專利名稱：消除復(fù)合材料熱壓罐陰模成型拐角缺陷的模具和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于復(fù)合材料成型技術(shù)，涉及消除復(fù)合材料陰模成型拐角缺陷的模具和方法。
現(xiàn)有技術(shù) 熱壓罐陰模成型復(fù)合材料拐角結(jié)構(gòu)件的方法參見(jiàn)圖l，采用金屬外模具成型復(fù)合材料構(gòu)件的外型面，預(yù)浸料在模具內(nèi)側(cè)鋪疊，橡膠軟模成型復(fù)合材料構(gòu)件的內(nèi)型面。采用這種成型方法可以保證復(fù)材零件拐角的外型面精度，對(duì)于某些復(fù)合材料結(jié)構(gòu)件必須保證拐角的外型面且有一定的裝配要求情況下，必須采用陰模成型的方法制造拐角結(jié)構(gòu)。其缺點(diǎn)是復(fù)合材料構(gòu)件在拐角區(qū)會(huì)出現(xiàn)架橋、溝痕等缺陷，將影響復(fù)合材料構(gòu)件的性能。出現(xiàn)架橋、溝痕等缺陷的原因是復(fù)合材料構(gòu)件與金屬模具線膨脹系數(shù)不同；復(fù)合材料構(gòu)件固化過(guò)程中自身厚度變化。 復(fù)合材料構(gòu)件在固化成型時(shí)選定的成形模具應(yīng)與復(fù)合材料的膨脹系數(shù)相近，但在實(shí)際生產(chǎn)中與復(fù)合材料膨脹系數(shù)相近的可用作成形模具的材料很少且價(jià)格較為昂貴。所以在實(shí)際生產(chǎn)中還是多采用45#鋼和A3鋼等金屬模具。 1.復(fù)合材料構(gòu)件與金屬模具線膨脹系數(shù)不同導(dǎo)致拐角區(qū)架橋、溝痕等缺陷。
復(fù)合材料構(gòu)件與金屬模具之間線膨脹系數(shù)存在較大差異，采用陰模成型的復(fù)合材料拐角結(jié)構(gòu)件在熱成型過(guò)程中，金屬模具的線膨脹系數(shù)大，模具會(huì)出現(xiàn)較大的尺寸伸長(zhǎng)變化，而復(fù)合材料的線膨脹系數(shù)與金屬相差一個(gè)數(shù)量級(jí)以上，尺寸變化很小。拐角區(qū)在固化前與模具緊密貼合，在升溫固化的過(guò)程中金屬模具與復(fù)材零件同時(shí)膨脹但金屬模具的線膨脹
系數(shù)與復(fù)合材料的線膨脹系數(shù)不同導(dǎo)致復(fù)材拐角處與模具之間產(chǎn)生間隙。另外由于外部壓力的作用限制了復(fù)材在模具上的移動(dòng)而外部壓力又很難通過(guò)復(fù)合材料構(gòu)件傳導(dǎo)至間隙處將拐角壓實(shí)。這就使拐角區(qū)域的復(fù)合材料向兩側(cè)拉成圓角形式，導(dǎo)致固化后的復(fù)合材料構(gòu)件拐角區(qū)域出現(xiàn)架橋、溝痕等缺陷。 2.復(fù)合材料構(gòu)件固化過(guò)程中自身厚度變化導(dǎo)致拐角區(qū)架橋、溝痕等缺陷。 在熱壓罐成型工藝中，構(gòu)件固化后的厚度會(huì)小于鋪疊時(shí)的厚度。這是由于固化施
加外部壓力時(shí)預(yù)浸料鋪層存在一定的壓縮量，每一層纖維均會(huì)沿著鋪層厚度方向產(chǎn)生一定
的位移，越往外層纖維的位移將越大。在復(fù)合材料拐角結(jié)構(gòu)件固化時(shí)隨著壓力的施加拐角
兩側(cè)的纖維會(huì)分別在各自厚度方向上產(chǎn)生移動(dòng)，厚度減小后鋪層中所需纖維的長(zhǎng)度將增
大，在拐角區(qū)域纖維需要在厚度和長(zhǎng)度方向上同時(shí)移動(dòng)才能匹配厚度的變化，而拐角部位
的纖維由于受到兩側(cè)纖維拉力的限制，在長(zhǎng)度方向上基本不能移動(dòng)，在垂直方向上的移動(dòng)
也會(huì)受到限制，因此不能同步于兩側(cè)纖維的厚度變化，越往外層此現(xiàn)象越嚴(yán)重，從而在拐角
區(qū)域產(chǎn)生架橋缺陷。當(dāng)構(gòu)件的厚度差越大，拐角區(qū)的架橋缺陷越明顯。 針對(duì)以上問(wèn)題本專利采用了一種增加工藝墊片，在鋪疊時(shí)放入墊片，固化時(shí)取出墊片，使一側(cè)模具可平行移動(dòng)的金屬組合模具的方法來(lái)制造復(fù)合材料拐角結(jié)構(gòu)件，消除構(gòu)件拐角區(qū)的架橋缺陷。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提出消除復(fù)合材料熱壓罐陰模成型拐角缺陷的模具和方法，以消除陰模成型復(fù)合材料構(gòu)件拐角結(jié)構(gòu)拐角區(qū)架橋和溝痕缺陷，提高拐角區(qū)內(nèi)部質(zhì)量。
本發(fā)明的技術(shù)方案是消除復(fù)合材料n形梁熱壓罐陰模成型拐角缺陷的模具，其特征在于，它由底板、兩個(gè)側(cè)板和兩個(gè)墊片組成；底板是一個(gè)矩形板，它的長(zhǎng)度大于待成型
的復(fù)合材料n形梁的長(zhǎng)度，底板的寬度等于復(fù)合材料n形梁底面的寬度，側(cè)板是矩形板，側(cè)板的長(zhǎng)度等于底板的長(zhǎng)度，它的高度大于復(fù)合材料n形梁的高度，兩個(gè)側(cè)板位于底板寬度方向的兩側(cè)，并通過(guò)螺釘與底板連接為整體，墊片是矩形薄片，墊片的高度等于底板的厚度，墊片的長(zhǎng)度等于底板的長(zhǎng)度，兩個(gè)墊片分別位于底板寬度方向的兩側(cè)，被夾緊在底板和
側(cè)板之間，墊片由金屬薄片制造，其總厚度用以下公式確定 t = AL+Ad.............................................(1) 式中，t為墊片厚度；A L為固化時(shí)底板與復(fù)合材料n形梁的熱膨脹量差；A d為復(fù)
合材料n形梁在成型時(shí)的收縮量。 使用上面所述的模具消除復(fù)合材料n形梁熱壓罐陰模成型拐角缺陷的方法，其特
征在于，操作的步驟如下 1、確定固化時(shí)底板與復(fù)合材料n形梁的熱膨脹量差A(yù)L ;按照下式計(jì)算 AL = (a-p ) X ATXL....................................(2) 式中，a為固化時(shí)底板的熱膨脹系數(shù)，13為復(fù)合材料n形梁在固化時(shí)的熱膨脹系數(shù)，AT為常溫與固化時(shí)的溫度溫差，L為底板的寬度；
2、確定復(fù)合材料n形梁在固化時(shí)的收縮量即Ad; 制造與復(fù)合材料n形梁相同材料及鋪層的平板試件，經(jīng)過(guò)固化后測(cè)量固化前后的
寬度差，然后按照下式計(jì)算復(fù)合材料n形梁在固化時(shí)的收縮量Ad ; A d = [ (L「L2) /LJ XL....................................(3) 式中，為固化前復(fù)合材料平板試件的寬度，L2為固化后復(fù)合材料試件的寬度，L為底板的寬度； 3、計(jì)算墊片厚度t ;按照下式計(jì)算 4、鋪疊和吸膠；鋪疊前先組裝好帶有墊片的完整模具，然后進(jìn)行鋪疊和吸膠；
5、零件固化；在零件固化前將墊片從模具上取出，再重新組裝好不帶墊片的模具，然后進(jìn)行零件固化。 消除復(fù)合材料n形截面環(huán)形零件熱壓罐陰模成型拐角缺陷的模具，其特征在于，它由中心圓管、兩個(gè)端環(huán)和兩個(gè)墊圈組成；中心圓管的軸向等于待成型的復(fù)合材料n形截面環(huán)形零件的軸向長(zhǎng)度，中心圓管的外徑等于復(fù)合材料n形截面環(huán)形零件的內(nèi)徑，端環(huán)是帶有中心孔的環(huán)形板，端環(huán)的外徑大于復(fù)合材料n形截面環(huán)形零件的外徑，兩個(gè)端環(huán)位于中心圓管軸向的兩側(cè)，并通過(guò)螺釘與中心圓管同軸連接為整體，墊圈是環(huán)形薄片，墊圈的外徑等于中心圓管的外徑，墊圈的內(nèi)徑等于中心圓管的內(nèi)徑，兩個(gè)墊圈分別位于中心圓管軸向的兩側(cè)，被夾緊在中心圓管和端環(huán)之間，墊圈由金屬薄片制造，其總厚度用以下公式確
定
t = AL+Ad
t = A K+ A D.............................................(5) 式中，t為墊片厚度；AK為固化時(shí)中心圓管與復(fù)合材料n形截面環(huán)形零件的軸向熱膨脹量差；AD為復(fù)合材料n形截面環(huán)形零件在固化時(shí)的軸向收縮量。 使用上面所述的模具消除復(fù)合材料n形截面環(huán)形零件熱壓罐陰模成型拐角缺陷
的方法，其特征在于，操作的步驟如下 1、確定固化時(shí)中心圓管與復(fù)合材料n形截面環(huán)形零件的軸向熱膨脹量差A(yù)K ;按照下式計(jì)算 AK = (a-p)XAiiX 9..................................(6) 式中，a為固化時(shí)中心圓管的熱膨脹系數(shù)，13為復(fù)合材料n形截面環(huán)形零件在固化時(shí)的熱膨脹系數(shù)，Ay為常溫與固化時(shí)的溫度溫差，e為中心圓管的軸向長(zhǎng)度；
2、確定復(fù)合材料n形截面環(huán)形零件在固化時(shí)的收縮量AD ;制造與復(fù)合材料n形截面環(huán)形零件相同材料及鋪層的筒形試件，經(jīng)過(guò)固化后測(cè)量固化前后的軸向長(zhǎng)度差，然后
按照下式計(jì)算復(fù)合材料n形截面環(huán)形零件在固化時(shí)的收縮量AD ; A D = [ (L3_L4) /L3] X 9.................................(7) 式中，L3為固化前復(fù)合材料筒形試件的軸向長(zhǎng)度，L4為固化后復(fù)合材料筒形試件
軸向長(zhǎng)度，e為中心圓管的軸向長(zhǎng)度； 3、計(jì)算墊圈的厚度t ;按照下式計(jì)算 t = A K+ A D.............................................(8) 4、鋪疊和吸膠；鋪疊前先組裝好帶有墊圈的完整模具，然后進(jìn)行鋪疊和吸膠；
5、零件固化；在零件固化前將墊圈從模具上取出，再重新組裝好不帶墊圈的模具，然后進(jìn)行零件固化。 本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是消除了陰模成型復(fù)合材料構(gòu)件拐角結(jié)構(gòu)拐角區(qū)架橋和溝痕缺陷，提高了拐角區(qū)內(nèi)部質(zhì)量。
本發(fā)明與傳統(tǒng)的制造方法相比主要有以下優(yōu)點(diǎn) i.在鋪疊復(fù)合材料n形梁過(guò)程中在底板、側(cè)板之間放置可拆卸的墊片，增大了復(fù)
合材料寬度方向的尺寸，使其與膨脹后的底板尺寸相匹配，彌補(bǔ)模具膨脹后所產(chǎn)生的纖維長(zhǎng)度不足的影響，有利于消除拐角區(qū)架橋缺陷。 2.在固化復(fù)合材料n形梁過(guò)程中側(cè)板可在底板上平行移動(dòng)。固化時(shí)，施加的外部壓力使側(cè)板向內(nèi)側(cè)移動(dòng)，使拐角區(qū)域的復(fù)合材料疊層能與模具完全貼合，彌補(bǔ)拐角區(qū)域的纖維由于受到兩側(cè)纖維拉力的限制，不能同步于兩側(cè)纖維的厚度變化的影響，使壓力能夠完全作用于拐角區(qū)域，有利于消除拐角區(qū)架橋缺陷。 3.在鋪疊復(fù)合材料n形截面環(huán)形零件過(guò)程中在中心圓管、端環(huán)之間放置可拆卸的墊環(huán)，增大了復(fù)合材料軸向長(zhǎng)度的尺寸，使其與膨脹后的中心圓管軸向長(zhǎng)度相匹配，彌補(bǔ)模具膨脹后所產(chǎn)生的纖維長(zhǎng)度不足的影響，有利于消除拐角區(qū)架橋缺陷。 4.在固化復(fù)合材料n形截面環(huán)形零件過(guò)程中端環(huán)可在中心圓管上平行移動(dòng)。固化時(shí)，施加的外部壓力使端環(huán)沿軸線向內(nèi)側(cè)移動(dòng)，使拐角區(qū)域的復(fù)合材料疊層能與模具完全貼合，彌補(bǔ)拐角區(qū)域的纖維由于受到兩側(cè)纖維拉力的限制，不能同步于兩側(cè)纖維的厚度變化的影響，使壓力能夠完全作用于拐角區(qū)域，有利于消除拐角區(qū)架橋缺陷。
圖1是現(xiàn)有的熱壓罐陰模成型復(fù)合材料拐角結(jié)構(gòu)件的模具示意圖。圖中，最外層 為金屬模具，中間層為復(fù)合材料制件，最內(nèi)層為橡膠軟膜。采用這種成型方法的優(yōu)點(diǎn)是剛性 金屬?？梢员ＷC復(fù)材零件拐角的外型面精度，缺點(diǎn)是拐角的內(nèi)部質(zhì)量難以保證。
圖2是本發(fā)明消除復(fù)合材料n形梁熱壓罐陰模成型拐角缺陷模具的示意圖。
圖3是本發(fā)明消除復(fù)合材料n形截面環(huán)形零件熱壓罐陰模成型拐角缺陷模具的 示意圖。
具體實(shí)施例方式
下面對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。參見(jiàn)圖2，消除復(fù)合材料n形梁熱壓罐陰模成型 拐角缺陷的模具，其特征在于，它由底板1、兩個(gè)側(cè)板2和兩個(gè)墊片3組成；底板1是一個(gè)矩
形板，它的長(zhǎng)度大于待成型的復(fù)合材料n形梁的長(zhǎng)度，底板i的寬度等于復(fù)合材料n形梁 底面的寬度，側(cè)板2是矩形板，側(cè)板2的長(zhǎng)度等于底板i的長(zhǎng)度，它的高度大于復(fù)合材料n
形梁的高度，兩個(gè)側(cè)板2位于底板1寬度方向的兩側(cè)，并通過(guò)螺釘與底板1連接為整體，墊 片3是矩形薄片，墊片3的高度等于底板1的厚度，墊片3的長(zhǎng)度等于底板1的長(zhǎng)度，兩個(gè) 墊片3分別位于底板1寬度方向的兩側(cè)，被夾緊在底板1和側(cè)板2之間，墊片3由金屬薄片 制造，其總厚度用以下公式確定 t = AL+Ad............................................(1) 式中，t為墊片厚度；A L為固化時(shí)底板1與復(fù)合材料n形梁的熱膨脹量差；A d為
復(fù)合材料n形梁在固化時(shí)的收縮量。 使用上面所述的模具消除復(fù)合材料n形梁熱壓罐陰模成型拐角缺陷的方法，其特
征在于，操作的步驟如下 1、確定固化時(shí)底板1與復(fù)合材料n形梁的熱膨脹量差A(yù)L ;按照下式計(jì)算 AL = (a-p ) X ATXL..................................(2) 式中，a為固化時(shí)底板1的熱膨脹系數(shù)，13為復(fù)合材料n形梁在固化時(shí)的熱膨脹 系數(shù)，AT為常溫與固化時(shí)的溫度溫差，L為底板1的寬度；
2、確定復(fù)合材料n形梁在固化時(shí)的收縮量即A d ; 制造與復(fù)合材料n形梁相同材料及鋪層的平板試件，經(jīng)過(guò)固化后測(cè)量固化前后的
寬度差，然后按照下式計(jì)算復(fù)合材料n形梁在固化時(shí)的收縮量Ad ; A d = (L「L2) X L.......................................(3) 式中，k為固化前復(fù)合材料平板試件的寬度，L2為固化后復(fù)合材料試件的寬度，L 為底板1的寬度； 3、計(jì)算墊片3厚度t ;按照下式計(jì)算 4、鋪疊和吸膠；鋪疊前先組裝好帶有墊片3的完整模具，然后進(jìn)行鋪疊和吸膠；
5、零件固化；在零件固化前將墊片3從模具上取出，再重新組裝好不帶墊片3的模 具，然后進(jìn)行零件固化。 消除復(fù)合材料n形截面環(huán)形零件熱壓罐陰模成型拐角缺陷的模具，其特征在于，
它由中心圓管6、兩個(gè)端環(huán)4和兩個(gè)墊圈5組成；中心圓管6的軸向等于待成型的復(fù)合材
t = AL+Ad料n形截面環(huán)形零件的軸向長(zhǎng)度，中心圓管6的外徑等于復(fù)合材料n形截面環(huán)形零件的內(nèi) 徑，端環(huán)4是帶有中心孔的環(huán)形板，端環(huán)4的外徑大于復(fù)合材料n形截面環(huán)形零件的外徑，
兩個(gè)端環(huán)4位于中心圓管6軸向的兩側(cè)，并通過(guò)螺釘與中心圓管6同軸連接為整體，墊圈5 是環(huán)形薄片，墊圈5的外徑等于中心圓管6的外徑，墊圈5的內(nèi)徑等于中心圓管6的內(nèi)徑， 兩個(gè)墊圈5分別位于中心圓管6軸向的兩側(cè)，被夾緊在中心圓管6和端環(huán)4之間，墊圈5由 金屬薄片制造，其總厚度用以下公式確定 t = A K+ A D.......................................(5) 式中，t為墊片厚度；AK為固化時(shí)中心圓管6與復(fù)合材料n形截面環(huán)形零件的軸 向熱膨脹量差；AD為復(fù)合材料n形截面環(huán)形零件在固化時(shí)的軸向收縮量。 使用上面所述的模具消除復(fù)合材料n形截面環(huán)形零件熱壓罐陰模成型拐角缺陷
的方法，其特征在于，操作的步驟如下 1、確定固化時(shí)中心圓管6與復(fù)合材料n形截面環(huán)形零件的軸向熱膨脹量差A(yù)K; 按照下式計(jì)算 AK = (a-p)XAiiX 9.................................(6) 式中，a為固化時(shí)中心圓管6的熱膨脹系數(shù)，|3為復(fù)合材料n形截面環(huán)形零件在 固化時(shí)的熱膨脹系數(shù)，Ay為常溫與固化時(shí)的溫度溫差，e為中心圓管6的軸向長(zhǎng)度； 2、確定復(fù)合材料n形截面環(huán)形零件在成型時(shí)的收縮量ad ;制造與復(fù)合材料n形
截面環(huán)形零件相同材料及鋪層的筒形試件，經(jīng)過(guò)固化后測(cè)量固化前后的軸向長(zhǎng)度差，然后
按照下式計(jì)算復(fù)合材料n形截面環(huán)形零件在固化時(shí)的收縮量AD ; AD = (L3_L4)/L3X 9.................................(7) 式中，L3為固化前復(fù)合材料筒形試件的軸向長(zhǎng)度，L4為固化后復(fù)合材料筒形試件
軸向長(zhǎng)度，e為中心圓管6的軸向長(zhǎng)度； 3、計(jì)算墊圈5的厚度t ;按照下式計(jì)算 t = A K+ A D.............................................(8) 4、鋪疊和吸膠；鋪疊前先組裝好帶有墊圈5的完整模具，然后進(jìn)行鋪疊和吸膠； 5、零件固化；在零件固化前將墊圈5從模具上取出，再重新組裝好不帶墊圈5的模
具，然后進(jìn)行零件固化。 本發(fā)明的工作原理是 1.在鋪疊過(guò)程中在底板、兩個(gè)側(cè)板之間或中心圓管、兩個(gè)端環(huán)放置可拆卸的工藝 墊片，增大了復(fù)合材料寬度方向或軸線長(zhǎng)度的尺寸，使其與膨脹后的底板或中心圓管尺寸 相匹配，彌補(bǔ)模具膨脹后所產(chǎn)生的纖維長(zhǎng)度不足的影響，有利于消除拐角區(qū)架橋缺陷。
2.兩個(gè)側(cè)板、兩個(gè)端環(huán)可在底板或中心圓管上平行移動(dòng)。固化時(shí)，施加的外部壓力 使兩個(gè)側(cè)板或兩個(gè)端環(huán)向內(nèi)側(cè)移動(dòng)，使拐角區(qū)域的復(fù)合材料疊層能與模具完全貼合，彌補(bǔ) 拐角區(qū)域的纖維由于受到兩側(cè)纖維拉力的限制，不能同步于兩側(cè)纖維的厚度變化的影響， 使壓力能夠完全作用于拐角區(qū)域，有利于消除拐角區(qū)架橋缺陷。
實(shí)施例1 某型號(hào)戰(zhàn)機(jī)的梁肋為復(fù)合材料n形肋試件。 某型號(hào)戰(zhàn)機(jī)的梁肋所用的的模具，其特征在于，它由底板、兩個(gè)側(cè)板和兩個(gè)墊片組 成；底板是一個(gè)矩形板，它的長(zhǎng)度大于待成型的梁肋的長(zhǎng)度，底板的寬度等于梁肋底面的寬度，側(cè)板是矩形板，側(cè)板的長(zhǎng)度等于底板的長(zhǎng)度，它的高度大于梁肋的高度，兩個(gè)側(cè)板位于 底板寬度方向的兩側(cè)，并通過(guò)螺釘與底板連接為整體，墊片是矩形薄片，墊片的高度等于底 板的厚度，墊片的長(zhǎng)度等于底板的長(zhǎng)度，兩個(gè)墊片分別位于底板寬度方向的兩側(cè)，被夾緊在 底板和側(cè)板之間，墊片由鋁薄片制造，其總厚度用以下公式確定 t = AL+Ad.............................................(1) 式中，t為墊片厚度；A L為固化時(shí)底板與梁肋的熱膨脹量差；A d為梁肋在成型時(shí) 的收縮量。
操作的步驟如下 1、確定固化時(shí)底板與梁肋的熱膨脹量差A(yù)L ;按照下式計(jì)算 AL = (a-P ) X ATXL.................................(2) 式中，a為固化時(shí)底板的熱膨脹系數(shù)(15*10—6m/°C ) ， P為梁肋在固化時(shí)的熱膨 脹系數(shù)(1. 3*10—6m/°C ) ， AT為常溫與固化時(shí)的溫差(200°C ) ， L為底板的寬度(200mm);
從上式得出A L = 0. 548mm
2、確定梁肋在固化時(shí)的收縮量即A d ; 制造與梁肋相同材料及鋪層的平板試件，經(jīng)過(guò)固化后測(cè)量固化前后的寬度差，然
后按照下式計(jì)算梁肋在固化時(shí)的收縮量Ad; A d = [ (L「L2) /LJ XL.................(3) 式中，Q為固化前復(fù)合材料平板試件的寬度(200mm) ，L2為固化后復(fù)合材料試件的
寬度(l98. 9mm) ， L為底板的寬度(200mm); 從上式得出A d = 1. 1mm 3、計(jì)算墊片厚度t ;按照下式計(jì)算 t = AL+Ad.......................................(4) AL已由公式(2)得出，Ad已由公式(3)得出
從上式得出t = 1. 648mm 4、鋪疊和吸膠；鋪疊前先組裝好帶有墊片的完整模具，然后進(jìn)行鋪疊和吸膠；
5、零件固化；在零件固化前將墊片從模具上取出，再重新組裝好不帶墊片的模具， 然后進(jìn)行零件固化。
經(jīng)過(guò)此方法制作的梁肋工藝試件拐角區(qū)域無(wú)缺陷。
實(shí)施例2 某型號(hào)戰(zhàn)機(jī)的副翼后梁為復(fù)合材料n形梁試件
某型號(hào)戰(zhàn)機(jī)的后梁為復(fù)合材料n形梁試件。 某型號(hào)戰(zhàn)機(jī)的后梁所用的的模具，其特征在于，它由底板、兩個(gè)側(cè)板和兩個(gè)墊片組 成；底板是一個(gè)矩形板，它的長(zhǎng)度大于待成型的后梁的長(zhǎng)度，底板的寬度等于后梁底面的寬 度，側(cè)板是矩形板，側(cè)板的長(zhǎng)度等于底板的長(zhǎng)度，它的高度大于后梁的高度，兩個(gè)側(cè)板位于 底板寬度方向的兩側(cè)，并通過(guò)螺釘與底板連接為整體，墊片是矩形薄片，墊片的高度等于底 板的厚度，墊片的長(zhǎng)度等于底板的長(zhǎng)度，兩個(gè)墊片分別位于底板寬度方向的兩側(cè)，被夾緊在 底板和側(cè)板之間，墊片由鋁薄片制造，其總厚度用以下公式確定 t = AL+Ad..........................................(1) 式中，t為墊片厚度；A L為固化時(shí)底板與后梁的熱膨脹量差；A d為后梁在成型時(shí)的收縮量。 操作的步驟如下 1、確定固化時(shí)底板與后梁的熱膨脹量差A(yù)L ;按照下式計(jì)算
AL = (a-p ) X ATXL.................................(2) 式中，a為固化時(shí)底板的熱膨脹系數(shù)(15*10—6m/°C ) ， P為后梁在固化時(shí)的熱膨 脹系數(shù)(1. 1*10—6m/°C ) ， AT為常溫與固化時(shí)的溫差(180°C ) ， L為底板的寬度(150mm);
從上式得出AL = 0. 375mm
2、確定后梁在固化時(shí)的收縮量即Ad; 制造與后梁相同材料及鋪層的平板試件，經(jīng)過(guò)固化后測(cè)量固化前后的寬度差，然
后按照下式計(jì)算梁肋在固化時(shí)的收縮量Ad; A d = [ (L「L2) /LJ XL...............(3) 式中，Q為固化前復(fù)合材料平板試件的寬度(150mm) ，L2為固化后復(fù)合材料試件的
寬度(149. 2mm) ， L為底板的寬度(200mm); 從上式得出Ad = 0. 8mm 3、計(jì)算墊片厚度t ;按照下式計(jì)算 t = AL+Ad.................................(4) AL已由公式(2)得出，Ad已由公式(3)得出
從上式得出t = 1. 175mm 4、鋪疊和吸膠；鋪疊前先組裝好帶有墊片的完整模具，然后進(jìn)行鋪疊和吸膠；
5、零件固化；在零件固化前將墊片從模具上取出，再重新組裝好不帶墊片的模具， 然后進(jìn)行零件固化。 經(jīng)過(guò)此方法制作的后梁工藝試件拐角區(qū)域無(wú)缺陷。
實(shí)施例3 我國(guó)自行研制的加力式渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)，其復(fù)合材料進(jìn)氣機(jī)匣為n形截面環(huán)形零件。 消除復(fù)合材料進(jìn)氣機(jī)匣熱壓罐陰模成型拐角缺陷的模具，其特征在于，它由中心 圓管、兩個(gè)端環(huán)和兩個(gè)墊圈組成；中心圓管的軸向等于待成型的進(jìn)氣機(jī)匣的軸向長(zhǎng)度，中心 圓管的外徑等于進(jìn)氣機(jī)匣的內(nèi)徑，端環(huán)是帶有中心孔的環(huán)形板，端環(huán)的外徑大于進(jìn)氣機(jī)匣 的外徑，兩個(gè)端環(huán)位于中心圓管軸向的兩側(cè)，并通過(guò)螺釘與中心圓管同軸連接為整體，墊圈 是環(huán)形薄片，墊圈的外徑等于中心圓管的外徑，墊圈的內(nèi)徑等于中心圓管的內(nèi)徑，兩個(gè)墊圈 分別位于中心圓管軸向的兩側(cè)，被夾緊在中心圓管和端環(huán)之間，墊圈由鋁薄片制造，其總厚 度用以下公式確定 t = AK+AD..........................................(5) 式中，t為墊片厚度；AK為固化時(shí)中心圓管與進(jìn)氣機(jī)匣的軸向熱膨脹量差；AD為
進(jìn)氣機(jī)匣在固化時(shí)的軸向收縮量。 操作的步驟如下 1、確定固化時(shí)中心圓管與進(jìn)氣機(jī)匣的軸向熱膨脹量差A(yù)K ;按照下式計(jì)算 AK=(a-e)XAiiX9..............................(6) 式中，a為固化時(shí)中心圓管的熱膨脹系數(shù)(15*10—6m/°C ) ， P為進(jìn)氣機(jī)匣在固化 時(shí)的熱膨脹系數(shù)(1. 0*10—6m/°C ) ， A ii為常溫與固化時(shí)的溫差(190°C )， 9為中心圓管的軸向長(zhǎng)度(180mm); 從上式得出A K = 0. 479mm 2、確定進(jìn)氣機(jī)匣在固化時(shí)的收縮量AD ;制造與進(jìn)氣機(jī)匣相同材料及鋪層的筒形 試件，經(jīng)過(guò)固化后測(cè)量固化前后的軸向長(zhǎng)度差，然后按照下式計(jì)算進(jìn)氣機(jī)匣在固化時(shí)的收 縮量AD ; A D = [ (L3_L4) /L3] X 9.................................(7) 式中，L3為固化前進(jìn)氣機(jī)匣的軸向長(zhǎng)度(180mm) ， L4為固化后進(jìn)氣機(jī)匣軸向長(zhǎng)度
(178. 5mm) ， e為中心圓管的軸向長(zhǎng)度(180mm); 從上式得出AD = 1. 5mm 3、計(jì)算墊圈的厚度t ;按照下式計(jì)算 AK已由公式(2)得出，AD已由公式(3)得出
從上式得出t = 1. 976mm 4、鋪疊和吸膠；鋪疊前先組裝好帶有墊圈的完整模具，然后進(jìn)行鋪疊和吸膠；
5、零件固化；在零件固化前將墊圈從模具上取出，再重新組裝好不帶墊圈的模具， 然后進(jìn)行零件固化。 此零件處于試制階段應(yīng)用本專利所描述的方法進(jìn)行鋪疊，固化，生產(chǎn)出的工藝實(shí) 驗(yàn)件拐角區(qū)無(wú)缺陷。為此零件的試制和定型奠定了很好的基礎(chǔ)。
實(shí)施例4 我國(guó)自行研制的加力式渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)，其復(fù)合材料外涵機(jī)匣后段為n形截面環(huán)形零件。 消除復(fù)合材料外涵機(jī)匣后段熱壓罐陰模成型拐角缺陷的模具，其特征在于，它由 中心圓管、兩個(gè)端環(huán)和兩個(gè)墊圈組成；中心圓管的軸向等于待成型的外涵機(jī)匣后段的軸向 長(zhǎng)度，中心圓管的外徑等于外涵機(jī)匣后段的內(nèi)徑，端環(huán)是帶有中心孔的環(huán)形板，端環(huán)的外徑 大于外涵機(jī)匣后段的外徑，兩個(gè)端環(huán)位于中心圓管軸向的兩側(cè)，并通過(guò)螺釘與中心圓管同 軸連接為整體，墊圈是環(huán)形薄片，墊圈的外徑等于中心圓管的外徑，墊圈的內(nèi)徑等于中心圓 管的內(nèi)徑，兩個(gè)墊圈分別位于中心圓管軸向的兩側(cè)，被夾緊在中心圓管和端環(huán)之間，墊圈由 鋁薄片制造，其總厚度用以下公式確定 t = AK+AD.............................................(5) 式中，t為墊片厚度；AK為固化時(shí)中心圓管與外涵機(jī)匣后段的軸向熱膨脹量差；
AD為外涵機(jī)匣后段在固化時(shí)的軸向收縮量。
操作的步驟如下 1、確定固化時(shí)中心圓管與外涵機(jī)匣后段的軸向熱膨脹量差A(yù)K ;按照下式計(jì)算 AK=(a-e)XAiiX9.................................(6) 式中，a為固化時(shí)中心圓管的熱膨脹系數(shù)(15*10—6m/°C ) ， P為外涵機(jī)匣后段在 固化時(shí)的熱膨脹系數(shù)(1. 0*10—6m/°C ) ， A ii為常溫與固化時(shí)的溫差(326°C )， 9為中心圓 管的軸向長(zhǎng)度(320mm);
從上式得出AK = 1. 46mm 2、確定外涵機(jī)匣后段在固化時(shí)的收縮量AD ;制造與外涵機(jī)匣后段相同材料及鋪
t = AK+AD,層的筒形試件，經(jīng)過(guò)固化后測(cè)量固化前后的軸向長(zhǎng)度差，然后按照下式計(jì)算外涵機(jī)匣后段 在固化時(shí)的收縮量AD; AD = [(L3_L4)/L3] X 9..............................(7) 式中丄3為固化前外涵機(jī)匣后段的軸向長(zhǎng)度(320mm)丄4為固化后外涵機(jī)匣后段軸
向長(zhǎng)度(318. 4mm) ， e為中心圓管的軸向長(zhǎng)度(320mm); 從上式得出AD = 1. 6mm 3、計(jì)算墊圈的厚度t ;按照下式計(jì)算 t = AK+AD.......................................(8) AK已由公式(2)得出，AD已由公式(3)得出
從上式得出t = 3. 06mm 4、鋪疊和吸膠；鋪疊前先組裝好帶有墊圈的完整模具，然后進(jìn)行鋪疊和吸膠；
5、零件固化；在零件固化前將墊圈從模具上取出，再重新組裝好不帶墊圈的模具， 然后進(jìn)行零件固化。 單臺(tái)外涵機(jī)匣后段的生產(chǎn)成本大約為15萬(wàn)左右，但由于新模具的投入使用為625 所節(jié)約直接生產(chǎn)成本445余萬(wàn)元。2009年的由于拐角區(qū)缺陷報(bào)廢率進(jìn)一步減少，將為625 所進(jìn)一步節(jié)約生產(chǎn)成本，提高生產(chǎn)效率。
權(quán)利要求
消除復(fù)合材料∏形梁熱壓罐陰模成型拐角缺陷的模具，其特征在于，它由底板[1]、兩個(gè)側(cè)板[2]和兩個(gè)墊片[3]組成；底板[1]是一個(gè)矩形板，它的長(zhǎng)度大于待成型的復(fù)合材料∏形梁的長(zhǎng)度，底板[1]的寬度等于復(fù)合材料∏形梁底面的寬度，側(cè)板[2]是矩形板，側(cè)板[2]的長(zhǎng)度等于底板[1]的長(zhǎng)度，它的高度大于復(fù)合材料∏形梁的高度，兩個(gè)側(cè)板[2]位于底板[1]寬度方向的兩側(cè)，并通過(guò)螺釘與底板[1]連接為整體，墊片[3]是矩形薄片，墊片[3]的高度等于底板[1]的厚度，墊片[3]的長(zhǎng)度等于底板[1]的長(zhǎng)度，兩個(gè)墊片[3]分別位于底板[1]寬度方向的兩側(cè)，被夾緊在底板[1]和側(cè)板[2]之間，墊片[3]由金屬薄片制造，其總厚度用以下公式確定t＝ΔL+Δd...............................................................(1)式中，t為墊片厚度；ΔL為固化時(shí)底板[1]與復(fù)合材料∏形梁的熱膨脹量差；Δd為復(fù)合材料∏形梁在固化時(shí)的收縮量。
2. 使用如權(quán)利要求i所述的模具消除復(fù)合材料n形梁熱壓罐陰模成型拐角缺陷的方法，其特征在于，操作的步驟如下2. 1、確定固化時(shí)底板[1]與復(fù)合材料n形梁的熱膨脹量差A(yù)L ;按照下式計(jì)算 AL = (a ) X ATXL................................................(2)式中，a為固化時(shí)底板[i]的熱膨脹系數(shù)，e為復(fù)合材料n形梁在固化時(shí)的熱膨脹系數(shù)，AT為常溫與固化時(shí)的溫度溫差，L為底板[1]的寬度； 2.2、確定復(fù)合材料n形梁在固化時(shí)的收縮量即Ad;制造與復(fù)合材料n形梁相同材料及鋪層的平板試件，經(jīng)過(guò)固化后測(cè)量固化前后的寬度差，然后按照下式計(jì)算復(fù)合材料n形梁在固化時(shí)的收縮量Ad ;Ad = [(L「L》/LJ XL......................................................(3)式中，為固化前復(fù)合材料平板試件的寬度，L2為固化后復(fù)合材料試件的寬度，L為底 板[1]的寬度；2. 3、計(jì)算墊片[3]厚度t ;按照下式計(jì)算t = AL+Ad.....................................................................(4)2.4、鋪疊和吸膠；鋪疊前先組裝好帶有墊片[3]的完整模具，然后進(jìn)行鋪疊和吸膠；2. 5、零件固化；在零件固化前將墊片[3]從模具上取出，再重新組裝好不帶墊片[3]的模具，然后進(jìn)行零件固化。
3. 消除復(fù)合材料n形截面環(huán)形零件熱壓罐陰模成型拐角缺陷的模具，其特征在于，它由中心圓管[6]、兩個(gè)端環(huán)[4]和兩個(gè)墊圈[5]組成；中心圓管[6]的軸向等于待成型的復(fù)合材料n形截面環(huán)形零件的軸向長(zhǎng)度，中心圓管[6]的外徑等于復(fù)合材料n形截面環(huán)形零 件的內(nèi)徑，端環(huán)[4]是帶有中心孔的環(huán)形板，端環(huán)[4]的外徑大于復(fù)合材料n形截面環(huán)形零件的外徑，兩個(gè)端環(huán)[4]位于中心圓管[6]軸向的兩側(cè)，并通過(guò)螺釘與中心圓管[6]同軸連 接為整體，墊圈[5]是環(huán)形薄片，墊圈[5]的外徑等于中心圓管[6]的外徑，墊圈[5]的內(nèi) 徑等于中心圓管[6]的內(nèi)徑，兩個(gè)墊圈[5]分別位于中心圓管[6]軸向的兩側(cè)，被夾緊在中 心圓管[6]和端環(huán)[4]之間，墊圈[5]由金屬薄片制造，其總厚度用以下公式確定<formula>formula see original document page 3</formula>式中，t為墊片厚度；AK為固化時(shí)中心圓管[6]與復(fù)合材料n形截面環(huán)形零件的軸向 熱膨脹量差；AD為復(fù)合材料n形截面環(huán)形零件在固化時(shí)的軸向收縮量。
4.使用如權(quán)利要求3所述的模具消除復(fù)合材料n形截面環(huán)形零件熱壓罐陰模成型拐角缺陷的方法，其特征在于，操作的步驟如下4. 1、確定固化時(shí)中心圓管[6]與復(fù)合材料n形截面環(huán)形零件的軸向熱膨脹量差ak ; 按照下式計(jì)算<formula>formula see original document page 3</formula>式中，a為固化時(shí)中心圓管[6]的熱膨脹系數(shù)，13為復(fù)合材料n形截面環(huán)形零件在固 化時(shí)的熱膨脹系數(shù)，A ii為常溫與固化時(shí)的溫度溫差，e為中心圓管[6]的軸向長(zhǎng)度；4.2、確定復(fù)合材料n形截面環(huán)形零件在固化時(shí)的收縮量ad ;制造與復(fù)合材料n形截面環(huán)形零件相同材料及鋪層的筒形試件，經(jīng)過(guò)固化后測(cè)量固化前后的軸向長(zhǎng)度差，然后按照下式計(jì)算復(fù)合材料n形截面環(huán)形零件在成型時(shí)的收縮量AD ;<formula>formula see original document page 3</formula>式中，L3為固化前復(fù)合材料筒形試件的軸向長(zhǎng)度，k為固化后復(fù)合材料筒形試件軸向 長(zhǎng)度，9為中心圓管[6]的軸向長(zhǎng)度；4. 3、計(jì)算墊圈[5]的厚度t ;按照下式計(jì)算<formula>formula see original document page 3</formula>4.4、鋪疊和吸膠；鋪疊前先組裝好帶有墊圈[5]的完整模具，然后進(jìn)行鋪疊和吸膠；4. 5、零件固化；在零件固化前將墊圈[5]從模具上取出，再重新組裝好不帶墊圈[5]的模具，然后進(jìn)行零件固化。
全文摘要
本發(fā)明屬于復(fù)合材料成型技術(shù)，涉及消除復(fù)合材料陰模成型拐角缺陷的模具和方法。消除復(fù)合材料∏形梁熱壓罐陰模成型拐角缺陷的模具，其特征在于，它由底板[1]、兩個(gè)側(cè)板[2]和兩個(gè)墊片[3]組成；消除復(fù)合材料∏形截面環(huán)形零件熱壓罐陰模成型拐角缺陷的模具，其特征在于，它由中心圓管[6]、兩個(gè)端環(huán)[4]和兩個(gè)墊圈[5]組成；消除復(fù)合材料熱壓罐陰模成型拐角缺陷的方法，操作的步驟如下確定固化時(shí)的熱膨脹量差ΔL；確定固化時(shí)的收縮量即Δd；計(jì)算墊片[3]或墊圈[5]厚度t；鋪疊和吸膠；零件固化。本發(fā)明消除了陰模成型復(fù)合材料構(gòu)件拐角結(jié)構(gòu)拐角區(qū)架橋和溝痕缺陷，提高了拐角區(qū)內(nèi)部質(zhì)量。
文檔編號(hào)B29C70/34GK101704301SQ200910210860
公開(kāi)日2010年5月12日 申請(qǐng)日期2009年11月12日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月12日
發(fā)明者蔣蔚, 邱啟艷 申請(qǐng)人:中國(guó)航空工業(yè)集團(tuán)公司北京航空制造工程研究所