CN105773997B - 一种用于成型全复合材料壳体的芯模装置 - Google Patents

一种用于成型全复合材料壳体的芯模装置 Download PDF

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Abstract

本发明一种用于成型全复合材料壳体的芯模装置属于复合材料技术领域，涉及一种用于成型全复合材料壳体的芯模装置。芯模装置中，金属转轴穿过气囊的环形中心囊，定位部件安装在气囊左端封头上，固定部件安装在气囊右端封头上，气压稳定部件通过卡子与气囊的支管紧固在一起，安装在固定法兰右侧。芯模装置的气囊充入了轻质气体，极大降低了芯模装置的整体重量，由于气体浮力作用也减少了对金属转轴挠度的影响，从而保证了成型壳体的精度。整体芯模装置重量低、惯性小，使得成型过程中操作简便、可控性强。芯模装置结构简单实用易于操作和推广，容易拆卸脱模可以避免工人进入芯模内部操作，降低了生产作业难度，提高生产效率。

Description

一种用于成型全复合材料壳体的芯模装置
技术领域
本发明属于复合材料技术领域，涉及一种用于成型全复合材料壳体的芯模装置。
背景技术
复合材料壳体具有力学性能高、比重量小、可设计性强等优点，在军事、日常都具有广泛的应用前景。全复合材料壳体，尤其是具有中间直径大、前后封头型面小，甚至长径比大于4时，对内部容积起膨胀扩充作用的芯模装置的设计将至关重要，既要求其具有较高的强度，又要方便成型后脱模。目前通常选用金属或水溶性材料作为芯模材料，对于拆卸金属芯模的方法是工人进入芯模内腔，松开固定螺丝分别拆分芯模。例如陈高、杨江波在《碳纤维缠绕可以芯模及成型工装设计》，航天制造技术，2011.2，提出了金属骨架石膏面层可拆卸芯模成型设计；但是该芯模装置内部空间不仅狭小不便操作，而且内部空气环境非常差，拆卸芯模是一项费时费力的工作；此外，对于长度大于2m的大型全复合材料壳体的芯模的重量急剧增加，不仅增加芯模的制造成本和难度，也导致中心转轴产生较大挠度从而影响成型壳体的精度；复合材料在固化反应过程中容易与芯模装置相粘连，将会使得中心轴拆卸难度增加，从而使得成型生产成本增加。因此，设计一种高质高效成型全复合材料壳体的芯模装置在成型工艺中具有重大应用价值。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术中存在的芯模结构复杂拆卸难度大，重量大引起中心转轴挠度大，惯性大致使可控性低等问题，发明一种用于成型全复合材料壳体的芯模装置，该装置结构重量小、可控制性强、芯模拆卸简便、生产效率高，且适用于成型大型全复合材料壳体的芯模装置。
本发明的技术方案一种用于成型全复合材料壳体的芯模装置，其特征是，芯模装置中，金属转轴1穿过气囊3的环形中心囊，定位部件2安装在气囊3左端封头上，固定部件4安装在气囊3右端封头上，气压稳定部件5通过卡子501与气囊3的支管紧固在一起，安装在固定法兰401右侧；在金属转轴1的左段和右段上分别开有一个环形槽和一个平键槽；
所述气囊3为环形可充气气囊，气囊3具有环形中心囊，其左右端处厚度增加，并开设均布螺栓孔，右端封头有一个支管，通过支管管口充入轻质气体6后气囊3外环尺寸与预成型壳体的内壁尺寸一致；
所述定位部件2中，一个定位平键204安装在金属转轴1的左段的平键槽中，定位法兰201为圆环形，其厚度和外环直径尺寸根据预成型壳体尺寸设计，圆面上开设与气囊3上左端封头上螺栓孔相对应的通孔，内环开有平键槽；定位法兰201通过定位平键204安装在金属转轴1上，并通过均布的定位螺栓203将定位法兰201与气囊3左端封头固定；定位轴向挡圈202安装在金属转轴1的左段环形槽中，采用定位轴向挡圈202对定位法兰201进行轴向定位；
所述固定部件4中，一个固定平键404安装在金属转轴1的右段的平键槽中，固定法兰401为圆环形，其厚度和外环直径尺寸根据预成型壳体尺寸设计，圆面上开设与气囊3上右端封头上螺栓孔相对应的通孔，内环开有平键槽；固定法兰401通过一个固定平键404安装在金属转轴1上，并通过均布的固定螺栓403将固定法兰401与气囊3右端封头固定；固定轴向挡圈402安装在金属转轴1的右段环形槽中，采用固定轴向挡圈402对固定法兰401进行轴向定位；安装在卡子501上的支管405的一端穿过固定法兰401上的通孔装在气囊3右端封头中，另一端装在气压稳定部件5的气压阀体503的左气口P中；
所述气压稳定部件5根据压力计502的设定值自动调节开闭，气压稳定部件5中，气压阀体503具有左、右气口P、Q和孔阀门505，单向阀口509开在气压阀体503的内壁上；压力计502安装在气压阀体503上部，阀芯508安装在气压阀体503内，弹簧504一端安装在压力计502的下方，弹簧另一端安装在阀芯508上面；球阀507安装在单向阀口509中，球弹簧506一端安装在气压阀体503的下内壁上，球弹簧506另一端顶在球阀507上。
本发明与现有技术相比具有以下的有益效果是气囊可以根据预制壳体尺寸特点设计不同气囊尺寸和厚度尺寸，可用于前后封头型面不对称、无筒身段等各种尺寸大小的壳体成型。当用于大型壳体成型时，使用的气囊充入了轻质气体，降低了芯模装置的整体重量，由于浮力作用也减少了对金属转轴挠度的影响，从而保证了成型壳体的精度；整体芯模装置重量低、惯性小，使得成型过程中操作简便、可控性强；芯模装置结构简单实用易于操作和推广，容易拆卸脱模可以避免工人进入芯模内部操作，降低了生产作业难度，提高生产效率。
附图说明
图1为芯模装置气囊充气后的整体结构示意图，图2为芯模装置气囊充气后的整体结构剖面图，图3为气压稳定部件的排气状态，图4为气压稳定部件的进气状态。
图中：1‐金属转轴；2‐定位部件；201‐定位法兰；202‐定位轴向挡圈；203‐定位螺栓；204‐定位平键；3‐气囊；4‐固定部件；401‐固定法兰；402‐固定轴向挡圈；403‐固定螺栓；404‐固定平键，405‐支管；5‐气压稳定部件，501‐卡子；502‐压力计；503‐气压阀体；504‐弹簧；505‐孔阀门；506‐球弹簧；507‐球阀，508‐阀芯，509单向阀口；6‐轻质气体，P、Q‐左、右气口。
具体实施方式
以下结合附图和技术方案对本发明进行进一步详细的说明。
本实施例中，金属转轴1穿过气囊3中心轴，气囊3左端封头安装定位部件2，在金属转轴1上，采用定位轴向挡圈202对定位法兰201进行轴向定位，采用定位平键204对定位法兰201进行周向定位；采用6个的定位螺栓203将气囊3左端封头与定位法兰201固定；气囊3右端封头安装固定部件4，在金属转轴1上，采用固定轴向挡圈402对固定法兰401进行轴向定位，采用固定平键404对固定法兰401进行周向定位；采用6个的固定螺栓403将气囊3右端封头与固定法兰401固定；采用喉筛501将气压稳定部件5的左端与气囊3支管紧固在一起，经过气压稳定部件5充入1MPa氮气6使气囊3膨胀到预定尺寸，长度为8000mm、直径为2000mm、封头半径为3000mm，将此时压力1MPa作为压力计502的设定值，始终维持恒定不变，形成芯模装置。
预成型内壁长度为8000mm、直径为2000mm、两封头半径为3000mm、两封头型面开口直径300mm、厚度为10mm的碳纤维酚醛树脂基复合材料壳体可确定实施例中的金属转轴1采用长度10000mm，直径为200mm，壁厚为20mm的管，在其上开设2个相距8172mm的轴向挡圈槽，在轴向挡圈槽之间开设2个相距8080mm的平键槽；
气囊3选用环形可充气硅胶气囊，其具有耐高温特性，并在200℃下工作24h不变形，厚度为20mm，左右两封头型面厚度为100mm且均布6个螺栓孔，其中右端封头型面带有一个支管，其长度为90mm，通过支管充入1MPa氮气使气囊膨胀后外壁尺寸：长度为8000mm、外环直径为2000mm、封头半径为3000mm，内环直径为200mm；
定位法兰201其厚度为80mm，外环直径为300mm，内环直径为200mm，圆面上开设与气囊3左端封头型面上螺栓孔相对应的螺栓通孔，内环上开设一个与金属转轴1左侧的平键槽相对应的平键槽；
固定法兰401其厚度为80mm，外环直径为300mm，内环直径为200mm，圆面上开设一个可以穿出气囊3上支管的通孔和与气囊3右端封头型面上螺栓孔相对应的螺栓通孔，内环上开设一个与金属转轴1右侧的平键槽相对应的平键槽；
气压稳定部件5中，卡子501用于紧固气压稳定部件5的左端和气囊3支管；上压力计502的设定值1MPa，当固化成型中温度升高使得气囊3内压力高于1MPa时，按照图3球弹簧506向右运动关闭球阀门507，气囊3内氮气6使密垫片弹簧504向上压缩，孔阀门505打开，氮气从左气口P到右气口Q流到外界，直到气囊3内压力降为1MPa，孔阀门505和球阀门507都关闭；当成型温度降低导致气囊3内压力低于1MPa时，按照图4垫片弹簧504向下伸长关闭孔阀门505，外界氮气使球弹簧506向左压缩，球阀门507打开，氮气从右气口Q到左气口P流入气囊3内，直到气囊3内压力升为1MPa，孔阀门505和球阀门507都关闭。
从本实例可见，本发明芯模装置的气囊充入了轻质气体，极大降低了芯模装置的整体重量，由于气体浮力作用也减少了对金属转轴挠度的影响，从而保证了成型壳体的精度；此外，整体芯模装置重量低、惯性小，使得成型过程中操作简便、可控性强。

Claims (1)

1.一种用于成型全复合材料壳体的芯模装置，其特征是，芯模装置中，金属转轴(1)穿过气囊(3)的环形中心囊，定位部件(2)安装在气囊(3)左端封头上，固定部件(4)安装在气囊(3)右端封头上，气压稳定部件(5)通过卡子(501)与气囊(3)上的支管紧固在一起，安装在固定法兰(401)右侧；在金属转轴(1)的左段和右段上分别开有一个环形槽和一个平键槽；
所述气囊(3)为环形可充气气囊，气囊(3)具有环形中心囊，其左右端处厚度增加，并开设均布螺栓孔，右端封头有一个支管，通过支管管口充入轻质气体(6)后气囊(3)外环尺寸与预成型壳体的内壁尺寸一致；
所述定位部件(2)中，一个定位平键(204)安装在金属转轴(1)的左段的平键槽中，定位法兰(201)为圆环形，其厚度和外环直径尺寸根据预成型壳体尺寸设计，圆面上开设与气囊(3)上左端封头上螺栓孔相对应的通孔，内环开有平键槽；定位法兰(201)通过定位平键(204)安装在金属转轴(1)上，并通过均布的定位螺栓(203)将定位法兰(201)与气囊(3)左端封头固定；定位轴向挡圈(202)安装在金属转轴(1)的左段环形槽中，采用定位轴向挡圈(202)对定位法兰(201)进行轴向定位；
所述固定部件(4)中，一个固定平键(404)安装在金属转轴(1)的右段的平键槽中，固定法兰(401)为圆环形，其厚度和外环直径尺寸根据预成型壳体尺寸设计，圆面上开设与气囊(3)上右端封头上螺栓孔相对应的通孔，内环开有平键槽；固定法兰(401)通过一个固定平键(404)安装在金属转轴(1)上，并通过均布的固定螺栓(403)将固定法兰(401)与气囊(3)右端封头固定；固定轴向挡圈(402)安装在金属转轴(1)的右段环形槽中，采用固定轴向挡圈(402)对固定法兰(401)进行轴向定位；安装在卡子(501)上的支管(405)的一端穿过固定法兰(401)上的通孔装在气囊(3)右端封头中，另一端装在气压稳定部件(5)的气压阀体(503)的左气口(P)中；
所述气压稳定部件(5)根据压力计(502)的设定值自动调节开闭，气压稳定部件(5)中，气压阀体(503)具有左、右气口(P、Q)和孔阀门(505)，单向阀口(509)开在气压阀体(503)的内壁上；压力计(502)安装在气压阀体(503)上部，阀芯(508)安装在气压阀体(503)内，弹簧(504)一端安装在压力计(502)的下方，弹簧另一端安装在阀芯(508)上面；球阀(507)安装在单向阀口(509)中，球弹簧(506)一端安装在气压阀体(503)的下内壁上，球弹簧(506)另一端顶在球阀(507)上。
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