一种复材“工”型加筋壁板共固化成型装置及使用方法

技术领域

本申请涉及复合材料壁板制造技术领域，具体是一种复材“工”型加筋壁板共固化成型装置及使用方法。

背景技术

复合材料加筋壁板主要分为复合材料T型加筋壁板和复合材料“工”型加筋壁板，主要区别为壁板上的长桁形式，即T型或“工”型。飞机的机翼壁板、机身壁板、平尾壁板、垂尾壁板等壁板多为T型加筋壁板，同时也存在一定数量的“工”型加筋壁板。复合材料加筋壁板制造主要采用共胶结和共固化两种工艺方法，其中共胶结为将湿状态复合材料长桁、湿状态复合材料蒙皮分别固化成型后，进行精确对接涂胶胶结，然后进行二次固化形成复合材料加筋壁板；共固化为将湿状态复合材料长桁、湿状态复合材料蒙皮精确对接形成湿状态复合材料加筋壁板，然后整体进行一次固化成型。前者需多次对复合材料长桁、蒙皮进行固化成型，导致复合材料加筋壁板制造效率低，制造成本高，产品质量差；对于后者，无需进行涂胶胶结，且一次整体固化成型，制造效率高，制造成本低、产品质量好。在本发明人已授权的专利(申请号：202110854180.X)中公开了《一种复合材料T型加筋壁板共固化成型装置及成型方法》，该授权专利是针对T型加筋壁板共固化成型工艺，相比于T型加筋壁板，“工”型加筋壁板中的“工”型长桁为半封闭结构，定位、保型、对接、脱模等难度更大，采用T型加筋壁板共固化成型装置及成型方法无法实现“工”型加筋壁板的共固化成型。目前复合材料“工”型加筋壁板主要采用共胶结工艺进行制造，随着飞机对复合材料“工”型加筋壁板的质量、精度要求逐渐提高，共胶结工艺制造工艺已难以满足其质量、精度要求，而针对复合材料“工”型加筋壁板整体共固化成型的方法研究较少，层次较低，更不存在应用实例，严重迟滞了复合材料“工”型加筋壁板整体制造的进程。因此，为了满足生产需要，亟待研究一种复材“工”型加筋壁板共固化成型装置及使用方法。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种复材“工”型加筋壁板共固化成型装置及使用方法。

一种复材“工”型加筋壁板共固化成型装置，其结构包含长桁成型模具组、支撑模具组、填充模具组、定位组合组件、蒙皮成型模具，长桁成型模具组包括多个不同的长桁成型模具，不同的湿状态U型复材长桁铺贴在长桁成型模具上，支撑模具组包括多个支撑模具，每个支撑模具贴合在与其型面对应的长桁成型模具下方，支撑模具与对应的长桁成型模具组合成一体，形成“[”或“]”形状的湿状态复材U型长桁定位组合模具，定位组合组件将一个“[”和一个“]”形状的湿状态复材U型长桁定位组合模具定位组合夹紧，使得其形成一个湿状态复材“工”型长桁，然后将“工”型长桁定位并固定在蒙皮成型模具上，实现湿状态复材“工”型长桁与湿状态复材蒙皮的精确对接组合形成湿状态的复材“工”型加筋壁板，填充模具组包括多个不同的填充模具，填充模具放置于其对应的相邻两长桁成型模具之间，对其对应的两相邻的长桁成型模具进行固定。

长桁成型模具为复合材料制成的“Π”型长条状结构，外表面为矩形，内表面为梯形，其顶边上表面为长桁中面，一侧边短，另一侧边长，短侧边沿长度方向中间位置开有V型定位缺口，长侧边表面设有凹陷，凹陷型面与蒙皮内型面对应位置处的型面一致，长侧边边缘为斜面，在“Π”型结构上部位置外表面设有凹槽，凹槽型面及尺寸与对应的“工”型长桁产品一致。

支撑模具包括模具体、密封圈、真空气口、微型气缸、真空接口、压空接口、气管、定位锁紧销，模具体为铝镁合金材料的长条盒形结构，其上部型面与对应的长桁成型模具内型面贴合，一侧面中部设有与长桁成型模具上V型定位缺口配合的凸起定位台，且沿长度方向布置有多个定位锁紧销，另一侧面下部设有阶梯，使下部表面与长桁成型模具内表面存在间隙，模具体上表面开有条状回形沟槽，并均匀设有多个交叉分布的真空气口和微型气缸，，密封圈为回字形胶条，其安装于模具体上表面回形沟槽边缘一周，真空接口、压空接口安装于模具体同一端头，分别通过气管与真空气口及微型气缸连接。

填充模具为复合材料制成的倒梯形长条状结构，两侧面为斜面，可分别与其对应的两相邻长桁成型模具的长侧边边缘紧密贴合，下表面设有凹陷，凹陷型面与蒙皮内型面对应位置处的型面一致。

蒙皮成型模具包括支承框架、模具框架、模具模板、吊环、定位圆锥、定位扁锥，支承框架为长方体桁架结构，模具框架为“井”字箱形结构，安装于支承框架上表面，模具模板为等厚度曲面板材结构，焊接于模具框架顶部，模具模板上部型面与蒙皮外形型面一致，在模具模板一周开有多个基准孔，基准孔的坐标值刻于孔位附近，吊环均匀的固定于支承框架四周侧面，多个定位圆锥、定位扁锥分别固定于模具框架两端，与模具模板上的基准孔具有精确的相对位置关系。

定位组合组件包括端头定位组合装置、内部定位组合装置、定位圆杯、定位方槽，两个端头定位组合装置分别定位、固定于支撑模具两端，定位圆杯、定位方槽分别固定于两个端头定位组合装置上，且可与蒙皮成型模具上的定位圆锥、定位扁锥相配合，多个内部定位组合装置分别定位、固定于支撑模具中部，与端头定位组合装置一起实现两个湿状态复材U型长桁定位组合模具定位组合夹紧。

该成型装置的使用方法，包括以下步骤：

1将长桁成型模具组中的多个长桁成型模具依次定位安装于支撑模具组中对应的支撑模具上，形成多组组合模具；

2将预浸料按照规定的工艺方法铺贴于组合模具中长桁成型模具的倒U型凹槽内，形成湿状态复材U型长桁；

3对支撑模具上的真空接口进行抽真空，使长桁成型模具紧密的吸附于支撑模具上；

4将定位组合组件安装于一个竖直放置带有湿状态复材U型长桁的组合模具上，通过支撑模具上的定位锁紧销与其精确定位固定，与该组合模具对应的另一个带有湿状态复材U型长桁的组合模具旋转180°后定位固定于定位组合组件上；

5定位组合组件运动，带动其上的两个带有湿状态复材U型长桁的组合模具相向运动压紧，使两个湿状态复材U型长桁相贴合成一个湿状态复材“工”型长桁；

6将定位组合组件、组合模具、湿状态复材“工”型长桁整体翻转90°，即湿状态复材“工”型长桁处于最下方；

7将预浸料按照规定的工艺方法铺贴于蒙皮成型模具中模具模板上，形成湿状态复材蒙皮；

8将定位组合组件、组合模具、湿状态复材“工”型长桁整体移动至带有湿状态蒙皮的蒙皮成型模具正上方，并整体下降，使定位组合组件上的定位圆杯、定位方槽分别与蒙皮成型模具上的定位圆锥、定位扁锥精确配合，使得湿状态复材“工”型长桁与湿状态蒙皮精确对接；

9断开支撑模具组中各个支撑模具上的真空接口，释放真空，并对压空接口通入压缩空气，支撑模具上的微型气缸对长桁成型模具产生推力；

10定位组合组件运动，带动其上的两个支撑模具反向远离，直至与对应的长桁成型模具彻底脱离，通过厂房吊车将定位组合组件、两个支撑模具整体吊离，并将定位组合组件与两个支撑模具分离，完成支撑模具脱模；

11重复3-10步骤，将所有湿状态复材“工”型长桁按顺序依次与湿状态蒙皮精确对接，形成湿状态“工”型加筋壁板；

12将填充模具组中的填充模具分别放置于其对应的相邻两长桁成型模具之间，对长桁成型模具进行固定；

13制作密封袋将长桁成型模具组、填充模具组、湿状态“工”型加筋壁板全部覆盖，并对密封袋抽真空，使湿状态“工”型加筋壁板各部位压实；

14通过AGV运输车将长桁成型模具组、湿状态“工”型加筋壁板及蒙皮成型模具运进热压罐，热压罐对湿状态“工”型加筋壁板进行规定的升温、加压等固化工艺后，实现“工”型加筋壁板共固化成型。

15工”型加筋壁板固化成型后，将所有的填充模具与“工”型加筋壁板脱离，再将长桁成型模具依次与“工”型加筋壁板脱离，最后将“工”型加筋壁板与蒙皮成型模具脱离，获得固化的“工”型加筋壁板。

有益效果：本发明提供一种复材“工”型加筋壁板共固化成型装置及使用方法。该方法通过长桁成型模具组、支撑模具组、填充模具组、定位组合组件对两个湿状态复合材料U型长桁进行定位、组合、固定、夹紧，实现两个湿状态复合材料U型长桁形成一个湿状态复合材料“工”型长桁；通过定位组合装置与蒙皮成型模具精确对接，依次实现将各个湿状态复合材料“工”型长桁与湿状态复合材料蒙皮精确对接，形成湿状态复合材料“工”型加筋壁板。该装置形式简单，操作安全可靠，可大幅度提高复合材料U型加筋壁板共固化成型的制造效率、提高制造质量、降低制造成本，对复合材料U型加筋壁板的制造生产具有极大的积极意义。可直接推广到其它行业相似零件部件装配领域应用。

以下结合实施例附图对本申请做进一步详细描述：

附图说明

图1复材“工”型加筋壁板共固化成型装置示意图

图2长桁成型模具组、填充模具组结构示意图

图3支撑模具组结构示意图

图4带复材U型长桁的长桁成型模具剖视图

图5单个支撑模具局部结构示意图

图6长桁与蒙皮对接剖视图

图7蒙皮成型模具结构示意图

图8定位组合装置结构示意图

图中编号说明：1长桁成型模具组、2支撑模具组、3填充模具组、4定位组合组件、5蒙皮成型模具、6长桁成型模具、7湿状态复材U型长桁、8模具体、9真空气口、10微型气缸、11真空接口、12压空接口、13气管、14定位锁紧销、15湿状态蒙皮、16湿状态复材“工”型长桁、17支承框架、18模具框架、19模具模板、20吊环、21定位圆锥、22定位扁锥、23端头定位组合装置、24内部定位组合装置、25定位圆杯、26定位方槽。

具体实施方式

在“工”型加筋壁板共固化过程中，难以对湿状态“工”型长桁进行组合、定位、保型及与蒙皮的精确对接。本发明人已授权的专利(申请号：202110854180.X)中公开了《一种复合材料T型加筋壁板共固化成型装置及成型方法》，采用该专利中的装置和方法可实现湿状态T型长桁组合、定位、保型及与蒙皮的精确对接。由于湿状态“工”型长桁由半封闭结构的“]”和“[”形状湿状态复材U型长桁组合而成，其空间相较T型长桁更加狭小封闭，采用复合材料T型加筋壁板共固化成型装置及成型方法实现“工”型加筋壁板共固化，将会导致长桁成型模具、支撑模具无法与产品脱离。为解决以上问题，首先对湿状态“工”型长桁的长桁成型模具结构进行创新，结合湿状态“工”型长桁的特点及组合、对接过程，设计了满足“]”和“[”形状湿状态复材U型长桁成型、组合、对接的结构，且长桁成型模具的宽度小于两相邻“工”型长桁之间的最小间隙，实现其对湿状态“工”型长桁的组合、定位、保型，并设置了填充模具，实现多个长桁成型模具相互固定以及长桁成型模具与长桁顺利脱模；其次，对支撑模具结构进行创新，结合湿状态“工”型长桁组合、对接过程以及脱模方向，将支撑模具与长桁成型模具贴合部分设计为梯形，支撑模具的其余部位与长桁成型模具均不贴合，且支撑模具的高度小于两相邻长桁成型模具短侧边之间的最小间隙，实现支撑模具与长桁成型模具组合、定位、定向脱模；最后，对湿状态“工”型长桁的组合、定位、及与湿状态蒙皮精确对接的方法进行了创新，将每个湿状态“工”型长桁按顺序依次进行组合、定位、保型及与蒙皮的精确对接，为支撑模具与长桁成型模具的定向脱模留出足够的空间，最终实现所有的湿状态“工”型长桁组合、定位、保型及与蒙皮的精确对接。

参见图1-8所示,一种复材“工”型加筋壁板共固化成型装置，其结构包含长桁成型模具组1、支撑模具组2、填充模具组3、定位组合组件4、蒙皮成型模具5，长桁成型模具组1包括多个不同的长桁成型模具6，不同的湿状态U型复材长桁铺贴在长桁成型模具6上，支撑模具组2包括多个支撑模具，每个支撑模具贴合在与其型面对应的长桁成型模具6下方，支撑模具与对应的长桁成型模具组1合成一体，形成“[”或“]”形状的湿状态复材U型长桁7定位组合模具，定位组合组件4将一个“[”和一个“]”形状的湿状态复材U型长桁7定位组合模具定位组合夹紧，使得其形成一个湿状态复材“工”型长桁16，然后将“工”型长桁定位并固定在蒙皮成型模具5上，实现湿状态复材“工”型长桁16与湿状态复材蒙皮的精确对接组合形成湿状态的复材“工”型加筋壁板，填充模具组3包括多个不同的填充模具，填充模具放置于其对应的相邻两长桁成型模具6之间，对其对应的两相邻的长桁成型模具6进行固定。

长桁成型模具6为复合材料制成的“Π”型长条状结构，外表面为矩形，内表面为梯形，其顶边上表面为长桁中面，一侧边短，另一侧边长，短侧边沿长度方向中间位置开有V型定位缺口，长侧边表面设有凹陷，凹陷型面与蒙皮内型面对应位置处的型面一致，长侧边边缘为斜面，在“Π”型结构上部位置外表面设有凹槽，凹槽型面及尺寸与对应的“工”型长桁产品一致。

支撑模具包括模具体8、密封圈、真空气口9、微型气缸10、真空接口11、压空接口12、气管13、定位锁紧销14，模具体8为铝镁合金材料的长条盒形结构，其上部型面与对应的长桁成型模具6内型面贴合，一侧面中部设有与长桁成型模具6上V型定位缺口配合的凸起定位台，且沿长度方向布置有多个定位锁紧销14，另一侧面下部设有阶梯，使下部表面与长桁成型模具6内表面存在间隙，模具体8上表面开有条状回形沟槽，并均匀设有多个交叉分布的真空气口9和微型气缸10，，密封圈为回字形胶条，其安装于模具体8上表面回形沟槽边缘一周，真空接口11、压空接口12安装于模具体8同一端头，分别通过气管13与真空气口9及微型气缸10连接。

填充模具为复合材料制成的倒梯形长条状结构，两侧面为斜面，可分别与其对应的两相邻长桁成型模具6的长侧边边缘紧密贴合，下表面设有凹陷，凹陷型面与蒙皮内型面对应位置处的型面一致。

蒙皮成型模具5包括支承框架17、模具框架18、模具模板19、吊环20、定位圆锥21、定位扁锥22，支承框架17为长方体桁架结构，模具框架18为“井”字箱形结构，安装于支承框架17上表面，模具模板19为等厚度曲面板材结构，焊接于模具框架18顶部，模具模板19上部型面与蒙皮外形型面一致，在模具模板19一周开有多个基准孔，基准孔的坐标值刻于孔位附近，吊环20均匀的固定于支承框架17四周侧面，多个定位圆锥21、定位扁锥22分别固定于模具框架18两端，与模具模板19上的基准孔具有精确的相对位置关系。

定位组合组件4包括端头定位组合装置23、内部定位组合装置24、定位圆杯25、定位方槽26，两个端头定位组合装置23分别定位、固定于支撑模具两端，定位圆杯25、定位方槽26分别固定于两个端头定位组合装置23上，且可与蒙皮成型模具5上的定位圆锥21、定位扁锥22相配合，多个内部定位组合装置24分别定位、固定于支撑模具中部，与端头定位组合装置23一起实现两个湿状态复材U型长桁7定位组合模具定位组合夹紧。

该成型装置的使用方法，包括以下步骤：

1将长桁成型模具组1中的多个长桁成型模具6依次定位安装于支撑模具组2中对应的支撑模具上，形成多组组合模具；

2将预浸料按照规定的工艺方法铺贴于组合模具中长桁成型模具6的倒U型凹槽内，形成湿状态复材U型长桁7；

3对支撑模具上的真空接口11进行抽真空，使长桁成型模具6紧密的吸附于支撑模具上；

4将定位组合组件4安装于一个竖直放置带有湿状态复材U型长桁7的组合模具上，通过支撑模具上的定位锁紧销14与其精确定位固定，与该组合模具对应的另一个带有湿状态复材U型长桁7的组合模具旋转180°后定位固定于定位组合组件4上；

5定位组合组件4运动，带动其上的两个带有湿状态复材U型长桁7的组合模具相向运动压紧，使两个湿状态复材U型长桁7相贴合成一个湿状态复材“工”型长桁16；

6将定位组合组件4、组合模具、湿状态复材“工”型长桁16整体翻转90°，即湿状态复材“工”型长桁16处于最下方；

7将预浸料按照规定的工艺方法铺贴于蒙皮成型模具5中模具模板19上，形成湿状态复材蒙皮；

8将定位组合组件4、组合模具、湿状态复材“工”型长桁16整体移动至带有湿状态蒙皮15的蒙皮成型模具5正上方，并整体下降，使定位组合组件4上的定位圆杯25、定位方槽26分别与蒙皮成型模具5上的定位圆锥21、定位扁锥22精确配合，使得湿状态复材“工”型长桁16与湿状态蒙皮15精确对接；

9断开支撑模具组2中各个支撑模具上的真空接口11，释放真空，并对压空接口12通入压缩空气，支撑模具上的微型气缸10对长桁成型模具6产生推力；

10定位组合组件4运动，带动其上的两个支撑模具反向远离，直至与对应的长桁成型模具6彻底脱离，通过厂房吊车将定位组合组件4、两个支撑模具整体吊离，并将定位组合组件4与两个支撑模具分离，完成支撑模具脱模；

11重复3-10步骤，将所有湿状态复材“工”型长桁16按顺序依次与湿状态蒙皮15精确对接，形成湿状态“工”型加筋壁板；

12将填充模具组3中的填充模具分别放置于其对应的相邻两长桁成型模具6之间，对长桁成型模具6进行固定；

13制作密封袋将长桁成型模具组1、填充模具组3、湿状态“工”型加筋壁板全部覆盖，并对密封袋抽真空，使湿状态“工”型加筋壁板各部位压实；

14通过AGV运输车将长桁成型模具组1、湿状态“工”型加筋壁板及蒙皮成型模具5运进热压罐，热压罐对湿状态“工”型加筋壁板进行规定的升温、加压等固化工艺后，实现“工”型加筋壁板共固化成型。

15工”型加筋壁板固化成型后，将所有的填充模具与“工”型加筋壁板脱离，再将长桁成型模具6依次与“工”型加筋壁板脱离，最后将“工”型加筋壁板与蒙皮成型模具5脱离，获得固化的“工”型加筋壁板。