本发明涉及碳纤维复合材料成型工艺领域，特别是涉及一种碳纤维复合材料多墙结构的成型方法。
背景技术：
航空航天领域对结构减重、结构轻量化、结构一体化的要求越来越高，碳纤维具有质量轻、比强度高、比模量高、可设计性等优异的性能，碳纤维复合材料的性能优势以及复合材料成型工艺技术的快速发展使得碳纤维复合材料在航空航天领域的应用越来越广泛，先进复合材料在飞机结构上的占比已经成为飞机技术先进程度和市场竞争力的关键评价标准。
多墙式蒙皮结构是飞机复合材料设计中常用的构件单元，现有的复合材料成型技术中，复合材料多墙式蒙皮结构通常是通过二次胶结，或者二次共固化，或者胶结，或者铆接将墙体与壁板连接。第一，二次成型使得产品的零件数量及成型零件的模具增多；第二，二次成型中的墙体结构需要制造成“工”字形、“j”字形、“z”字形、“c”字形等结构，连接区需要增加零件的重量；第三，二次成型中的墙体需要制造相应的定位工装将墙体与壁板连接用来保证墙体位置的准确性；第四，由于零件数量的增多，装配的工作量增大，装配使用的胶和铆钉还会增加整体结构的重量；第五，由于成型模具、定位工装、装配工作量等的增加，成本也会相应的增加。
技术实现要素：
本发明主要解决的技术问题是提供一种碳纤维复合材料多墙结构的成型方法，采用一体成型的方式，能够提高结构的整体性，保证内部多墙位置的精准性。
为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种碳纤维复合材料多墙结构的成型方法，所述多墙结构采用热压罐一体成型，具体步骤包括：
（1）根据所述多墙结构的产品结构设计若干个铺层组，所述铺层组作为整体进行铺设，根据设计顺序依次进行铺层组的铺设，每个所述铺层组的铺设采用碳纤维预浸料进行多层铺贴；
（2）在铺贴完成的制件上依次放置真空成型辅助材料，使用密封胶条进行密封，连接真空系统，进行热压罐成型。
在本发明一个较佳实施例中，所述真空成型辅助材料包括依次放置在所述制件上的可剥离布、无孔隔离膜、透气毡和真空袋膜。
在本发明一个较佳实施例中，所述步骤（2）中，需保证真空袋内真空度不大于-950mbar，并进行真空度检测，5min压降不大于30mbar。
在本发明一个较佳实施例中，在预浸料铺贴过程中，首层进行预压实，其后每三层进行一次预压实，预压实真空度不大于-920mbar,预压实时间不小于15min。
在本发明一个较佳实施例中，相邻两铺层组相接触的夹角处存在三角孔隙区，所述三角孔隙区填充单向碳纤维预浸料。
在本发明一个较佳实施例中，所述单向碳纤维预浸料为碳纤维小圆棒，
在本发明一个较佳实施例中，所述碳纤维小圆棒的直径范围为φ1—5mm，根据夹角半径选取。
在本发明一个较佳实施例中，所述步骤（1）中，根据产品结构使用catia及cad软件将产品铺层设计为若干个铺层组。
在本发明一个较佳实施例中，所述多墙结构的产品包括上蒙皮壁板、下蒙皮壁板、左面板、右面板以及中间的多墙体，所述多墙体将配合上蒙皮壁板、下蒙皮壁板、左面板、右面板将所述产品分割成若干区域，所述铺层组为所述区域的铺层组和产品整体外框架的铺层组。
在本发明一个较佳实施例中，所述产品包括n个区域，所述铺设层设计为n+1个铺层组，包括一个铺层组为产品整体外框架的铺层组，n个铺层组依次对应产品的n个区域，所述铺层组的铺设方法具体为：首先在模具主框架中完成产品整体外框架的铺层组的铺层，然后在预制体模具中完成预制铺层组的铺层，然后将铺好的预制铺层组从预制体模具中取出，使用模具上的中间若干个挡块将预制铺层组组装定位到模具主体框架中，此时预制铺层组分别与产品整体外框架的完成组合，内部墙体完成定位，最后按照铺层设计进行剩余铺层组的铺料，完成内部墙体所有料片的铺层所。
本发明的有益效果是：本发明碳纤维复合材料多墙结构的成型方法，采用一体成型的方式，提高结构的整体性，保证内部多墙位置的精准性，减少零件数量、减少装配所需的金属标准件，避免由于装配连接导致的一些缺陷，实现碳纤维复合材料多墙结构轻质高强的优异性能。
附图说明
附图1是本发明实施例中碳纤维复合材料多墙结构产品的结构示意图；
附图2是本发明实施例中碳纤维复合材料多墙结构产品的设计铺层组示意图；
附图3是本发明实施例中两铺层组合时r角处三角孔隙区填充碳纤维预浸料示意图。
附图中各部件的标记如下：1-上蒙皮壁板，2-下蒙皮壁板，3-左面板，4-右面板，5-墙体，6-第一铺层组；7-第二铺层组；8-第三铺层组；9-第四铺层组；10-第五铺层组；11-第六铺层组；12-单向碳纤维圆棒；13-碳纤维预浸料填充区域。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。
请参阅图1至图3，本发明实施例包括：
一种碳纤维复合材料多墙结构的成型方法，所述多墙结构采用热压罐一体成型，具体步骤包括：
（1）根据所述多墙结构的产品结构设计若干个铺层组，所述铺层组作为整体进行铺设，根据设计顺序依次进行铺层组的铺设，每个所述铺层组的铺设采用碳纤维预浸料进行多层铺贴。
以图1所示的多墙结构的产品包括上蒙皮壁板、下蒙皮壁板、左面板、右面板以及中间的多墙体，所述多墙体将配合上蒙皮壁板、下蒙皮壁板、左面板、右面板将所述产品分割成5个区域，根据产品结构使用catia及cad软件将产品铺层设计为6个铺层组，第一铺层组为产品整体外框架的铺层组，第二铺层组、第三铺层组、第四铺层组、第五铺层组和第六铺层组依次对应产品的5个区域，所述铺层组的铺设方法具体为：首先在模具主框架中完成第一铺层组的铺层，然后在预制体模具中完成第三铺层组和第五铺层组的铺层，然后将第三铺层组和第五铺层组从预制体模具中取出，使用模具上的中间四个挡块将第三铺层组和第五铺层组组装定位到模具主体框架中，此时第三铺层组和第五铺层组分别与第一铺层组完成组合，内部墙体完成定位，最后按照铺层设计进行第二铺层组、第四铺层组以及第六铺层组的铺料，完成内部墙体所有料片的铺层。
铺层方式与产品结构和模具结构有关，为保证纤维在外框架以及内侧墙体的各个方向上均有连续纤维，采取上述所述铺层方式，上述铺层方式仅描述出多个铺层组的组合，实际产品中，每个铺层组的铺层设计与产品结构强度相关。
如果有更多的多墙体，铺层区域及铺层组也是依据产品结构进行划分，顺序也是先进行外框体及预制体模具上铺层组的铺放，合模后再进行其他几个区域铺层组的铺放。
在预浸料铺贴过程中，首层进行预压实，其后每三层进行一次预压实，预压实真空度不大于-920mbar，预压实时间不小于15min。
由于复合材料r角一般是直角，存在一定的圆角，故在两铺层组进行组合时，两铺层组接触的r角处存在三角孔隙区，三角孔隙区需要填充单向碳纤维预浸料，建议为φ1-5mm的碳纤维小圆棒，具体根据圆角半径决定。
（2）在铺贴完成的制件上依次放置可剥布，无孔隔离膜、透气毡、真空袋膜等辅助材料，使用密封胶条进行密封，连接真空系统，保证真空袋内真空度不大于-950mbar，进行真空度检测，5min压降不大于30mbar即满足要求。
本发明的碳纤维复合材料多墙结构是通过热压罐工艺整体成型的，提高了结构的一体化程度，保证纤维材料在承力方向上的连续性，充分体现了碳纤维复合材料轻质高强及材料结构工艺一体成型的优异特性。
首先，多墙结构整体成型减少结构零件的数量，从而减少工装模具的数量、装配连接的工作量以及连接零件所需的标准件，从根本上降低产品的制造成本；其次，多墙结构的整体成型可保证墙体位置的准确性，工艺可控性及作业重复性强，能够保证稳定的产品质量，为批量化生产奠定基础；第三，整体成型由于零件数量的减少，整体化提高，装配需要的铆钉能够很大程度上的降低产品的重量，从而实现多墙结构轻量化。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
技术特征：
1.一种碳纤维复合材料多墙结构的成型方法，其特征在于，所述多墙结构采用热压罐一体成型，具体步骤包括：
（1）根据所述多墙结构的产品结构设计若干个铺层组，所述铺层组作为整体进行铺设，根据设计顺序依次进行铺层组的铺设，每个所述铺层组的铺设采用碳纤维预浸料进行多层铺贴；
（2）在铺贴完成的制件上依次放置真空成型辅助材料，使用密封胶条进行密封，连接真空系统，进行热压罐成型。
2.根据权利要求1所述的碳纤维复合材料多墙结构的成型方法，其特征在于，所述真空成型辅助材料包括依次放置在所述制件上的可剥离布、无孔隔离膜、透气毡和真空袋膜。
3.根据权利要求2所述的碳纤维复合材料多墙结构的成型方法，其特征在于，所述步骤（2）中，需保证真空袋内真空度不大于-950mbar，并进行真空度检测，5min压降不大于30mbar。
4.根据权利要求1所述的碳纤维复合材料多墙结构的成型方法，其特征在于，在预浸料铺贴过程中，首层进行预压实，其后每三层进行一次预压实，预压实真空度不大于-920mbar,预压实时间不小于15min。
5.根据权利要求1所述的碳纤维复合材料多墙结构的成型方法，其特征在于，相邻两铺层组相接触的夹角处存在三角孔隙区，所述三角孔隙区填充单向碳纤维预浸料。
6.根据权利要求5所述的碳纤维复合材料多墙结构的成型方法，其特征在于，所述单向碳纤维预浸料为碳纤维小圆棒。
7.根据权利要求6所述的碳纤维复合材料多墙结构的成型方法，其特征在于，所述碳纤维小圆棒的直径范围为1-5mm，根据夹角半径选取。
8.根据权利要求1所述的碳纤维复合材料多墙结构的成型方法，其特征在于，所述步骤（1）中，根据产品结构使用catia及cad软件将产品铺层设计为若干个铺层组。
9.根据权利要求1所述的碳纤维复合材料多墙结构的成型方法，其特征在于，所述多墙结构的产品包括上蒙皮壁板、下蒙皮壁板、左面板、右面板以及中间的多墙体，所述多墙体将配合上蒙皮壁板、下蒙皮壁板、左面板、右面板将所述产品分割成若干区域，所述铺层组为所述区域的铺层组和产品整体外框架的铺层组。
10.根据权利要求9所述的碳纤维复合材料多墙结构的成型方法，其特征在于，所述产品包括n个区域，所述铺设层设计为n+1个铺层组，包括一个铺层组为产品整体外框架的铺层组，n个铺层组依次对应产品的n个区域，所述铺层组的铺设方法具体为：首先在模具主框架中完成产品整体外框架的铺层组的铺层，然后在预制体模具中完成预制铺层组的铺层，然后将铺好的预制铺层组从预制体模具中取出，使用模具上的中间若干个挡块将预制铺层组组装定位到模具主体框架中，此时预制铺层组分别与产品整体外框架的完成组合，内部墙体完成定位，最后按照铺层设计进行剩余铺层组的铺料，完成内部墙体所有料片的铺层。
技术总结
本发明公开了一种碳纤维复合材料多墙结构的成型方法，所述多墙结构采用热压罐一体成型，具体步骤包括：（1）根据所述多墙结构的产品结构设计若干个铺层组，所述铺层组作为整体进行铺设，根据设计顺序依次进行铺层组的铺设，每个所述铺层组的铺设采用碳纤维预浸料进行多层铺贴；（2）在铺贴完成的制件上依次放置真空成型辅助材料，使用密封胶条进行密封，连接真空系统，进行热压罐成型。本发明碳纤维复合材料多墙结构的成型方法，采用一体成型的方式，提高结构的整体性，保证内部多墙位置的精准性，减少零件数量、减少装配所需的金属标准件，避免由于装配连接导致的一些缺陷，实现碳纤维复合材料多墙结构轻质高强的优异性能。
技术研发人员：顾勇涛;朱坤坤;李威威;岳海亮
受保护的技术使用者：江苏亨睿碳纤维科技有限公司
技术研发日：.10.23
技术公布日：.02.04
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