复合材料零件固化成型框架式模具制造技术

复合材料热压罐成型框架式模具在航空、航天等领域得到大量应用,其制造方法和成本成为研究的热点。本文根据框架式模具的特点,利用多点成型技术,分析框架式模具典型结构和制造难点,提出了多点成型制造方法,给出了制造流程。该方法不仅提高了模具制造精度,缩短了制造周期,而且降低了制造成本,是一种值得推广的方法。

拓扑优化在框架式模具结构选形中的应用

对航空复合材料构件制造用框架式模具进行了底部支撑框格的结构拓扑优化;根据对优化结果的分析以及2种底部支撑框格的有限元模拟结果对比,证明了框架式模具底部支撑框格采用桁架式开口具有较高的结构效率。

热压罐工艺的传热分析和框架式模具温度场分布

分析了热压罐工艺中框架式模具的传热路径和传热方式及其传热空气流态,通过模拟试验和实测试验两种方式研究热压罐工艺的框架式模具温度场分布特点。

热压罐工艺的成型压力对框架式模具温度场的影响

从理论分析入手,结合工程实验研究了在热压罐工艺中成型压力改善框架式模具温度场分布的均匀性和缩短热历程升温阶段时间。

热压罐成型框架式模具温度场分析

模具成型型面的温度均匀性对复合材料制件的成型精度具有重要影响。某大尺寸高平面度复合材料蜂窝夹层板构件利用热压罐工艺成型,模具为大型框架结构模具。文中采用有限元数值模拟方法,利用Simcenter12.0软件对该大型框架结构模具热压罐成型工艺过程的温度场特性进行了模拟分析,模拟值与试验值误差小于10%,证明了模拟方法的准确性。模拟结果表明:成型固化工艺参数设置合理,模具型面温度均匀性较好,金属边框对模具的整体温度场影响较大;模具在热压罐内的位置在所设定的2.1 m范围内沿长度方向移动对模具温度场的影响可以忽略。

热压罐成型复合材料所用框架式模具热弹性耦合优化设计

以热压罐成型复合材料所用框架式模具为研究对象,着眼于温度变化较大的热压罐成型工况,目标为降低模具型面的热变形。建立框架式模具热力耦合拓扑优化有限元模型,对模具进行变形分析,得出影响模具型面变形的主要因素;通过模具型面总变形在X、Y、Z方向变形分量的比较,结合工程实际,确定了模具设计需要重点关注型面展向变形。发展了热弹性耦合结构拓扑优化设计方法,对比各工况下的拓扑优化设计结果,得到了镂空型周期性框架式模具构型。重构模型的变形分析验证了该模型可有效降低热变形15.92%,减重21.32%,验证了该优化设计方法的有效性。

热压罐成型过程中框架式模具温度场模拟与分析

为了研究复合材料构件成型模具温度场,本文以某型飞机壁板的热压罐固化工艺为例,通过模型简化,利用FLUENT等仿真软件建立模具温度场的数值模拟模型,并将模拟数据与实验数据进行对比。结果表明二者平均相对误差为7. 4%。此外通过仿真模拟一组以支撑板厚度为变量的实例,两组以U、V两个方向的支撑板厚度为变量的对照组,通过判断模具型板表面温度方差大小,研究了支撑板厚度对模具温度场分布的影响规律。结果表明,模具温度场的均匀性随着支撑板厚度的增加而逐渐降低,其中U向支撑板厚度的变化对温度场均匀性的影响比V向大。

复合材料热压罐固化框架式成型模具的参数化设计

为解决复合材料热压罐固化框架式成型模具设计过程中重复性工作较多、设计效率较低、后续修改困难等问题,将参数化设计技术分为尺寸和拓扑结构的参数化设计两个方面,并运用于模具设计中。模具尺寸的参数化设计在分析模具结构特点的基础上,提取出模具的主要设计参数,利用自顶向下的设计思路规划了模具的参数化设计流程;引入参数追溯概念,提出对主要设计参数进行追溯的方法,以便通过参数驱动模具尺寸的快速修改。模具拓扑结构的参数化设计结合CATIA的知识工程模块与面向对象的技术,实现参数化变更模具的拓扑结构。基于CATIA CAA二次开发平台,开发了复合材料固化框架式成型模具参数化设计系统,并给出实例验证。

热压罐成型工艺所用框架式模具的变形分析

模具在使用过程中的变形会影响到复合材料制件的固化变形,为了控制复合材料制件的成型质量,就要了解框架式模具在热压罐固化成型工艺过程中的变形情况。建立了模具变形的数值模拟预报方法,将计算结果与实际模具测量结果进行对比,本文中所提供的有限元分析计算模型可对实际情况进行较为精确的模拟。考察了平板型框架式模具在整个固化工艺过程中的变形情况,数值计算结果表明:型面翘曲变形量与模具温度的分布有关,而与模具温度的大小无关;模具翘曲变形量的峰值出现在降温阶段的中间时刻,且该变形量能够保持一段时间;最大变形时刻整个模具型面与进入热压罐前相比中心位置的变形最大,周边位置的变形最小。

大型复杂框架式模具温度场模拟

利用Ansys CFX流固耦合分析技术,对某大型航空复合材料构件成型模具热压罐成型工艺过程温度场特性进行了模拟分析,给出了复合材料固化过程中框架式模具表面温度场分布规律,并在某飞机制造厂的大型热压罐设备中对真实模具温度进行了测试,对比结果表明,模拟计算结果与实测温度误差在10%以内。

热压罐成型框架式模具结构拓扑优化设计

框架式模具是热压罐成型复合材料壁板类构件的关键工装,框架式模具的整体刚度、温度均匀性对于复合材料构件的成型质量具有重要影响。以某壁板构件所用的框架式模具为研究对象,以提高模具整体刚度和温度均匀性为目标,采用拓扑优化方法对模具结构进行了优化设计。在此基础上,进一步开展了优化设计后模具与初始模具的性能对比,对两种模具分别进行了静刚度计算和温度场计算。结果显示与原始模具相比,优化设计后模具整体结构减重16.04%(支撑结构减重33.6%),变形减小了27%,升温过程中模具型面最大温差减小了29%,验证了该优化设计方法的有效性。此外,加工了优化后的缩比尺寸模具,开展了热压罐加热过程中的模具型面温度测量,测量结果显示优化后模具具有良好的温度均匀性,并且通过实验验证了仿真计算结果的有效性。

组合式框架单面模具辅助非热压罐成型工艺成型裙板

本文以某型号复合材料裙板研制为背景,提出用组合式框架单面模具辅助 OoA成型工艺成型裙板复合材料构件。依据裙板功能性要求,设计了复合材料裙板,并用组合式框架单面模具成型了玻纤复合材料裙板。研究结果表明,组合式框架单面模具可以成型出外形完整、尺寸准确的裙板复合材料制件,且成型的构件尺寸稳定性好,精度高,但手工铺层效率低,本文对此进行了分析讨论。试验表明,组合式框架单面模具辅助OoA工艺可以成型裙板复合材料构件。并提出了今后复合材料裙板研究的内容。

模具结构对热压罐成型过程中模具温均性与热变形的影响

热压罐成型过程中模具的温度均匀性以及成型过程温度载荷作用下模具产生的热变形,对于复合材料构件的成型质量有着重要影响,是模具设计的关键技术指标。本研究建立了基于数值模拟的热压罐成型过程中模具温度场计算与热力耦合分析方法,分析了热压罐成型过程中框架式模具的温度场和热变形、热应力分布。在此基础上,针对框架式模具的典型结构特征进行了参数化计算,分析了通风孔形状、通风孔大小、支撑板排布间距对模具型面温度均匀性和模具整体热变形的影响规律。

一种基于方钢管骨架的壁板成型模具

针对大型飞机机身复合材料壁板试验件,从模具的刚度要求、使用要求、成本要求等方面确定了模具设计边界条件;为了满足模具设计的边界条件要求,提出了一种基于方钢管骨架的壁板成型模具。在进行模具设计时,首先对比各种常用模具材料的优缺点并最终确定模具采用“INVAR”钢材料;然后介绍了模具的结构布局和结构尺寸参数,并通过有限元模拟的方法,对模具的整体刚度和起吊工况的强度进行了模拟计算。计算结果表明模具的整体刚度较好,能够满足设计要求。从模具整体刚度和模具重量两方面与框架式隔板模具对比,方钢管骨架的壁板成型模具具有更大的优势。

Invar36铁镍合金厚板热压成形框架模具的数值模拟与验证

为解决Invar36铁镍合金复材工装模板成形效果差的问题,通过高温压缩实验,研究了Invar36铁镍合金的高温热变形行为,采用刚塑性有限元法,利用高温压缩实验所得到的材料参数,建立了Invar36铁镍合金厚板热压成形框架模具有限元模型,通过有限元仿真分析研究了不同横纵筋条间距对零件成形效果的影响,并总结了框架式热压模具成形时零件的变形特点。结果表明:在上下模无筋条支撑的区域中,由于零件脊线部位的曲率变化最大、变形量最大,而又无型面支撑,成形效果最差。因此,提出了在零件的脊线部位增加支撑筋条的方案,改进框架式热压模具的结构,并通过热压成形实验,验证了改进的热压模具结构的有效性。