一种复合材料舱体结构整体成型方法与流程

1.本发明属于复合材料应用与制造技术领域，特别涉及一种复合材料结构整体成型方法。


背景技术：

2.与传统金属材料比，碳纤维复合材料具有高的比模量、高比强度等特点，可在满足结构性能要求的同时最大限度的减轻结构重量。
3.对于大尺寸复合材料舱体结构，采用传统多壁板成型工艺方案存在紧固件使用数量多、轻量化水平不足的缺点；采用金属模具进行整体成型存在复合材料产品与其金属成型模具间热膨胀系数的差异以及金属模具重量较大操作不便等问题，使得采用模具整体成型大尺寸复合材料舱体不具备工艺可行性。目前针对大尺寸复合材料舱体整体成型尚无成熟解决方案，所以如何进行大尺寸复合材料舱体整体成型成为相关业者所亟待解决的技术问题。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于针对采用金属模具整体成型大尺寸复合材料舱体不可行的问题，提供一种复合材料舱体结构整体成型方法，通过结构工艺分型结合整体工艺成型的方式，提高复合结构舱体成型质量、成型精度以及结构的轻量化水平，实现大尺寸复合结构舱体的整体成型。
5.为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：
6.一种复合材料舱体结构整体成型方法，包括以下步骤：
7.1)制定舱体结构分型方案，将舱体结构分为若干个环框结构、若干个纵向传力结构和一个整体蒙皮结构，其中任意两个环框结构之间被分出的面为轴向配合面，环框结构上包含若干个沿舱体轴向的凹槽；纵向传力结构的长度方向沿舱体轴向，通过其外型面装配于环框结构的凹槽内；
8.2)利用复合材料，通过热压罐、模压或rtm的成型工艺独立成型符合舱体结构分型方案的环框结构，通过膨胀模辅助模压和软膜的成型方式独立成型符合舱体结构分型方案的纵向传力结构；
9.3)环框结构和纵向传力结构分别独立成型后，通过热压罐或热烘箱将所有环框结构通过其轴向配合面对齐粘接，以及将所有纵向传力结构通过其外型面装配粘接在环框结构的凹槽内，粘接后形成的整体作为外蒙皮成型工装，将该整体的外表面作为外蒙皮的铺覆表面；
10.4)将复合材料外蒙皮整体铺覆在外蒙皮成型工装的铺覆表面，通过热压罐工艺固化，通过制袋方式进行封装，最终成型复合材料舱体结构。
11.优选地，复合材料选择高强中模级碳纤维，包括t300、t700、t800或t1100；或者选择高强高模级碳纤维，包括m40j或m55j。
12.优选地，复合材料的树脂体系选用中温环氧、高温环氧、双马树脂、氰基树脂或聚酰亚胺。
13.优选地，环框结构为具有腹板特征的环框结构，包括c型环框结构。
14.优选地，纵向传力结构的横截面为封闭帽型结构或封闭环向结构。
15.优选地，环框结构的轴向配合面通过成型工装或机加使该配合面的轮廓度不大于0.1mm。
16.优选地，环框结构的轴向配合面预留不大于0.2mm的粘接用空间余量。
17.优选地，纵向传力结构的外型面预留不大于0.2mm的粘接用空间余量。
18.优选地，环框结构和纵向传力结构装配过程采用具有小于0.1mm装配精度的装配型架进行，该装配型架采用定位和支撑结构保证环框结构和纵向传力结构粘接过程中的稳定性。
19.优选地，环框结构之间的粘结以及纵向传力结构与环框结构之间的粘接均采用韧性胶膜，该韧性胶膜选用j-47、j-271或j-188。
20.优选地，外蒙皮的整体铺覆采用手工铺覆或自动铺丝机铺覆。
21.本发明具有以下优点：本发明提供的一种复合材料舱体结构整体成型方法，其环框结构之间和环框结构与纵向传力结构间的装配以成型面作为基准，精度高；环框结构的轴向配合面和纵向传力结构的外型面等装配面预留的间隙空间通过后续粘接用的韧性胶膜进行补偿，从而实现光滑对接。本发明通过采用创新的结构工艺分型方式和工艺成型方式，可实现大尺寸复合结构舱体的整体成型。
附图说明
22.图1是环框结构和纵向传力结构装配位置示意图。
23.图2是多个环框结构轴向配合面粘接示意图。
24.图3是单个环框结构示意图。
25.图4是单个纵向传力结构示意图。
26.附图标记说明：
27.10：环框结构；
28.11：凹槽；
29.12：轴向配合面；
30.20：纵向传力结构；
31.21：外型面。
具体实施方式
32.为使本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合所附图作详细说明如下。
33.本实施例公开一种复合材料舱体结构整体成型方法，包括以下步骤：
34.1)制定舱体结构分型方案，该方案为：将舱体结构分为若干个环框结构10、若干个纵向传力结构20和一个整体蒙皮结构，其中环框结构10和纵向传力结构20如图1、图3和图4所示。任意两个环框结构10之间被分出的面为轴向配合面12，环框结构10为c型，环框结构
10上包含若干个沿舱体轴向的凹槽11。纵向传力结构20的长度方向沿舱体轴向，其横截面为封闭帽型结构，在其他实施例中也可为封闭环向结构，通过其外型面21装配于环框结构10的凹槽11内。
35.2)选择复合材料，该复合材料选择高强中模级碳纤维t300，在其他实施例中，可以选用其他高强中模级碳纤维t700、t800或t1100，或者选择高强高模级碳纤维m40j或m55j。该复合材料选择的树脂体系为中温环氧树脂，在其他实施例中，也可以选择高温环氧、双马树脂、氰基树脂或聚酰亚胺等。
36.然后通过热压罐、模压或rtm的成型工艺独立成型符合舱体结构分型方案的环框结构10，通过膨胀模辅助模压和软膜的成型方式独立成型符合舱体结构分型方案的纵向传力结构20。其中环框结构10的轴向配合面12通过成型工装或机加使该配合面12的轮廓度不大于0.1mm，环框结构10的轴向配合面12预留不大于0.2mm的粘接用空间余量。纵向传力结构20的外型面21预留不大于0.2mm的粘接用空间余量。
37.3)环框结构10和纵向传力结构20分别独立成型后，采用具有小于0.1mm装配精度的装配型架进行装配，该装配型架采用定位和支撑结构，可保证环框结构10和纵向传力结构20装配过程中的稳定性。
38.通过热压罐或热烘箱，将所有环框结构10通过其轴向配合面12对齐粘接，如图2所示，以及将所有纵向传力结构20通过其外型面21装配粘接在环框结构10的凹槽11内，粘接后形成的整体作为外蒙皮成型工装，将该整体的外表面作为外蒙皮的铺覆表面。粘接采用韧性胶膜j-47、j-271或j-188，不做限定，该韧性胶膜存在于环框结构10的轴向配合面12和纵向传力结构20的外型面21所预留的不大于0.2mm的空间内。
39.4)装配好环框结构10和纵向传力结构20以后，再将相同复合材料制成的外蒙皮通过手工铺覆或自动铺丝机铺覆工艺，整体铺覆在外蒙皮成型工装的铺覆表面上，通过热压罐工艺固化，通过制袋方式进行封装，最终成型出复合材料舱体结构。
40.由上述实施例可见，本发明通过采用创新的结构工艺分型方式和工艺成型方式，可实现大尺寸复合结构舱体的整体成型，能够解决采用金属模具整体成型大尺寸复合材料舱体不可行的问题。
41.虽然本发明已以实施例公开如上，然其并非用以限定本发明，本领域的普通技术人员对本发明的技术方案进行的适当修改或者等同替换，均应涵盖于本发明的保护范围内，本发明的保护范围以权利要求所限定者为准。

技术特征：
1.一种复合材料舱体结构整体成型方法，其特征在于，包括以下步骤：1)制定舱体结构分型方案，将舱体结构分为若干个环框结构、若干个纵向传力结构和一个整体蒙皮结构，其中任意两个环框结构之间被分出的面为轴向配合面，环框结构上包含若干个沿舱体轴向的凹槽；纵向传力结构的长度方向沿舱体轴向，通过其外型面装配于环框结构的凹槽内；2)利用复合材料，通过热压罐、模压或rtm的成型工艺独立成型符合舱体结构分型方案的环框结构，通过膨胀模辅助模压和软膜的成型方式独立成型符合舱体结构分型方案的纵向传力结构；3)环框结构和纵向传力结构分别独立成型后，通过热压罐或热烘箱将所有环框结构通过其轴向配合面对齐粘接，以及将所有纵向传力结构通过其外型面装配粘接在环框结构的凹槽内，粘接后形成的整体作为外蒙皮成型工装，将该整体的外表面作为外蒙皮的铺覆表面；4)将复合材料外蒙皮整体铺覆在外蒙皮成型工装的铺覆表面，通过热压罐工艺固化，通过制袋方式进行封装，最终成型复合材料舱体结构。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，复合材料选择高强中模级碳纤维，包括t300、t700、t800或t1100；或者选择高强高模级碳纤维，包括m40j或m55j；复合材料的树脂体系选用中温环氧、高温环氧、双马树脂、氰基树脂或聚酰亚胺。3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，环框结构为具有腹板特征的环框结构，包括c型环框结构。4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，纵向传力结构的横截面为封闭帽型结构或封闭环向结构。5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，环框结构的轴向配合面通过成型工装或机加使该配合面的轮廓度不大于0.1mm。6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，环框结构的轴向配合面预留不大于0.2mm的粘接用空间余量。7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，纵向传力结构的外型面预留不大于0.2mm的粘接用空间余量。8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，环框结构和纵向传力结构装配过程采用具有小于0.1mm装配精度的装配型架进行。9.如权利要求1所述的方法，其特征在于，环框结构之间的粘结以及纵向传力结构与环框结构之间的粘接均采用韧性胶膜，该韧性胶膜选用j-47、j-271或j-188。10.如权利要求1所述的方法，其特征在于，外蒙皮的整体铺覆采用手工铺覆或自动铺丝机铺覆。

技术总结
本发明公开一种复合材料舱体结构整体成型方法，属于复合材料应用与制造技术领域，通过结构工艺分型结合整体工艺成型的方式，将舱体结构分为环框结构、纵向传力结构和整体蒙皮结构，然后分别用复合材料独立成型，再进行装配得到复合材料舱体结构，能够提高复合结构舱体成型质量、成型精度以及结构的轻量化水平，实现大尺寸复合结构舱体的整体成型。实现大尺寸复合结构舱体的整体成型。实现大尺寸复合结构舱体的整体成型。


技术研发人员：田智立 张涛 刘雷波 夏雅男 魏洪峰
受保护的技术使用者：航天特种材料及工艺技术研究所
技术研发日：2021.11.24
技术公布日：2022/3/7