[发明专利]用于复合材料加强筋结构件成型的纤维软模成型方法及应用

说明书

本发明公开了一种用于复合材料构件成型的增强纤维软模成型方法及应用，通过机械制造的方法加工一个与复合材料加强筋结构件外形尺寸完全一致的金属假件，并通过该金属假件制造出用于复合材料构件成型的具有一定刚度的增强纤维软模工装；通过该软模工装可均匀、精确地将热压罐施加的压力传递给复合材料加强筋结构件，从而避免加强筋部位的热滞后效应，并在保证加强筋条的外形尺寸及轮廓度，同时提高了制件的制造效率。

技术领域

本发明涉及一种复合材料构件成型的增强纤维软模成型方法及应用。

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。

随着对复合材料零件强度、刚度要求的日益提高，零件的结构也越来越复杂，其中带有单向或纵横向加强筋组件的腹板结构件是典型结构件之一。例如，结构相对复杂的复合材料加强筋腹板，其不仅包含纵横加强筋结构，同时腹板上带有加厚区以及减轻孔，在制造这类零件时，加强筋之间的间距，以及加强筋与腹板的相对位置度要求通常比较严格。

目前，大多使用芯模方法成型这类零件，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加强筋的外形尺寸符合设计要求。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，容易造成制件加强筋部分厚度超差；（2）由于芯模具有一定厚度，根据热传导效应，制件加强筋部分的升温速率会比其他部分滞后，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。

发明内容

针对上述的问题，本发明提供复合材料构件成型的增强纤维软模成型方法及应用，通过一个与复合材料加强筋结构件完全一致的金属假件，制造出具有一定刚度的增强纤维软模工装；通过该软模工装可均匀、精确地将热压罐施加的压力传递给复合材料加强筋结构件，从而避免加强筋部位的热滞后效应，并在保证加强筋条的外形尺寸及轮廓度，同时提高了制件的制造效率。具体技术方案如下：

首先本发明提供一种用于复合材料加强筋结构件成型的纤维软模成型方法，包括的步骤如下：

1）制作金属假件：通过机械制造的方法加工一个与复合材料加强筋结构件外形尺寸完全一致的金属假件；

2）制作软模：将步骤1）中制作的金属假件安装在纤维软模的成型模具中，并在金属假件与纤维软模的成型模具之间形成的空腔表面铺贴增强纤维预浸料，然后进行模具组合，并送入热压罐进行固化，从而制造出具有一定刚度的纤维软模，即为用于复合材料加强筋结构件成型的纤维软模。

作为优选的技术方案的，步骤1）中所述的复合材料加强筋结构件，其夹芯结构中的加强筋截面形状为L型、T型或Ω型。

作为优选的技术方案的，步骤2）中，所述纤维软模的成型模具具有侧面挡板和底板，其与金属假件之间存在装配关系，同时该纤维软模的模具的各个挡板对金属假件起到限位作用。另外，步骤2）中所述的增强纤维预浸料的表面包覆有橡胶材料。所述增强纤维预浸料为碳纤维预浸料或玻纤预浸料等；所述橡胶材料优选为硅橡胶。

作为进一步优选的技术方案的，步骤2）中，铺设的增强纤维预浸料层数为1～5层。

作为优选的技术方案的，步骤2）中，所述固化的条件为：固化压力600～650kPa，固化温度180℃±6℃，固化时间120min。应该注意的是，在所述的固化过程中，当固化压力达到140kPa时，将真空袋与大气连通，并保持连通状态直至固化完成。