本發(fā)明屬于真空輔助成型(VARI)技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種適用于VARI的C型帶筋壁板復合材料的成型模具及方法。

背景技術(shù)：

航空航天領(lǐng)域?qū)Y(jié)構(gòu)減重、輕量化的要求越來越高，運用比重小、比強度和比模量大以及結(jié)構(gòu)、性能可設(shè)計性的復合材料和減少零件及緊固件數(shù)目是目前的主要解決辦法。運用復合材料整體成型技術(shù)制備滿足結(jié)構(gòu)輕量化要求的整體結(jié)構(gòu)件是目前的發(fā)展趨勢。真空輔助成型工藝(Vacuum Assisted Resin Infusion，簡稱VARI)是一種新型的低成本的復合材料大型制件的成型技術(shù)，它是在單面剛性模具上以柔性真空袋包覆、密封纖維增強材料，然后在真空負壓下排除模腔中的氣體，利用樹脂的流動，滲透實現(xiàn)對纖維及其織物的浸潤，并在室溫或加熱條件下固化成型的一種工藝方法。

C型帶筋壁板是工程實際應用中的典型承力結(jié)構(gòu)件，具有重要的理論研究意義和工程實際應用價值，而復合材料VARI成型技術(shù)又是近年來的一個研究熱點，然而目前還沒有采用VARI工藝成型C型帶筋壁板的相關(guān)專利公開，為此，本發(fā)明提供了一種適用于VARI的C型帶筋壁板復合材料的成型模具及方法，適用于工廠、科研院所的實驗件和小型制件的成型。

之前申請的“適用于RTM的T型帶筋壁板復合材料的成型模具及成型方法”(申請?zhí)枺?01610202404.8)的專利，它主要提供了一種成型等截面的T型帶筋壁板的成型模具及方法，而對于C型帶筋壁板屬于變截面結(jié)構(gòu)，大大增加了成型的難度，而且它們所用的成型芯模也完全不同。其次，對于VARI或者RTM液態(tài)成形技術(shù)來說，成型復合材料結(jié)構(gòu)件時，樹脂的流動行為是決定制件成型成功的關(guān)鍵，而注冒口位置對樹脂流動行為有很大的影響，因此，在用液態(tài)成形技術(shù)成型復合材料制件時要根據(jù)成型件的結(jié)構(gòu)特征，合理設(shè)置注冒口的位置。本次申請的專利主要提供了一種成型航空典型復合材料結(jié)構(gòu)件-C型帶筋壁板的成型模具及方法。在成型模具和方法上有別于之前申請的專利。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了避免現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，本發(fā)明提出一種適用于VARI的C型帶筋壁板復合材料的成型模具及方法，實現(xiàn)實驗件和小型制件的成型。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種適用于VARI的C型帶筋壁板復合材料的成型模具包括底板1和芯摸2；所述芯摸2橫截面為楔型結(jié)構(gòu)，底板1上設(shè)有盲孔，楔型結(jié)構(gòu)底部通過定位銷固定在底板1上。

本發(fā)明進一步的技術(shù)方案是：一種基于VARI的C型帶筋壁板復合材料的成型模具的成型方法，包括如下步驟：

步驟1：用丙酮清洗模具表面并晾干，在模具表面涂一層脫模劑；根據(jù)預制件的

尺寸進行纖維裁剪；

步驟2：將n層纖維織物鋪設(shè)在底板上，作為壁板預成型體；在芯模的三個成型面上包覆n層纖維后將芯模置于底板的n層纖維上，作為C型預成型體；將圓柱銷插入底板和芯模的定位孔進行定位；鋪層時，每層纖維織物均噴涂定型劑；所述纖維織物層數(shù)的計算公式為其中：a為制件設(shè)計厚度；ρ_r為成型時需要灌注樹脂的密度；ρ_f為纖維的密度；W_f為纖維的單位面積質(zhì)量；V_f為纖維體積分數(shù)；V_r為成型時需要灌注樹脂的體積分數(shù)；當計算出的纖維層數(shù)不是整數(shù)時，取大于此數(shù)的最小整數(shù)；

步驟3：在C型帶筋壁板預成型體外表面上依次圍繞一圈鋪上脫模布和導流網(wǎng)，將真空袋鋪放在模具上，用密封膠條對模具四周進行密封，在注口和冒口處分別接上導流管，注口和其中一個冒口位于壁板預成型體邊緣，另外一個冒口位于筋條頂端；用夾子夾住注口導流管，在冒口處接上真空泵，對真空袋內(nèi)進行0.09～0.095MPa抽真空處理并檢查氣密性；

步驟4：采用5105環(huán)氧樹脂和5016固化劑，按照樹脂與固化劑100:30的質(zhì)量比例配樹脂混合劑，攪拌均勻，放入真空罐中進行15min除氣操作；取下注口導流管上的夾子，將導流管浸入除氣后的混合劑中，開始充模，冒口處的真空泵繼續(xù)抽真空，直到纖維織物完全浸潤冒口處有樹脂流出時，關(guān)閉真空泵，用夾子夾住冒口處的導流管，再持續(xù)充模2～3min，然后停止充模，用夾子夾住注口導流管；在室溫下固化22～24小時，然后將其放入80℃烘箱中固化6小時；固化完成后，待模具自然冷卻，然后進行脫模，取出C型帶筋壁板。

有益效果

本發(fā)明利用真空輔助VARI工藝制作C型帶筋壁板，采用干態(tài)纖維織物預制成型，然后通過真空輔助注膠完成C型帶筋壁板成型。采用金屬組合模具結(jié)合真空袋進行復合材料注膠、固化成型的方法，使制造所需的金屬模具大大簡化，C型帶筋壁板的成型工藝簡單可行，可用于工廠、科研院所的實驗件和小型制件的成型，取得了模具制作成本低、操作簡單方便等有益效果。

附圖說明

圖1為底板結(jié)構(gòu)示意圖

圖2為底板定位孔剖視圖

圖3為芯模結(jié)構(gòu)示意圖

圖4為C型件的成型模具圖

圖5為C型件纖維預成型體的鋪放截面圖

圖6是C型件的VARI工藝成型流程圖

附圖標記說明：1—底板模具；2—芯模；3—2×Φ8定位圓柱銷4—注口位置；5—冒口位置芯模6—壁板預成型體

具體實施方式

現(xiàn)結(jié)合實施例、附圖對本發(fā)明作進一步描述：

1、參見圖1-圖6，，考慮到C型帶筋板件的形狀、尺寸，以及采用的真空輔助VARI工藝中纖維的鋪放、脫模、定位以及密封等工藝要求。同時考慮到制件脫模的方便，將模具設(shè)計為組合式模具，由底板1和芯模2組成。C型件的位置精度由定位銷3來決定，而其垂直度以及圓角都由芯模來保障。將模具的密封結(jié)構(gòu)進行簡化為平面，實際成型時用密封膠將真空袋與模具進行粘合在一起進行密封。一種適用于VARI的C型帶筋壁板復合材料的成型模具，包括底板和芯模，所述芯模的橫截面為楔型結(jié)構(gòu)，在底板和芯模的對應位置設(shè)有定位孔，定位孔以圓柱銷進行定位。

一種適用于VARI的C型帶筋壁板復合材料的成型方法，其特征在于該方法的操作步驟如下：

步驟1用丙酮清洗模具表面并晾干，在模具表面涂一層脫模劑；根據(jù)預制件的尺寸進行纖維裁剪，在裁剪過程中應避免纖維織物變形、松散。

步驟2將n層纖維鋪設(shè)在底板上，作為壁板預成型體，在芯模成型面上包覆n層纖維，然后將芯模置于底板的n層纖維上(纖維預成型體鋪層方式如圖4所示)，將圓柱銷插入底板和芯模的定位孔進行定位；在鋪層時，每層纖維織物都均勻噴涂定型劑；所述n層纖維的計算為其中：a為制件設(shè)計厚度；ρ_r為成型時需要灌注樹脂的密度；ρ_f為纖維的密度；W_f為纖維的單位面積質(zhì)量；V_f為纖維體積分數(shù)；V_r為成型時需要灌注樹脂的體積分數(shù)；當計算出的纖維層數(shù)不是整數(shù)時，取大于此數(shù)的最小整數(shù)；

步驟3在預成型體表面上先鋪上脫模布、脫模布上鋪上導流網(wǎng)，然后將真空袋鋪放在模具上，用密封膠條對模具四周進行密封，在注口和冒口處(見圖4)分別接上導流管；用夾子夾住注口導流管，在冒口處接上真空泵，對真空袋內(nèi)進行0.09～0.095MPa抽真空處理并檢查氣密性。

步驟4本專利采用的是5105環(huán)氧樹脂和5016固化劑，按照樹脂與固化劑100:30的質(zhì)量比例配樹脂混合劑，然后攪拌均勻，放入真空罐中進行15min除氣操作；取下注口導流管上的夾子，將導流管浸入除氣后的混合劑中，開始充模，冒口處的真空泵繼續(xù)抽真空，直到纖維織物完全浸潤冒口處有樹脂流出時，關(guān)閉真空泵，用夾子夾住冒口處的導流管，再持續(xù)充模2～3min，然后停止充模，用夾子夾住注口導流管；在室溫下固化22～24小時，然后將其放入80℃烘箱中固化6小時；固化完成后，待模具自然冷卻，然后進行脫模，取出C型件。模具設(shè)計為組合式模具，芯模定位采用定位孔、圓柱銷進行定位。C型帶筋板的位置精度由定位孔來決定，而其垂直度以及圓角都由芯模來決定。將模具的密封結(jié)構(gòu)進行簡化，芯模具表面由纖維包裹，成型時用密封膠將真空袋與底板模具粘合在一起進行密封。在鋪層時，每層纖維織物都均勻噴涂少量定型劑，以防纖維織物的滑移變形。在預成型體上表面分別鋪上脫模布、導流網(wǎng)，加快樹脂的流動和對預成型體的浸潤，提高充模效率。采用金屬組合模具結(jié)合真空袋進行復合材料注膠、固化成型。利用真空泵實現(xiàn)充模過程中樹脂灌注。壁板和筋條采用一次整體成型，實現(xiàn)實驗件和小型制件的成型。

在設(shè)計用于制造C型帶筋板件的模具過程中，考慮到C型帶筋板件的形狀、尺寸，以及采用的VARI工藝中纖維的鋪放、脫模、定位以及密封等工藝要求。同時考慮到制件脫模的方便，將模具設(shè)計為組合式模具，由底板和芯模組成。C型件的位置精度由定位孔和圓柱銷配合來決定，底板上孔的深度為6-8mm；C型件的垂直度以及圓角都由芯模來決定。將模具的密封結(jié)構(gòu)進行簡化，芯模具表面由纖維包裹，，實際成型時用密封膠將真空袋與底板模具粘合在一起進行密封。