一种采用自动铺带方式制造H型桁并分切成T型长桁的方法与流程

一种采用自动铺带方式制造h型桁并分切成t型长桁的方法
技术领域
1.本发明涉及飞机的垂尾壁板t型长桁制造工艺技术领域，具体涉及一种采用自动铺带方式制造h型桁并分切成t型长桁的方法。


背景技术：

2.长桁做为垂尾壁板中关键承力结构件之一，以往采用t型长桁通过自动铺带和热隔膜成型工艺方法，因长桁尺寸截面小，长度长，造成工装加工困难，精度难以控制，且在重复使用后工装容易出现变形，导致产品质量超差，质量难以稳定。
3.现有的t型长桁采用自动铺带机铺贴单边“l”展开后的平板，通过热隔膜进行预成型，将预成型好的“l”型坯料通过工装组合成t型，最后填充捻子条和底缘平板坯料，封装固化成t型长桁，由于t型长桁截面尺寸小，对工装制造精度要求高，同时因工装截面小，反复使用后工装易出现变形等问题，且寿命短，降低产品成型质量。
4.另外，现有的采用h型桁分切t型桁方案时，在铺带平板工装上自动铺带铺叠上、下c型坯料时，由于左右两根长桁对称共模，按现有的长桁铺层方案
±
45
°
为对称铺层，针对这一方案，为达到设计铺层的角度，就会带来下面的问题：通过自动铺带机将其铺叠h形两侧c型坯料平板和缘条平板，考虑到左右对称的两根长桁的c型坯料平板在铺层中会出现铺层角度相反的问题，在铺带过程中，两根长桁相反方向(+45/-45)采用不连续铺层，其余0
°
和90
°
则连续铺层；但后续热隔膜预成型过程中只有90
°
铺层才能作为两侧的坯料连接的支撑，而根据铺层信息，长桁尖部位置只有一层90
°
，而+45
°
和-45
°
单向带需在腹板中心处切成斜角，此种铺层方案存在左右毛坯断裂的风险。


技术实现要素：

5.本发明的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种采用自动铺带方式制造h型桁并分切成t型长桁的方法，采用h型长桁分切成两个t型长桁方案，生成效率高，单次固化出两件t型长桁，固化成本降低，同时产品尺寸精度高。采用+45
°
、-45
°
单向带不同层之间的偏移对接方式能够有效地减少由
±
角度不同带来的铺贴影响，工装制造方案相对简单，能够提高工装型面的精度，提高成型质量，能够一次性成型出两根长桁，减短零件制造周期，减少工装成本和工装数量，保证了立筋的位置度。
6.为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
7.一种采用自动铺带方式制造h型桁并分切成t型长桁的方法，其包括以下步骤：
8.步骤(a)：自动铺带：在铺带平板工装上，通过自动铺带机铺叠上、下c型坯料及长桁卧边两侧缘条平板铺层坯料，利用超声下料下出坯料定位特征；
9.步骤(b)：坯料转移及定位：将预成型好的预浸料平板通过专用转移车，转移至热隔膜工装中，预浸料平板两端事先切割好定位片理论外形，在芯模两端头设计可拆卸料层限厚凸台定位，保证料片在长度、宽度的方向位置满足要求；
10.步骤(c)：通过热隔膜预成型机弯折成上、下c型坯料结构；
11.步骤(d)：上c型坯料翻转，与下c型坯料组合：通过翻转工装，将带有预浸料的上c型坯料工装通过两端头导柱定位装置与下c型坯料工装进行组合，组合后使用临时真空袋抽真空以去除残留的空气并压实铺层；
12.步骤(e)：拆除上c型坯料工装，通过定位销和定位孔安装复材上模，组合后使用临时真空袋抽真空以去除残留的空气并压实铺层；
13.步骤(f)：捻子条成型：按照捻子条截面积计算捻子条所需要的宽度，通过捻子条专用成型设备成型捻子条；在上、下c型坯料之间的三角区填充捻子条，组合后使用临时真空袋抽真空以去除残留的空气并压实铺层；缘条坯料组合：将缘条平板坯料与上、下c型坯料进行组合，组合后使用临时真空袋抽真空以去除残留的空气并压实铺层；
14.步骤(g)：封装、固化：利用工装缘条两侧的定位块将复材盖板定位至两侧缘条，并制作真空袋真空压实，检查气密，气密合格后固化；
15.步骤(h)：脱模、清理：将上、下c型坯料的工装卸下并对上、下c型坯料进行清理；
16.步骤(i)：数控铣切：在脱模前安装钻模板，制出铣切定位用的工艺孔，再将h型长桁进行脱模；之后将h型长桁通过定位耳片孔固定于铣切工装中，先将h型长桁粗切分切为两个t型长桁，然后对t型长桁外形采用专用工装夹持，进行数控铣切底缘倒角，底缘铣切结束后，通过激光跟踪仪进行测量底缘和立筋一侧轮廓度；
17.步骤(j)：检测：按照验收技术条件要求，在铣切完成后，在不施加任何作用力的状态下通过数字化测量装置来测量粗切t型长桁外型轮廓；两件t型长桁型面轮廓度精度均在公差范围内，符合验收标准。
18.进一步地，还包括以下步骤：
19.步骤(k)：手工铣切：底缘轮廓度测量结束后，拆除固定于铣切工装中的粗切t型长桁，通过工装映射在t型长桁的立筋位置线外形线进行手工铣切，最终将h型长桁一分为二，制造出两个目标t型长桁；
20.步骤(l)：厚度公差检测：采用钢珠测厚仪对t型长桁进行测厚，同一厚度区域至少有5个测量点，检测合格满足验收标准；无损检测：整体采用反射法a扫描检测，经检测无损结果合格。
21.进一步地，其中，步骤(a)中：
22.铺层中线或腹板中线相对于长桁坯料余量边界的对称余量做加大余量设计；在自动铺带过程中，在第n层铺贴时，左侧的+45
°
单向带在铺带过程中沿铺层中线向右侧长桁坯料余量边界偏移，也即+45
°
单向带右端偏移至右侧长桁坯料余量边界位置处，而右侧的-45
°
单向带在铺带过程中沿右侧长桁坯料余量边界断开，也即-45
°
单向带左端起始于右侧长桁坯料余量边界位置处；在第n+1层铺贴时，+45
°
、-45
°
单向带则进行相反形式的铺带，也即+45
°
单向带右端偏移至左侧长桁坯料余量边界位置处，-45
°
单向带左端起始于左侧长桁坯料余量边界位置处。
23.这样能够有效地避免了+45
°
和-45
°
坯料斜角的问题，加强左右侧连接的支撑和在热隔膜时防止坯料滑移，同时能控制铺层中线/腹板中心在固化时的料厚均匀。
24.进一步地，其特征在于，其中，步骤(a)之前还包括：
25.步骤(10)：铺带程序设计：使用catia软件复合材料模块进行坯料平板铺层设计，利用自动铺带编程软件torlay对铺层设计数模进行铺带路径规划，生成铺带cnc程序；具体
为，利用torlay铺带编程软件生成预浸料带，按照规范要求，对接缝间隙不小于2.5mm，每层对接缝错开至少25mm，在同一层+45
°
和-45
°
边界处留有0.5mm间隙，防止铺带过程中出现搭接现象；对生成的料带进行修正编辑，减小废料产生，减少自动铺带时间，最终生成cnc数控程序；
26.步骤(20)：工装准备：将上c型坯料热隔膜工装与下模成型模、复材上模盖板、缘条硅胶软盖板及复材上模盖板所用的多颗销钉进行清洁，使用溶剂丙酮或甲乙酮对表面进行清洗；对缘条硅胶盖板内侧光滑面、复材上模盖板的成型面、下模成型模复材上模盖板所用的多颗销钉进行涂刷脱模剂；涂刷后一层脱模剂时，应采用与上一层垂直的方向，确保脱模剂能够完全覆盖工装所需区域，涂刷前后两层脱模剂之间至少需要干燥15min；在铺带平板工装表面上方铺放一层无孔膜，开启真空吸附，将无孔膜进行吸附平整；
27.步骤(30)：材料准备：从冷库中取出预浸料，放置于清洁间中并保持密封状态；当外包装膜擦干后无冷凝水产生时方能使用，采用x850增韧树脂碳纤维单向带，正常解冻6-8小时。
28.本发明的一种采用自动铺带方式制造h型桁并分切成t型长桁的方法，采用h型长桁分切成两个t型长桁方案，生成效率高，单次固化出两件t型长桁，固化成本降低，同时产品尺寸精度高。采用+45
°
、-45
°
单向带不同层之间的偏移对接方式能够有效地减少由
±
角度不同带来的铺贴影响，工装制造方案相对简单，能够提高工装型面的精度，提高成型质量，能够一次性成型出两根长桁，减短零件制造周期，减少工装成本和工装数量，保证了立筋的位置度。
附图说明
29.图1为本发明
±
45
°
单向带不同层之间偏移铺贴方案结构示意图；
30.图2为本发明各工序对应的造型图结构流程图；
31.图3为本发明工艺流程图；
32.图4为本发明h型长桁分切线、立筋位置线结构示意图。
具体实施方式
33.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
34.下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
35.如图1-4所示，一种采用自动铺带方式制造h型桁并分切成t型长桁的方法，其包括以下步骤：
36.步骤(a)：自动铺带：在铺带平板工装上，通过自动铺带机铺叠上、下c型坯料及长桁卧边两侧缘条平板铺层坯料，利用超声下料下出坯料定位特征(如附图2中工序a所示)；
37.步骤(b)：坯料转移及定位：将预成型好的预浸料平板通过专用转移车，转移至热隔膜工装中，该热隔膜工装可与成型模工装共用，预浸料平板两端事先切割好定位片理论外形(如尺寸60*60mm)，在芯模两端头设计可拆卸料层限厚凸台定位，保证料片在长度、宽
度的方向位置满足要求(如附图2中工序b所示)；
38.步骤(c)：通过热隔膜预成型机弯折成上、下c型坯料结构(如附图2中工序c所示)；
39.步骤(d)：上c型坯料翻转，与下c型坯料组合：通过翻转工装，将带有预浸料的上c型坯料工装通过两端头导柱定位装置与下c型坯料工装进行组合，组合后使用临时真空袋抽真空以去除残留的空气并压实铺层(如附图2中工序d所示)；
40.步骤(e)：拆除上c型坯料工装，通过定位销和定位孔安装复材上模，组合后使用临时真空袋抽真空以去除残留的空气并压实铺层(如附图2中工序e所示)；
41.步骤(f)：捻子条(0
°
纤维捻)成型：按照捻子条截面积计算捻子条所需要的宽度，通过捻子条专用成型设备成型捻子条；在上、下c型坯料之间的三角区填充捻子条，组合后使用临时真空袋抽真空以去除残留的空气并压实铺层；
42.缘条坯料组合：将缘条平板坯料与上、下c型坯料进行组合，组合后使用临时真空袋抽真空以去除残留的空气并压实铺层(如附图2中工序f所示)；
43.步骤(g)：封装、固化：利用工装缘条两侧的定位块将复材盖板定位至两侧缘条，并制作真空袋真空压实，检查气密，气密合格后固化(如附图2中工序g所示)；
44.步骤(h)：脱模、清理：将上、下c型坯料的工装卸下并对上、下c型坯料进行清理(如附图2中工序h所示)；
45.步骤(i)：数控铣切：在脱模前安装钻模板，制出铣切定位用的工艺孔，再将h型长桁进行脱模；之后将h型长桁通过定位耳片孔固定于铣切工装中，先将h型长桁粗切分切为两个t型长桁，然后对t型长桁外形采用专用工装夹持，进行数控铣切底缘倒角，底缘铣切结束后，通过激光跟踪仪进行测量底缘和立筋一侧轮廓度(如附图2中工序i所示)；
46.步骤(j)：检测：按照验收技术条件要求，在铣切完成后，在不施加任何作用力的状态下通过数字化测量装置(激光跟踪检测仪)来测量粗切t型长桁外型轮廓；两件t型长桁型面轮廓度精度均在公差范围内，符合验收标准；
47.步骤(k)：手工铣切：底缘轮廓度测量结束后，拆除固定于铣切工装中的粗切t型长桁，通过工装映射在t型长桁的立筋位置线外形线进行手工铣切，最终将h型长桁一分为二，制造出两个精切t型长桁(目标t型长桁)；
48.步骤(l)：厚度公差检测：采用钢珠测厚仪对t型长桁进行测厚，同一厚度区域至少有5个测量点，检测合格满足验收标准；无损检测：整体采用反射法a扫描检测，经检测无损结果合格。
49.其中，步骤(a)中：铺层中线或腹板中线相对于长桁坯料余量边界的对称余量做加大余量设计，具体地如铺层中线至长桁坯料余量边界的单边距离为100mm-120mm；在自动铺带过程中，在第n层铺贴时，左侧的+45
°
单向带在铺带过程中沿铺层中线向右侧长桁坯料余量边界偏移，也即+45
°
单向带右端偏移至右侧长桁坯料余量边界位置处，而右侧的-45
°
单向带在铺带过程中沿右侧长桁坯料余量边界断开，也即-45
°
单向带左端起始于右侧长桁坯料余量边界位置处；在第n+1层铺贴时，+45
°
、-45
°
单向带则进行相反形式的铺带，也即+45
°
单向带右端偏移至左侧长桁坯料余量边界位置处，-45
°
单向带左端起始于左侧长桁坯料余量边界位置处。
50.这样能够有效地避免了+45
°
和-45
°
坯料斜角的问题，加强左右侧连接的支撑和在热隔膜时防止坯料滑移，同时能控制铺层中线/腹板中心在固化时的料厚均匀。
51.其中，步骤(a)之前还包括：
52.步骤(10)：铺带程序设计：使用catia软件复合材料模块进行坯料平板铺层设计，利用自动铺带编程软件torlay对铺层设计数模进行铺带路径规划，生成铺带cnc程序；具体为，利用torlay铺带编程软件生成预浸料带，按照规范要求，对接缝间隙不小于2.5mm，每层对接缝错开至少25mm，在同一层+45
°
和-45
°
边界处留有0.5mm间隙，防止铺带过程中出现搭接现象；对生成的料带进行修正编辑，减小废料产生，减少自动铺带时间，最终生成cnc数控程序；
53.步骤(20)：工装准备：将上c型坯料热隔膜工装与下模成型模、复材上模盖板、缘条硅胶软盖板及复材上模盖板所用的多颗销钉进行清洁；使用溶剂丙酮或甲乙酮对表面进行清洗；将溶剂倒在干净擦布上，不要将擦布浸入溶剂，不要用擦布堵住容器口的方式来浸润擦布，不要将溶剂直接倒到工装表面；用溶剂浸透的擦布擦拭工装表面，在溶剂挥发以前用清洁、干燥的擦布擦干，不要使溶剂挥发变干；以及将自动铺带用平板工装进行清洁；对缘条硅胶盖板内侧光滑面、复材上模盖板的成型面、下模成型模复材上模盖板所用的多颗销钉进行涂刷脱模剂，施加脱模剂时，工装表面不应有水分，不要将脱模剂直接倒在工装上，如果脱模剂施加过量需从工装上擦去；涂刷后一层脱模剂时，应采用与上一层垂直的方向，确保脱模剂能够完全覆盖工装所需区域，涂刷前后两层脱模剂之间至少需要干燥15min；
54.在铺带平板工装表面上方铺放一层无孔膜，开启真空吸附，将无孔膜进行吸附平整；
55.步骤(30)：材料准备：从冷库中取出预浸料，放置于清洁间中并保持密封状态；当外包装膜擦干后无冷凝水产生时方能使用，采用x850增韧树脂碳纤维单向带，正常解冻6-8小时；如发现料卷上或袋内有冷凝水，该材料应拒绝使用，如果预浸料除去包装袋以后或在使用期间出现任何潮湿迹象，则应拒绝使用。
56.本发明的一种采用自动铺带方式制造h型桁并分切成t型长桁的方法，采用h型长桁分切成两个t型长桁方案，生成效率高，单次固化出两件t型长桁，固化成本降低，同时产品尺寸精度高。采用+45
°
、-45
°
单向带不同层之间的偏移对接方式能够有效地减少由
±
角度不同带来的铺贴影响，工装制造方案相对简单，能够提高工装型面的精度，提高成型质量，能够一次性成型出两根长桁，减短零件制造周期，减少工装成本和工装数量，保证了立筋的位置度。
57.上述实施方式是对本发明的说明，不是对本发明的限定，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的保护范围由所附权利要求及其等同物限定。

技术特征：
1.一种采用自动铺带方式制造h型桁并分切成t型长桁的方法，其包括以下步骤：步骤(a)：自动铺带：在铺带平板工装上，通过自动铺带机铺叠上、下c型坯料及长桁卧边两侧缘条平板铺层坯料，利用超声下料下出坯料定位特征；步骤(b)：坯料转移及定位：将预成型好的预浸料平板通过专用转移车，转移至热隔膜工装中，预浸料平板两端事先切割好定位片理论外形，在芯模两端头设计可拆卸料层限厚凸台定位，保证料片在长度、宽度的方向位置满足要求；步骤(c)：通过热隔膜预成型机弯折成上、下c型坯料结构；步骤(d)：上c型坯料翻转，与下c型坯料组合：通过翻转工装，将带有预浸料的上c型坯料工装通过两端头导柱定位装置与下c型坯料工装进行组合，组合后使用临时真空袋抽真空以去除残留的空气并压实铺层；步骤(e)：拆除上c型坯料工装，通过定位销和定位孔安装复材上模，组合后使用临时真空袋抽真空以去除残留的空气并压实铺层；步骤(f)：捻子条成型：按照捻子条截面积计算捻子条所需要的宽度，通过捻子条专用成型设备成型捻子条；在上、下c型坯料之间的三角区填充捻子条，组合后使用临时真空袋抽真空以去除残留的空气并压实铺层；缘条坯料组合：将缘条平板坯料与上、下c型坯料进行组合，组合后使用临时真空袋抽真空以去除残留的空气并压实铺层；步骤(g)：封装、固化：利用工装缘条两侧的定位块将复材盖板定位至两侧缘条，并制作真空袋真空压实，检查气密，气密合格后固化；步骤(h)：脱模、清理：将上、下c型坯料的工装卸下并对上、下c型坯料进行清理；步骤(i)：数控铣切：在脱模前安装钻模板，制出铣切定位用的工艺孔，再将h型长桁进行脱模；之后将h型长桁通过定位耳片孔固定于铣切工装中，先将h型长桁粗切分切为两个t型长桁，然后对t型长桁外形采用专用工装夹持，进行数控铣切底缘倒角，底缘铣切结束后，通过激光跟踪仪进行测量底缘和立筋一侧轮廓度；步骤(j)：检测：按照验收技术条件要求，在铣切完成后，在不施加任何作用力的状态下通过数字化测量装置来测量粗切t型长桁外型轮廓；两件t型长桁型面轮廓度精度均在公差范围内，符合验收标准。2.如权利要求1所述的一种采用自动铺带方式制造h型桁并分切成t型长桁的方法，其特征在于，还包括以下步骤：步骤(k)：手工铣切：底缘轮廓度测量结束后，拆除固定于铣切工装中的粗切t型长桁，通过工装映射在t型长桁的立筋位置线外形线进行手工铣切，最终将h型长桁一分为二，制造出两个目标t型长桁；步骤(l)：厚度公差检测：采用钢珠测厚仪对t型长桁进行测厚，同一厚度区域至少有5个测量点，检测合格满足验收标准；无损检测：整体采用反射法a扫描检测，经检测无损结果合格。3.如权利要求2所述的一种采用自动铺带方式制造h型桁并分切成t型长桁的方法，其特征在于，其中，步骤(a)中：铺层中线或腹板中线相对于长桁坯料余量边界的对称余量做加大余量设计；在自动铺带过程中，在第n层铺贴时，左侧的+45
°
单向带在铺带过程中沿铺层中线向右侧长桁坯料余量边界偏移，也即+45
°
单向带右端偏移至右侧长桁坯料余量边界位置处，而右侧的-45
°
单
向带在铺带过程中沿右侧长桁坯料余量边界断开，也即-45
°
单向带左端起始于右侧长桁坯料余量边界位置处；在第n+1层铺贴时，+45
°
、-45
°
单向带则进行相反形式的铺带，也即+45
°
单向带右端偏移至左侧长桁坯料余量边界位置处，-45
°
单向带左端起始于左侧长桁坯料余量边界位置处。4.如权利要求3所述的一种采用自动铺带方式制造h型桁并分切成t型长桁的方法，其特征在于，其中，步骤(a)之前还包括：步骤(10)：铺带程序设计：使用catia软件复合材料模块进行坯料平板铺层设计，利用自动铺带编程软件torlay对铺层设计数模进行铺带路径规划，生成铺带cnc程序；具体为，利用torlay铺带编程软件生成预浸料带，按照规范要求，对接缝间隙不小于2.5mm，每层对接缝错开至少25mm，在同一层+45
°
和-45
°
边界处留有0.5mm间隙，防止铺带过程中出现搭接现象；对生成的料带进行修正编辑，减小废料产生，减少自动铺带时间，最终生成cnc数控程序；步骤(20)：工装准备：将上c型坯料热隔膜工装与下模成型模、复材上模盖板、缘条硅胶软盖板及复材上模盖板所用的多颗销钉进行清洁，使用溶剂丙酮或甲乙酮对表面进行清洗；对缘条硅胶盖板内侧光滑面、复材上模盖板的成型面、下模成型模复材上模盖板所用的多颗销钉进行涂刷脱模剂；涂刷后一层脱模剂时，应采用与上一层垂直的方向，确保脱模剂能够完全覆盖工装所需区域，涂刷前后两层脱模剂之间至少需要干燥15min；在铺带平板工装表面上方铺放一层无孔膜，开启真空吸附，将无孔膜进行吸附平整；步骤(30)：材料准备：从冷库中取出预浸料，放置于清洁间中并保持密封状态；当外包装膜擦干后无冷凝水产生时方能使用，采用x850增韧树脂碳纤维单向带，正常解冻6-8小时。

技术总结
本发明公开了一种采用自动铺带方式制造H型桁并分切成T型长桁的方法，采用H型长桁分切成两个T型长桁方案，生成效率高，单次固化出两件T型长桁，固化成本降低，同时产品尺寸精度高；采用+45


技术研发人员：汪建芳 马成文 饶水林 胡瞧 胡晨 池炳辉 周欣 李晓燕 宁王兴
受保护的技术使用者：江西昌兴航空装备股份有限公司
技术研发日：2023.03.20
技术公布日：2023/7/21