CN112297463B - 一种碳纤维复合材料活塞成型工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种碳纤维复合材料活塞成型工艺，包括以下步骤：1）预浸料下料；2）准备铺贴模具；3）预浸料铺贴：3‑1）使用料片铺贴单瓣子模具表面，得到多个单瓣拼接模具；3‑2）使用料片铺贴圆柱形料柱；3‑3）将多个单瓣拼接模具拼接成封闭结构，整体形成圆环形结构，再将圆柱形料柱***中心的通孔内，得到圆柱形料盘；3‑4）使用料片铺贴圆柱形料盘顶面、且延伸铺贴至料盘的外周；3‑5）再在3‑4）得到的铺层上使用料片铺贴顶面、且延伸铺贴至上模的外周；3‑6）再在3‑5）的铺层与3‑4）的铺层之间形成的L形结构面上铺贴料片，且延伸铺贴至料盘的外周；4）固化；5）脱模，本发明制得的活塞大大减轻了重量，水下作业可大大减少能耗。

Description

一种碳纤维复合材料活塞成型工艺
技术领域
本发明涉及一种活塞，特别涉及一种活塞制造工艺。
背景技术
活塞作为常见的零部件存在于各种动力装置中，目前市场最常用的活塞是金属材质，包括铸铁、钢、铝合金等。活塞除了我们熟知的发动装置外，也常用于推动、发射等装置中，很多水下探测、捕捞等装置均采用活塞发射装置。
目前水下捕捞以及探测装置的推动装置采用的活塞均为铝合金材质，其相对钢、铸铁等材质较为优异的性能是不易生锈以及质量偏轻。但在水下推动过程中，其海水的阻力，由其深海环境，使用金属活塞其重量难以减重，相对能耗能较大。
发明内容
本发明的目的是提供一种碳纤维复合材料活塞成型工艺，制得的活塞大大减轻了重量，水下作业可大大减少能耗。
本发明的目的是这样实现的：一种碳纤维复合材料活塞成型工艺，包括以下步骤：
1）预浸料下料，根据不同区域准备好待铺贴的不同形状、尺寸的料片；
2）准备铺贴模具，准备好待铺贴的模具，并清理模具表面，所述模具包括设置在底座上机架，所述底座中心开设圆形模具槽，模具槽内设置有圆柱形下模，下模由多瓣结构相同的子模具拼装而成，且下模的中心开设有通孔，机架上安装有圆柱形上模，上模与下模同轴设置，且上模与下模之间存在间隙，子模具的两侧贴合有楔形块，楔形块与子模具的贴合面为倾斜面，楔形块的外表面向外延伸形成凸台，相邻两楔形块的凸台贴合在一起；
3）预浸料铺贴：
3-1）使用料片铺贴带有楔形块的单瓣子模具表面，得到多个单瓣拼接模具；
3-2）使用料片铺贴用以***下模中心通孔的圆柱形料柱；
3-3）将多个单瓣拼接模具放入底座中心的圆形模具槽内，使得相邻两单瓣拼接模具的凸台贴合后形成封闭结构，整体形成圆环形结构，再将圆柱形料柱***中心的通孔内，得到圆柱形料盘；
3-4）使用料片铺贴圆柱形料盘顶面、且延伸铺贴至料盘的外周；
3-5）再在3-4）得到的铺层上使用料片铺贴顶面、且延伸铺贴至上模的外周；
3-6）再在3-5）的铺层与3-4）的铺层之间形成的L形结构面上铺贴料片，且延伸铺贴至料盘的外周；
4）固化，铺贴完成后，进热压罐固化；
5）脱模，固化结束后，将模具脱离产品，得到全复合材料活塞。
作为本发明的进一步限定，步骤3-1）在铺贴单瓣子模具表面时，凸台的表面不铺贴，通过预浸料下料步骤保证铺贴的料片尺寸。
作为本发明的进一步限定，步骤5）脱模完成后，还需进行机加工步骤，对圆柱形料柱中心开设盲孔，同时对步骤3-6）铺贴的区域沿活塞轴向加工形成环向槽。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：采用本发明工艺可制得全复合材料的活塞，且该活塞能够在-55℃—100℃温度范围内长期使用，其温度环境内的尺寸稳定性要明显优于各种金属；制得的全复合材料比重只有铝合金的60%，同种工况下作业可明显降低能耗。
附图说明
图1为本发明流程图。
图2为本发明中预浸料铺贴步骤剖面对照图。
图3为本发明中热压罐固化曲线图。
图4为本发明加工成的活塞立体结构示意图。
图5为本发明中使用的模具立体结构示意图。
图6为本发明中子模具结构示意图。
图7为本发明中楔形块结构示意图。
其中，1底座，2机架，3下模，31子模具，32楔形块，321凸台，4上模。
具体实施方式
如图1所示的一种碳纤维复合材料活塞成型工艺，包括以下步骤。
1）预浸料下料，根据不同区域，使用绘图软件绘制每一层纤维预浸料的外形，并导入到自动下料机的操作***中，自动下料机按照程序裁剪每块料片，并用在每一片料片上做好记号。
2）准备铺贴模具，准备好待铺贴的模具，如图5-7所示，模具使用前需要使用擦拭纸或干净抹布将模具贴模面上的残余树脂等杂物清理干净，使用擦拭纸蘸取丙酮将模具工作面清洗干净；在模具表面涂覆5遍770NC脱模剂，不能有漏涂的位置，每一遍之间间隔时间不少于15分钟；涂覆完最后一遍脱模剂后，将模具放入烘箱，在120℃下固化30min，所述模具包括设置在底座1上机架2，所述底座1中心开设圆形模具槽，模具槽内设置有圆柱形下模3，下模3由6瓣（不仅仅局限于6瓣，也可为均匀的3-8瓣）结构相同的子模具31拼装而成，且下模3的中心开设有通孔，机架2上安装有圆柱形上模4，上模4与下模3同轴设置，且上模4与下模3之间存在间隙，子模具31的两侧贴合有楔形块32，楔形块32与子模具31的贴合面为倾斜面，楔形块32的外表面向外延伸形成凸台321，相邻两楔形块32的凸台321贴合在一起。
3）预浸料铺贴，如图2所示：
3-1）镶块铺层①：使用料片铺贴带有楔形块32的单瓣子模具31表面，得到多个单瓣拼接模具，每四层预抽1次，实铺厚度6mm；
3-2）中间圆柱铺层②：使用料片铺贴用以***下模3中心通孔的圆柱形料柱，每八层预抽1次，实铺厚度90mm；
3-3） R区铺层③：采用12根10mm宽窄条预浸料制作碳撵丝，填充R区；
3-4）镶块组合铺贴区④：将6个单瓣拼接模具放入底座1中心的圆形模具槽内，使得相邻两单瓣拼接模具的凸台321贴合后形成封闭结构，整体形成圆环形结构，再将圆柱形料柱***中心的通孔内，得到圆柱形料盘，使用料片铺贴圆柱形料盘顶面、且延伸铺贴至料盘的外周，每四层预抽1次，实铺厚度3mm；
3-5）中间厚度补偿区⑤：在铺贴区④上内圈使用料片铺贴顶面；每四层预抽1次，实铺厚度为18mm；
3-6）工作端单独铺层区⑥：在补偿区⑤上使用料片铺贴顶面、且延伸铺贴至上模4的外周，每4层预抽1次，实铺厚度8mm，此区域铺贴好后可与上面已铺的部分合模组合铺贴；
3-7）R区填充⑦：合模组合后需要对R区进行填充，采用12根10mm宽窄条预浸料制作碳撵丝，填充R区；
3-8）组合整体铺层区⑧：在铺贴区④、补偿区⑤、铺层区⑥之间的L形结构面上铺贴料片，且延伸铺贴至料盘的外周，每四层预抽1次，实铺厚度为3mm；
3-9）整体翻边补厚区⑨：在铺层区⑧的L形面上铺贴料片，每四层预抽1次，实铺厚度为7mm；
3-10）工作区补厚区⑩：在补厚区⑨的水平面上铺贴料片，每八层预抽1次，实铺厚度为43mm；
3-11）环向包裹区⑪：在铺层区⑧、补厚区⑨、补厚区⑩的外周铺贴料片，每四层预抽1次，理论厚度为6mm，此区域为保证机加余量实际铺贴厚度8mm。
4）固化，铺贴完成后，制作真空袋，进热压罐固化，固化曲线如图3所示。
5）脱模，固化过程结束后，将产品和模具放置40℃以下方可脱模；安装模具最后先后顺利反向脱模，圆柱形料盘脱模时，先取下子模具31，再取下楔形块32，由于两者之间的贴合面为倾斜面，使得脱模更加方便顺畅。
6）机加工，由于碳纤维复合材料活塞采用真空袋热压罐固化成型工艺，其贴袋面全部留有机加余量，最终产品的外形尺寸还需要加工中心来完成。
7）后期处理，机加完成后的活塞表面会有许多粉末和毛刺，需用对其进行局部打磨和擦拭等工作来进行表面处理工作，最终制得的活塞如图4所示。
本发明的碳纤维复合材料活塞能够在-55℃—100℃温度范围内长期使用，其温度环境内的尺寸稳定性要明显优于各种金属；2.本发明使用的材料比重只有铝合金的60%，同种工况下作业可明显降低能耗。
本发明并不局限于上述实施例，在本发明公开的技术方案的基础上，本领域的技术人员根据所公开的技术内容，不需要创造性的劳动就可以对其中的一些技术特征作出一些替换和变形，这些替换和变形均在本发明的保护范围内。

Claims (3)

1.一种碳纤维复合材料活塞成型工艺，其特征在于，包括以下步骤：
1）预浸料下料，根据不同区域准备好待铺贴的不同形状、尺寸的料片；
2）准备铺贴模具，准备好待铺贴的模具，并清理模具表面，所述模具包括设置在底座上机架，所述底座中心开设圆形模具槽，模具槽内设置有圆柱形下模，下模由多瓣结构相同的子模具拼装而成，且下模的中心开设有通孔，机架上安装有圆柱形上模，上模与下模同轴设置，且上模与下模之间存在间隙，子模具的两侧贴合有楔形块，楔形块与子模具的贴合面为倾斜面，楔形块的外表面向外延伸形成凸台，相邻两楔形块的凸台贴合在一起；
3）预浸料铺贴：
3-1）使用料片铺贴带有楔形块的单瓣子模具表面，得到多个单瓣拼接模具；
3-2）使用料片铺贴用以***下模中心通孔的圆柱形料柱；
3-3）将多个单瓣拼接模具放入底座中心的圆形模具槽内，使得相邻两单瓣拼接模具的凸台贴合后形成封闭结构，整体形成圆环形结构，再将圆柱形料柱***中心的通孔内，得到圆柱形料盘；
3-4）使用料片铺贴圆柱形料盘顶面、且延伸铺贴至料盘的外周；
3-5）再在3-4）得到的铺层上使用料片铺贴顶面、且延伸铺贴至上模的外周；
3-6）再在3-5）的铺层与3-4）的铺层之间形成的L形结构面上铺贴料片，且延伸铺贴至料盘的外周；
4）固化，铺贴完成后，进热压罐固化；
5）脱模，固化结束后，将模具脱离产品，得到全复合材料活塞。
2.根据权利要求1所述的一种碳纤维复合材料活塞成型工艺，其特征在于，步骤3-1）在铺贴单瓣子模具表面时，凸台的表面不铺贴，通过预浸料下料步骤保证铺贴的料片尺寸。
3.根据权利要求1所述的一种碳纤维复合材料活塞成型工艺，其特征在于，步骤5）脱模完成后，还需进行机加工步骤，对圆柱形料柱中心开设盲孔，同时对步骤3-6）铺贴的区域沿活塞轴向加工形成环向槽。
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