CN104669633B - 一种适用于多层、闭环碳带的缠绕工装及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于复合材料成型技术，特别是涉及一种由多层、闭环单向碳带组成的缠绕体制件的缠绕工装及方法。本发明提出了一种适用于多层、闭环碳带缠绕体的缠绕工装和方法，避免了传统缠绕工艺造成的纤维0°方向皱褶、缠绕体厚度超差、成型质量差的缺陷，工艺操作简便易行。

Description

一种适用于多层、闭环碳带的缠绕工装及方法
技术领域
本发明属于复合材料成型技术，特别是涉及一种由多层、闭环碳带组成的大梁带缠绕体制件的缠绕工装及方法。
背景技术
对于一种主要由单向碳带组成的闭环结构，且厚度值较大的缠绕体制件（内部含有金属衬套），结构示意图如图1（缠绕厚度约为14mm），一般的缠绕成型工艺方法为：直接在支撑体（衬套）外侧逐层缠绕碳带预浸料至理论层数，再在外侧使用夹具向缠绕体内部加压将铺层压实。对于单层厚度约为0.13mm的单向碳带，成型如图1所示尺寸的大厚度缠绕体制件时需缠绕110圈以上，手工缠绕过程中因预浸料层间无法完全压紧，会引起多料，即缠绕至理论层数后的厚度值高于理论厚度，该闭环结构向内部加压的过程中会造成多余的料无空间释放，而在内部以及夹具接头处沿着碳带的纤维0°方向产生严重皱褶，影响该制件的成型质量和承力效果。
发明内容
本发明的目的是：提出一种由多层、闭环碳带组成的复合材料缠绕体的高质量缠绕成型及厚度控制的工装及方法。
本发明的技术方案是：如图2，一种适用于多层、闭环碳带缠绕成型的工装，由上模、中模以及下模组成。其中的中模又分为第一内部分块、第二内部分块和一个外部整体压圈。中模主要用于缠绕体的限位，保证理论体积；下模为底板；上模为加压板，用于碳带缠绕后由上至下加压压实，上模的下表面在碳带缠绕体理论体积位置有凸台，凸台高为3-5mm。
一种适用于多层、闭环碳带的缠绕成型方法，包括以下步骤：
第一步，清理模具并刷涂脱模剂，并通过安装在下模体上的衬套定位销将缠绕体内部衬套装到下模体上，同时，将填块卡装在缠绕体内部衬套之间；
第二步，在下模体上，将裁至理论宽度的单向碳带围绕两个缠绕体内部衬套由内而外进行缠绕，直至距离理论厚度0-1mm。此时缠绕的碳带体积已接近理论体积，但碳带还并未缠绕至理论的层数;
第三步，安装中模的第一内部分块、第二内部分块以及外部整体压圈，将第二步缠绕好的碳带限位在理论体积位置；
第四步，将第二步缠绕后剩余层数的碳带继续围绕衬套定位销进行缠绕，该超出理论体积的碳带可在宽度方向若干次次对折后围绕定位销的外壁缠绕在理论体积的上部。
第五步，将上模体与中模体和下模体进行固定。
第六步，将成型模整体移至热压床上，在热压床上加冷压,通过上模板自上而下的压力，利用凸台将多出理论体积的单向碳带材料向下压至理论位置。
第七步，热压床加温加压，成型闭环碳带缠绕体。
本发明的优点是：
1)多层、闭环碳带缠绕体在缠绕中避免产生纤维0°方向皱褶，成型质量好。
2)能控制多层、闭环碳带缠绕体的厚度达到理论厚度值。
3)碳带缠绕体的压实质量好，制件承载能力强。
4)工艺操作简便易行。
附图说明：
图1为实施例多层、闭环碳带缠绕体俯视示意图，其中1为缠绕体内部衬套，2为碳带，3为填块。
图2为实施例多层、闭环碳带缠绕体正视示意图。
图3为实施例多层、闭环碳带缠绕体成型工装结构正视图，其中4为上模体，5为下模体，6为缠绕时多出理论体积的单向碳带材料。
图4为实施例多层、闭环碳带缠绕体成型工装结构正视图，其中7为中模第一内部分块，8为中模第二内部分块，9为中模外部整体压圈。
具体实施方式：
本发明提出了一种适用于多层、闭环碳带缠绕体的缠绕工装和方法，避免了传统缠绕工艺造成的纤维0°方向皱褶、缠绕成型后厚度超差、成型质量差的缺陷，工艺操作简便易行。
实施例：如图1，一种由多层、闭环碳带组成的缠绕体制件，尺寸约为140mm×66mm，单层厚度约为0.13mm的单向碳带围绕两个衬套的缠绕厚度为14mm，碳带裁剪宽度为14mm，碳带理论体积约0.6cm3，理论计算需要缠绕107层。如图3，该碳带缠绕体的缠绕成型工装，由上模、中模以及下模组成。其中的中模又分为第一内部分块、第二内部分块和一个外部整体压圈，中模主要用于缠绕体的限位，保证理论体积；下模为底板；上模为加压板，用于碳带缠绕后由上至下加压压实，上模的下表面在碳带缠绕体理论体积位置有凸台，凸台高为3-5mm。
如图1结构，该多层、闭环碳带缠绕体的缠绕成型方法，包括以下步骤：
第一步，清理模具并刷涂脱模剂，并通过安装在下模体上的衬套定位销将缠绕体内部衬套装到下模体上，同时，将填块卡装在缠绕体内部衬套之间；
第二步，在下模体上，将裁至理论宽度14mm的单向碳带围绕内部两个衬套由内而外进行缠绕，约缠绕92-97层后，碳带缠绕体积接近理论体积，缠绕厚度距离理论厚度0-1mm时，停止缠绕。因手工缠绕力有限，缠绕后的碳带并未完全压实，故此步后还剩余10-15层碳带未缠绕。
第三步，安装中模的第一内部分块、第二内部分块以及外部整体压圈，将第二步缠绕好的碳带限位在理论体积位置；
第四步，将第二步缠绕后剩余10-15层碳带继续围绕衬套定位销进行缠绕，该超出理论体积的碳带可在其宽度方向，即沿纤维0°方向若干次次对折后，在围绕定位销的外壁，缠绕在中模第一、第二内部分块内部碳带理论体积的上部。
第五步，将上模体与中模体和下模体采用模体的定位销进行固定。此步的碳带未压实，上模体与中模体未完全合模到位。
第六步，将成型模整体移至热压床上，在热压床上加冷压,通过上模体自上而下的压力，利用凸台将多出理论体积的10-15层单向碳带材料向下压至理论位置，可避免碳带在纤维的0°方向产生皱褶。
第七步，热压床加温加压，成型闭环碳带缠绕体。

Claims (1)

1.一种适用于多层、闭环碳带的缠绕成型方法，基于一种适用于多层、闭环碳带的缠绕成型工装，由上模、中模以及下模组成；其中的中模又分为第一内部分块、第二内部分块和一个外部整体压圈，中模主要用于碳带缠绕体的限位，保证理论体积；下模为底板；上模为加压板，用于碳带缠绕后由上至下加压压实，上模的下表面在碳带缠绕体理论体积位置有凸台，凸台高为3-5mm，其特征是，包括以下步骤：
第一步，清理模具并刷涂脱模剂，并通过安装在下模体上的衬套定位销将缠绕体内部衬套装到下模体上，同时，将填块卡装在缠绕体内部衬套之间；
第二步，在下模体上，将裁至理论宽度的单向碳带围绕两个缠绕体内部衬套由内而外进行缠绕，直至距离理论厚度0-1mm；此时缠绕的碳带体积已接近理论体积，但碳带还并未缠绕至理论的层数；
第三步，安装中模的第一内部分块、第二内部分块以及外部整体压圈，将第二步缠绕好的碳带限位在理论体积位置；
第四步，将第二步缠绕后剩余层数的碳带继续围绕衬套定位销进行缠绕，该超出理论体积的碳带可在宽度方向若干次对折后围绕定位销的外壁缠绕在理论体积位置的上部；
第五步，将上模体与中模体和下模体进行固定；
第六步，将成型模整体移至热压床上，在热压床上加冷压,通过上模板自上而下的压力，利用凸台将多出理论体积位置的单向碳带材料向下压至理论体积位置；
第七步，热压床加温加压，成型闭环碳带缠绕体。
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