本發(fā)明涉及飛機前緣制造，更具體地說，涉及一種纖維金屬混雜材料曲面前緣工裝及制造方法。

背景技術(shù)：

1、飛機為了提高飛行效率和應(yīng)對各種復(fù)雜環(huán)境，對于結(jié)構(gòu)減重和高性能的需求越發(fā)明顯，飛機曲面前緣作為飛機氣動力載荷提供的主要載體，需抵抗外來物和鳥體沖擊，纖維金屬混雜復(fù)合材料能夠大量的吸收沖擊能量，是飛機前緣理想的結(jié)構(gòu)材料。纖維金屬混雜材料已被應(yīng)用于民用飛機前緣結(jié)構(gòu)，其主要制造方法是采用類似樹脂基復(fù)合材料的工藝，在金屬模具上逐層鋪貼各材料，使之形成纖維金屬混雜復(fù)合材料前緣零件。

2、但是，纖維金屬混雜材料前緣不同于復(fù)合材料，與模具直接接觸貼合的是金屬層，材料本體并不具備任何粘性，難以與工裝實現(xiàn)完全貼合，在制造前緣時，易形成局部架橋，使制造的前緣零件外形偏離理論型面，還可能造成零件內(nèi)部的制造缺陷。為了解決金屬與模具之間的貼合問題，一般采用膠帶固定邊緣、涂抹膠粘劑或者使用其他工裝輔助對合等方法，這些方法的主要劣勢在于：1)膠帶固定邊緣并不能夠完全結(jié)構(gòu)貼合問題，在制造操作過程中，膠帶在金屬層的彈性變形應(yīng)力下，仍然會發(fā)生松動，使金屬層實際并不能完全貼合模具；2)涂抹膠粘劑工藝比較復(fù)雜，在前緣固化后，零件表面引入的膠粘劑去除難度大，可能對金屬層造成劃傷或溶劑損傷等問題；3)使用輔助工裝雖可以實現(xiàn)貼合，但輔助工裝造價成本高，工序復(fù)雜，整體成本較高、效率低，不適合于大批量制造。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、(一)要解決的技術(shù)問題

2、本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是現(xiàn)有的金屬層無法實現(xiàn)與模具的完全貼合，或工藝復(fù)雜易損傷金屬層，或工裝造價成本高、效率低。

3、(二)技術(shù)方案

4、為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：

5、第一方面，本發(fā)明提供一種纖維金屬混雜材料曲面前緣工裝，包括成型模胎、熱膨脹嵌塊、加熱組件以及冷卻組件；成型模胎具有型腔和與所述型腔連通的多個安裝槽，所述型腔具有用于成型曲面前緣的型面，多個所述安裝槽間隔布設(shè)于所述型面上；熱膨脹嵌塊設(shè)于所述安裝槽內(nèi)，所述熱膨脹嵌塊在第一預(yù)設(shè)溫度時，能夠膨脹至其頂面與所述型面平齊，或其頂面高于所述型面，所述熱膨脹嵌塊在第二預(yù)設(shè)溫度時，其頂面低于所述型面，其中所述第一預(yù)設(shè)溫度大于所述第二預(yù)設(shè)溫度；加熱組件設(shè)于所述成型模胎內(nèi)，用于將所述熱膨脹嵌塊加熱至第一預(yù)設(shè)溫度；冷卻組件設(shè)于所述成型模胎內(nèi)，用于將所述熱膨脹嵌塊冷卻至第二預(yù)設(shè)溫度。

6、優(yōu)選地，所述第一預(yù)設(shè)溫度為所述纖維金屬混雜材料的固化溫度。

7、優(yōu)選地，所述加熱組件包括沿所述型面的高度方向從上至下依次設(shè)置的邊緣加熱體、中部加熱體以及底部加熱體，所述冷卻組件包括沿所述型面的高度方向從上至下依次設(shè)置的邊緣水冷管、中部水冷管以及底部水冷管；其中，所述邊緣加熱體的位置與所述邊緣水冷管的位置相對應(yīng)，所述中部加熱體的位置與所述中部水冷管的位置相對應(yīng)，所述底部加熱體的位置與所述底部水冷管的位置相對應(yīng)。

8、優(yōu)選地，所述加熱組件位于所述熱膨脹嵌塊與所述冷卻組件之間。

9、優(yōu)選地，所述熱膨脹嵌塊從室溫升溫至第一預(yù)設(shè)溫度后，體積膨脹不低于20％。

10、優(yōu)選地，所述熱膨脹嵌塊的耐熱溫度不低于所述纖維金屬混雜材料的固化溫度。

11、優(yōu)選地，所述第一預(yù)設(shè)溫度為90℃至115℃，所述第二預(yù)設(shè)溫度為室溫。

12、優(yōu)選地，所述纖維金屬混雜材料由第一金屬板、預(yù)浸料層和第二金屬板依次鋪疊形成，所述預(yù)浸料層設(shè)于所述第一金屬板和所述第二金屬板之間。

13、第二方面，本發(fā)明還提供一種纖維金屬混雜材料曲面前緣的制造方法，使用上述技術(shù)方案中任一種所述的纖維金屬混雜材料曲面前緣工裝進行制造，所述制造方法包括以下步驟：

14、控制加熱組件將所述熱膨脹嵌塊加熱至第一預(yù)設(shè)溫度，所述熱膨脹嵌塊膨脹至其頂面與所述型面平齊，或其頂面高于所述型面；

15、將第一金屬板貼模于所述型面，并密封所述第一金屬板的邊緣；

16、控制冷卻組件將所述熱膨脹嵌塊冷卻至第二預(yù)設(shè)溫度，使所述熱膨脹嵌塊的頂面低于所述型面，形成真空腔，將所述第一金屬板吸附貼合；

17、在所述第一金屬板背離所述型面的一側(cè)依次鋪貼預(yù)浸料層和第二金屬板，進行固化，形成纖維金屬混雜材料曲面前緣。

18、(三)有益效果

19、本發(fā)明的上述技術(shù)方案至少具有如下優(yōu)點：

20、1、在本發(fā)明中，在成型模胎的型面上布置多個安裝槽，并在安裝槽內(nèi)布置熱膨脹嵌塊，利用熱膨脹嵌塊熱脹冷縮的物理特性，當熱膨脹嵌塊受熱時，貼合纖維金屬混雜材料的金屬層，當熱膨脹嵌塊冷卻時，安裝槽內(nèi)即形成真空，將金屬層吸附在成型模具表面。同時，在熱成型過程中，熱膨脹嵌塊會補充安裝槽與型面之間的階差，使前緣結(jié)構(gòu)成型后更平整。實施過程中無需在金屬材料表面做涂膠等特殊處理。本發(fā)明具有金屬材料貼合度、成型高效率高和成本低等優(yōu)點，另外具有更高的可靠性，為纖維金屬混雜材料前緣提供更精確的貼合外形。

21、2、將熱膨脹嵌塊加熱至其頂面會膨脹高于型面時，金屬層貼模后，熱膨脹嵌向纖維金屬混雜材料曲面前緣提供向外的載荷，使纖維金屬混雜材料曲面前緣不發(fā)生向安裝槽內(nèi)的塌陷，進一步提升曲面前緣的成型質(zhì)量。

22、3、本發(fā)明采用從中部向兩側(cè)分別吸附的方法分段依次實現(xiàn)對金屬層的貼模，最終實現(xiàn)纖維金屬混雜材料曲面前緣的制造，通過分段貼模的方式，可以解決曲面前緣肩部容易產(chǎn)生吸附架橋的問題。

技術(shù)特征：

1.一種纖維金屬混雜材料曲面前緣工裝，其特征在于，曲面前緣由纖維金屬混雜材料成型形成，包括：

2.如權(quán)利要求1所述的纖維金屬混雜材料曲面前緣工裝，其特征在于，所述第一預(yù)設(shè)溫度為所述纖維金屬混雜材料的固化溫度。

3.如權(quán)利要求1所述的纖維金屬混雜材料曲面前緣工裝，其特征在于，所述加熱組件包括沿所述型面的高度方向從上至下依次設(shè)置的邊緣加熱體、中部加熱體以及底部加熱體，所述冷卻組件包括沿所述型面的高度方向從上至下依次設(shè)置的邊緣水冷管、中部水冷管以及底部水冷管；其中，所述邊緣加熱體的位置與所述邊緣水冷管的位置相對應(yīng)，所述中部加熱體的位置與所述中部水冷管的位置相對應(yīng)，所述底部加熱體的位置與所述底部水冷管的位置相對應(yīng)。

4.如權(quán)利要求1所述的纖維金屬混雜材料曲面前緣工裝，其特征在于，所述加熱組件位于所述熱膨脹嵌塊與所述冷卻組件之間。

5.如權(quán)利要求1所述的纖維金屬混雜材料曲面前緣工裝，其特征在于，所述熱膨脹嵌塊從室溫升溫至第一預(yù)設(shè)溫度后，體積膨脹不低于20％。

6.如權(quán)利要求1所述的纖維金屬混雜材料曲面前緣工裝，其特征在于，所述熱膨脹嵌塊的耐熱溫度不低于所述纖維金屬混雜材料的固化溫度。

7.如權(quán)利要求1所述的纖維金屬混雜材料曲面前緣工裝，其特征在于，所述第一預(yù)設(shè)溫度為90℃至115℃，所述第二預(yù)設(shè)溫度為室溫。

8.如權(quán)利要求1所述的纖維金屬混雜材料曲面前緣工裝，其特征在于，所述纖維金屬混雜材料由第一金屬板、預(yù)浸料層和第二金屬板依次鋪疊形成，所述預(yù)浸料層設(shè)于所述第一金屬板和所述第二金屬板之間。

9.一種纖維金屬混雜材料曲面前緣的制造方法，其特征在于，使用如權(quán)利要求1-8任一項所述的纖維金屬混雜材料曲面前緣工裝進行制造，所述制造方法包括以下步驟：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提供了一種纖維金屬混雜材料曲面前緣工裝及制造方法，其中，工裝包括成型模胎、熱膨脹嵌塊、加熱組件以及冷卻組件；成型模胎具有型腔和與型腔連通的多個安裝槽，型腔具有用于成型曲面前緣的型面，多個安裝槽間隔布設(shè)于型面上；熱膨脹嵌塊設(shè)于安裝槽內(nèi)，熱膨脹嵌塊在第一預(yù)設(shè)溫度時，能夠膨脹至其頂面與型面平齊，熱膨脹嵌塊在第二預(yù)設(shè)溫度時，其頂面低于型面，其中第一預(yù)設(shè)溫度大于第二預(yù)設(shè)溫度；加熱組件設(shè)于成型模胎內(nèi)，用于將熱膨脹嵌塊加熱至第一預(yù)設(shè)溫度；冷卻組件設(shè)于成型模胎內(nèi)，用于將熱膨脹嵌塊冷卻至第二預(yù)設(shè)溫度。本發(fā)明具有高可靠性、低成本、高效率等特點，提高了金屬層與成型模胎的貼合性，使曲面前緣具有更高的成型質(zhì)量。

技術(shù)研發(fā)人員：崔海超,蔡良元,范雨嬌,宋旻鍵,葉宏軍,熊舒,苗春卉,張洋
受保護的技術(shù)使用者：中國航空制造技術(shù)研究院
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/10