2）中组装好的两个气囊模具材料及工装分别封装，采用热压罐工艺，使气囊模具固化成型，出罐后即获得用于复合材料J形梁成型的截面呈口子形的第一气囊模具（1）和截面呈L形的第二气囊模具（2）。

作为优选的技术方案的，步骤1）中，所述第一气囊模具成型工装的两个金属模体分别为截面呈U形的第一金属模体和截面呈L形的第二金属模体，二者开口向对组装在一起；所述第二气囊模具成型工装的两个金属模体分别为内面凹陷形成V型槽的第三金属模体和内面凸起与V型槽配合形成L型腔体的第四金属模体。