一種含擋光環(huán)的復(fù)合材料承力筒軟模輔助整體成型方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于復(fù)合材料結(jié)構(gòu)成型技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種含擋光環(huán)的復(fù)合材料承力筒軟模輔助整體成型方法。
【背景技術(shù)】
[0002]復(fù)合材料整體成型技術(shù)是一種通過(guò)共固化或共膠接等技術(shù)手段，大量減少零件和緊固件數(shù)量，從而實(shí)現(xiàn)復(fù)合材料從設(shè)計(jì)到制造一體化成型的相關(guān)技術(shù)。整體成型包含共固化、共膠接、二次膠接等幾項(xiàng)最常用的技術(shù)。這種技術(shù)能充分發(fā)揮復(fù)合材料的可設(shè)計(jì)性優(yōu)勢(shì)，減少螺釘?shù)染o固件對(duì)復(fù)合材料造成的局部傷害，對(duì)降低復(fù)合材料成本，提高復(fù)合材料的整體性能有著重要作用，是目前各國(guó)大力提倡與發(fā)展的技術(shù)之一。
[0003]復(fù)合材料圓筒是最常見的結(jié)構(gòu)之一，其成型工藝及控制方法都已相當(dāng)成熟。圓筒內(nèi)含網(wǎng)格筋條的結(jié)構(gòu)也較多，比如美國(guó)軌道科技公司開發(fā)的一種用于軌道/亞軌道項(xiàng)目的Minotaur運(yùn)載火箭上的延伸整流罩，德國(guó)Fokker空間和系統(tǒng)公司研制的阿里安_4級(jí)間段，國(guó)內(nèi)某些型號(hào)導(dǎo)彈上的儀器艙、級(jí)間段、二級(jí)尾段等，這種結(jié)構(gòu)的成型工藝也相對(duì)比較成熟，模具形式多為金屬分瓣組合模，采用預(yù)浸絲纏繞與蒙皮鋪層的方式實(shí)現(xiàn)網(wǎng)格筋條與圓筒的整體成型。承力筒是一種外翻框、筒內(nèi)含多個(gè)薄壁擋光環(huán)的圓筒結(jié)構(gòu)，這種既薄又寬的薄板無(wú)法采用預(yù)浸絲纏繞的方式直接成型。在以往的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，承力筒只是蒙皮處含多個(gè)加厚區(qū)的復(fù)合材料圓筒，內(nèi)側(cè)薄壁擋光環(huán)為金屬材料，通過(guò)機(jī)加、裝配實(shí)現(xiàn)擋光環(huán)與承力筒的一體化。這種方法不僅效率低、緊固件多，而且大大增加了產(chǎn)品的重量，已無(wú)法滿足衛(wèi)星結(jié)構(gòu)中的輕質(zhì)、高效的要求。因此，要實(shí)現(xiàn)擋光環(huán)與承力筒蒙皮的一次整體共固化成型，并保持一定的連接強(qiáng)度，給復(fù)合材料成型工藝帶來(lái)相當(dāng)大的困難。目前，國(guó)內(nèi)外尚未發(fā)現(xiàn)有公開文獻(xiàn)報(bào)道過(guò)類似結(jié)構(gòu)產(chǎn)品的整體成型工藝技術(shù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是提供一種含擋光環(huán)的復(fù)合材料承力筒軟模輔助整體成型方法，該方法合理利用熱膨脹模，優(yōu)化金屬分瓣組合模設(shè)計(jì)及鋪層設(shè)計(jì)，控制了產(chǎn)品的尺寸及其內(nèi)部質(zhì)量，使產(chǎn)品的各項(xiàng)性能指標(biāo)滿足設(shè)計(jì)要求，解決了以往產(chǎn)品緊固件數(shù)量較多，裝配時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，工作效率較低的問(wèn)題。
[0005]實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)方案:一種含擋光環(huán)的復(fù)合材料承力筒軟模輔助整體成型方法，所述的復(fù)合材料承力筒包括承力筒蒙皮，承力筒蒙皮上下為外翻的上端框和下端框，承力筒蒙皮內(nèi)部設(shè)置若干個(gè)擋光環(huán)；該方法包括如下步驟:
[0006](a)硅橡膠軟模準(zhǔn)備
[0007]所述的硅橡膠軟模用于擋光環(huán)成型，其通過(guò)硅橡膠澆注制備；具體是將硅橡膠液脫泡、澆注，室溫固化12h?48h，脫模后進(jìn)行熱處理得到硅橡膠軟模；
[0008]該硅橡膠軟模的形狀與擋光環(huán)一致，均為環(huán)形結(jié)構(gòu)；硅橡膠軟模的外圈直徑小于擋光環(huán)的外圈直徑1%?10%，硅橡膠軟模的內(nèi)圈直徑與擋光環(huán)的內(nèi)圈直徑相同，厚度為2 ?20mm ;
[0009](b)整體共固化成型模具組裝及擋光環(huán)鋪層
[0010]整體共固化成型模具包括內(nèi)外設(shè)置的芯模和外陰模，在芯模和外陰模之間放置若干層分瓣陽(yáng)模；其中，每組裝一層分瓣陽(yáng)模，在相鄰兩層分瓣陽(yáng)模的邊緣間隙處依次進(jìn)行擋光環(huán)預(yù)浸料的鋪層及和硅橡膠軟模的組裝；
[0011]在芯模和分瓣陽(yáng)模上下分別安裝固定上端框壓環(huán)和下端框壓環(huán)；
[0012](C)蒙皮鋪層、吸膠
[0013]在步驟(b)組裝完分瓣陽(yáng)模、上端框壓環(huán)和下端框壓環(huán)，完成擋光環(huán)鋪層后，進(jìn)行蒙皮及端框預(yù)浸料鋪層，然后組裝墊圈、外陰模；吸膠；
[0014](d)第二次鋪層
[0015]吸完膠后，蒙皮、端框預(yù)浸料進(jìn)行第二次鋪層；
[0016](e)整體共固化
[0017]在步驟(d)第二次鋪層完成后，采用熱壓罐成型工藝進(jìn)行整體共固化，工藝條件:真空表壓不大于-0.097MPa，升溫速率為10?40°C /h,固化溫度130?180°C，壓力0.4?0.8MPa，固化時(shí)間2?6h ;
[0018](f)脫模
[0019]依次拆除外陰模、上端框壓環(huán)、下端框壓環(huán)、芯模和分瓣陽(yáng)模，再將硅橡膠軟模從分瓣陽(yáng)模中取出，得到承力筒產(chǎn)品。
[0020]如上所述的一種含擋光環(huán)的復(fù)合材料承力筒軟模輔助整體成型方法，其步驟(a)所述的脫模后進(jìn)行熱處理得到硅橡膠軟模，其中熱處理工藝為在170?190°C下保溫8?12h0
[0021]如上所述的一種含擋光環(huán)的復(fù)合材料承力筒軟模輔助整體成型方法，其步驟(d)所述的吸膠工藝為升溫速率10?40°C /h,吸膠溫度為60?100°C，保溫20min?60min。
[0022]如上所述的一種含擋光環(huán)的復(fù)合材料承力筒軟模輔助整體成型方法，其步驟(C)、步驟(d)所述的預(yù)浸料為纖維樹脂基復(fù)合材料，其采用溶液法制備預(yù)浸料的質(zhì)量指標(biāo)為預(yù)浸料厚度0.125-0.20mm，樹脂含量40% _48%，揮發(fā)份含量< 2%，纖維面密度130_220g/
m2o
[0023]如上所述的一種含擋光環(huán)的復(fù)合材料承力筒軟模輔助整體成型方法，其步驟(C)、步驟(d)所述的預(yù)浸料為纖維樹脂基復(fù)合材料，其采用熱熔法制備預(yù)浸料的質(zhì)量指標(biāo)為預(yù)浸料厚度0.125-0.20mm，樹脂含量30% _38%，揮發(fā)份含量< I %，纖維面密度130_220g/
m2o
[0024]如上所述的一種含擋光環(huán)的復(fù)合材料承力筒軟模輔助整體成型方法，其所述的擋光環(huán)厚度0.3?2mm，擋光環(huán)預(yù)浸料鋪入蒙皮內(nèi)側(cè)，結(jié)構(gòu)形式可為“L”或“T”型。
[0025]本發(fā)明的效果在于:本發(fā)明借助硅橡膠軟模輔助加壓并結(jié)合熱壓罐成型工藝，實(shí)現(xiàn)了復(fù)合材料圓筒與擋光環(huán)結(jié)構(gòu)制件的整體成型，解決了筒內(nèi)壁薄板結(jié)構(gòu)不易加壓的難題。本發(fā)明對(duì)硅橡膠澆注模尺寸進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，使受熱膨脹時(shí)產(chǎn)生的壓力適中，保證了制品尺寸要求、產(chǎn)品內(nèi)部質(zhì)量，避免了圓筒蒙皮處出現(xiàn)鼓包或凹坑；本發(fā)明通過(guò)對(duì)組裝固化模的陽(yáng)模塊進(jìn)行合理設(shè)計(jì)，解決了陽(yáng)模塊的定位及脫模難的問(wèn)題；擋光環(huán)預(yù)浸料的鋪層、硅橡膠軟模組裝與陽(yáng)模塊組裝同時(shí)進(jìn)行，保證了每層擋光環(huán)的整體性，解決了硅橡膠缺口處易出現(xiàn)的沒(méi)加上壓、支料等問(wèn)題；同時(shí)，本發(fā)明通過(guò)鋪層工藝設(shè)計(jì)，解決了擋光環(huán)與蒙皮的連接強(qiáng)度問(wèn)題。
【附圖說(shuō)明】
[0026]圖1為承力筒結(jié)構(gòu)示意圖；
[0027]圖2為整體共固化成型模具剖視圖；
[0028]圖中:1.上端框；2.下端框；3.擋光環(huán)；4.承力筒蒙皮；5.上端框壓環(huán)；6.下端框壓環(huán)；7.芯模；8.外陰模；9.承力筒產(chǎn)品；10.分瓣陽(yáng)模；11.擋光環(huán)；12.硅橡膠軟模；13.墊圈。
【具體實(shí)施方式】
[0029]下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明所述的一種含擋光環(huán)的復(fù)合材料承力筒成型方法進(jìn)行描述。
[0030]實(shí)施例1
[0031]如圖1所示，復(fù)合材料承力筒包括承力筒蒙皮4，承力筒蒙皮4上下為外翻的上端框I和下端框2，承力筒蒙皮4內(nèi)部設(shè)置6個(gè)擋光環(huán)3。
[0032]尺寸:上、下端框外徑741mm，內(nèi)徑693mm ;蒙皮內(nèi)徑600mm?602mm ;擋光環(huán)厚度Imm,蒙皮厚度4mm，上/下端框厚度6mm。
[0033]本發(fā)明所述一種含擋光環(huán)的復(fù)合材料承力筒軟模輔助整體成型方法包括如下步驟:
[0034](a)硅橡膠軟模準(zhǔn)備
[0035]所述的硅橡膠軟模12用于擋光環(huán)成型，其通過(guò)硅橡膠澆注制備；具體是將硅橡膠液脫泡、澆注，室溫固化48h，脫模后進(jìn)行熱處理得到硅橡膠軟模，熱處理工藝為在180°C下保溫8h。
[0036]該硅橡膠軟模12的形狀與擋光環(huán)3 —致，均為環(huán)形結(jié)構(gòu)；硅橡膠軟模12的外圈直徑小于擋光環(huán)3的外圈直徑5 %，硅橡膠軟模12的內(nèi)圈直徑與擋光環(huán)3的內(nèi)圈直徑相同，厚度為10mm。
[0037](b)整體共固化成型模具準(zhǔn)備
[0038]如圖2所示，整體共固化成型模具包括內(nèi)外設(shè)置的芯模7和外陰模9，在芯模7和外陰模9之間放置7層分瓣陽(yáng)模8 ;其中，每組裝一層分瓣陽(yáng)模10，在相鄰兩層分瓣陽(yáng)模10的邊緣間隙處依次進(jìn)行擋光環(huán)預(yù)浸料的鋪層及和硅橡膠軟模12的組裝。擋光環(huán)預(yù)浸料鋪入蒙皮內(nèi)側(cè)，結(jié)構(gòu)形式為“T”型。
[0039]在芯模7和分瓣陽(yáng)模10上下分別安裝固定上端框壓環(huán)5和下端框壓環(huán)6。
[0040]6圈擋光環(huán)預(yù)制體11尺寸相同，夕卜徑為693mm，內(nèi)徑為599mm。
[0041](c)鋪層、吸膠
[0042]在步驟(b)組裝完分瓣陽(yáng)模10、上端框壓環(huán)5和下端框壓環(huán)6，完成擋光環(huán)鋪層后，進(jìn)行蒙皮及端框預(yù)浸料鋪層，然后組裝墊圈13、外陰模8 ;吸膠；
[0043]吸膠工藝為升溫速率25±5°C /h,吸膠溫度為70±5°C，保溫30min。預(yù)浸料為纖維樹脂基復(fù)合材料，預(yù)浸料采用溶液法制備，預(yù)浸料質(zhì)量指標(biāo)為預(yù)浸料厚度0.15mm，樹脂含量44±4%，揮發(fā)份含量< 2%，纖維面密度160± 10g/m2。
[0044](d)第二次鋪層
[0045]吸完膠后，蒙皮、端框預(yù)浸料進(jìn)行第二次鋪層。預(yù)浸料為纖維樹脂基復(fù)合材料，預(yù)浸料采用溶液法制備，預(yù)浸料質(zhì)量指標(biāo)為預(yù)浸料厚度0.15mm，樹脂含量44±4%，揮發(fā)份含量彡2%，纖維面密度160± 10g/m2。
[0046](e)整體共固化
[0047]在步驟(d)第二次鋪層完成后，采用熱壓罐成型工藝進(jìn)行整體共固化，工藝條件:真空表壓不大于-0.097MPa，升溫速率為25±5°C/h，固化溫度165±5°C，壓力0.6MPa，固化時(shí)間3h ;降溫速率< 20 °C /h。
[0048](f)脫模
[0049]依次拆除外陰模8、上端框壓環(huán)5、下端框壓環(huán)6、芯模7和分瓣陽(yáng)模8，再將硅橡膠軟模12從分瓣陽(yáng)模8中取出，得到承力筒產(chǎn)品9。
[0050]實(shí)施例2
[0051]如圖1所示，復(fù)合材料承力筒包括承力筒蒙皮4，承力筒蒙皮4上下為外翻的上端框I和下端框2，承力筒蒙皮4內(nèi)部設(shè)置7個(gè)擋光環(huán)3。
[0052]尺寸:上、下端框外徑741mm，內(nèi)徑693mm ;蒙皮內(nèi)徑600mm?602mm ;擋光環(huán)厚度2mm,蒙皮厚度4mm，上/下端框厚度6mm。
[0053]本發(fā)明所述一種含擋光環(huán)的復(fù)合材料承力筒軟模輔助整體成型方法包括如下步驟:
[0054](a)硅橡膠軟模準(zhǔn)備
[0055]所述的硅橡膠軟模12為用于擋光環(huán)成型，其通過(guò)硅橡膠澆注制備；具體是將硅橡膠液脫泡、澆注，室溫固化36h，脫模后進(jìn)行熱處理得到硅橡膠軟模，熱處理工藝為在170°C下保溫12h。
[0056]該硅橡膠軟模12的形狀與擋光環(huán)3 —致，均為環(huán)形結(jié)構(gòu)；硅橡膠軟模12的外圈直徑小于擋光環(huán)3的外圈直徑1%，硅橡膠軟模12的內(nèi)圈直徑與擋光環(huán)3的內(nèi)圈直徑相同，厚度為2mm。
[0057](b)整體共固化成型模具準(zhǔn)備
[0058]如圖2所示，整體共固化成型模具包括內(nèi)外設(shè)置的芯模7和外陰模9，在芯模7和外陰模9之間放置8層分瓣陽(yáng)模8 ;其中，每組裝一層分瓣陽(yáng)模10，在相鄰兩層分瓣陽(yáng)模10的邊緣間隙處依次進(jìn)行擋光環(huán)預(yù)浸料的鋪層及和硅橡膠軟模12的組裝。擋光環(huán)預(yù)浸料鋪入蒙皮內(nèi)側(cè)，結(jié)構(gòu)形式為“L”。
[0059]在芯模7和分瓣陽(yáng)模10