本發(fā)明屬于輕型常規(guī)裝備系統(tǒng)發(fā)射裝置部件的制備，涉及一種陣列型小直徑共法蘭碳纖維發(fā)射筒一次成型方法。

背景技術(shù)：

1、現(xiàn)代戰(zhàn)爭要求輕型常規(guī)裝備系統(tǒng)具備高機(jī)動性、高射速、大威力等性能。按照一般材料設(shè)計使用金屬質(zhì)量較大，而裝備系統(tǒng)空間和載重有限，為保證裝備的靈活性，減輕裝備的整體重量，提升載荷量及系統(tǒng)的性能指標(biāo)，對發(fā)射系統(tǒng)提出輕量化要求，以達(dá)到戰(zhàn)略目的。發(fā)射系統(tǒng)是賦予產(chǎn)品到達(dá)目標(biāo)實現(xiàn)打擊的一種裝置，一般由發(fā)射筒體、端蓋、發(fā)火機(jī)構(gòu)、瞄準(zhǔn)具等零部件組成。

2、發(fā)射筒體是發(fā)射系統(tǒng)的一部分，在發(fā)射時，由筒膛線引導(dǎo)產(chǎn)品飛出發(fā)射筒，姿態(tài)由筒內(nèi)膛線控制。產(chǎn)品在發(fā)射過程中，瞬時強(qiáng)烈的沖擊載荷和高溫、高壓作用，導(dǎo)致裝備系統(tǒng)產(chǎn)生及其復(fù)雜的振動和熱輻射，碳纖維復(fù)合材料的基體界面具有很強(qiáng)的吸振作用，與黑金屬相比，有更佳的強(qiáng)度、剛性和韌性等綜合性能，加之其耐高溫、抗燒蝕、比強(qiáng)度高、比模量大，是發(fā)射筒的優(yōu)選材料?，F(xiàn)有的發(fā)射筒是組合式成型，即先單獨成型多個發(fā)射筒體和連接盤，在連接盤機(jī)加螺紋孔或鉚接孔，依靠螺接或鉚接加膠接的方式將發(fā)射筒結(jié)構(gòu)件進(jìn)行裝配組合，制備過程繁瑣，裝配時定位內(nèi)膛線方位協(xié)調(diào)關(guān)系復(fù)雜，由螺釘孔或鉚接孔位處的應(yīng)力集中等因素嚴(yán)重影響產(chǎn)品的穩(wěn)定性和密封性。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、(一)發(fā)明目的

2、本發(fā)明的目的是：提供一種陣列型小直徑共法蘭碳纖維發(fā)射筒一次成型方法，利用碳纖維復(fù)合材料的可設(shè)計性、模具設(shè)計的靈活性、成型方式的便捷性等特點，避免單個筒體成型后再打孔膠接的繁雜工藝過程，提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品的整體性，同時滿足輕型常規(guī)裝備發(fā)射系統(tǒng)多次發(fā)射需求。

3、(二)技術(shù)方案

4、為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種陣列型小直徑共法蘭碳纖維發(fā)射筒一次成型方法，包括以下步驟：

5、(1)設(shè)計發(fā)射筒的結(jié)構(gòu)：設(shè)計陣列型小直徑共法蘭碳纖維發(fā)射筒、對陣列型小直徑共法蘭碳纖維發(fā)射筒進(jìn)行有限元分析，得到陣列型小直徑共法蘭碳纖維發(fā)射筒的幾何模型；所設(shè)計陣列型小直徑共法蘭碳纖維發(fā)射筒為中心為安裝孔，周向均布多個發(fā)射筒體的結(jié)構(gòu)。

6、(2)成型模具和工裝設(shè)計：依據(jù)陣列型小直徑共法蘭碳纖維發(fā)射筒結(jié)構(gòu)特點設(shè)計成型模具，模具分為芯模，模套，內(nèi)模，外模，法蘭成型金屬盤；設(shè)計脫模工裝，得到一種陣列型小直徑共法蘭碳纖維發(fā)射筒的成型模具。

7、(3)陣列型小直徑共法蘭碳纖維發(fā)射筒分型鋪層設(shè)計：采取熱熔法浸漬碳纖維/環(huán)氧預(yù)浸布，對陣列型小直徑共法蘭碳纖維發(fā)射筒鋪層進(jìn)行準(zhǔn)各向同性設(shè)計分型，裁剪預(yù)浸布，得到陣列型小直徑共法蘭碳纖維發(fā)射筒成型使用的預(yù)浸布。

8、(4)陣列型小直徑共法蘭碳纖維發(fā)射筒成型：芯模預(yù)浸布鋪附成型，內(nèi)模、模套鋪覆預(yù)浸布，抽真空預(yù)壓，組合成型模具，陣列型小直徑共法蘭碳纖維發(fā)射筒成型固化，脫模，后處理，得到一種陣列型小直徑共法蘭碳纖維發(fā)射筒。

9、進(jìn)一步地，步驟(1)所述設(shè)計陣列型小直徑共法蘭碳纖維發(fā)射筒由螺接加膠接組合的發(fā)射筒單筒直徑、長度、壁厚、膛線樣式，法蘭連接尺寸等進(jìn)行測繪設(shè)計。

10、進(jìn)一步優(yōu)選地，設(shè)計過程中將螺釘，密封膠，連接裝置去除，使用碳纖維復(fù)合材料對此處位置的缺失補(bǔ)充。

11、進(jìn)一步優(yōu)選地，碳纖維復(fù)合材料由增強(qiáng)體碳纖維織物(可用斜紋、緞紋、平紋)和樹脂基體(可用環(huán)氧樹脂、酚醛樹脂、雙馬來酰亞胺樹脂等)預(yù)浸成型的中間體預(yù)浸布，本發(fā)明專利使用的預(yù)浸布為斜紋碳纖維/環(huán)氧預(yù)浸布(以下可使用“預(yù)浸布”代替“碳纖維/環(huán)氧預(yù)浸布”)。

12、進(jìn)一步地，步驟(1)所述對陣列型小直徑共法蘭碳纖維發(fā)射筒進(jìn)行有限元分析，使用計算機(jī)軟件(本發(fā)明專利使用的軟件是abaqus，其他軟件也可分析，如ug、catia、creo等)對陣列型小直徑共法蘭碳纖維發(fā)射筒的幾何模型受力分析，根據(jù)設(shè)計結(jié)果進(jìn)行優(yōu)化發(fā)射筒結(jié)構(gòu)，得到陣列型小直徑共法蘭碳纖維發(fā)射筒的幾何模型。

13、進(jìn)一步地，步驟(2)依據(jù)陣列型小直徑共法蘭碳纖維發(fā)射筒外形結(jié)構(gòu)特點設(shè)計成型模具，模具分為芯模，模套，內(nèi)模，外模，法蘭成型金屬盤。

14、進(jìn)一步優(yōu)選地，芯模內(nèi)部為六個均勻分布的金屬空心筒，沿非法蘭盤長度方向設(shè)計脫模錐度，錐度設(shè)計為發(fā)射筒整體長度的1/1000，六個金屬空心筒可拆卸，金屬空心筒體外表面有突出的膛線，發(fā)射筒在成型時由圓形底盤固定組合，將六個金屬空心筒組裝后，芯模一邊由圓形底盤的定位銷進(jìn)行分別固定六個金屬空心筒體，芯模另一邊使用帶長軸的梅花盤組合固定，方便鋪貼預(yù)浸布。

15、進(jìn)一步優(yōu)選地，模套分左右兩部分，左右模套內(nèi)部根據(jù)發(fā)射筒外表面進(jìn)行設(shè)計，左右模套外部設(shè)計為圓柱段的楔形樣式，方便合模時通過外模配合面段均勻施加壓力，左右模套兩部分配合面進(jìn)行倒角，左右模套留有四個定位銷，左右模套的內(nèi)外模處留有法蘭成型金屬內(nèi)盤的楔槽和流膠槽，左右模套合模處留有導(dǎo)流槽。

16、進(jìn)一步優(yōu)選地，內(nèi)模為三瓣組合模，組合后類似梅花狀，內(nèi)模組合后的外表面隨形發(fā)射筒里表面，內(nèi)模組合后里圈加壓裝置為楔形狀，插入楔形銷子后方便成型時由左右模套施加壓力。

17、進(jìn)一步優(yōu)選地，外模為上下模設(shè)計，固定于壓機(jī)上(也可在外模上開螺紋孔，使用螺桿加壓，本發(fā)明采取壓機(jī)施加壓力)。外模上設(shè)計一圈環(huán)形電熱孔，配備熱電偶孔，使得發(fā)射筒成型時形成均勻的溫度場，上下外模的內(nèi)表面隨形模套外表面。

18、進(jìn)一步優(yōu)選地，法蘭成型金屬內(nèi)盤為楔形六邊形上下盤，方便加壓。

19、進(jìn)一步地，步驟(2)所述脫模工裝，使用液壓機(jī)械裝置的拉拔機(jī)進(jìn)行脫模，所述脫模工裝為一邊拉拔芯模，一邊頂出發(fā)射筒體，中間有導(dǎo)軌連接，導(dǎo)軌上設(shè)有對應(yīng)的齒輪齒條，齒輪齒條上設(shè)有伺服電機(jī)。

20、進(jìn)一步地，步驟(3)所述采取熱熔法浸漬碳纖維/環(huán)氧預(yù)浸布，將環(huán)氧樹脂加熱熔融根據(jù)預(yù)浸布面密度和樹脂含量計算膠膜厚度(本發(fā)明使用的預(yù)浸布環(huán)氧樹脂含量為40±3％)，膠膜制膜后再與碳纖維織物浸漬，粘貼隔離膜收卷，得到碳纖維/環(huán)氧預(yù)浸布。

21、進(jìn)一步地，步驟(3)所述對陣列型小直徑共法蘭碳纖維發(fā)射筒鋪層進(jìn)行準(zhǔn)各向同性設(shè)計分型，將碳纖維/環(huán)氧預(yù)浸布按[(0°/90°)(45°/-45°)]進(jìn)行分型，法蘭處采取開梯形口和環(huán)形預(yù)浸布交替鋪放的方式進(jìn)行設(shè)計，分型的預(yù)浸布采取在單個筒身上鋪覆時采取環(huán)向?qū)舆M(jìn)行設(shè)計，控制分型后預(yù)浸布的長度，使得預(yù)浸布的對接縫均勻分布于筒身之上，保證成型后發(fā)射筒的力學(xué)強(qiáng)度和厚度均一。

22、進(jìn)一步優(yōu)選地，所述碳纖維/環(huán)氧預(yù)浸布按[(0°/90°)(45°/-45°)]進(jìn)行分型，是以平行于預(yù)浸布上的徑向纖維絲束為0°，逆時針旋轉(zhuǎn)的角度為正的方式區(qū)分。

23、進(jìn)一步地，步驟(3)所述裁剪預(yù)浸布，使用自動裁布機(jī)按設(shè)計的圖樣進(jìn)行裁剪，對裁剪的預(yù)浸布進(jìn)行編號。

24、進(jìn)一步地，步驟(4)所述芯模預(yù)浸布鋪附成型將芯模組裝完畢后置于支撐架上按預(yù)浸布的分型進(jìn)行分別鋪覆，每六個金屬金屬空心筒鋪附一層時，在法蘭成型圓形底盤處鋪覆一層開梯形口的預(yù)浸布，使得法蘭處梯形口預(yù)浸布和金屬空心筒上的預(yù)浸布交叉分布，根據(jù)法蘭厚度，在鋪覆過程分次插入環(huán)形布，鋪附過程在金屬筒膛線的部位按形壓實。

25、進(jìn)一步地，步驟(4)所述內(nèi)模、模套鋪附預(yù)浸布，將兩層預(yù)浸布鋪覆于內(nèi)模和模套上，使用刮板進(jìn)行平整處理，鋪覆前也可加熱內(nèi)模、模套至40℃～50℃，便于鋪覆。

26、進(jìn)一步地，步驟(4)所述抽真空預(yù)壓每鋪覆兩層預(yù)浸布需要抽真空預(yù)壓，內(nèi)模和模套鋪覆完成后也需要抽真空壓實。

27、進(jìn)一步優(yōu)選地，抽真空為制作真空袋后，在產(chǎn)品表面依次鋪放多孔膜和透氣氈，整體放入后使用密封膠密封。

28、進(jìn)一步優(yōu)選地，抽真空要保證真空袋內(nèi)壓力處于-0.085mpa以下，抽真空時間在15分鐘以上。

29、進(jìn)一步地，步驟(4)所述組合成型模具，將帶有長軸的梅花盤拆除，將芯模置于模套內(nèi)，將三瓣內(nèi)模依次放入鋪敷預(yù)浸布后的芯模六個發(fā)射筒之間間隙內(nèi)，三瓣內(nèi)模中心插入楔形銷；組裝法蘭成型金屬內(nèi)盤，整體置于左模套里，根據(jù)定位銷合上右模套，置于壓機(jī)上的下外模，根據(jù)預(yù)留的電熱孔插入電熱管和熱電偶，合模。

30、進(jìn)一步地，步驟(4)所述陣列型小直徑共法蘭碳纖維發(fā)射筒成型固化，采用壓機(jī)旁的溫控柜控制固化溫度，具體參數(shù)為，在50min～70min，升溫至85℃，在85℃保溫40min，在15min將溫度由85℃升溫至100℃，施加接觸壓力(2mpa～3mpa)，100℃保溫30min，然后在25min由100℃升溫至125℃～130℃，期間分兩次由接觸壓提高至(5mpa～6mpa)和(7mpa～8mpa)，然后在125℃～130℃保溫保壓90min，加壓完畢后合?？p≤0.2mm，之后斷電自然冷卻。

31、進(jìn)一步地，步驟(4)所述脫模，模具自然冷卻至60℃以下，起模，將模套和法蘭成型內(nèi)盤脫掉，將芯模整體置于脫模工裝之上，使用液壓機(jī)械裝置的拉拔機(jī)進(jìn)行脫模，脫管機(jī)勻速緩慢運行，將金屬空心筒和發(fā)射筒產(chǎn)品進(jìn)行分離。

32、進(jìn)一步地，步驟(4)所述后處理，將脫模后的發(fā)射筒打磨毛邊，清理接縫處，得到一種陣列型小直徑共法蘭碳纖維發(fā)射筒。

33、(三)有益效果

34、上述技術(shù)方案所提供的陣列型小直徑共法蘭碳纖維發(fā)射筒一次成型方法，創(chuàng)新性的多處使用楔形銷配合，使得復(fù)雜結(jié)構(gòu)件成型過程中壓力傳遞均勻；與其他制備工藝相比，實現(xiàn)了發(fā)射筒體非機(jī)加，非粘接，非密封，直接一次成型；使用法蘭處梯形口預(yù)浸布使得法蘭盤和筒體通過咬合疊層連接緊固，實現(xiàn)結(jié)構(gòu)上的一體化；使用碳纖維/環(huán)氧復(fù)合材料代替原有的螺釘和膠體，排除了復(fù)合材料中不同材料界面對產(chǎn)品結(jié)合強(qiáng)度的影響；采取非熱壓罐成型的方式，節(jié)省發(fā)射筒成型成本，符合降本增效的生產(chǎn)理念；通過組合模具的配合，成型方法可靠，可重復(fù)性高，過程協(xié)調(diào)關(guān)系合理；充分利用環(huán)氧樹脂的固化特性，采用設(shè)置梯度成型溫度檔次，利用了預(yù)浸布的優(yōu)良工藝特性，使得制件的力學(xué)性能與熱學(xué)性能得到提高。