飛機(jī)用復(fù)合材料精準(zhǔn)成型工裝及精準(zhǔn)成型制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種飛機(jī)用復(fù)合材料精準(zhǔn)成型工裝及精準(zhǔn)成型制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)階段復(fù)合材料零件的成型方法多采用熱壓罐固化成型，其制造過程一般為根據(jù)產(chǎn)品數(shù)模設(shè)計(jì)制造成型模具；再利用該模具制造復(fù)合材料產(chǎn)品。按照該工藝，復(fù)合材料制件的精度在很大程度上取決于成型模具的精度，而由于復(fù)合材料成型過程中，影響其精度的因素較多，設(shè)計(jì)模具時(shí)若沒有相應(yīng)的數(shù)據(jù)支撐，很難合理設(shè)計(jì)模具型面，導(dǎo)致復(fù)合材料產(chǎn)品與原始數(shù)模存在較大誤差，影響其使用；飛機(jī)的生產(chǎn)屬于大型件單件生產(chǎn)，無法通過批量生產(chǎn)獲得復(fù)合材料零件的變形規(guī)律，而制造復(fù)合材料零件工裝也屬于大型件單件生產(chǎn)，也無法通過批量生產(chǎn)獲得對復(fù)合材料成型影響的變形規(guī)律，因此，現(xiàn)階段模具制造及復(fù)合材料制件生產(chǎn)過程中，這些因素對制件精度的影響并未得到很好的解決，影響了復(fù)合材料制件精度。
[0003]本發(fā)明涉及一種飛機(jī)用復(fù)合材料精準(zhǔn)成型工裝及精準(zhǔn)成型制造方法，以關(guān)鍵詞“精準(zhǔn)成型”進(jìn)行專利檢索到發(fā)明專利I項(xiàng)，未見與本發(fā)明所述相似專利。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對在飛機(jī)用復(fù)合材料成型過程中，影響其尺寸精度的因素較多，且影響機(jī)理復(fù)雜，如模具材料與結(jié)構(gòu)、復(fù)合材料鋪層角度、層數(shù)及固化工藝等，而且飛機(jī)用復(fù)合材料和制造復(fù)合材料工裝都屬于大型件單件生產(chǎn)，無法通過批量生產(chǎn)獲得復(fù)合材料零件的變形規(guī)律，因此，現(xiàn)階段模具制造及復(fù)合材料制件生產(chǎn)過程中，這些因素對制件精度的影響并未得到很好的解決，影響了復(fù)合材料制件精度，本發(fā)明提供了一種飛機(jī)用復(fù)合材料精準(zhǔn)成型工裝及精準(zhǔn)成型制造方法，通過試片數(shù)據(jù)修正產(chǎn)品數(shù)模，可以補(bǔ)償復(fù)合材料制件制造過程的變形量，又采用薄殼模具型面有效的減小了模具熱容量，有利于優(yōu)化固化反應(yīng)，又降低了模具制造成本，提高復(fù)合材料產(chǎn)品尺寸精度，達(dá)到精準(zhǔn)成型的目的。
[0005]本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:
[0006]一種飛機(jī)用復(fù)合材料精準(zhǔn)成型工裝，由一套試片制備專用模具(I)、復(fù)合材料試片
(2)、操作臺(tái)底座(3)、簡易成型模具(4)、薄殼模具(5)、填充物(4-12)組成，其特征在于:所述試片制備專用模具(I)與操作臺(tái)底座(3)剛性聯(lián)接，試片制備專用模具(I)的型面由凸圓弧面、凹圓弧面、斜度面、平面組成，試片制備專用模具(I)的型面由所有復(fù)合材料零件數(shù)據(jù)模型決定；所述復(fù)合材料試片(2)的鋪層角度、層數(shù)、固化工藝等參數(shù)與所需要制備的復(fù)合材料制件數(shù)據(jù)模型的原始數(shù)據(jù)一致，均與需要制備的復(fù)合材料制件相同，以保證試片與復(fù)合材料制件的相似性；所述簡易成型模具(4)由U向筋板(4-1)、V向筋板(4-2)、模具底座(4-3)和工藝耳孔底座(4-4)組成并相互之間剛性聯(lián)接，U向筋板(4-1)與V向筋板(4-2)組成網(wǎng)格狀的剛性聯(lián)接，U向筋板(4-1)和V向筋板(4-2)分別與模具底座(4-3)焊接剛性聯(lián)接，在網(wǎng)格槽內(nèi)部填充填充物(4-12)，填充好的上表面按工藝原始數(shù)據(jù)型面進(jìn)行刮型；所述薄殼模具(5)的型面由需要制備的復(fù)合材料制件數(shù)據(jù)模型決定，采用厚度規(guī)格為10?12mm板材經(jīng)過型面補(bǔ)償修型、起皺處預(yù)處理、板材加熱合模成型、冷卻、補(bǔ)焊、數(shù)控精加工成型和修型，形成厚度值至少為4_薄殼工裝。
[0007]一種飛機(jī)用復(fù)合材料精準(zhǔn)成型制造方法，其特征在于:通過試片制備專用模具
(I)上制造復(fù)合材料試片并分析復(fù)合材料成型過程的變形規(guī)律，并依此修正產(chǎn)品數(shù)據(jù)模型為工藝數(shù)據(jù)模型；根據(jù)此工藝數(shù)據(jù)模型制造簡易成型模具(4)為過渡工裝，并制造薄殼模具(5)型面；再利用此模具型面制造復(fù)材產(chǎn)品，該方法包括如下具體步驟:
[0008](I)復(fù)合材料零件試片(2)的制備，根據(jù)復(fù)合材料零件的特點(diǎn)在試片制備專用模具(I)上選擇合適的區(qū)域制造復(fù)合材料試片(2)，復(fù)合材料試片(2)的鋪層角度、層數(shù)、固化工藝等均與需要制造的復(fù)合材料零件相同，以保證復(fù)合材料試片(2)與復(fù)合材料零件的相似性；
[0009](2)工藝數(shù)模的生成，將綜合因素造成的復(fù)合材料零件的變形規(guī)律通過復(fù)合材料試片(2)獲取，利用獲取的復(fù)合材料變形數(shù)據(jù)和復(fù)合材料件的特點(diǎn)，采用特定的修形計(jì)算方法，預(yù)測變形復(fù)合材料件各個(gè)位置的變形量，根據(jù)產(chǎn)品數(shù)據(jù)模型及變形量，自動(dòng)生成疊加變形量后的工藝數(shù)據(jù)模型，此模塊采用CATIA軟件二次開發(fā)的方法實(shí)現(xiàn)；
[0010](3)簡易成型模具(4)的制造，即制作一種低成本過渡工裝，該模具制造方法為:采用普通鋼材經(jīng)激光切割加工得到輪廓形狀的筋板，采用U向筋板(4-1)、V向筋板(4-2)與模具底座(4-3)經(jīng)焊接構(gòu)成網(wǎng)格狀結(jié)構(gòu)，并使其上表面與所需薄殼模具型面一致，并使其上表面與所需薄殼模具型面一致，網(wǎng)格尺寸設(shè)計(jì)為200?300mm，網(wǎng)格內(nèi)部以填充物(4-12)填充，并將填充好的上表面按工藝數(shù)模型面進(jìn)行刮型；
[0011](4)薄殼模具(5)型面的制造，即采用熱成型的方式將厚度規(guī)格為10?12mm金屬板材原料制造成厚度至少為4_的薄殼模具(5)型面，薄殼模具(5)型面制造具體包括如下步驟:在簡易成型模具(4)貼塑料布膜找出起褶皺部位，并在金屬板材原料按貼塑料布膜的起褶皺部位進(jìn)行去除起皺處的切割處理，去褶皺的板材加熱合模成型，板材冷卻后進(jìn)行切割縫隙的焊接，焊接后再根據(jù)工藝數(shù)模進(jìn)行型面的數(shù)控精加工得到可用于生產(chǎn)復(fù)合材料產(chǎn)品的薄殼模具(5)型面，這樣避免了以往采用整體金屬材料經(jīng)切削加工成型所造成的毛坯尺寸過大，材料成本高的缺點(diǎn)，且由于所制造的模具型面厚度薄而均勻，其熱容量較小，因此在制作復(fù)合材料零件時(shí)產(chǎn)生的熱變形也較小，可大幅提高復(fù)合材料制件的精度，節(jié)省了模具材料，降低模具制造成本，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)成型的目的；
[0012](5)首件復(fù)合材料制件試制，在薄殼模具型面上按復(fù)合材料零件和工藝數(shù)據(jù)模型要求制作復(fù)合材料產(chǎn)品；
[0013](6)調(diào)整工藝數(shù)據(jù)模型，即在完成首件復(fù)合材料產(chǎn)品制作后，測量型面數(shù)據(jù)并與產(chǎn)品數(shù)據(jù)模型進(jìn)行對比，找出誤差所在位置及數(shù)據(jù)，根據(jù)比較結(jié)果對工藝數(shù)據(jù)模型進(jìn)行實(shí)際調(diào)整。
[0014]圖1是本發(fā)明的精準(zhǔn)成型制造方法流程圖。
[0015]圖2本發(fā)明的試片制備專用模具示意圖。
[0016]圖3是本發(fā)明的簡易成型模具結(jié)構(gòu)示意圖(其中，圖3-1是本發(fā)明的簡易成型模具結(jié)構(gòu)示意圖，圖3-2是本發(fā)明的焊接聯(lián)接方式的網(wǎng)格結(jié)構(gòu)示意圖，圖3-3是本發(fā)明的插入聯(lián)接方式的網(wǎng)格結(jié)構(gòu)示意圖)。
[0017]圖4是本發(fā)明的薄殼模具結(jié)構(gòu)示意圖(其中，圖4-1是本發(fā)明的薄殼模具結(jié)構(gòu)示意圖，圖4-2是本發(fā)明的簡易模具上貼膜試驗(yàn)示意圖，圖4-3是本發(fā)明的薄殼模具型面原材料起褶皺處的切割處理示意圖，圖4-4是本發(fā)明的合模成型示意圖)。
[0018]1-試片制備專用模具、2_復(fù)合材料試片、3_操作臺(tái)底座、4_簡易成型模具、4_1_U向筋板、4-2-V向筋板、4-3-模具底座、4-4-工藝耳孔底座、4-5-凸形型面、4-6-支撐體、4-7-開槽、4-8-凸形型面、4-9-支撐體、4-10-開槽、4_11_網(wǎng)格空槽、4_12_填充物、4-13-工藝耳孔座支撐體、4-14-加工工藝定位孔、5-薄殼模具、5-1-塑料布、5_2_起褶皺處、5-3-去除起褶皺部位的薄殼模具原材料、5-4-切割處理起褶皺處的切口縫隙、5-5-凹模、5-6-凸模。
【具體實(shí)施方式】
[0019]本技術(shù)方案還可以通過以下技術(shù)措施來實(shí)現(xiàn)并下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步的描述:
[0020]圖1是本發(fā)明的精準(zhǔn)成型制造方法流程圖，主要說明復(fù)合材料的精準(zhǔn)成型制造方法的流程圖，具體包括以下步驟:
[0021](I)復(fù)合材料試片(2)的制備，根據(jù)復(fù)合材料零件的特點(diǎn)在試片制備專用模具(I)上選擇合適的區(qū)域制造復(fù)合材料試片(2)，復(fù)合材料試片(2)的鋪層角度、層數(shù)、固化工藝等均與需要制造的復(fù)合材料零件相同，以保證復(fù)合材料試片(2)與復(fù)合材料零件的相似性；
[0022](2)工藝數(shù)模的生成，將綜合因素造成的復(fù)合材料零件的變形規(guī)律通過復(fù)合材料試片(2)獲取，利用獲取的復(fù)合材料變形數(shù)據(jù)和復(fù)合材料件的特點(diǎn)，采用特定的修形計(jì)算方法，預(yù)測變形復(fù)合材料件各個(gè)位置的變形量，根據(jù)產(chǎn)品數(shù)據(jù)模型及變形量，自動(dòng)生成疊加變形量后的工藝數(shù)據(jù)模型，此模塊采用CATIA軟件二次開發(fā)的方法實(shí)現(xiàn)；
[0023](3)簡易成型模具(4)的制造，即制作一種低成本過渡工裝，該模具制造方法為:采用普通鋼材經(jīng)激光切割加工得到輪廓形狀的筋板，采用U向筋板(4-1)、V向筋板(4-2)與模具底座(4-3)經(jīng)焊接構(gòu)成網(wǎng)格狀結(jié)構(gòu)，并使其上表面與所需薄殼模具型面一致，網(wǎng)格尺寸設(shè)計(jì)為200?300mm，網(wǎng)格內(nèi)部以填充物填充，并將填充好的上表面按工藝數(shù)模型面進(jìn)行刮型；
[0024](4)薄殼模具(5)型面的制造，即采用熱成型的方式將厚度規(guī)格為10?12mm金屬板材原料制造成厚度至少為4_的薄殼模具(5)型面，薄殼模具(5)型面制造具體包括如下步驟:在簡易模具(4)貼塑料布膜找出起褶皺部位，并在金屬板材原料按貼塑料布膜的起褶皺部位進(jìn)行去除起皺處的切割處理，去褶皺的板材加熱合模成型，板材冷卻后進(jìn)行切割縫隙的焊接，焊接后再根據(jù)工藝數(shù)模進(jìn)行型面的數(shù)控精加工得到可用于生產(chǎn)復(fù)合材料產(chǎn)品的薄殼模具(5)型面，這樣避免了以往采用整體金屬材料經(jīng)切削加工成型所造成的毛坯尺寸過大，材料成本高的缺點(diǎn)，且由于所制造的模具型面厚度薄而均勻，其熱容量較小，因此在制作復(fù)合材料零件時(shí)產(chǎn)生的熱變形也較小，可大幅提高復(fù)合材料制件的精度，節(jié)省了模具材料，降低模具制造成本，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)成型的目的；
[0025](5)首件復(fù)合材料制件試制，在薄殼模具型面上按復(fù)合材料零件和工藝數(shù)據(jù)模型要求制作復(fù)合材料產(chǎn)品；
[0026](6)調(diào)整工藝數(shù)據(jù)模型，即在完成首件復(fù)合材料產(chǎn)品制作后，測量型面數(shù)據(jù)并與產(chǎn)品數(shù)據(jù)模型進(jìn)行對比，找出誤差所在位置及數(shù)據(jù)，根據(jù)比較結(jié)果對工藝數(shù)據(jù)模型進(jìn)行實(shí)際調(diào)整。
[0027]圖2本發(fā)明的試片制備專用模具示意圖，主要由試片制備專用模具(I)、復(fù)合材料試片(2)、操作臺(tái)底座(3)組成，其特征在于:所述試片制備專用模具(I)與操作臺(tái)底座(3)剛性聯(lián)接，試片制備專用模具(I)的型面由凸圓弧面、凹圓弧面、斜度面、平面組成，試片制備專用模具(I)的型面具體數(shù)據(jù)模型由所有復(fù)合材料零件的要求決定；所述復(fù)合材料試片
(2)的鋪層角度、層數(shù)、固化工藝等參數(shù)與復(fù)合材料零件數(shù)據(jù)模型的原始數(shù)據(jù)一