CN104015377B - 大阻尼高刚度复合材料多层夹芯精密仪表板制作工艺 - Google Patents

大阻尼高刚度复合材料多层夹芯精密仪表板制作工艺 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种大阻尼高刚度复合材料多层夹芯精密仪表板的制作工艺,蒙皮采用嵌入式共固化复合材料多层阻尼结构,夹芯采用聚甲基丙烯酰亚胺,螺钉套使用钛合金加工而成,为了确保仪表板上孔的位置精度,先加工出上、下两块钢制高刚度的工装面板,通过销钉轴插入钛合金螺钉孔中将预埋件、仪表板和上下工装面板固定,热压罐通过多次抽真空、加压、加温、固化制成大阻尼高刚度复合材料多层夹芯精密仪表板,最后通过对整体仪表板找正、精加工、攻丝、包边和修边完成仪表板的精确制作。这种仪表板及其制作工艺可以广泛地应用在航空航天、高速列车、精密机械等领域,为精密仪器提供一个大阻尼、高精度的安装和支撑环境。

Description

大阻尼高刚度复合材料多层夹芯精密仪表板制作工艺
技术领域
本发明涉及大阻尼、高刚度复合材料技术领域,尤其涉及一种嵌入式共固化大阻尼高刚度复合材料多层夹芯精密仪表板的制作工艺,属于功能复合材料研究领域。
背景技术
在空间技术迅速发展的今天,传统材料已无法满足飞行器轻质、高速、大阻尼性能的设计要求,发展新的复合材料阻尼结构已成为研究热点。由于该结构具有动力学性能好,疲劳寿命长,抗冲击性能高等优点,近年来在高速设备领域得到了广泛地应用。申请人申请的中国发明专利《嵌入式高温共固化大阻尼复合材料及其制备工艺》(ZL201210030874.2)将复合材料力学性能的可设计性和粘弹性材料的高阻尼特性相结合,将粘弹性材料作为复合材料的一层,按照一定的铺层顺序复合,通过热压罐抽真空、高温高压共固化,制成嵌入式大阻尼复合材料,这对于非承载的复合材料蒙皮而言,可以得到单一材料无法比拟的综合力学性能。但是对于承载的复合材料构件来讲,仍存在以下不足之处:
1)承载复合材料构件往往需要较厚的壁板,这会引起整个构件的重量大大增加,从而不能满足对承载和减重性能均有要求的精密仪表板需要,而且将复合材料应用于大阻尼、高刚度复杂结构精密仪表板的研究报道非常罕见。
2)大阻尼、高刚度复合材料多层夹芯结构的精密仪表板上安装有大量精密仪器,而这些仪器的安装位置有严格的公差要求,传统的复合材料结构由于机械加工性能差,很难满足高精度仪器的安装尺寸精度和位置精度要求。
发明内容
本发明的目的是为克服上述现有技术的不足,提供一种大阻尼高刚度复合材料多层夹芯精密仪表板制作工艺。
为实现上述目的,本发明采用下述技术方案:
一种大阻尼、高刚度复合材料多层夹芯精密仪表板制作工艺,包括:
1)使用嵌入式共固化大阻尼复合材料制作所述仪表板的上蒙皮、下蒙皮和中间蒙皮;在热压罐中抽真空、加压、加热共固化而成,实现一次固化工艺;一次固化工艺条件为:真空袋内的真空度为-0.099--0.097MPa,热压罐中气体压力为0.4-0.6MPa,温度要按所使用树脂的固化要求控制热压罐内温度,其升温速率为0.5-3℃/分钟;降温速率为1.5±0.2℃/分钟,在183-190℃时保温4-6小时,在120±2℃时保温0-15分钟,待热压罐内温度降至80-50℃时,卸压冷却,取出嵌入式高温共固化大阻尼复合材料制品;
2)聚甲基丙烯酰亚胺泡沫板下料,按照仪表板的设计要求,制作上、下两块聚甲基丙烯酰亚胺泡沫板并留有加工余量;
3)蒙皮板与聚甲基丙烯酰亚胺泡沫板的粘结,仪表板正面和反面的孔数目和位置不同,同时存在通孔和盲孔,上蒙皮和上聚甲基丙烯酰亚胺泡沫板先采用粘结剂粘结,下蒙皮和下聚甲基丙烯酰亚胺泡沫板同样采用粘结剂粘结;在热压罐中抽真空、加压、加热固化,实现二次固化工艺,其固化工艺参数为:温度180℃,压力0.15~0.30MPa,时间2.5~3.0小时。
4)预埋钛合金螺钉套的孔以及中心孔加工,用高精度的数控加工中心,分别在由上蒙皮和上聚甲基丙烯酰亚胺泡沫板粘结形成的上蒙皮组件以及由下蒙皮和下聚甲基丙烯酰亚胺泡沫板粘结形成的下蒙皮组件上打出正面钛合金螺钉套预埋孔和反面钛合金螺钉套预埋孔;同时在上蒙皮组件、下蒙皮组件和中间蒙皮打上中心孔以及最外圈通孔,并留出粘结余量;
5)加工钛合金预埋套,根据仪表板设计要求,分别加工正面带盲螺纹孔的钛合金螺钉套、反面带盲螺纹孔的钛合金螺钉套和外圈的钛合金螺钉套通孔,并且钛合金螺钉套内孔留有加工余量,以便进一步找正、精加工和攻丝;
6)预埋钛合金螺钉套,将钛合金螺钉套分别预埋在上蒙皮组件、下蒙皮组件和中间蒙皮的预埋位置上,用粘结剂将钛合金螺钉套一端法兰粘在中间蒙皮上,并在螺钉套与预埋孔之间填满粘结剂;
7)加工工装,分别制作2块用于仪表板上的孔定位的工装面板;正面工装面板用于加工仪表板正面孔和外圈通孔以及中心孔,反面工装面板用于加工仪表板反面孔和外圈通孔以及中心孔,在中间蒙皮上打出外圈螺钉套预埋通孔以及中心孔,工装面板上的所有孔的加工由高精度数控加工中心完成,整体仪表板的正面孔、反面孔和外圈通孔的相对位置精度由这两块钢制高刚度的工装面板上孔的加工精度来保证;
8)仪表板整体固化成型,按照正面工装面板、上蒙皮组件、中间蒙皮、下蒙皮组件、反面工装面板顺序排列,将钛合金螺钉套预埋在预先加工好的预埋位置,通过端部带有螺纹的销钉轴和螺母连接,而销钉轴的圆柱头插入到预埋的钛合金螺钉套孔中,以确定正面孔、反面孔和外圈通孔和中心孔的相对位置,再通过热压罐抽真空、加压、加热固化,使仪表板整体固化,实现三次固化成型,其固化工艺参数为:温度180℃,压力0.15~0.30MPa,时间2.5~3.0小时。
9)找正、精加工、攻丝、加工外圆和中心孔,在仪表板整体固化成型后,将仪表板的工装去掉,再在加工中心上对其正面孔进行找正,再对正面的预埋钛合金螺钉套上的孔进行精加工,然后加工出螺纹孔;接着掉头对其反面进行找正,对反面的预埋钛合金螺钉套上的孔进行精加工,然后加工出螺纹孔,最后加工出仪表板的外圆和中心孔,留出包边的余量;
10)整体仪表板包边加工,在U型包边槽和仪表板的外圆上涂上粘结剂,将内部上蒙皮组件、中间蒙皮、下蒙皮组件共5层面板封住,再通过热压罐抽真空、加压、加热固化,使仪表板整体固化成型,实现四次固化成型,其固化工艺参数为:温度180℃,压力0.15~0.30MPa,时间2.5~3.0小时。这样既保证仪表板的美观性,又可以防止水分等沿边缘缝隙进入仪表板内部进而破坏各材料层的层间结合能力,提高了仪表板的整体力学性能。包边完成后对仪表板进行边缘精修,由高精密的数控机床完成,使仪表板外圈尺寸满足公差要求。
所述步骤2)中聚甲基丙烯酰亚胺(PMI)泡沫采用德国进口材料,PMI是一种轻质、闭孔的硬质泡沫塑料,具有良好的力学性能、较高的抗热变形和化学稳定性,是高性能复合材料的理想夹芯。
所述步骤4)中正面钛合金螺钉套的预埋孔、反面钛合金螺钉套的预埋孔应留有加工余量。
所述步骤4)中钛合金螺钉套内孔、仪表板上的预埋孔和步骤7)中工装面板上的孔均由高精密数控机床加工完成,具有很高的加工精度。
所述步骤6)中钛合金螺钉套的预埋,指的是采用高强度粘结剂J116A将其固定在大阻尼高刚度复合材料多层夹芯精密仪表板内。
所述步骤8)销钉轴处与钛合金螺钉套内孔采用H7/h6配合。
本发明的工艺路线是申请人根据自己验证的工艺流程而提出来的,并已成功地制作出了试件。按照上蒙皮、上PMI材料层、中间蒙皮、下PMI材料层、下蒙皮的铺层顺序排列,上下两层工装面板通过带螺纹的销钉轴将多层结构夹紧固定,按照严格的热压罐抽真空、加温、加压固化工艺制成大阻尼高刚度复合材料多层夹芯精密仪表板。这种仪表板及其制作工艺可以广泛地应用在航空航天、高速列车、精密机械等领域,为精密仪表提供一个大阻尼、高精度的安装和支撑条件。
本发明的有益效果:
1、在申请人申请的中国发明专利《嵌入式高温共固化大阻尼复合材料及其制备工艺》(ZL201210030874.2)基础上,给出了结构更为复杂的大阻尼、高刚度复合材料多层夹芯精密仪表板的制作工艺。
2、使用聚甲基丙烯酰亚胺(PMI)材料作为仪表板的上下夹层,不仅提高了仪表板的刚度,还显著地降低了仪表板整体重量,为钛合金螺钉套提供了预埋环境。
3、使用钛合金作为仪表板的螺钉套,并采用高强度粘结剂J116A将其固定在大阻尼高刚度复合材料多层夹芯精密仪表板内,在保证仪表板与精密仪器的连接强度前提下,降低了仪表板的整体重量。与钢相比使用钛合金螺钉套,就能减重60%。
4、通过四次加压、加温、固化工艺,将复合材料、阻尼材料层、聚甲基丙烯酰亚胺(PMI)、高强度粘结剂、钛合金螺钉套等材料结合在一起制成大阻尼、高刚度复合材料多层夹芯精密仪表板,在航空、航天、高速列车、精密仪器等领域有着广泛的应用前景。
附图说明
图1大阻尼、高刚度精密仪表板正面;
图2大阻尼、高刚度精密仪表板反面;
图3大阻尼、高刚度精密仪表板剖切面;
图4仪表板方案1整板热压罐固化工艺装配示意图;
图5仪表板方案2整板热压罐固化工艺装配示意图;
图6大阻尼、高刚度精密仪表板包边工艺示意图;
图7大阻尼、高刚度精密仪表板制作工艺路线图。
图中:1、2、3是嵌入式共固化复合材料上蒙皮、中间蒙皮和下蒙皮;4、5是PMI材料制成上聚甲基丙烯酰亚胺泡沫板和下聚甲基丙烯酰亚胺泡沫板,6是钛合金螺钉套,7是工装上面板,8是工装下面板,9是弹簧垫片,10是螺母,11是端部带螺纹的销钉轴,12是高强度粘结剂J116A,13是包边材料。
具体实施方式
下面结合附图1至图7与实施例对本发明的具体实施方式做进一步说明。
一种大阻尼高刚度复合材料多层夹芯精密仪表板的制作工艺,包括嵌入式共固化大阻尼复合材料蒙皮的制作、PMI材料层下料粘结、钛合金螺钉套制作和预埋、工装的制作使用、整体仪表板的固化、整体仪表板包边和修边等工艺过程,所用材料包括纤维复合材料或编织布复合材料、粘弹性阻尼材料、聚甲基丙烯酰亚胺(PMI)、高强度粘结剂、钛合金等,下面结合具体实例对本发明大阻尼、高刚度复合材料多层夹芯精密仪表板的制作工艺过程做进一步阐述,图1是大阻尼、高刚度精密仪表板正面,图2是大阻尼、高刚度精密仪表板反面,图3是大阻尼、高刚度精密仪表板剖切面,图3中,1、2、3是嵌入式共固化复合材料上蒙皮、中间蒙皮和下蒙皮;4、5是PMI材料制成上夹芯层和下夹芯层,6是钛合金螺钉套。
本发明中的大阻尼、高刚度复合材料多层夹芯精密仪表板具体结构为:仪表板为多层夹芯结构,其纵向断面由上至下依次为上蒙皮层、上聚甲基丙烯酰亚胺层、中间蒙皮层、下聚甲基丙烯酰亚胺层和下蒙皮层,上述各层有机固化在一起,且各层的外部边缘共同设有个包边;
仪表板采用编织布复合材料预浸料时,所述上蒙皮层和下蒙皮层分别包含上下间隔均匀排列的n层复合材料层和n-1层粘弹性阻尼材料层,中间蒙皮层包含上下间隔均匀排列的m层复合材料层和m-1层粘弹性阻尼材料层,m和n表示编织布复合材料预浸料铺设层数;
仪表板采用纤维复合材料预浸料时,所述上蒙皮层和下蒙皮层分别包含上下间隔均匀排列的2n层复合材料预浸料层和n-1层粘弹性阻尼材料层,中间蒙皮层包含上下间隔均匀排列的2m层复合材料层和m-1层粘弹性阻尼材料层,2m和2n表示纤维复合材料预浸料铺设层数;
仪表板的外部边缘设有一圈用于安装仪表板本身的通孔,中心部位设有一个用于上下面之间管线连接的中心通孔,中心通孔采用包边通孔,在中心通孔和最外部的安装通孔之间,仪表板的正反面上分别设有若干用于安装精密仪器的钛合金制作的盲螺纹孔。
复合材料层采用纤维复合材料预浸料或编织布复合材料预浸料,它们都采用等角铺层以减小仪表板各向性能差异,在每四层纤维复合材料的预浸料中间夹杂一层粘弹性阻尼材料,或在每两层编织布复合材料预浸料之间夹杂一层粘弹性阻尼材料,在保证强度、刚度和稳定性条件下提高整体仪表板的阻尼性能。
仪表板外部边缘的一圈通孔中安装有贯穿整个仪表板的钛合金螺钉套(不带螺纹的光孔)。
仪表板设计的第一种方案为:正面上带盲螺纹孔的钛合金螺钉套分别穿过上蒙皮层和上聚甲基丙烯酰亚胺层;仪表板反面上带盲螺纹孔的钛合金螺钉套分别穿过下蒙皮层和下聚甲基丙烯酰亚胺层;这些钛合金螺钉套端部的法兰穿过中间蒙皮层,并通过粘结剂粘结在中间蒙皮层表面,固定高精密仪器的螺钉就安装在钛合金螺钉套的盲螺纹孔中。
仪表板设计的第二种方案为:正面上带盲螺纹孔的钛合金螺钉套分别穿过上蒙皮层和上聚甲基丙烯酰亚胺层;仪表板反面上带盲螺纹孔的钛合金螺钉套分别穿过下蒙皮层和下聚甲基丙烯酰亚胺层,这些钛合金螺钉套端部的法兰未穿过中间蒙皮层,直接通过粘结剂粘结于中间蒙皮层表面,固定高精密仪器的螺钉就安装在钛合金螺钉套的盲螺纹孔中。
大阻尼、高刚度复合材料多层夹芯精密仪表板的制作工艺,具体步骤如下:
1)嵌入式共固化复合材料多层阻尼蒙皮的制作,也就是嵌入式共固化复合材料上蒙皮、中间蒙皮和下蒙皮的制作,这里所述的阻尼材料胶料是由丁基橡胶和氯化丁基橡胶为主要原料的混合物,该混合物的成分配比与申请人申请的中国发明专利《嵌入式高温共固化大阻尼复合材料及其制备工艺》(ZL201210030874.2)相同,具体配方为:成份质量份数比为:丁基橡胶92.5-93.5份;氯化丁基橡胶6.5-7.5份;氯化聚乙烯2.9-3.1份;氧化锌3.9-4.1份;硬脂酸0.8-1份;炭黑50-52份;辛基酚醛树脂5.9-6.1份。将阻尼材料胶料溶于有机溶剂中制成阻尼材料溶液,采用刷涂或喷涂法将阻尼材料溶液涂覆在纤维复合材料或编织布复合材料预浸料表面。本实施例有机溶剂选用120#汽油,按照最佳溶解比例(30g阻尼材料胶料:125ml汽油)制成阻尼材料胶料溶液,在通风良好的环境中采用手工刷涂的方式将阻尼材料溶液涂覆在纤维复合材料或编织布复合材料预浸料表面,本发明仪表板的复合材料预浸料和阻尼材料是均匀间隔分布,且每一层阻尼材料刷涂厚度为0.1mm,若采用编织布复合材料,每一层预浸料厚度为0.23mm,上层蒙皮和下层蒙皮取4层编织布复合材料预浸料和3层阻尼材料共固化,中间蒙皮取5层编织布复合材料预浸料和4层阻尼材料;若采用纤维复合材料,每一层预浸料厚度为0.125mm,上蒙皮层、下蒙皮层和中间蒙皮层都为8层复合材料预浸料和3层阻尼材料,在热压罐中抽真空、加压、加热、固化,制成嵌入式共固化大阻尼复合材料蒙皮,完成第一次固化工艺。
嵌入式共固化大阻尼复合材料的具体制作工艺过程参见中国发明专利《嵌入式高温共固化大阻尼复合材料及其制备工艺》(ZL201210030874.2),主要步骤如下:
(1)根据粘弹性材料成份质量份数比准备原料;
(2)制备混炼胶,先将丁基橡胶和氯化丁基橡胶一起加入密炼机混炼两分钟,然后加入氯化聚乙烯混炼两分钟,混炼均匀后再加入氧化锌和硬脂酸混炼三分钟,然后加入炭黑混炼四分钟,最后加入辛基酚醛树脂,混炼两分钟,确保混炼胶均匀后,从密炼机取出,最后将混炼好的生胶放入双滚筒开炼机上,辊距调至0.6mm-0.8mm,压出混炼胶薄片待用;
(3)粘弹性阻尼材料溶液的制备,将步骤2)制备好的混炼胶薄片加入有机溶剂中,室温下密封静置存放24小时,再用玻璃棒进行搅拌,使混炼胶片完全溶解于有机溶剂中,形成未硫化的粘弹性阻尼材料溶液;
(4)在复合材料预浸料表面刷涂或/和喷涂粘弹性阻尼材料溶液,将步骤3)中制备好的未硫化粘弹性阻尼材料溶液刷涂或/和喷涂在复合材料预浸料表面上,刷涂或/和喷涂前要将溶液搅拌均匀,将刷涂或/和喷涂后的复合材料预浸料放在通风干燥且无浮尘的室温环境中自然晾干,待溶剂完全挥发后再进行下一次的刷涂或/和喷涂,重复上述步骤,直到满足具体设计的涂层厚度要求为止,制好的带阻尼层的复合材料预浸料要在温度为2-8℃、相对湿度为50%-60%环境中封存;
(5)使用时按照设计要求的铺层顺序,铺设好步骤4)中制备好的带阻尼层的复合材料预浸料和不带阻尼层的复合材料预浸料,放入真空袋中,抽真空;
(6)将步骤(5)中的带阻尼层的复合材料预浸料和不带阻尼层的复合材料预浸料放在热压罐中高温共固化,制成嵌入式共固化高阻尼复合材料制品;
步骤(2)中的混炼机设定参数如下:混炼初始温度为85℃,混炼转子转速为60转/分钟。
步骤(4)中在复合材料预浸料表面刷涂或/和喷涂粘弹性阻尼层,对于生产批量不太大、厚度尺寸精度要求比较低的构件,采用手工刷涂;对于大批量生产的构件,采用机械手或机器人进行喷涂,通过控制执行机构喷嘴的运动速度和胶料溶液的浓度,控制单次制作工艺的涂层厚度。
步骤(6)中高温共固化的工艺条件为:真空袋内的真空度为-0.099--0.097MPa,热压罐中气体压力为0.4-0.6MPa,温度要按所使用树脂的固化要求控制热压罐内温度,其升温速率为0.5-3℃/分钟;降温速率为1.5±0.2℃/分钟,在183-190℃时保温4-6小时,在120±2℃时保温0-15分钟,待热压罐内温度降至80-50℃时,卸压冷却,取出嵌入式高温共固化大阻尼复合材料制品。
2)聚甲基丙烯酰亚胺(PMI)板下料,也就是上聚甲基丙烯酰亚胺泡沫板4和下聚甲基丙烯酰亚胺泡沫板5的制作,根据设计要求切割聚甲基丙烯酰亚胺(PMI)板至夹芯尺寸,注意要为后续工艺留出加工余量。
3)蒙皮板与PMI的粘结,本发明仪表板正面和反面的孔数目和位置不同,同时存在通孔和盲孔,结构较为复杂,为了保证孔的加工精度,本实施例中仪表板的上蒙皮和上PMI板采用J116A粘结,下蒙皮和下PMI板也采用J116A粘结。在热压罐中抽真空、加压、加热、固化,制成上蒙皮复合材料组件和下蒙皮复合材料组件,实现二次固化工艺,其固化工艺参数为:温度180℃,压力0.15~0.30MPa,时间2.5~3.0小时。
4)预埋钛合金螺钉套的孔以及中心孔的加工,本发明仪表板正面和反面的孔数目和位置不同,同时存在通孔和盲孔,结构较为复杂,为了保证孔的加工精度,利用高精度的加工中心在上蒙皮复合材料组件上加工出正面钛合金螺钉套预埋孔,在下蒙皮复合材料组件上加工出反面钛合金螺钉套预埋孔,同时在上蒙皮组件、下蒙皮组件和中间蒙皮上打出中心孔以及最外圈通孔,并留出粘结余量。本实施例仪表板外圈有8个通孔,正面内有12个盲螺纹孔,反面内有8个盲螺纹孔,仪表板中间开洞便于精密仪器间走线。
5)钛合金螺钉套预埋件的加工,也就是钛合金螺钉套6的加工,包括螺纹孔和螺钉孔(即光孔),根据仪表板设计要求,分别加工正面钛合金螺钉套、反面钛合金螺钉套和外圈通孔钛合金螺钉套,并且钛合金螺钉套内孔留有一定的加工余量,以便进一步找正、精加工、攻丝,本实施例仪表板外圈有8个钛合金螺钉套通孔,正面内有12个钛合金螺钉套螺纹孔,反面内有8个钛合金螺钉套螺纹孔。
6)钛合金螺套的预埋,将钛合金螺钉套分别预埋在上蒙皮组件、下蒙皮组件和中间蒙皮的预埋位置上,用高强度粘结剂J116A12将钛合金螺钉套一端法兰粘在中间蒙皮上,并在螺钉套与预埋孔之间填满J116A粘结剂12。
7)工装的加工,也就是工装上面板7和工装下面板8的加工,这里的弹簧垫片9,螺母10和端部带螺纹的销钉轴11可选用标准件,工装上面板7和工装下面板8是由2块刚性较强的钢板制成,用于仪表板上所有孔的定位。正面工装面板用于加工仪表板正面孔和外圈通孔以及中心孔,反面工装面板用于加工仪表板反面孔和外圈通孔以及中心孔,刚性较强的工装面板上的所有孔的加工是由高精度数控加工中心来完成,整体仪表板的正面孔、反面孔和外圈通孔的相对位置精度就由这两块刚性很强的工装面板上孔的加工精度来保证。
8)仪表板整体固化成型,按照上工装面板7、上蒙皮组件(包括上蒙皮1和上聚甲基丙烯酰亚胺泡沫板4)、中间蒙皮2、下蒙皮组件(包括下蒙皮3和下聚甲基丙烯酰亚胺泡沫板5)、下工装面板8顺序排列,使用弹簧垫片9、螺母10和端部带螺纹的销钉轴11按照图4和图5两种方案将钛合金螺钉套预埋在预先加工好的预埋位置,通过端部带有螺纹的销钉轴和螺母连接,使销钉轴的圆柱头插入到预埋的钛合金螺钉套6的孔中,而且钛合金螺钉套6与带有螺纹的销钉轴11之间的配合精度为H7/h6,以确定正面孔、反面孔和外圈通孔和中心孔的相对位置,再通过热压罐抽真空、加压、加温、固化,使仪表板整体固化,实现三次固化成型,其固化工艺参数为:温度180℃,压力0.15~0.30MPa,时间2.5~3.0小时。
9)找正、精加工、攻丝、加工外圆和中心孔,在仪表板整体固化成型后,将仪表板的工装去掉,再在加工中心上对仪表板的正面上的孔进行找正,完成正面上钛合金螺钉孔的精加工后,在正面的预埋钛合金螺钉套上加工出螺纹孔;然后掉头对其反面上的孔进行找正,完成反面上钛合金螺钉孔的精加工后,在反面的预埋钛合金螺钉套上加工出螺纹孔;最后加工出仪表板的中心孔和外圆,注意要留出包边的余量。
10)整体仪表板包边和修边,在仪表板整体固化成型后,对其进行包边加工,在U型包边槽和仪表板的外圆上涂上粘结剂J116A,将内部的5层面板封住,这5层面板包括上蒙皮1、上聚甲基丙烯酰亚胺泡沫板4、中间蒙皮2、下聚甲基丙烯酰亚胺泡沫板5、下蒙皮3,如图6所示,再通过热压罐抽真空、加压、加温、固化,使仪表板整体实现第四次固化成型,其固化工艺参数为:温度180℃,压力0.15~0.30MPa,时间2.5~3.0小时。这样既保证仪表板的美观性,又可以防止水分等沿边缘缝隙进入仪表板内部进而破坏各材料层的层间结合能力,提高仪表板的整体力学性能,包边完成后要对仪表板边缘进行精修,由高精密的数控机床完成,使仪表板外圈尺寸满足公差要求。
整体仪表板工艺流程如图7所示。上述虽然结合附图对发明的具体实施方式进行了描述,但并非对本发明保护范围的限制,所属领域技术人员应该明白,在本发明的技术方案的基础上,本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形,如改变钛合金孔的数目、相对位置、改变整体仪表板的几何形状、改变阻尼材料层分布等,仍在本发明的保护范围以内。

Claims (5)

1.一种大阻尼高刚度复合材料多层夹芯精密仪表板制作工艺,其特征是,包括:
1)使用嵌入式共固化大阻尼复合材料制作所述仪表板的上蒙皮、下蒙皮和中间蒙皮;在热压罐中抽真空、加压、加热共固化而成,实现一次固化工艺;一次固化工艺条件为:真空袋内的真空度为-0.099--0.097MPa,热压罐中气体压力为0.4-0.6MPa,温度要按所使用树脂的固化要求控制热压罐内温度,其升温速率为0.5-3℃/分钟;降温速率为1.5±0.2℃/分钟,在183-190℃时保温4-6小时,在120±2℃时保温0-15分钟,待热压罐内温度降至80-50℃时,卸压冷却,取出嵌入式高温共固化大阻尼复合材料制品;
2)聚甲基丙烯酰亚胺泡沫板下料,按照仪表板的设计要求,制作上、下两块聚甲基丙烯酰亚胺泡沫板,并留有加工余量;
3)蒙皮板与聚甲基丙烯酰亚胺泡沫板的粘结,仪表板正面和反面的孔数目和位置不同,同时存在通孔和盲孔,将上蒙皮和上聚甲基丙烯酰亚胺泡沫板采用粘结剂粘结,将下蒙皮和下聚甲基丙烯酰亚胺泡沫板采用粘结剂粘结,在热压罐中抽真空、加压、加热固化,实现二次固化工艺,其固化工艺参数为:温度180℃,压力0.15~0.30MPa,时间2.5~3.0小时;
4)预埋钛合金螺钉套的孔以及中心孔加工,用高精度的数控加工中心,分别在由上蒙皮和上聚甲基丙烯酰亚胺泡沫板粘结形成的上蒙皮组件以及由下蒙皮和下聚甲基丙烯酰亚胺泡沫板粘结形成的下蒙皮组件上打出正面钛合金螺钉套预埋孔和反面钛合金螺钉套预埋孔;同时在上蒙皮组件、下蒙皮组件和中间蒙皮打上中心孔以及最外圈通孔,并留出粘结余量;
5)加工钛合金预埋套,根据仪表板设计要求,分别加工正面带盲螺纹孔的钛合金螺钉套、反面带盲螺纹孔的钛合金螺钉套和外圈的钛合金螺钉套通孔,并且钛合金螺钉套内孔留有加工余量,以便进一步找正、精加工和攻丝;
6)预埋钛合金螺钉套,将钛合金螺钉套分别预埋在上蒙皮组件、下蒙皮组件和中间蒙皮的预埋位置上,用粘结剂将钛合金螺钉套一端的法兰粘在中间蒙皮上,并在螺钉套与预埋孔之间填满粘结剂;
7)加工工装,分别制作2块用于仪表板上孔的定位的工装面板;正面工装面板用于加工仪表板正面孔和外圈通孔以及中心孔,反面工装面板用于加工仪表板反面孔和外圈通孔以及中心孔,在中间蒙皮上打出外圈螺钉套预埋通孔以及中心孔,工装面板上的所有孔的加工由高精度数控加工中心完成,整体仪表板的正面孔、反面孔和外圈通孔的相对位置精度由这两块钢制高刚度的工装面板上孔的加工精度来保证;
8)仪表板整体固化成型,按照正面工装面板、上蒙皮组件、中间蒙皮、下蒙皮组件、反面工装面板顺序排列,将钛合金螺钉套预埋在预先加工好的预埋位置,通过端部带有螺纹的销钉轴和螺母连接,而销钉轴的圆柱头插入到预埋的钛合金螺钉套孔中,以确定正面孔、反面孔和外圈通孔和中心孔的相对位置,再通过热压罐抽真空、加压、加热固化,使仪表板整体固化,实现三次固化成型,其固化工艺参数为:温度180℃,压力0.15~0.30MPa,时间2.5~3.0小时;
9)找正、精加工、攻丝、加工外圆和中心孔,在仪表板整体固化成型后,将仪表板的工装去掉,再在加工中心上对其正面孔进行找正,再对正面的预埋钛合金螺钉套上的孔进行精加工,然后加工出螺纹孔;接着掉头对其反面孔进行找正,对反面的预埋钛合金螺钉套上的孔进行精加工,然后加工出螺纹孔;最后加工出仪表板的外圆和中心孔,留出包边的余量;
10)整体仪表板包边加工,在U型包边槽和仪表板的外圆上涂上粘结剂,将内部上蒙皮组件、中间蒙皮、下蒙皮组件共5层面板封住,再通过热压罐抽真空、加压、加热固化,使仪表板整体固化成型,实现四次固化成型,其固化工艺参数为:温度180℃,压力0.15~0.30MPa,时间2.5~3.0小时;包边完成后对仪表板进行边缘精修,由高精密的数控机床完成,使仪表板外圈尺寸满足公差要求。
2.如权利要求1所述的工艺,其特征是,所述步骤4)中正面钛合金螺钉套的预埋孔、反面钛合金螺钉套的预埋孔和外圈的钛合金螺钉套的预埋孔留有粘结余量。
3.如权利要求1所述的工艺,其特征是,所述步骤5)中正面钛合金螺钉套内孔、反面钛合金螺钉套内孔和外圈的钛合金螺钉套通孔应留有加工余量。
4.如权利要求1所述的工艺,其特征是,所述步骤6)中钛合金螺钉套预埋,指的是采用高强度粘结剂J116A将其固定在大阻尼高刚度复合材料多层夹芯精密仪表板内。
5.如权利要求1所述的工艺,其特征是,所述步骤8)销钉轴处与钛合金螺钉套内孔采用H7/h6配合。
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