CN104385617B - 一种锥形的金属壳体与玻璃钢防热层形成的复合产品的成型方法 - Google Patents

一种锥形的金属壳体与玻璃钢防热层形成的复合产品的成型方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种锥形的金属壳体与玻璃钢防热层形成的复合产品的成型方法，包括以下步骤：1)锥形的金属壳体的成型；2)锥形的玻璃钢防热层的成型；3)金属壳体和玻璃钢防热层套装在一起。本发明采用套装的方式实现铝合金和玻璃钢防热层复合产品的成型，在锥形的金属壳体的成型及锥形的玻璃钢防热层的成型时分别对各项指标进行控制，保证了金属壳体和玻璃钢防热层的同轴度，确保了产品的质量、质心、质偏和圆度，防止脱粘，解决了小锥度大长度的复合产品成型时存在的技术问题。

Description

一种锥形的金属壳体与玻璃钢防热层形成的复合产品的成型方法
技术领域
本发明属于复合产品成型方法，特别是一种锥形的金属壳体与玻璃钢防热层形成的复合产品的成型方法。
背景技术
锥形的铝合金加玻璃钢防热层的复合产品是目前某类产品广泛应用的一种结构方式，其具有锥度小，长度大的特点。采用带有一定角度重叠缠绕的玻璃钢防热层可以提高该产品防热性能，但相应地固化压力需增大。
复合产品制造时，如果直接在金属壳体上缠绕玻璃纤维带，玻璃纤维带缠绕从大端向小端进行，玻璃纤维带的前端不可避免的产生张角，容易产生贴合不良现象，且玻璃纤维带缠绕时需要加热至一定温度，缠绕完成后需要高温加压固化，由于刚性不足以及两种材料热膨胀系数差异大等因素影响，易导致固化过程中金属壳体失稳和脱粘等缺陷。
发明内容
本发明提出一种小锥度大长度复合产品成型方法，目的在于解决锥形的金属壳体与玻璃钢防热层形成的复合产品成型时存在的技术问题，通过采用套装的方式实现金属壳体和玻璃钢防热层复合产品的成型，保证了金属壳体和玻璃钢防热层的同轴度，确保了产品的质量、质心、质偏和圆度，防止金属壳体与玻璃钢防热层的脱粘。
为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种锥形的金属壳体与玻璃钢防热层形成的复合产品的成型方法，其特征在于：包括以下步骤：
1)锥形的金属壳体的成型：在焊接工装上将锥形的金属壳体焊接成型；
2)锥形的玻璃钢防热层的成型：
2.1)玻璃钢防热层采用芯模缠绕成型，芯模锥度与金属壳体锥度一致，芯模的左端留有圆柱段，用于缠绕后脱模，玻璃钢防热层的总长度大于金属壳体的总长度；
2.2)将芯模在数控缠绕机上固定，在芯模上缠绕玻璃纤维带；
2.3)缠绕完成后将玻璃钢防热层在热压罐内进行固化；
2.4)固化后的玻璃钢防热层脱膜后进行车削成型；
3)金属壳体和玻璃钢防热层套装在一起：
3.1)设计套装工装，套装工装包括与玻璃钢防热层锥度一致的固定套，在固定套内套装玻璃钢防热层；
3.2)对金属壳体的外表面及玻璃钢防热层的内表面进行喷砂处理；
3.3)将金属壳体和玻璃钢防热层进行试套装，套装时金属壳体在玻璃钢防热层的上方，让金属壳体下降套装进玻璃钢防热层内，测量金属壳体与玻璃钢防热层之间的间隙，保证间隙均匀后，竖直吊起金属壳体，标识金属壳体与玻璃钢防热层的相互位置；
3.4)将金属壳体和玻璃钢防热层吊运至烘箱内，在烘箱内采用刮板在金属壳体的外表面及玻璃钢防热层的内表面均匀刮涂一层胶液；
3.5)按照标识的金属壳体与玻璃钢防热层的相互位置，将金属壳体再次套装进玻璃钢防热层内，在金属壳体的大端加上配重块，测量金属壳体与玻璃钢防热层之间的间隙，使间隙均匀，调整至间隙不大于0.7mm后加热使胶液固化。
优选地，步骤1)中的焊接工装包括中轴、多个定位撑盘、多个活动链环及多个限位压盘，定位撑盘和活动链环用于焊接时安装到中轴上来支撑蒙皮和框体，限位压盘用于限制框体沿中轴轴向的位移，定位撑盘和活动链环的外侧圆周面上均设置有环形槽。
优选地，步骤1)中金属壳体的焊接成型方法如下：金属壳体包括骨架和蒙皮，骨架包括两个以上的框体，框体在焊接工装上左右布置；焊接成型时，定位撑盘和活动链环可拆卸安装到中轴上，用于支撑框体靠近蒙皮的端部及蒙皮靠近支撑框体的端部，在定位撑盘或活动链环的环形槽处将该两个端部焊接在一起。
优选地，焊接采用氩弧焊，焊接参数为：焊接电流80A～180A，离子气流量在2～4L/min，焊接速度为0.10～0.2m/min，送丝速度0.4～0.9m/min。
优选地，步骤2.1)中，玻璃纤维带缠绕在芯模上时采用斜缠的方式，斜缠角度设定为14°～17°。
优选地，步骤2.2)中，在数控缠绕机上设定缠绕速度在9r/min以内、热辊压力为0.1～0.3MPa、热辊温度为室温～240℃。
优选地，步骤1.1)中，所述活动链环由四块弧形块通过销轴相互铰接而成，所述销轴可拆卸连接在弧形块上。
优选地，步骤3.5)中，所述配重块与金属壳体之间设置有垫圈。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：
1)在锥形的金属壳体的成型时，设计了专门的焊接工装来进行框体和蒙皮的焊接，保证了焊接质量，焊接工艺能得到较好的控制；
2)在进行玻璃钢防热层的成型时，通过在设定合理的工艺参数，使得玻璃钢防热层的成型质量得到较好的控制；
3)采用套装的方式实现铝合金和玻璃钢防热层复合产品的成型，在锥形的金属壳体的成型及锥形的玻璃钢防热层的成型时分别对各项指标进行控制，保证了金属壳体和玻璃钢防热层的同轴度，确保了产品的质量、质心、质偏和圆度，防止脱粘，解决了小锥度大长度复合产品成型时存在的技术问题。
附图说明
图1是本发明中框体I、蒙皮I、框体II的环缝焊接时的示意图；
图2是本发明中框体II、蒙皮II和框体III的环缝焊接时的示意图；
图3是本发明中框体III、蒙皮III、框体Ⅳ的环缝焊接时的示意图；
图4是本发明中框体Ⅳ、蒙皮IV、框体Ⅴ的环缝焊接时的示意图；
图5是本发明中玻璃纤维带缠绕时的示意图；
图6是本发明中金属壳体套装进玻璃钢防热层时的示意图；
图7是本发明中活动链环的示意图。
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仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
如图1～图5所示，一种小锥度大长度复合产品成型方法，包括以下步骤：
1)金属壳体2成型方法：
1.1)金属壳体2采用骨架和蒙皮的焊接结构成型，首先需对金属壳体2的蒙皮及各框体的质量进行控制，在焊接前对其进行称重，选配，控制金属壳体2质量质心符合分解指标要求；
1.2)设计制造壳体环缝专用的焊接工装1，控制焊接变形，保证焊接质量及精度；现在结合多个框体和多个蒙皮的焊接成型方法来具体描述；
其中，骨架按从左至右的顺序包括框体I21、框体II22、框体III23和框体Ⅳ24。蒙皮I25、蒙皮II26、蒙皮III27和蒙皮IV28按从左至右的顺序布置，活动链环I11、活动活动链环II12、活动链环III13、活动链环Ⅳ14和活动链环Ⅴ15按从左至右的顺序布置。金属壳体2整体呈锥形，按从左至右的方向，金属壳体2的半径逐渐增大。参照图7，每个活动链环的形状构造基本一致，活动链环均是由四块弧形块102通过销轴103相互铰接而成，弧形块102的外侧弧面上设置弧形凹槽，四个弧形凹槽组在一起形成一环形槽。销轴103可拆卸连接在弧形块102上，拔出销轴103后，活动链环上的弧形块102可以分离，活动链环可以从焊接工装1上取下来。活动链环或定位撑盘在需要使用时才可拆卸连接到中轴101上起支撑作用，某处焊接完成后可以再从中轴101上拆下。
参照图1，框体I21、蒙皮I25、框体II22的环缝焊接中，蒙皮I25的左右二端的撑紧分别采用活动链环I11和活动活动链环II12，框体I21的左侧采用可轴向移动、能从左往右压紧框体I21的限位压盘I16，限位压盘I16键连接在中轴101上，有圆螺母113螺纹连接在中轴101上并能在转动时推动限位压盘I16向右运动。限位压盘I16上设置有台阶I，框体I21的左端部搁置台阶I上；框体II22采用限位压盘II17固定，限位压盘II17上设置有台阶II，框体II22的右端部搁置在台阶II上，焊接时，框体I21的右端部与蒙皮I25的左端部在活动链环I11上的环形槽处焊接，框体II22的左端部与蒙皮I25的右端部在活动活动链环II12上的环形槽处焊接。
框体I21、蒙皮I25、框体II22的环缝焊接焊接完成后，拆除活动链环I11和活动活动链环II12，然后再进行框体II22、蒙皮II26、框体III23环缝焊接。
参照图2，框体II22、蒙皮II26和框体III23环缝焊接中，蒙皮II26的左端采用定位撑盘I18支撑，右端采用活动链环III13支撑；框体III23的右侧采用限位压盘III110进行限位；框体II22还采用辅助定位撑盘进行定位；框体II22的右端部和蒙皮II26的左端部在定位撑盘I18上的环形槽处焊接，框体III23的左端部和蒙皮II26的右端部在活动链环III13上的环形槽处焊接。
框体II22、蒙皮II26和框体III23环缝焊接完成后，拆掉活动链环III13，然后进行框体III23、蒙皮III27、框体Ⅳ24的环缝焊接。
参照图3，框体III23、蒙皮III27、框体Ⅳ24环缝焊夹设计中，蒙皮III27的左右两端分别采用定位撑盘II19和活动链环Ⅳ14支撑；框体Ⅳ24的右端采用限位压盘IV111进行限位；焊接时框体III23的右端部与蒙皮III27的左端部在定位撑盘II19的环形槽处焊接，蒙皮III27的右端部与框体Ⅳ24的左端部在活动链环Ⅳ14的环形槽处焊接。焊接完成后，拆掉活动链环Ⅳ14，然后进行框体Ⅳ24、蒙皮IV28、框体Ⅴ29的焊接。
参照图4，框体Ⅳ24、蒙皮IV28、框体Ⅴ29的环缝焊接中，蒙皮IV28的左右两端分别采用定位撑盘III112和活动链环Ⅴ15；框体Ⅴ29的右端采用限位压盘Ⅴ114进行限位；焊接时框体Ⅳ24的右端部与蒙皮Ⅳ的左端部在定位撑盘III112的环形槽处焊接，蒙皮IV28的右端部与框体Ⅴ29的左端部在活动链环Ⅴ15的环形槽处焊接。
1.3)焊接参数设计是减小壳体变形量的关键，焊接前对焊接电流、离子气流量、焊接速度、送丝速度进行设置，要求焊接电流在80A～180A之间，离子气流量在2～4L/min之间，焊接速度0.1～0.2m/min之间，送丝速度0.4～0.9m/min之间；
1.4)焊前利用热机试片热机，时间不低于30min，直到焊缝成型均匀，并有金属光泽；
1.5)每部分焊接前均进行定位焊，校正后进行正式焊接。
2)玻璃钢防热层3成型
2.1)参照图5，采用芯模4缠绕成型，芯模4锥度与金属壳体2外形面锥度一致，芯模4前端留有圆柱段41，便于缠绕后脱模；
2.2)将芯模4在数控缠绕机上固定，缠绕前进行对刀，采用斜缠的方式，斜缠角度θ设定为14°～17°；注意缠绕时，玻璃钢防热层3沿芯模4轴向的总长度要大于金属玻璃钢防热层3的总长度，以便在二者的套装成型完成后，玻璃钢防热层3的两端留有一定余量进行加工，以便金属壳体2与玻璃钢防热层3的两端平齐；在数控缠绕机上设定合理的缠绕速度在9r/min以内、热辊5的压力为0.1～0.3MPa和热辊5的温度为室温～240℃；
2.3)将在热压罐内进行固化，按设定的温度曲线控制；
2.4)对固化后的玻璃钢防热层3进行车削成型，满足尺寸要求。
3)套装
3.1)参照图6，利用玻璃钢防热层3锥度一致的套装工装6，套装工装6包括与玻璃钢防热层3锥度一致的固定套61，在固定套61内套装玻璃钢防热层3，用于玻璃钢防热层3的固定；
3.2)对金属壳体2的外表面及玻璃钢防热层3的内表面进行喷砂处理，使腔接面有适当的粗糙度，增大胶接面积，提高胶接强度。套装时采用小端在下、大端在上、竖直套装的方案；
3.3)金属壳体2、玻璃钢防热层3先进行试套装，寻找最佳套装位置，即套装间隙均匀，标识金属壳体2与玻璃钢防热层3相互位置；
3.4)在烘箱内采用刮板在金属壳体2外表及玻璃钢防热层3内表面均匀刮涂一层胶液；
3.5)在金属壳体2的大端加上配重块7，所述配重块7与金属壳体2之间设置有垫圈71，测量金属壳体2与玻璃钢防热层3的间隙，若间隙不合格，增加配重的重量将金属壳体2继续往下压，并调整四周间隙均匀性，调整至间隙不大于0.7mm后加热固化。
下面结合一具体尺寸的产品来介绍本发明。
某小锥度大长度的产品的金属壳体2产品的外形为锥形，其大端直径Φ902mm，小端直径Φ504mm，长度2800mm，其上的金属壳体2蒙皮厚度为3.3mm。要求其满足质量控制范围±3kg，质心范围±5mm，径向质偏不大于1mm，圆度要求为1.0mm。针对此小锥度大长度的外形特点，质量质心要求严格，以及薄壁金属壳体2的结构，给复合产品成型提高了技术难度。
而采用芯模4缠绕成型并一起固化，芯模4可以提供足够的刚性，能有效避免玻璃钢防热层3壳体固化时的失稳问题。套装时如控制到位也可避免脱粘等问题。因此，采用套装方案已成为锥形复合产品成型的首选方案。
首先，小锥度大长度的复合产品成型，需要保证金属壳体2与玻璃钢防热层3接触面具有良好的贴合性，间隙要求不大于0.7mm，金属壳体2外型面和玻璃钢防热层3内型面成型精度是影响套装质量的重要因素。金属壳体2采用蒙皮与机械加工的框体分段焊接成型，为满足壁厚均匀性要求外表面在焊后未加工，因此其外形精度较差；玻璃钢防热层3采用芯模4成型，成型后对其外表面进行机械加工，芯模4的精度对其内形面影响较大，因此，金属壳体2外表面和玻璃钢防热层3内表面精度控制是复合产品成型的关键因素。
其次，套装过程中，需确保金属壳体2与玻璃钢防热层3的轴线重合，防止倾斜套装现象。
最后，复合成型的产品与整体成型的产品相比，影响其质量质心的因素增加，需要对产品各组成部分的质量质心进行指标分解，也需要提高各组成部分的制造精度，从而使复合产品指标的总体指标得到保障。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种锥形的金属壳体与玻璃钢防热层形成的复合产品的成型方法，其特征在于：包括以下步骤：
1)锥形的金属壳体的成型：在焊接工装上将锥形的金属壳体焊接成型；
2)锥形的玻璃钢防热层的成型：
2.1)玻璃钢防热层采用芯模缠绕成型，芯模锥度与金属壳体锥度一致，芯模的左端留有圆柱段，用于缠绕后脱模，玻璃钢防热层的总长度大于金属壳体的总长度；
2.2)将芯模在数控缠绕机上固定，在芯模上缠绕玻璃纤维带；
2.3)缠绕完成后将玻璃钢防热层在热压罐内进行固化；
2.4)固化后的玻璃钢防热层脱膜后进行车削成型；
3)金属壳体和玻璃钢防热层套装在一起：
3.1)设计套装工装，套装工装包括与玻璃钢防热层锥度一致的固定套，在固定套内套装玻璃钢防热层；
3.2)对金属壳体的外表面及玻璃钢防热层的内表面进行喷砂处理；
3.3)将金属壳体和玻璃钢防热层进行试套装，套装时金属壳体在玻璃钢防热层的上方，让金属壳体下降套装进玻璃钢防热层内，测量金属壳体与玻璃钢防热层之间的间隙，保证间隙均匀后，竖直吊起金属壳体，标识金属壳体与玻璃钢防热层的相互位置；
3.4)将金属壳体和玻璃钢防热层吊运至烘箱内，在烘箱内采用刮板在金属壳体的外表面及玻璃钢防热层的内表面均匀刮涂一层胶液；
3.5)按照标识的金属壳体与玻璃钢防热层的相互位置，将金属壳体再次套装进玻璃钢防热层内，在金属壳体的大端加上配重块，测量金属壳体与玻璃钢防热层之间的间隙，使间隙均匀，调整至间隙不大于0.7mm后加热使胶液固化。
2.根据权利要求1所述的一种锥形的金属壳体与玻璃钢防热层形成的复合产品的成型方法，其特征在于：步骤1)中的焊接工装包括中轴、多个定位撑盘、多个活动链环及多个限位压盘，定位撑盘和活动链环用于焊接时安装到中轴上来支撑蒙皮和框体，限位压盘用于限制框体沿中轴轴向的位移，定位撑盘和活动链环的外侧圆周面上均设置有环形槽。
3.根据权利要求2所述的一种锥形的金属壳体与玻璃钢防热层形成的复合产品的成型方法，其特征在于：步骤1)中金属壳体的焊接成型方法如下：金属壳体包括骨架和蒙皮，骨架包括两个以上的框体，框体在焊接工装上左右布置；焊接成型时，定位撑盘和活动链环可拆卸安装到中轴上，用于支撑框体靠近蒙皮的端部及蒙皮靠近支撑框体的端部，在定位撑盘或活动链环的环形槽处将该两个端部焊接在一起。
4.根据权利要求3所述的一种锥形的金属壳体与玻璃钢防热层形成的复合产品的成型方法，其特征在于：焊接采用氩弧焊，焊接参数为：焊接电流80A～180A，离子气流量在2～4L/min，焊接速度为0.10～0.2m/min，送丝速度0.4～0.9m/min。
5.根据权利要求1所述的一种锥形的金属壳体与玻璃钢防热层形成的复合产品的成型方法，其特征在于：步骤2.1)中，玻璃纤维带缠绕在芯模上时采用斜缠的方式，斜缠角度设定为14°～17°。
6.根据权利要求1所述的一种锥形的金属壳体与玻璃钢防热层形成的复合产品的成型方法，其特征在于：步骤2.2)中，在数控缠绕机上设定缠绕速度在9r/min以内、热辊压力为0.1～0.3MPa、热辊温度为室温～240℃。
7.根据权利要求2所述的一种锥形的金属壳体与玻璃钢防热层形成的复合产品的成型方法，其特征在于：所述活动链环由四块弧形块通过销轴相互铰接而成，所述销轴可拆卸连接在弧形块上。
8.根据权利要求1所述的一种锥形的金属壳体与玻璃钢防热层形成的复合产品的成型方法，其特征在于：步骤3.5)中，所述配重块与金属壳体之间设置有垫圈。
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