本發(fā)明涉及一種含波紋形緣板的變截面工字梁軟膜輔助成型方法，實現(xiàn)含波紋型緣板的變截面工字梁制造，屬于復(fù)合材料結(jié)構(gòu)成型工藝技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

復(fù)合材料整體成型技術(shù)是一種通過共固化或共膠接等技術(shù)手段，大量減少零件和緊固件數(shù)量，從而實現(xiàn)復(fù)合材料從設(shè)計到制造一體化成型的相關(guān)技術(shù)。整體成型包含共固化、共膠接、二次膠接等幾項最常用的技術(shù)。這種技術(shù)能充分發(fā)揮復(fù)合材料的可設(shè)計性優(yōu)勢，減少螺釘?shù)染o固件對復(fù)合材料造成的局部傷害，對降低復(fù)合材料成本，提高復(fù)合材料的整體性能有著重要作用，是目前各國大力提倡與發(fā)展的技術(shù)之一。

工字型截面復(fù)合材料構(gòu)件是最常見的結(jié)構(gòu)之一，其成型工藝及控制方法都已相當成熟。由于此結(jié)構(gòu)良好的力學(xué)性能，被廣泛應(yīng)用于航天、航空領(lǐng)域的加強筋/梁等復(fù)合材料制品。隨著內(nèi)含網(wǎng)格筋條結(jié)構(gòu)的復(fù)合材料回轉(zhuǎn)體大量應(yīng)用，工字型梁為了同網(wǎng)格筋條殼體配合，引入了單側(cè)連續(xù)波紋型緣板設(shè)計，形成緣板跨筋結(jié)構(gòu)，從而同網(wǎng)格筋條回轉(zhuǎn)體制品內(nèi)表面形成緊密配合，起到加強梁的作用。國內(nèi)某些型號上的儀器艙均采用波紋型緣板加強梁配合網(wǎng)格筋條殼體的結(jié)構(gòu)形式。

此類型產(chǎn)品結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，根據(jù)筋條數(shù)量不同，5mm厚的波紋型緣板有7～11處波紋凹陷，且腹板厚度由6mm漸變至11mm，平緣板厚度由5mm漸變至7mm；波紋型緣板成型過程中很難壓實，較易出現(xiàn)缺陷，難以有效控制產(chǎn)品質(zhì)量。目前普遍應(yīng)用的整體成型技術(shù)中，模具形式為金屬分瓣組合模。采用左右件單層預(yù)浸料鋪層，吸膠預(yù)壓實后將預(yù)置體拼合，用金屬陽模成型波紋型緣板。此成型技術(shù)主要存在兩點不足之處，一是用金屬模具成型波紋型緣板，波紋轉(zhuǎn)角處壓力不足，不易壓實，導(dǎo)致產(chǎn)品出現(xiàn)疏松、分層等缺陷；二是采用單層料鋪層，相對于采用吸膠材料直接鋪層，不僅效率較低，且預(yù)浸料層間易夾入空氣，排出不完全導(dǎo)致形成缺陷。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題：為克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種含波紋形緣板的變截面工字梁軟膜輔助成型方法，以解決以往產(chǎn)品缺陷較多，成型時間過長，工作效率較低的問題。

本發(fā)明的技術(shù)解決方案：

一種含波紋形緣板的變截面工字梁軟膜輔助成型方法，變截面工字梁由平面型緣板、腹板及凸凹式波紋型緣板組成，通過以下步驟實現(xiàn)：

(1)制造硅橡膠軟模：將配置好的硅橡膠膠液脫泡后注入硅橡膠軟模澆注模中，室溫固化12h～36h后脫模，并在150～200℃進行熱處理，保溫6～12h，得到硅橡膠軟模；

(2)制造鋪層模具：在模具左右兩側(cè)分別設(shè)置陽模及側(cè)擋板，分別形成預(yù)成型變截面工字梁的半側(cè)C型結(jié)構(gòu)，陽模采用分塊結(jié)構(gòu)形式，每個陽模拼接縫位于預(yù)成型波紋型緣板凹陷處；

(3)制備吸膠料：將熱熔法制造的單層預(yù)浸料按照一定的鋪層順序鋪好并包覆、抽真空，對包覆好的預(yù)浸料升溫至80～85℃，保溫0.5～1h，保持真空到溫度降至40℃以下拆去包覆層，得到吸膠料；

(4)第一次鋪層：將步驟(3)中制備好的吸膠料在步驟(2)中的鋪層模具上進行全包覆鋪層，形成波紋型緣板預(yù)制體左右件，再用步驟(3)中的預(yù)浸料繼續(xù)進行遞減鋪層，實現(xiàn)腹板厚度及直緣板厚度漸變；

(5)預(yù)定形：對在步驟(4)的波紋型緣板預(yù)置體每個凹陷處加入硅橡膠塊，整體包覆、抽真空，并放置于熱壓罐內(nèi)升溫，控制預(yù)壓實最高溫度為85～90℃，保溫0.5～1h后降溫，溫度降至室溫后拆去包覆層，得到工字梁預(yù)制體左右件；

(6)第二次鋪層：將工字梁預(yù)制體左右件拼合，并進行吸膠料鋪層至預(yù)成型理論厚度，形成未固化的預(yù)成型變截面工字梁；

(7)整體共固化：將步驟(1)的硅橡膠軟模與步驟(6)的未固化的預(yù)成型變截面工字梁的波紋型緣板配合組裝，整體包覆、抽真空，并放置于熱壓罐內(nèi)升溫，控制固化最高溫度為180±5℃，保溫4～6h后降溫，溫度降至室溫后拆去包覆層，得到變截面工字梁。

所述步驟(1)中硅橡膠軟模的尺寸較預(yù)成型變截面工字梁的波紋型緣板尺寸小1％～3％。

所述步驟(1)中成型后硅橡膠軟模厚度為15～20mm。

所述步驟(2)中每個陽模拼接縫寬度不大于0.02mm。

還可以在步驟(4)的基礎(chǔ)上，繼續(xù)進行吸膠料鋪層，直到鋪層厚度達到理論值。

所述步驟(5)中升溫速率為25±5℃/h。

所述步驟(5)中降溫速率≤25℃/h，。

所述步驟(5)中熱壓罐壓力為0.3～0.4MPa。

所述步驟(7)中升溫速率為25±5℃/h。

所述步驟(7)中熱壓罐壓力為壓力0.6～0.8MPa，降溫速率≤25℃/h。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的有益效果：

(1)本發(fā)明采用了非閉合式金屬、硅橡膠組合模具形式。將硅橡膠軟模包于金屬模具內(nèi)部，利用硅橡膠軟模的熱膨脹從波紋型緣板側(cè)加壓(內(nèi)壓)并結(jié)合熱壓罐(外壓)成型工藝，由內(nèi)外雙向加壓，使復(fù)雜截面受壓均勻、可控，較好實現(xiàn)了含波紋形緣板的復(fù)合材料變截面工字梁整體固化成型，解決了波紋型結(jié)構(gòu)不易加壓的難題；

(2)本發(fā)明對硅橡膠澆注模尺寸進行優(yōu)化設(shè)計，使硅橡膠軟模的尺寸較預(yù)成型變截面工字梁的波紋型緣板尺寸小1％～3％，成型后硅橡膠軟模厚度15～20mm，使受熱膨脹時產(chǎn)生的壓力與熱壓罐壓力相匹配，保證了產(chǎn)品尺寸精度且提高了產(chǎn)品質(zhì)量，避免了波紋緣板出現(xiàn)大量疏松、分層缺陷的情況；

(3)本發(fā)明陽模采用分塊結(jié)構(gòu)形式，每個陽模拼接縫位于預(yù)成型波紋型緣板凹陷處(每個陽模拼接縫寬度不大于0.02mm)，具體地，對左右件分塊金屬陽模采用了先制成有長度余量的毛坯再精準線切割的工藝，實現(xiàn)了陽模塊拼接縫僅0.02mm，減少了固化過程中膠液流失問題，并有效控制了產(chǎn)品表面質(zhì)量；

(4)本發(fā)明通過對鋪層工藝的合理設(shè)計，采用真空預(yù)壓實后的吸膠料直接鋪層，改善了單層料鋪覆波紋緣板易夾入空氣產(chǎn)生缺陷的情況，有效提高了產(chǎn)品質(zhì)量及生產(chǎn)效率。

附圖說明

圖1為本發(fā)明變截面工字梁結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明工藝流程圖；

圖3為本發(fā)明硅橡膠澆注模截面示意圖；

圖4為本發(fā)明整體共固化成型模具側(cè)剖視圖；

圖5為本發(fā)明整體共固化成型模具正面剖視圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明作進一步詳細的描述：

成型后的變截面工字梁8由平面型緣板1、腹板3及凸凹式波紋型緣板2組成，如圖1所示；

具體成型方法如圖2所示，步驟如下：

(1)制造硅橡膠軟模：根據(jù)硅橡膠體膨脹量，確定硅橡膠軟模沿產(chǎn)品長度方向(X軸)、產(chǎn)品寬度方向(Y軸)以及產(chǎn)品高度方向(Z軸)的線膨脹量，進行硅橡膠澆注模4尺寸設(shè)計，硅橡膠澆注模4截面示意圖如圖3所示。硅橡膠軟模5的體膨脹量一般取9％。根據(jù)選用的硅橡膠種類配置膠液，經(jīng)脫泡后注入澆注模中進行澆注，室溫固化48h后脫模，再進行熱處理，熱處理溫度150～200℃，保溫6～12h，得到硅橡膠軟模5。

(2)制造鋪層模具及整體共固化成型模具：在模具左右兩側(cè)分別設(shè)置陽模及側(cè)擋板，分別形成預(yù)成型變截面工字梁的半側(cè)C型結(jié)構(gòu)，陽模采用分塊結(jié)構(gòu)形式，每個分塊陽模9拼接縫位于預(yù)成型波紋型緣板凹陷處；整體共固化成型模具如圖4、圖5所示，包括硅橡膠軟模5、分塊陽模9、左側(cè)板10、右側(cè)板11、上擋板6、下?lián)醢?、端側(cè)板12。分塊陽模9與左右側(cè)板通過銷釘13、螺釘14固定；分塊陽模拼接縫位于波紋型緣板2凹陷處。

(3)制備吸膠料：選定纖維及樹脂材料體系，制備熱熔法預(yù)浸料。預(yù)浸料的技術(shù)指標見表1。

表1復(fù)合材料熱熔法預(yù)浸料的質(zhì)量指標

根據(jù)鋪層模具尺寸進行預(yù)浸料裁切，可采用自動下料機或者手工裁切。將裁切好的熱熔法單層預(yù)浸料按照一定的鋪層順序鋪好并包覆、抽真空，對包覆好的預(yù)浸料升溫至80～85℃，保溫0.5～1h，保持真空到溫度降至40℃以下拆去包覆層，得到吸膠料。

(4)第一次鋪層：將步驟(3)中制備好的吸膠料在步驟(2)中的鋪層模具上進行全包覆鋪層，形成波紋型緣板預(yù)制體左右件，再用步驟(3)中的單層預(yù)浸料繼續(xù)進行遞減鋪層，實現(xiàn)腹板厚度及直緣板厚度漸變；

(5)預(yù)定型：對在步驟(4)的波紋型緣板預(yù)置體每個凹陷處加入硅橡膠塊，整體包覆、抽真空，并放置于熱壓罐內(nèi)升溫，升溫速率為10～40℃/h，控制預(yù)壓實溫度為85～90℃，保溫0.5～1h，壓力為0.2～0.4Mpa，保溫結(jié)束后開始降溫，溫度降至室溫后拆去包覆層，得到工字梁預(yù)制體左右件；

(6)第二次鋪層：將工字梁預(yù)制體左右件拼合，并進行吸膠料鋪層至預(yù)成型理論厚度，形成未固化的預(yù)成型變截面工字梁；

(7)整體共固化：將步驟(1)的硅橡膠軟模與步驟(6)的未固化的預(yù)成型變截面工字梁的波紋型緣板配合組裝，并將步驟(2)中的整體共固化模具零件依次組裝，整體包覆、抽真空，真空表壓不大于-0.097MPa，并放置于熱壓罐內(nèi)升溫，升溫速率為10～40℃/h，控制固化最高溫度為180±5℃，保溫4～6h后降溫，溫度降至室溫后拆去包覆層，脫模后得到變截面工字梁8。

實施例1

產(chǎn)品名稱：加強梁I～V(共7種狀態(tài))

具體尺寸：總長400～585mm，根據(jù)配合殼體的筋條數(shù)量不同，3/5mm厚的波紋型緣板有7～11處波紋凹陷，深/淺凹陷深度分別為14.5mm和9mm，腹板厚度由6mm漸變至11mm，平緣板厚度由5mm漸變至7mm，所有過渡角均為R9圓角。

實施步驟：

(1)根據(jù)9％的硅橡膠體膨脹量，確定硅橡膠軟模5沿產(chǎn)品長度方向(X軸)、產(chǎn)品寬度方向(Y軸)以及產(chǎn)品高度方向(Z軸)的線膨脹量，設(shè)計硅橡膠澆注模4尺寸。選用Aircast3700硅橡膠原材料，按甲、乙組分重量比100：12的比例進行混合，脫泡20min后進行澆注，蓋上蓋板，室溫固化48h后脫模，然后進行熱處理，熱處理溫度180℃，保溫8h。

(2)根據(jù)具體產(chǎn)品尺寸制造鋪層模具及整體共固化成型模具。

(3)選擇熱熔法預(yù)浸料，單層厚度0.15mm，樹脂含量34±2％，揮發(fā)份≤1％，面密度165±5g/m²。根據(jù)產(chǎn)品鋪層順序及尺寸，采用自動下料機裁切預(yù)浸料。按照工藝設(shè)計的鋪層順序進行鋪層，將鋪好的吸膠料放置在鋁平板模上半包覆后抽真空，放置于加熱平臺上升溫至80～85℃，保溫30分鐘，保持真空到溫度降至40℃以下，得到吸膠料。

(4)根據(jù)工藝設(shè)計尺寸將吸膠料裁切至合適尺寸，在左右件鋪層模上鋪層。根據(jù)理論計算值在對應(yīng)位置處用單層預(yù)浸料料遞減過渡鋪層，實現(xiàn)腹板厚度及直緣板厚度漸變；

(5)用隔離材料包覆步驟(4)中的預(yù)置體，對在步驟(4)的波紋型緣板預(yù)置體每個凹陷處加入硅橡膠塊，整體包覆、抽真空，并放置于熱壓罐內(nèi)升溫，升溫速率為20～30℃/h，控制預(yù)壓實溫度為85～90℃，保溫0.5h，壓力為0.4Mpa，升溫開始時加壓，保溫結(jié)束后卸壓。保溫結(jié)束后開始降溫，溫度降至室溫后拆去包覆層，得到工字梁預(yù)制體左右件

(6)第二次鋪層：將工字梁預(yù)制體左右件拼合，并進行剩余直緣板、波紋緣板吸膠料鋪層至預(yù)成型理論厚度，形成未固化的預(yù)成型變截面工字梁；

(7)將步驟(1)的硅橡膠軟模與步驟(6)的未固化的預(yù)成型變截面工字梁的波紋型緣板配合組裝，并將步驟(2)中的整體共固化模具零件依次組裝，整體包覆、抽真空，真空表壓不大于-0.097MPa，并放置于熱壓罐內(nèi)升溫，升溫速率為20～30℃/h，控制固化最高溫度為180±5℃，壓力0.6MPa，升溫開始時加壓，溫度降至80℃時卸壓。保溫4h后降溫，溫度降至室溫后拆去包覆層，進行脫模步驟。

(8)依次拆除兩端側(cè)板、上/下?lián)醢?、硅橡膠軟模、左/右側(cè)板、分塊陽模，得到變截面工字梁(又稱加強梁)。產(chǎn)品打磨、清理后進行無損檢測。

(9)按照圖紙對產(chǎn)品進行數(shù)控機床開孔及精加工，滿足產(chǎn)品各項尺寸要求。

本發(fā)明采用了非閉合式金屬、硅橡膠組合模具形式。將硅橡膠軟模包于金屬模具內(nèi)部，利用硅橡膠軟模的熱膨脹從波紋型緣板側(cè)加壓(內(nèi)壓)并結(jié)合熱壓罐(外壓)成型工藝，由內(nèi)外雙向加壓，使復(fù)雜截面受壓均勻、可控，較好實現(xiàn)了含波紋形緣板的復(fù)合材料變截面工字梁整體固化成型，解決了波紋型結(jié)構(gòu)不易加壓的難題。

以上所述僅為本發(fā)明的一個實例，在不脫離本發(fā)明方法及原理的前提下，由附圖1衍變的同類型結(jié)構(gòu)的成型工藝技術(shù)，也應(yīng)屬于本發(fā)明的保護范疇。

本發(fā)明未公開內(nèi)容為本領(lǐng)域技術(shù)人員公知常識。