CN114311730A - 复合材料遮光罩、成型模具及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种复合材料遮光罩、成型模具及其制备方法，包括步骤：S1、按照铺层顺序和铺层角度，在水溶性芯模上铺放至少一层预浸料；S2、将各个水溶性芯模依次利用定位轴进行引导穿插，将穿插有水溶性芯模的定位轴分别与上下模板进行固定；S3、按照铺层顺序和铺层角度在完成固定后的水溶性芯模的外表面及翻边法兰的成型面进行蒙皮的铺放；S4、依次安装外分瓣、外加压圈，完成对复合材料遮光罩成型模具的组装；S5、通过成型模具对复合材料遮光罩进行预压实，并进行固化；S6、完成固化后，对模具进行拆卸并用水溶去水溶性芯模。本发明的遮光罩通过预浸料铺放工艺一体成型制得，得到常规工艺无法制作的小尺度复合材料遮光罩。

Description

复合材料遮光罩、成型模具及其制备方法

技术领域

本发明属于复合材料应用技术领域，具体涉及一种复合材料遮光罩、成型模具及其制备方法。

背景技术

树脂基纤维增强复合材料遮光罩以其轻质高强的力学特性、优异的尺寸稳定性，在航空航天、卫星结构、相机结构等领域均有着广泛的应用。

传统的复合材料遮光罩制备工艺有金属对模工艺、真空袋工艺、热压罐工艺、真空注塑工艺，上述工艺适用于大尺寸或者中尺寸复合材料遮光罩(直径约大于150mm)制备，这是因为上述工艺均需采用刚性(金属或者其他材料)内模用于遮光罩的成型，中大型尺寸遮光罩内腔空间充裕，可以允许刚性内模分瓣的安装及脱模操作需求，对于小尺寸(直径小于100mm以内)遮光罩而言，遮光罩内腔操作空间小，不足以支撑刚性内模分瓣的安装及脱模操作；同时传统带有内格栅加强筋的遮光罩其一般采用湿法或干法缠绕预浸丝的方式成型，造成内格栅与蒙皮热胀系数不匹配、力学性能差的缺陷。

发明内容

本发明为了解决上述现有技术中的缺陷，提出了一种复合材料遮光罩、成型模具及其制备方法，能够制备常规工艺无法制作的小尺寸复合材料遮光罩器件，同时相较于传统干法或者湿法缠绕纤维丝成型加强筋的工艺，该方法制备的加强筋热胀系数具有可设计性，其力学性能更佳。为实现上述目的，本发明采用以下具体技术方案：

一种复合材料遮光罩成型模具，包括：上模板、下模板、外加压圈、外分瓣、水溶性芯模和定位轴；

上模板和下模板的预设区域内均对应设置有加压通孔，合模时通过加压通孔对复合材料遮光罩成型模具的轴向进行加压，预设区域为内径大于外分瓣的外径的环形区域；

外加压圈的周向均布压圈螺纹孔，压圈螺纹孔用于通过螺纹件对外分瓣进行径向加压；

外分瓣的半径与外加压圈的半径相适配，外分瓣至少为三个，置于外加压圈的内侧，周向分布在待成型遮光罩的外圆表面；

水溶性芯模位于周向分布的外分瓣内，水溶性芯模的中心轴处设有连接通孔；

定位轴穿过连接通孔，用于连接各个水溶性芯模；

定位轴分别与上模板和下模板连接。

优选地，上模板的加压通孔均布于上模板的圆周；

下模板的加压通孔均布于下模板的圆周上，使螺杆依次穿过上模板的加压通孔和下模板的加压通孔，通过与螺母配合实现对复合材料遮光罩成型模具的轴向加压。

优选地，定位轴的两端均设有定位孔，定位孔用于实现定位轴与上模板和下模板的定位和连接。

优选地，水溶性芯模的外壁设置有凹槽，凹槽的开槽方向指向水溶性芯模的轴心，凹槽用于形成待成型遮光罩内的加强筋型腔。

优选地，上模板、下模板、外加压圈、外分瓣和定位轴均为金属材料。

一种复合材料遮光罩制备方法，包括步骤：

S1、按照第一铺层顺序和铺层角度，在水溶性芯模上铺放预浸料；

S2、将完成铺放预浸料的各个水溶性芯模利用定位轴进行引导穿插，将穿插有水溶性芯模的定位轴的两端与上模板和下模板进行固定；

S3、按照第二铺层顺序和铺层角度在完成固定的水溶性芯模的外表面以及上模板上的翻边法兰的成型面进行蒙皮铺放；

S4、依次安装外分瓣、外加压圈，完成对复合材料遮光罩成型模具的组装；

S5、通过成型模具对复合材料遮光罩进行预压实，并进行固化；

S6、完成固化后，拆卸加压圈、外分瓣、上模板、下模板以及定位轴后用水溶去除水溶性芯模。

优选地，预浸料的单层厚度均为0.05mm-0.2mm，预浸料中纤维的体积含量为60±3％。

优选地，预浸料的纤维为碳纤维、玻璃纤维、石英纤维、高硅氧纤维中的任意一种；

预浸料的树脂为氰酸脂树脂、环氧树脂、双马来酰胺树脂、聚酰亚胺树脂、邻苯二甲氰树脂中的任意一种。

一种复合材料遮光罩，由上述方法制造。

本发明能够取得以下技术效果：

1、本发明的超小尺寸复合材料遮光罩、成型模具及其制备方法，能够制备常规工艺无法制作的小尺度复合材料遮光罩器件，通过预浸料铺放工艺一体成型制得，能够克服传统遮光罩蒙皮与加强筋热胀系数不匹配的缺陷，加强筋与蒙皮具有力学性能更佳的优势。

2、本发明的超小尺寸复合材料遮光罩、成型模具结构简单，造价低廉，同时可以应用在其他航空航天领域的小尺寸复合材料零部件制备上。

附图说明

图1是本发明一个实施例的一种复合材料遮光罩成型模具的整体结构示意图；

图2是图1的A-A处剖视图；

图3是本发明一个实施例的一种复合材料遮光罩制备方法的流程图；

图4是本发明一个实施例的水溶性芯模上凹槽位置的示意图；

图5是本发明一个实施例的复合材料遮光罩的示意图。

附图标记：

上模板1、下模板2、外加压圈3、压圈螺纹孔31、

外分瓣4、水溶性芯模5、凹槽51、定位轴6、定位孔61、

遮光罩7、加强筋71、凹槽72、翻边8、翻边法兰9、翻边法兰的成型面91。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，而不构成对本发明的限制。

本发明的目的是提供一种复合材料遮光罩、成型模具及其制备方法。下面将对本发明提供的一种复合材料遮光罩、成型模具及其制备方法，通过具体实施例来进行详细说明。

图1示出了本发明的一种复合材料遮光罩成型模具的整体结构，结合图2，包括：上模板1、下模板2、外加压圈3、外分瓣4、水溶性芯模5和定位轴6；

水溶性芯模5依次串插在定位轴6上，水溶性芯模5及上模板1上的翻边法兰9的外周依次固定有外分瓣4和外加压圈3，外加压圈3通过对外分瓣4的径向加压，实现对水溶性芯模5以及翻边法兰9的径向的紧固；同时通过设置在定位轴6上的定位孔、上模板1和下模板2上的加压通孔，实现上模板1和下模板2的加压和紧固，完成复合材料遮光罩成型模具的组装。

在本发明的一个优选实施例中，水溶性芯模5的中心轴处设置有连接通孔，连接通孔的直径与定位轴6的直径相适配，使各个水溶性芯模5可以串接在定位轴6上。

同时，定位轴6的两端设有定位孔，定位孔用于将定位轴6与上模板1和下模板2进行定位，同时利用加压螺栓将三者连接。

水溶性芯模5的外周设置有三个外分瓣4，三个外分瓣4将水溶性芯模5合围；

在合围形成的圆柱的三个外分瓣4的外周套有外加压圈3，外加压圈3的周向均布若干个压圈螺纹孔31，压圈螺纹孔31的轴向与外加压圈的径向相同；通过压圈螺纹孔31与相适配的螺栓配合，以及旋紧螺栓实现对外分瓣4的径向加压，使各个外分瓣4与水溶性芯模5间形成的腔体内的复合材料充分接触，保证复合材料成型时的加压压力。

在上模板1和下模板2的预设区域内对应设置若干个加压通孔，合模时通过加压通孔对复合材料遮光罩成型模具的轴向进行加压，预设区域为内径大于外分瓣4的外径的环形区域；

在本发明的一个优选实施例中，上模板1的加压通孔均布于上模板1圆周的一个圆上；下模板2的加压通孔均布于下模板2圆周的一个圆上，两个圆上的加压通孔的位置一一对应，使螺杆能够穿过上模板1上的加压通孔、下模板2上的加压通孔，通过与螺母配合实现对复合材料遮光罩成型模具的轴向加压。

为在待成型的遮光罩7内形成如图5所示的加强筋71，在水溶性芯模5的外壁上设置凹槽51，在本发明的一个优选实施例中，如图4所示，将凹槽51设置在水溶性芯模5的两端，以方便在制备遮光罩7时预浸料的铺放。

为使待成型的遮光罩7具有翻边结构，在上模板1上且与定位轴6固定的一侧，设置翻边法兰。

本发明的复合材料遮光罩成型模具的上模板1、下模板2、外加压圈3、外分瓣4和定位轴6均为金属材料，可以选用模具钢或45号钢。

图3示出了本发明利用上述复合材料遮光罩成型模具制备遮光罩的流程，本发明的复合材料遮光罩通过预浸料铺放工艺一体成型制得，参见图1，包括以下步骤：

S1、按照第一铺层顺序和铺层角度，在水溶性芯模上铺放预浸料。

具体的，分别在水溶性芯模上铺放至少一层预浸料，在本发明的一个优选的实施例中，预浸料为树脂基纤维增强复合材料。

预浸料的纤维为碳纤维、玻璃纤维、石英纤维、高硅氧纤维中的任意一种；预浸料的树脂为氰酸脂树脂、环氧树脂、双马来酰胺树脂、聚酰亚胺树脂、邻苯二甲氰树脂中的任意一种；预浸料的单层厚度均为0.05mm-0.2mm，预浸料中纤维的体积含量为60±3％。

S2、将完成铺放预浸料的各个水溶性芯模利用定位轴进行引导穿插，将穿插有水溶性芯模的定位轴与上模板和下模板进行固定。

在本发明的一个优选实施例中，为了使遮光罩7能够与其它部件进行连接，在上模板的一侧设置翻边法兰，使翻边法兰与定位轴上的外分瓣抵接，形成遮光罩7的翻边8。

进一步的，通过定位轴上的定位孔，利用螺栓完成对水溶性芯模同上模板和下模板的固定。

S3、按照第二铺层顺序和铺层角度在完成固定水溶性芯模的外表面以及翻边法兰的成型面进行蒙皮的铺放。

在本发明的一个优选实施例中，如图2所示，翻边法兰的成型面91为与外分瓣4相抵接的面。

蒙皮的第二铺层顺序和铺层角度可以同步骤S1中的第一铺层顺序和铺层角度相同或不同，蒙皮为与预浸料组份相同的树脂基纤维增强复合材料。

S4、依次安装外分瓣、外加压圈，完成对复合材料遮光罩成型模具的组装。

在完成蒙皮的铺放后，在与上模板和下模板固定的定位轴的外周安装三个外分瓣，在三个外分瓣形成的圆柱体的外表面安装外加压圈，通过压圈螺纹孔，旋紧螺栓对外分瓣进行加压。

S5、通过成型模具对复合材料遮光罩进行预压实，并进行固化。

在本发明的一个优选实施例中，通过旋紧与压圈螺纹孔配合的螺栓，旋紧与穿过上模板和下模板的螺杆配合的螺母，在径向和轴向上同时实现对复合材料遮光罩的预压实。

S6、完成固化后，拆卸加压圈、外分瓣、上模板、下模板以及定位轴后用水溶去水溶性芯模。

在本发明的一个优选实施例中，待遮光罩的固化过程完毕后，旋松螺栓，依次拆卸掉加压圈、外分瓣、上模板、下模板以及定位轴，然后用水溶去水溶性芯模，得到如图5所示的超小尺寸复合材料遮光罩。

一种复合材料遮光罩，利用上述复合材料遮光罩成型模具，使用上述复合材料遮光罩制备方法制备。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

以上本发明的具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何根据本发明的技术构思所作出的各种其他相应的改变与变形，均应包含在本发明权利要求的保护范围内。

Claims (9)

1.一种复合材料遮光罩成型模具，其特征在于，包括：上模板、下模板、外加压圈、外分瓣、水溶性芯模和定位轴；

所述上模板和所述下模板的预设区域内均对应设置有加压通孔，合模时通过所述加压通孔对所述复合材料遮光罩成型模具的轴向进行加压，所述预设区域为内径大于所述外分瓣的外径的环形区域；

所述外加压圈的环向均布有压圈螺纹孔，所述压圈螺纹孔与螺纹件配合对所述外分瓣进行环向加压；

所述外分瓣的半径与所述外加压圈的半径相适配，所述外分瓣至少为三个，均置于所述外加压圈的内侧，周向分布在待成型遮光罩的外圆表面；

所述水溶性芯模位于周向分布的所述外分瓣内，所述水溶性芯模的中心轴处设有连接通孔；

所述定位轴穿过所述连接通孔，用于连接各个水溶性芯模；

所述定位轴分别与所述上模板和所述下模板连接。

2.根据权利要求1所述的复合材料遮光罩成型模具，其特征在于，所述上模板的加压通孔均布于所述上模板的圆周；

所述下模板的加压通孔均布于所述下模板的圆周，使螺杆依次穿过所述上模板的加压通孔和所述下模板的加压通孔；所述螺杆通过与螺母配合实现对所述复合材料遮光罩成型模具的轴向加压。

3.根据权利要求1所述的复合材料遮光罩成型模具，其特征在于，所述定位轴的两端均设有定位孔，所述定位孔用于实现所述定位轴与所述上模板和所述下模板的定位和连接。

4.根据权利要求1所述的复合材料遮光罩成型模具，其特征在于，所述水溶性芯模的外壁设置有凹槽，所述凹槽的开槽方向指向所述水溶性芯模的轴心，所述凹槽用于形成所述待成型遮光罩内的加强筋型腔；

所述上模板的一侧设置有翻边法兰，所述翻遍法兰用于形成所述带成型遮光罩的翻边。

5.根据权利要求1所述的复合材料遮光罩成型模具，其特征在于，所述上模板、所述下模板、所述外加压圈、所述外分瓣和所述定位轴均为金属材料。

6.一种复合材料遮光罩制备方法，其特征在于，包括步骤：

S1、按照第一铺层顺序和铺层角度，在水溶性芯模上铺放预浸料；

S2、将完成铺放预浸料的各个所述水溶性芯模利用定位轴进行引导穿插，将穿插有所述水溶性芯模的定位轴与上模板和下模板进行固定；

S3、按照第二铺层顺序和铺层角度在完成固定的所述水溶性芯模的外表面以及所述上模板上的翻边法兰的成型面进行蒙皮铺放；

S4、依次安装外分瓣、外加压圈，完成对复合材料遮光罩成型模具的组装；

S5、通过成型模具对所述复合材料遮光罩进行预压实，并进行固化；

S6、完成固化后，拆卸所述加压圈、所述外分瓣、所述上模板、所述下模板以及所述定位轴后用水溶去除水溶性芯模。

7.根据权利要求6所述的复合材料遮光罩制备方法，其特征在于，所述预浸料的单层厚度均为0.05mm-0.2mm，所述预浸料中纤维的体积含量为60±3％。

8.根据权利要求6所述的复合材料遮光罩制备方法，其特征在于，所述预浸料的纤维为碳纤维、玻璃纤维、石英纤维、高硅氧纤维中的任意一种；

所述预浸料的树脂为氰酸脂树脂、环氧树脂、双马来酰胺树脂、聚酰亚胺树脂、邻苯二甲氰树脂中的任意一种。

9.一种复合材料遮光罩，其特征在于，由权利要求6-9中任一项的方法制造。

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