CN108749030B - 一种利用内涨法成型模具制备复合材料管的方法 - Google Patents
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Abstract
一种利用内涨法成型模具制备复合材料管的方法，属于航空复合材料成型领域。本发明的方法包括如下步骤：步骤一：金属芯模一与金属芯模二的连接；步骤二：硅胶芯模组件的构成；步骤三：复合材料铺层；步骤四：半成品放置在上模体和下模体的型腔内并预压实；步骤五：上模体和下模体的组合及固定；步骤六：上模体和下模体抽负压；步骤七：固化及脱模。采用本发明的方法成型，能够制出长度大于9m的复合材料管，由于成型难度大，目前为止，还未见报道。属于复合材料结构一体化成型技术。
Description
技术领域
本发明属于航空复合材料成型领域，具体涉及一种利用内涨法成型模具制备复合材料管的方法。
背景技术
碳纤维复合材料，由于其比强度，比模量大、重量轻、耐腐蚀、抗疲劳，可设计性强等特点，在飞机上得到越来越广泛的应用。复合材料在飞机上的应用部位，已由非承力件及次承力件逐步发展到主承力部件，并向大型化、复杂化、整体化方向发展。先进复合材料的用量已成为体现飞机先进性的重要指标。
复合材料件通常采用真空袋法成型，复合材料管成型，由于外表面粗糙度要求较高，真空袋法直接成型满足不了外表面粗糙度要求，故而想寻求其它成型方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种利用内涨法成型模具制备复合材料管的方法，本发明解决了外表面精度要求高的复合材料管成型难的问题。
本发明的内涨法成型，通过往金属芯模内注入压缩空气，使套在金属芯模外的硅胶气囊膨胀，继而压实复合材料铺层；为了达到外表面粗糙度要求，在铺贴完复合材料铺层后，将其放入下模体的型腔内，合上上模体，上模体和下模体之间用密封条密封；上模体和下模体两端采用真空袋密封，确保上模体和下模体气密，不漏气。再推入热压罐，接通管路，按工艺参数升温、升压。采用此种方法成型，能够制出长度大于9m的复合材料管，由于成型难度大，目前为止，还未见报道。属于复合材料结构一体化成型技术。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种利用内涨法成型模具制备复合材料管的方法，所述方法包括如下步骤：
步骤一：金属芯模一与金属芯模二的连接；金属芯模一和金属芯模二均为金属圆管，且外管径相同，将金属芯模一一端设置的锥型连接凸台与金属芯模二一端设有的锥孔相配合，并且将金属芯模一的锥型连接凸台外壁上设有的挡槽一与金属芯模二所述一端设有的挡槽二正对设置并嵌入挡键，金属芯模一另一端设有充气孔，金属芯模二另一端连接有端盖，金属芯模一及金属芯模二的侧壁上均设有数个通气孔；
步骤二：硅胶芯模组件的构成；将硅胶气囊套入金属芯模一和金属芯模二上构成硅胶芯模组件；为便于硅胶气囊套入和脱模，在套入硅胶气囊前，在金属芯模一及金属芯模二外表面以及硅胶气囊内表面均匀涂抹滑石粉；
步骤三：复合材料铺层；将硅胶芯模组件放到工作架上，之后，移入净化间，在环境温湿度条件达到要求时，在硅胶气囊外表面按要求铺贴多组复合材料铺层，每组复合材料铺层的铺层顺序为0°、45°、90°、-45°，每铺贴完一组复合材料铺层，在该组复合材料铺层外表面糊制真空袋并抽负压-0.06～-0.1MPa，保压5-20min进行预压实，在进行下一组复合材料铺层前，拆下真空袋，然后进行下一组复合材料铺层，直至铺层完毕制成半成品；
步骤四：半成品放置在上模体和下模体的型腔内并预压实；将所述半成品放置在所述下模体的型腔内，之后合上所述上模体，用数个螺栓将上模体和下模体紧固连接后为入热压罐前的最后一次预压实；
步骤五：上模体和下模体的组合及固定；打开上模体和下模体，在下模体上端面设有的密封槽内装入密封胶条，然后组合上模体，上模体和下模体用定位销定位，用数个螺栓锁紧固定；用两个卡箍将硅胶气囊两端与金属芯模一以及金属芯模二上的端盖卡紧，不漏气，并且通过金属芯模一的锥型连接凸台和端盖上设有的挡台，限制硅胶气囊在充压缩空气时移动；
步骤六：上模体和下模体抽负压；在上模体和下模体的两端分别糊制真空袋，并且每个真空袋均连接有真空嘴，其中一个真空嘴与气源连接，抽负压-0.085～-0.1MPa，另一个真空嘴连接压力表，以监测负压值情况，确保真空不漏气；
步骤七：固化及脱模；将整套模具放置在热压罐内，连接好真空管路和热电偶，进行半成品固化；使硅胶气囊内腔压力与热压罐内的压力相同，达到0.06MPa，当热压罐内压力加压加到0.2MPa时，保压5min，然后继续加压；当正压达到0.3MPa时，保压10min，再继续加压；当正压达到0.9MPa时开始升温，升温速率1℃/min；当温度达到120℃时，保温保压120min，然后继续升温，当温度达到180℃时保温保压150min，然后开始降温，降温速率1℃/min，降温到80℃以下，压力降低到0MPa时，打开热压罐，待模具温度降低到20℃以下时，进行脱模工作；脱模顺序：
1)将金属芯模一的充气孔与正压管路连接，用压力阀调节进气压力，保证压力在0.15MPa～0.2MPa之间，将金属芯模一和金属芯模二脱出；
2)在硅胶气囊两端糊制真空袋，并抽真空，真空度为-0.05—0.08MPa，将硅胶气囊脱出；
3)拆卸上模体和下模体，取出复合材料管；
4)清理复合材料管表面，去除飞边，按切割线切割零件，至此，完成复合材料管的制备。
本发明相对于现有技术的有益效果是：
1.本发明的方法，巧妙地运用了热压罐内压力，并通过硅胶气囊传递到复合材料铺层上，进而压实复合材料铺层，外表面精度要求高的复合材料管成型难的问题，所制成的复合材料管外壁直径或半径精度达到±0.5mm，壁厚精度是壁厚的5％。
2.本发明中的硅胶气囊，除了传递压力外，还起到限制复合材料铺层在固化过程中的流动，使得复合材料管的壁厚趋于均匀一致。
3.本发明的方法，其关键在于巧妙地运用滑石粉，使得在金属芯模外表面套入硅胶气囊时很顺畅，解决套硅胶气囊时，摩擦力大的难题。
4.本发明的上模体与下模体合模时，巧妙地采用在模具两端打真空袋，使得上下模密封时，操作方便，容易，克服了常规密封条密封难和易漏气的问题。
5.本发明的方法，解决了长径比达900:1的大长径比复合材料管难于成型的问题。
6.本发明的方法，不局限于热压罐成型，也可以用在高温固化炉和常温固化炉上成型。
7.本发明制备的复合材料管，其材料包括但不局限于碳纤维复合材料、玻璃纤维复合材料。
8.本发明所述的复合材料铺层，其铺制方法不局限于预浸料铺贴，也可包括缠丝机缠制和用铺带机铺制。
9.本发明的金属芯模，其材质不仅仅是Q235钢管，也包含其它钢管，如，镀锌管、无缝钢管等。
10.本发明在金属芯模一和金属芯模二的侧壁上设有数个通气孔，可以将空气压力传递到硅胶芯模上，继而传递到复合材料铺层上，目的是压实铺层，减少复合材料铺层分层、空隙、气泡等缺陷。
附图说明
图1是本发明方法中所使用的一种内涨法成型模具的整体结构拆分轴侧图；
图2是图1的A处局部放大图；
图3是本发明方法中所使用的一种内涨法成型模具的整体结构的横截面剖视图；
图4是图1的B处局部放大图；
图5是图2的C处局部放大图。
上述图中涉及的部件名称及标号汇总如下：
下模体1、上模体2、硅胶气囊3、金属芯模4、卡箍5、端盖6、金属芯模一7、金属芯模二8、挡槽一9、挡槽二10、挡键11、通气孔12、溢胶槽13、密封槽14、通风孔15、锥形连接凸台16、加强筋17、复合材料管18、吊装环19。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案作进一步的说明，但并不局限于此，凡是对本发明技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的保护范围中。
具体实施方式一：如图1-图5所示，本实施方式披露了一种利用内涨法成型模具制备复合材料管的方法，所述方法包括如下步骤：
步骤一：金属芯模一7与金属芯模二8的连接；金属芯模一7和金属芯模二8均为金属圆管，且外管径相同，将金属芯模一7一端设置的锥型连接凸台16与金属芯模二8一端设有的锥孔相配合，并且将金属芯模一7的锥型连接凸台16外壁上设有的挡槽一9与金属芯模二8所述一端设有的挡槽二10正对设置并嵌入挡键11(以防止金属芯模一7和金属芯模二8相互间转动)，金属芯模一7另一端设有充气孔，金属芯模二8另一端(通过螺纹)连接有端盖6(必要时在金属芯模二8另一端外壁上缠生胶带，以确保螺纹连接处不漏气)，金属芯模一7及金属芯模二8的侧壁上均设有数个通气孔12；
步骤二：硅胶芯模组件的构成；将硅胶气囊3套入金属芯模一7和金属芯模二8上构成硅胶芯模组件；为便于硅胶气囊3套入和脱模，在套入硅胶气囊3前，在金属芯模一7及金属芯模二8外表面以及硅胶气囊3内表面均匀涂抹滑石粉(以减小摩擦阻力)；
步骤三：复合材料铺层；将硅胶芯模组件放到工作架上，之后，移入净化间，在环境温湿度条件达到要求时，在硅胶气囊3外表面按要求铺贴多组复合材料铺层，每组复合材料铺层的铺层顺序为0°、45°、90°、-45°，每铺贴完一组复合材料铺层，在该组复合材料铺层外表面糊制真空袋并抽负压-0.06～-0.1MPa，保压5-20min进行预压实，在进行下一组复合材料铺层前，拆下真空袋，然后进行下一组复合材料铺层，直至铺层完毕制成半成品；
步骤四：半成品放置在上模体2和下模体1的型腔内并预压实；将所述半成品放置在所述下模体1的型腔内，之后合上所述上模体2，用数个螺栓将上模体2和下模体1紧固连接后为入热压罐前的最后一次预压实；
步骤五：上模体2和下模体1的组合及固定；打开上模体2和下模体1，在下模体1上端面设有的密封槽14内装入密封胶条，然后组合上模体2，上模体2和下模体1用定位销定位，用数个螺栓锁紧固定；用两个卡箍5将硅胶气囊3两端与金属芯模一7以及金属芯模二8上的端盖6卡紧，不漏气，并且通过金属芯模一7的锥型连接凸台16和端盖6上设有的挡台，限制硅胶气囊3在充压缩空气时移动；
步骤六：上模体2和下模体1抽负压；在上模体2和下模体1的两端分别糊制真空袋，并且每个真空袋均连接有真空嘴，其中一个真空嘴与气源连接，抽负压-0.085～-0.1MPa，另一个真空嘴连接压力表，以监测负压值情况，确保真空不漏气；
步骤七：固化及脱模；将整套模具放置在热压罐内，连接好真空管路和热电偶，进行半成品固化；使硅胶气囊3内腔压力与热压罐内的压力相同，达到0.06MPa，当热压罐内压力加压加到0.2MPa时，保压5min，然后继续加压；当正压达到0.3MPa时，保压10min，再继续加压；当正压达到0.9MPa时开始升温，升温速率1℃/min；当温度达到120℃时，保温保压120min，然后继续升温，当温度达到180℃时保温保压150min，然后开始降温，降温速率1℃/min，降温到80℃以下，压力降低到0MPa时，打开热压罐，待模具温度降低到20℃以下时，进行脱模工作；脱模顺序：
1)将金属芯模一7的充气孔与正压管路连接，用压力阀调节进气压力，保证压力在0.15MPa～0.2MPa之间，将金属芯模一7和金属芯模二8脱出；
2)在硅胶气囊3两端糊制真空袋，并抽真空，真空度为-0.05—0.08MPa，将硅胶气囊3脱出；
3)拆卸上模体2和下模体1，取出复合材料管18；
4)清理复合材料管18表面，去除飞边，按切割线切割零件，至此，完成复合材料管18的制备。
具体实施方式二：本实施方式是对具体实施方式一作出的进一步说明，本实施方式的步骤三中，所述环境温湿度条件达到要求时的温度18-22℃，湿度小于25-30％。目的是避免铺层缺陷。
具体实施方式三：本实施方式是对具体实施方式一或二作出的进一步说明，本实施方式的步骤六中，真空袋的制备方法是：在制袋区域粘贴一圈腻子条，再粘贴真空薄膜，再将气源连接到真空膜上连接好的真空嘴，进行抽真空。
本发明中所使用的挡键11为圆柱面连接键。
本发明中，在下模体1和上模体2上均设有吊装环19。
Claims (3)
1.一种利用内涨法成型模具制备复合材料管的方法，其特征在于：所述方法包括如下步骤：
步骤一：金属芯模一(7)与金属芯模二(8)的连接；金属芯模一(7)和金属芯模二(8)均为金属圆管，且外管径相同，将金属芯模一(7)一端设置的锥型连接凸台(16)与金属芯模二(8)一端设有的锥孔相配合，并且将金属芯模一(7)的锥型连接凸台(16)外壁上设有的挡槽一(9)与金属芯模二(8)所述一端设有的挡槽二(10)正对设置并嵌入挡键(11)，金属芯模一(7)另一端设有充气孔，金属芯模二(8)另一端连接有端盖(6)，金属芯模一(7)及金属芯模二(8)的侧壁上均设有数个通气孔(12)；
步骤二：硅胶芯模组件的构成；将硅胶气囊(3)套入金属芯模一(7)和金属芯模二(8)上构成硅胶芯模组件；为便于硅胶气囊(3)套入和脱模，在套入硅胶气囊(3)前，在金属芯模一(7)及金属芯模二(8)外表面以及硅胶气囊(3)内表面均匀涂抹滑石粉；
步骤三：复合材料铺层；将硅胶芯模组件放到工作架上，之后，移入净化间，在环境温湿度条件达到要求时，在硅胶气囊(3)外表面按要求铺贴多组复合材料铺层，每组复合材料铺层的铺层顺序为0°、45°、90°、-45°，每铺贴完一组复合材料铺层，在该组复合材料铺层外表面糊制真空袋并抽负压-0.06～-0.1MPa，保压5-20min进行预压实，在进行下一组复合材料铺层前，拆下真空袋，然后进行下一组复合材料铺层，直至铺层完毕制成半成品；
步骤四：半成品放置在上模体(2)和下模体(1)的型腔内并预压实；将所述半成品放置在所述下模体(1)的型腔内，之后合上所述上模体(2)，用数个螺栓将上模体(2)和下模体(1)紧固连接后为入热压罐前的最后一次预压实；
步骤五：上模体(2)和下模体(1)的组合及固定；打开上模体(2)和下模体(1)，在下模体(1)上端面设有的密封槽(14)内装入密封胶条，然后组合上模体(2)，上模体(2)和下模体(1)用定位销定位，用数个螺栓锁紧固定；用两个卡箍(5)将硅胶气囊(3)两端与金属芯模一(7)以及金属芯模二(8)上的端盖(6)卡紧，不漏气，并且通过金属芯模一(7)的锥型连接凸台(16)和端盖(6)上设有的挡台，限制硅胶气囊(3)在充压缩空气时移动；
步骤六：上模体(2)和下模体(1)抽负压；在上模体(2)和下模体(1)的两端分别糊制真空袋，并且每个真空袋均连接有真空嘴，其中一个真空嘴与气源连接，抽负压-0.085～-0.1MPa，另一个真空嘴连接压力表，以监测负压值情况，确保真空不漏气；
步骤七：固化及脱模；将整套模具放置在热压罐内，连接好真空管路和热电偶，进行半成品固化；使硅胶气囊(3)内腔压力与热压罐内的压力相同，达到0.06MPa，当热压罐内压力加压加到0.2MPa时，保压5min，然后继续加压；当正压达到0.3MPa时，保压10min，再继续加压；当正压达到0.9MPa时开始升温，升温速率1℃/min；当温度达到120℃时，保温保压120min，然后继续升温，当温度达到180℃时保温保压150min，然后开始降温，降温速率1℃/min，降温到80℃以下，压力降低到0MPa时，打开热压罐，待模具温度降低到20℃以下时，进行脱模工作；脱模顺序：
1)将金属芯模一(7)的充气孔与正压管路连接，用压力阀调节进气压力，保证压力在0.15MPa～0.2MPa之间，将金属芯模一(7)和金属芯模二(8)脱出；
2)在硅胶气囊(3)两端糊制真空袋，并抽真空，真空度为-0.05—0.08MPa，将硅胶气囊(3)脱出；
3)拆卸上模体(2)和下模体(1)，取出复合材料管(18)；
4)清理复合材料管(18)表面，去除飞边，按切割线切割零件，至此，完成复合材料管(18)的制备。
2.根据权利要求1所述的一种利用内涨法成型模具制备复合材料管的方法，其特征在于：步骤三中，所述环境温湿度条件达到要求时的温度18-22℃，湿度小于25-30％。
3.根据权利要求1或2所述的一种利用内涨法成型模具制备复合材料管的方法，其特征在于：步骤六中，真空袋的制备方法是：在制袋区域粘贴一圈腻子条，再粘贴真空薄膜，再将气源连接到真空膜上连接好的真空嘴，进行抽真空。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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