一種復(fù)合材料管件的成型方法及裝置的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種樹脂基復(fù)合材料管件的成型方法及裝置，該成型方法包括：根據(jù)樹脂基復(fù)合材料管件的尺寸制作鋼制陰模和芯模，并在所述芯模上敷設(shè)復(fù)合材料；將敷設(shè)有復(fù)合材料的芯模安放在鋼制陰模中，緊固后進(jìn)熱壓罐進(jìn)行高溫高壓處理，芯模在高溫高壓的過程中膨脹對(duì)復(fù)合材料加壓，待復(fù)合材料固化成型后，出熱壓罐；拆除鋼制陰模，抽出芯模得到樹脂基復(fù)合材料管件。借助于本發(fā)明的技術(shù)方案得到的樹脂基復(fù)合材料管件內(nèi)、外形尺寸精度高，表面質(zhì)量好，壁厚均勻。
【專利說明】
一種復(fù)合材料管件的成型方法及裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及先進(jìn)復(fù)合材料工藝領(lǐng)域，特別涉及一種樹脂基復(fù)合材料管件的成型方 法及裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 綜合機(jī)架為大型特種飛機(jī)電子設(shè)備安裝平臺(tái)，其在載機(jī)平臺(tái)上設(shè)計(jì)要求四個(gè)為一 組無間隙并柜與載機(jī)連接，因此外形尺寸必須保證負(fù)公差的要求，便于在載機(jī)上安裝調(diào)整， 實(shí)現(xiàn)與載機(jī)安裝孔高精度裝配。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，機(jī)架內(nèi)部的包容尺寸公差要求為+〇 . 3_~+ 0.8mm，并柜要求的被包容尺寸公差要求為-I .Omm~0mm。對(duì)于復(fù)合材料綜合機(jī)架零部件的 生產(chǎn)和裝配，只有嚴(yán)格控制零部件的尺寸精度和形位公差精度，才能保證零件以高精度定 位、拼裝，滿足綜合機(jī)架精度及綜合機(jī)架并柜精度，最終滿足技術(shù)條件要求。
[0003] 樹脂基復(fù)合材料管件是綜合機(jī)架主要的成型構(gòu)件，與機(jī)架要求的包容尺寸和非包 容尺寸都密切相關(guān)。傳統(tǒng)的大長(zhǎng)徑比樹脂基復(fù)合材料管件一般有以下三種成型工藝:抽芯 法成型、泡沫芯模成型以及纏繞成型。
[0004] 抽芯法成型是指在鋼制芯模上敷設(shè)復(fù)合材料預(yù)浸料，完成鋪層后，再在其表面安 裝外模，最后裝入真空袋，抽真空，進(jìn)熱壓罐高溫高壓固化。完成固化后，出熱壓罐，先拆除 外模(壓板），再將芯模抽出即可完成樹脂基復(fù)合材料管件的成型，圖1為現(xiàn)有技術(shù)中抽芯法 成型過程中樹脂基復(fù)合材料管件的剖面圖。
[0005] 抽芯法成型工藝屬于陽模成型，雖然得到的樹脂基復(fù)合材料管件內(nèi)壁的質(zhì)量較 好，但外表面質(zhì)量、以及壁厚的一致性有一定的缺陷，而且用抽芯法成型的管件由于需要將 芯模抽出，因此芯模設(shè)計(jì)有一定的拔模斜度，樹脂基復(fù)合材料管件兩端的截面尺寸有誤差， 另外，拔模需要配備較大噸位的專用設(shè)備。
[0006] 泡沫芯模成型與抽芯法成型的工藝相似，只是將鋼制芯模替換成耐高溫高壓的泡 沫材料，固化成型后，泡沫芯模留在管件內(nèi)。泡沫芯模成型工藝也屬于陽模成型，由于填充 了泡沫材料，管件內(nèi)部不能使用，而且外表面質(zhì)量、壁厚的一致性有一定的缺陷。
[0007] 纏繞成型一般用于制作圓形管件，需要在專業(yè)的設(shè)備上完成。
[0008] 綜上可知，在傳統(tǒng)的樹脂基復(fù)合材料管件成型工藝中，抽芯法成型的管件有一定 的錐度，截面尺寸不一致，并且，表面質(zhì)量和壁厚的均勻性有一定的缺陷；泡沫芯模成型的 管件雖然截面尺寸一致性較好，但表面質(zhì)量和壁厚的均勻性有一定的缺陷，并且由于其內(nèi) 部填充了泡沫材料而造成不能使用內(nèi)部空間和重量增加，因此傳統(tǒng)成型大長(zhǎng)徑比樹脂基復(fù) 合材料管件的工藝方法有較為明顯的缺陷，成型后的管件精度不能滿足綜合機(jī)架的技術(shù)條 件要求。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0009] 為了解決現(xiàn)有技術(shù)中利用傳統(tǒng)樹脂基復(fù)合材料管件的成型工藝方法制備的管件 截面尺寸不一致或表面質(zhì)量和壁厚的均勻性存在缺陷的問題，本發(fā)明提供了一種樹脂基復(fù) 合材料管件的成型方法及裝置，采用本發(fā)明的成型方法制備得到的樹脂基復(fù)合材料管件 內(nèi)、外形尺寸精度高，外表面質(zhì)量好，壁厚均勻。
[0010] 本發(fā)明提供一種樹脂基復(fù)合材料管件的成型方法，包括以下步驟：
[0011] 根據(jù)樹脂基復(fù)合材料管件的尺寸制作鋼制陰模和芯模，并在所述芯模上敷設(shè)復(fù)合 材料預(yù)浸料，其中，所述芯模為熱膨脹材料；
[0012] 將敷設(shè)有復(fù)合材料的芯模裝入鋼制陰模，緊固后進(jìn)熱壓罐進(jìn)行高溫高壓處理，芯 模在高溫高壓的過程中膨脹對(duì)復(fù)合材料加壓，待復(fù)合材料固化成型后，出熱壓罐；
[0013] 拆除鋼制陰模，抽出芯模得到樹脂基復(fù)合材料管件。
[0014] 本發(fā)明還提供了一種樹脂基復(fù)合材料管件的成型裝置，包括鋼制陰模和芯模，所 述芯模用于敷設(shè)復(fù)合材料，所述鋼制陰模為中空結(jié)構(gòu)，敷設(shè)有復(fù)合材料的芯模安放在鋼制 陰模中，鋼制陰模保證管件的外形尺寸。
[0015] 本發(fā)明的有益效果如下：
[0016] 本發(fā)明利用熱膨脹材料制備的芯模在高溫高壓的條件下膨脹實(shí)現(xiàn)復(fù)合材料的固 化成型，然后芯模收縮脫離復(fù)合材料，抽出芯模得到樹脂基復(fù)合材料管件，解決了現(xiàn)有技術(shù) 中傳統(tǒng)大長(zhǎng)徑比樹脂基復(fù)合材料管件的成型工藝方法有較為明顯的缺陷的問題，在結(jié)構(gòu)進(jìn) 行強(qiáng)度優(yōu)化的同時(shí)，提高了管件內(nèi)、外壁的成型精度，使管件成型后的外形尺寸精度高，外 表面質(zhì)量好，且管件內(nèi)部的精度高，壁厚均勻，滿足了綜合機(jī)架的裝配精度，進(jìn)而保證了一 組機(jī)架拼裝精度，提高了生產(chǎn)效率。
【附圖說明】
[0017] 圖1為現(xiàn)有技術(shù)中抽芯法成型過程中的管件敷層結(jié)構(gòu)剖面圖；
[0018] 圖2為本發(fā)明方法實(shí)施例樹脂基復(fù)合材料管件的成型方法流程示意圖；
[0019] 圖3為本發(fā)明方法實(shí)施例樹脂基復(fù)合材料管件的成型方法中復(fù)合材料固化成型示 意圖；
[0020] 圖4a為利用本發(fā)明方法實(shí)施例得到的樹脂基復(fù)合材料管件的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021] 圖4b為利用本發(fā)明方法實(shí)施例得到的樹脂基復(fù)合材料管件的剖面的尺寸及精度 要求示意圖；
[0022] 圖5為本發(fā)明實(shí)驗(yàn)例中復(fù)合材料綜合機(jī)架的三維圖；
[0023]圖6a為本發(fā)明實(shí)驗(yàn)例中復(fù)合材料綜合機(jī)架正視圖的尺寸及精度要求示意圖；
[0024] 圖6b為本發(fā)明實(shí)驗(yàn)例中復(fù)合材料綜合機(jī)架側(cè)視圖的尺寸及精度要求示意圖；
[0025] 圖6c為本發(fā)明實(shí)驗(yàn)例中復(fù)合材料綜合機(jī)架俯視圖的尺寸及精度要求示意圖；
[0026] 圖7為本發(fā)明實(shí)驗(yàn)例中復(fù)合材料綜合機(jī)架的振動(dòng)實(shí)驗(yàn)的實(shí)況圖；
[0027] 圖8為本發(fā)明裝置實(shí)施例樹脂基復(fù)合材料管件的成型裝置示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0028] 下面將參照附圖更詳細(xì)地描述本公開的示例性實(shí)施例。雖然附圖中顯示了本公開 的示例性實(shí)施例，然而應(yīng)當(dāng)理解，可以以各種形式實(shí)現(xiàn)本公開而不應(yīng)被這里闡述的實(shí)施例 所限制。相反，提供這些實(shí)施例是為了能夠更透徹地理解本公開，并且能夠?qū)⒈竟_的范圍 完整的傳達(dá)給本領(lǐng)域的技術(shù)人員。
[0029] 為了解決現(xiàn)有技術(shù)中利用傳統(tǒng)樹脂基復(fù)合材料管件的成型工藝方法制備的管件 截面尺寸不一致或表面質(zhì)量和壁厚的均勻性存在缺陷的問題，本發(fā)明提供了一種大長(zhǎng)徑比 樹脂基復(fù)合材料管件的成型方法及裝置，以下結(jié)合附圖以及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步 詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不限定本發(fā)明。
[0030] 方法實(shí)施例
[0031] 根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，提供了一種樹脂基復(fù)合材料管件的成型方法，圖2為本發(fā)明 方法實(shí)施例樹脂基復(fù)合材料管件的成型方法流程示意圖，如圖2所示，根據(jù)本發(fā)明方法實(shí)施 例樹脂基復(fù)合材料管件的成型方法包括如下處理：
[0032]步驟202,根據(jù)樹脂基復(fù)合材料管件的尺寸制作鋼制陰模和芯模，并在所述芯模上 敷設(shè)復(fù)合材料，其中，所述芯模為熱膨脹材料。
[0033]具體的，所述鋼制陰模的截面尺寸(按樣件界面的鋼制陰模尺寸為30mmX50mm)和 長(zhǎng)度(1600mm)根據(jù)樹脂基復(fù)合材料管件的尺寸要求得到。
[0034]其中，根據(jù)樹脂基復(fù)合材料管件的尺寸制作芯模具體包括:根據(jù)樹脂基復(fù)合材料 管件的壁厚尺寸、以及熱膨脹材料的熱膨脹系數(shù)制作所述芯膜，按樣件界面的芯模尺寸為 20.5mmX40.5mmX1600mm〇
[0035] 在所述芯模上敷設(shè)復(fù)合材料具體包括以下步驟:在芯模上依次敷設(shè)纖維織物預(yù)浸 料和單向纖維預(yù)浸料，并在敷設(shè)過程中進(jìn)行壓實(shí);優(yōu)選地，在芯模上按照預(yù)定的方向依次敷 設(shè)纖維織物預(yù)浸料和單向纖維預(yù)浸料。
[0036] 具體的，本發(fā)明方法實(shí)施例選用的鋼制陰模的材料優(yōu)選為鋼45,加工成型后調(diào)質(zhì) 處理;本發(fā)明方法實(shí)施例的熱膨脹材料可選用橡膠材料，例如硅橡膠、氟橡膠，優(yōu)選為硅橡 膠HD-2151，更加優(yōu)選的硅橡膠的體積膨脹系數(shù)為5.9 X 10-4~7.9 X 10-4;本發(fā)明方法實(shí)施 例選用的纖維織物預(yù)浸料為碳纖維T300碳纖維織物的碳布預(yù)浸料，單向纖維預(yù)浸料為單向 T700碳纖維預(yù)浸料。
[0037] 步驟204,將敷設(shè)有復(fù)合材料的芯模裝入鋼制陰模，緊固后進(jìn)熱壓罐進(jìn)行高溫高壓 處理，芯模在高溫高壓的過程中膨脹對(duì)復(fù)合材料加壓，待復(fù)合材料固化成型后，出熱壓罐。 圖3為本發(fā)明方法實(shí)施例大長(zhǎng)徑比樹脂基復(fù)合材料管件的成型方法中復(fù)合材料固化成型示 意圖。
[0038] 具體的，將敷設(shè)有復(fù)合材料的芯模裝入鋼制陰模，緊固后進(jìn)熱壓罐進(jìn)行高溫高壓 處理，包括以下步驟:將敷設(shè)有復(fù)合材料的芯模裝入鋼制陰模、緊固后放入熱壓罐，在溫度 140 °C_160°C，壓力0.55兆帕-0.65兆帕（5.5個(gè)大氣壓-6.5個(gè)大氣壓）的條件下處理10小時(shí)-12小時(shí)，固化成型。
[0039]步驟206,拆除鋼制陰模，抽出芯模得到樹脂基復(fù)合材料管件。
[0040]圖4a為利用本發(fā)明方法實(shí)施例得到的樹脂基復(fù)合材料管件的結(jié)構(gòu)示意圖，所述樹 脂基復(fù)合材料管件的長(zhǎng)度為1600mm;圖4b為利用本發(fā)明方法實(shí)施例得到的樹脂基復(fù)合材料 管件的剖面的尺寸及精度要求示意圖，壁厚為2.75mm(2.45mm-2.75mm)，成型后的樹脂基復(fù) 合材料管件尺寸滿足設(shè)計(jì)對(duì)該管件的尺寸精度要求及形位公差要求。
[0041 ] 實(shí)驗(yàn)例
[0042]以本發(fā)明樹脂基復(fù)合材料管件的成型方法生產(chǎn)的大長(zhǎng)徑比樹脂基復(fù)合材料管件 為主要構(gòu)件，生產(chǎn)了多批次復(fù)合材料綜合機(jī)架，本發(fā)明實(shí)驗(yàn)例中復(fù)合材料綜合機(jī)架的三維 圖如圖5所示。綜合機(jī)架成型后，均能滿足機(jī)架內(nèi)部尺寸精度和機(jī)架間外部尺寸拼裝精度要 求，本發(fā)明實(shí)驗(yàn)例中復(fù)合材料綜合機(jī)架的尺寸及精度要求示意圖如圖6a、6b和6c所示。
[0043] 本發(fā)明實(shí)驗(yàn)例中復(fù)合材料綜合機(jī)架進(jìn)行了摸底試驗(yàn)，均滿足要求，摸底試驗(yàn)的環(huán) 境條件如表1所示。試驗(yàn)時(shí)，機(jī)架加載荷237Kg，本發(fā)明實(shí)驗(yàn)例中復(fù)合材料綜合機(jī)架的振動(dòng)實(shí) 驗(yàn)的實(shí)況圖如圖7所示。
[0044] 表 1
[0045]
[0047]
[0048] 裝置實(shí)施例
[0049] 根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，提供了一種樹脂基復(fù)合材料管件的成型裝置，圖8是本發(fā)明 裝置實(shí)施例的樹脂基復(fù)合材料管件的成型裝置示意圖，如圖8所示，根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的樹 脂基復(fù)合材料管件的成型裝置，包括鋼制陰模80和芯模82,以下對(duì)本發(fā)明實(shí)施例的各個(gè)模 塊進(jìn)行詳細(xì)的說明。
[0050] 具體地，所述芯模82用于敷設(shè)復(fù)合材料，所述鋼制陰模80為中空結(jié)構(gòu)，敷設(shè)有復(fù)合 材料的芯模82裝位于鋼制陰模80的中空結(jié)構(gòu)中，鋼制陰模80用于限定復(fù)合材料膨脹的方 向。
[0051]更加具體的，所述鋼制陰模80根據(jù)樹脂基復(fù)合材料管件的尺寸制作而成;所述芯 模82根據(jù)樹脂基復(fù)合材料管件的壁厚尺寸、以及熱膨脹材料的熱膨脹系數(shù)制作而成。
[0052]本發(fā)明裝置實(shí)施例的芯模為熱膨脹材料，所述熱膨脹材料可選用橡膠材料，例如 硅橡膠、氟橡膠，優(yōu)選為硅橡膠HD-2151，更加優(yōu)選的硅橡膠的體積膨脹系數(shù)為5.9X HT4~ 7.9X10-4〇
[0053]利用本發(fā)明的樹脂基復(fù)合材料管件的成型裝置生產(chǎn)樹脂基復(fù)合材料管件，生產(chǎn)效 率高，產(chǎn)品質(zhì)量好，并且不需增加輔助工藝裝備(如拔模設(shè)備)和工藝輔助材料(如耐高溫高 壓泡沫材料），生產(chǎn)成本低。
[0054]顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行各種改動(dòng)和變型而不脫離本發(fā)明的精 神和范圍。這樣，倘若本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍 之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包含這些改動(dòng)和變型在內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種樹脂基復(fù)合材料管件的成型方法，其特征在于，包括以下步驟： 根據(jù)樹脂基復(fù)合材料管件的尺寸制作鋼制陰模和芯模，并在所述芯模上敷設(shè)復(fù)合材 料，其中，所述芯模為熱膨脹材料； 將敷設(shè)有樹脂基復(fù)合材料的芯模放入鋼制陰模，緊固后進(jìn)熱壓罐進(jìn)行高溫高壓處理， 芯模在高溫高壓的過程中膨脹對(duì)復(fù)合材料加壓，待復(fù)合材料固化成型后，出熱壓罐； 拆除鋼制陰模，抽出芯模得到樹脂基復(fù)合材料管件。2. 如權(quán)利要求1所述的成型方法，其特征在于，根據(jù)樹脂基復(fù)合材料管件的尺寸制作芯 模具體包括:根據(jù)樹脂基復(fù)合材料管件的壁厚尺寸、以及熱膨脹材料的熱膨脹系數(shù)制作所 述芯模。3. 如權(quán)利要求1所述的成型方法，其特征在于，在所述芯模上敷設(shè)復(fù)合材料具體包括以 下步驟： 在芯模上按照預(yù)定的方向依次敷設(shè)纖維織物預(yù)浸料和單向纖維預(yù)浸料，并在敷設(shè)過程 中進(jìn)行壓實(shí)。4. 如權(quán)利要求1所述的成型方法，其特征在于，所述熱膨脹材料包括硅橡膠、氟橡膠。5. -種樹脂基復(fù)合材料管件的成型裝置，其特征在于，包括鋼制陰模和芯模，所述芯模 用于敷設(shè)復(fù)合材料，所述鋼制陰模為中空結(jié)構(gòu)，敷設(shè)有復(fù)合材料的芯模安放在鋼制陰模中， 鋼制陰模保證管件的外形尺寸。6. 如權(quán)利要求5所述的成型裝置，其特征在于，所述芯模為熱膨脹材料。7. 如權(quán)利要求5所述的成型裝置，其特征在于，所述熱膨脹材料包括硅橡膠、氟橡膠。
【文檔編號(hào)】B29C70/54GK105922607SQ201610329546
【公開日】2016年9月7日
【申請(qǐng)日】2016年5月18日
【發(fā)明人】陳竹梅, 楊寧芳, 徐永利, 陳春飛, 黃力平, 張毅剛
【申請(qǐng)人】中國(guó)電子科技集團(tuán)公司電子科學(xué)研究院