CN112810182B - 一种复合材料圆柱体支架的成型方法 - Google Patents

一种复合材料圆柱体支架的成型方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种复合材料圆柱体支架的成型方法，包括1）备料，2）准备模具；3）第一次下料；4）整料制作；5）第二次下料；6）铺层；7）预固化，根据产品厚度预留机加余量，在相应铺层进行预固化，采用硅胶板辅助压实，轴向槽和环向槽填满硅胶板，然后再通过铝板和铁丝固定轴向槽、通过铁丝固定环向槽；制作真空袋，在模具表面依次放置有孔隔离膜、透气毡和隔离膜，通过冷压测试后，进热压罐高压固化；8）最终固化；9）机加；10）防腐层铺贴；11）脱模。本发明方法采用碳纤维预浸料作为原料有效降低了产品的重量，耐化学腐蚀、结构稳定。

Description

一种复合材料圆柱体支架的成型方法
技术领域
本发明涉及一种异形支架的成型方法，特别涉及一种复合材料异形结构件的成型方法。
背景技术
碳纤维增强树脂基复合材料具有高比强、高比模、尺寸稳定、可设计性强等特点，是当今材料研究的热点之一，碳纤维复合材料结构件正在逐步取代金属结构件，近些年在汽车工业、航空航天、轨道交通和武器装备等产业得到了广泛应用。对于复杂的结构件，复合材料的应用往往受限于产品质量，架桥、褶皱、孔隙和富胶等现象严重影响产品质量，以上现象在异形结构件中尤为严重。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术缺陷，提供一种复合材料圆柱体支架的成型方法，满足支架轻量化、耐化学腐蚀、结构稳定等要求。
本发明的目的是这样实现的：一种复合材料圆柱体支架的成型方法，包括以下步骤：
步骤1）备料：从冷库中取出预浸料和胶膜，室温条件下冷却6小时以上待用；
步骤2）准备模具：将模具的铝合金镶块安装紧固、两端的法兰拧紧，使用丙酮将模具表面清理干净，使用脱模剂涂覆模具表面3遍以上；
步骤3）第一次下料：按强度计算的结果，使用自动裁布机将铺层所需的各个角度的预浸料料片剪裁好待用；
步骤4）整料制作：按铺层角度顺序进行合料，在平板模具上第一层铺叠0°，紧接着进行抽真空压实15min，压实的时候依次摆放吸胶布、有孔隔离膜、透气毡；然后依次铺叠-45°、90°和45°，然后进行第二次抽真空压实，时间4h以上；
步骤5）第二次下料：按照尺寸需要制作下料图，将整料裁剪成合适尺寸；
步骤6）铺层：采用两种铺层方法进行交替铺层，第一种方法用于奇数层，轴向整铺，环向拼接；第二种方法用于偶数层，环向整铺，轴向拼接；
步骤7）预固化：根据产品厚度预留机加余量，在相应铺层进行预固化，采用硅胶板辅助压实，轴向槽和环向槽填满硅胶板，然后再通过铝板和铁丝固定轴向槽、通过铁丝固定环向槽；制作真空袋，在模具表面依次放置有孔隔离膜、透气毡和隔离膜，通过冷压测试后，进热压罐高压固化；
步骤8）最终固化：制作真空袋，在模具表面包裹有孔隔离膜和透气毡，根据模具尺寸放置真空嘴，通过冷压测试后，进热压罐最终高压固化；
步骤9）机加：固化结束后，拆除模具上的铝合金镶块，利用车床对复合材料坯料外径机加至图纸尺寸；
步骤10）防腐层铺贴：清理复合材料坯料表面，依次铺贴胶膜和预浸料，每层铺贴结束后需制作真空袋压实；制作真空袋，在复合材料坯料表面分别放置吸胶布和尼龙布；真空袋通过冷压测试后，将模具连同复合材料坯料放进烘箱最终固化；
步骤11）脱模：利用紧固法兰将限位法兰取出，再次装上一端的紧固法兰，利用螺钉通过紧固法兰上的螺纹孔对产品施加力即可将产品从模具上取下来。
本发明采用以上技术方案，与现有技术相比，有益效果为： 本方法采用碳纤维预浸料作为原料有效降低了产品的重量；内表面及外表面采用玻璃纤维/环氧树脂预浸料，提高耐腐蚀性能；采用热压罐工艺成型，降低了复合材料孔隙率，提高其结构强度；提高了小操作空间内预浸料铺贴的准确度和工作效率。通过该方法制作的支架，不含任何金属，密度相对较低，达到质量小轻量化的要求，采用可拆卸镶块控制骨架结构，可有效保证产品的结构尺寸和原料利用率；通过整料制作、预固化，改善了预浸料铺贴过程的操作性，可有效提高生产效率和产品合格率。
为了提高产品的强度，所述步骤4）中铺层角度顺序为0°、-45°、90°和+45°。
为控制铺层质量，所述步骤6）每铺贴4层整料进行一次预抽，预抽过程中采用填充硅胶并加盖随型铝合金板预压。
为了确保复合材料坯料的内部质量和成型效果，所述步骤7）和步骤8）中预固化和固化时采用的压力均是0.6MPa。
为了防止产品损伤，所述步骤11）中产品和紧固法兰之间垫有铜板。
附图说明
图1本发明的模具结构示意图。
图2本发明预固化时模具和复合材料坯料截面图。
图3本发明脱模时复合材料坯料和模具的结构示意图。
图4本发明复合材料支架结构示意图。
其中，1模具，1-1铝合金镶块，2产品，3硅胶板，4铝板，5铜板，6紧固法兰，7限位法兰，8螺钉。
具体实施方式
如图1-3所示的一种复合材料圆柱体支架的成型方法，包括以下步骤：
步骤1）备料：从冷库中取出预浸料和胶膜，室温条件下冷却6小时以上待用；
步骤2）准备模具：将模具的铝合金镶块1-1安装紧固、两端的法兰拧紧，使用丙酮将模具表面清理干净，使用脱模剂涂覆模具表面3遍以上；
步骤3）第一次下料：按强度计算的结果，使用自动裁布机将铺层所需的各个角度的预浸料料片剪裁好待用；
步骤4）整料制作：按铺层角度顺序[0,-45,90，+45]进行合料，在平板模具上第一层铺叠0°，紧接着进行抽真空压实15min，压实的时候依次摆放吸胶布、有孔隔离膜、透气毡；然后依次铺叠-45°、90°和45°，然后进行第二次抽真空压实，时间4h以上；
步骤5）第二次下料：按照尺寸需要制作下料图，将整料裁剪成合适尺寸；
步骤6）铺层：由于支架的结构是“十字交叉型”结构，采用两种铺层方法进行交替铺层，第一种方法用于奇数层，轴向整铺，环向拼接；第二种方法用于偶数层，环向整铺，轴向拼接；为控制铺层质量，每铺贴4层整料进行一次预抽，预抽过程中采用填充硅胶并加盖随型铝合金板预压。
步骤7）预固化：根据产品厚度预留机加余量，在相应铺层进行预固化，产品厚度45mm，预留5mm机加余量，总铺层需要100层，分别于第20层、第40层、第60层和第80层进行预固化，并第100层铺层结束后进行最终固化，对应的厚度分别为10mm、20mm、30mm、40mm和50mm，采用硅胶板3辅助压实，轴向槽和环向槽填满硅胶板3，然后再通过铝板4和铁丝固定轴向槽、通过铁丝固定环向槽；制作真空袋，在模具表面依次放置有孔隔离膜、透气毡和隔离膜，通过冷压测试后，进热压罐高压固化；为了确保产品的内部质量和成型效果，预固化和固化时采用的压力均是0.6MPa；
步骤8）最终固化：制作真空袋，在模具表面包裹有孔隔离膜和透气毡，根据模具尺寸放置真空嘴，通过冷压测试后，进热压罐最终高压固化；
步骤9）机加：固化结束后，拆除模具上的铝合金镶块1-1，利用车床对复合材料坯料外径机加至图纸尺寸；
步骤10）防腐层铺贴：清理复合材料坯料表面，依次铺贴环氧胶膜、玻璃纤维/环氧树脂预浸料，每层铺贴结束后需制作真空袋压实；制作真空袋，在复合材料坯料表面分别放置吸胶布和尼龙布；真空袋通过冷压测试后，将模具连同复合材料坯料放进烘箱最终固化；
步骤11）脱模：利用紧固法兰6可以将限位法兰7取出，再次装上一端的紧固法兰6，利用螺钉8通过法兰上的螺纹孔对产品2施加力即可将产品从模具上取下来，产品2和紧固法兰6之间垫有铜板5，防止产品2损伤。
如图4所示，为脱模后的圆柱体支架，截面圆环外径180mm、内径90mm、厚度20mm，轴向框1350*20*50mm，若后期在支架外表面粘接或装配其他结构件，可取消步骤10。
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 (5)

1.一种复合材料圆柱体支架的成型方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1）备料：从冷库中取出预浸料和胶膜，室温条件下冷却6小时以上待用；
步骤2）准备模具：将模具的铝合金镶块安装紧固、两端的法兰拧紧，使用丙酮将模具表面清理干净，使用脱模剂涂覆模具表面3遍以上；
步骤3）第一次下料：按强度计算的结果，使用自动裁布机将铺层所需的各个角度的预浸料料片剪裁好待用；
步骤4）整料制作：按铺层角度顺序进行合料，在平板模具上第一层铺叠0°，紧接着进行抽真空压实15min，压实的时候依次摆放吸胶布、有孔隔离膜、透气毡；然后依次铺叠-45°、90°和45°，然后进行第二次抽真空压实，时间4h以上；
步骤5）第二次下料：按照尺寸需要制作下料图，将整料裁剪成合适尺寸；
步骤6）铺层：采用两种铺层方法进行交替铺层，第一种方法用于奇数层，轴向整铺，环向拼接；第二种方法用于偶数层，环向整铺，轴向拼接；
步骤7）预固化：根据产品厚度预留机加余量，在相应铺层进行预固化，采用硅胶板辅助压实，轴向槽和环向槽填满硅胶板，然后再通过铝板和铁丝固定轴向槽、通过铁丝固定环向槽；制作真空袋，在模具表面依次放置有孔隔离膜、透气毡和隔离膜，通过冷压测试后，进热压罐高压固化；
步骤8）最终固化：制作真空袋，在模具表面包裹有孔隔离膜和透气毡，根据模具尺寸放置真空嘴，通过冷压测试后，进热压罐最终高压固化；
步骤9）机加：固化结束后，拆除模具上的铝合金镶块，利用车床对复合材料坯料外径机加至图纸尺寸；
步骤10）防腐层铺贴：清理复合材料坯料表面，依次铺贴胶膜和预浸料，每层铺贴结束后需制作真空袋压实；制作真空袋，在复合材料坯料表面分别放置吸胶布和尼龙布；真空袋通过冷压测试后，将模具连同复合材料坯料放进烘箱最终固化；
步骤11）脱模：利用紧固法兰将限位法兰取出，再次装上一端的紧固法兰，利用螺钉通过紧固法兰上的螺纹孔对产品施加力即可将产品从模具上取下来。
2.根据权利要求1所述的一种复合材料圆柱体支架的成型方法，其特征在于，所述步骤4）中铺层角度顺序为0°、-45°、90°和+45°。
3.根据权利要求1所述的一种复合材料圆柱体支架的成型方法，其特征在于，所述步骤6）每铺贴4层整料进行一次预抽，预抽过程中采用填充硅胶并加盖随型铝合金板预压。
4.根据权利要求1所述的一种复合材料圆柱体支架的成型方法，其特征在于，所述步骤7）和步骤8）中预固化和固化时采用的压力均是0.6MPa。
5.根据权利要求1所述的一种复合材料圆柱体支架的成型方法，其特征在于，所述步骤11）中产品和紧固法兰之间垫有铜板。
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