CN105904742A - 一种全复合材料壳体的缠绕成型方法 - Google Patents
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Abstract
本发明一种全复合材料壳体的缠绕成型方法属于成型工艺技术领域，涉及一种全复合材料壳体的缠绕成型方法。缠绕成型方法要先组装芯模，给气囊充轻质气体，再进行气囊表面处理，然后，由缠绕成型控制程序控制缠绕机按照程序将纤维束或布带缠绕在气囊的外表面，按照成型所需的温度和时间要求进行固化成型，最后，经过脱模工序获得复合材料壳体。缠绕成型方法适用性广泛，可用于制造各种形状和尺寸、前后封口型面不对称要求的复合材料壳体。工艺稳定性好，设备简便重量低、可控制性强，简单实用易于操作和推广。可以避免工人进入芯模内部操作，极大减少了传统缠绕工艺中繁杂的组装和拆卸过程，降低了生产作业难度，提高生产效率。
Description
技术领域
本发明属于成型工艺技术领域，涉及一种全复合材料壳体的缠绕成型方法。
背景技术
现有的全复合材料壳体成型方法是采用金属或水溶性材料作为芯模组成材料，在其表面缠绕树脂纤维得到复合材料半成品，经过固化成型过程后，再拆卸或破拆芯模结构得到复合材料壳体。例如，赵学平、陈孝鹏等的申请号为2012103112711.3的中国专利就公开了一种纤维缠绕壳体成型用水溶性芯模及制备方法，由于其采用的水溶性芯模韧性差，在成型、机加、运输过程中容易受破坏；而对有壳体直径和长径比大且前后封口型面不对称成型要求的大型复合材料壳体，其芯模自重过大等对中心轴强度和设备提出更高挑战：中心轴挠度过大、设备运转惯性大、操控难度大；此外，芯模组装和拆卸过程更加繁复，需要大量水来破解芯模，从而降低成型效率，增加了生产成本，对大规模工业化造成了不利影响。因此，提供一种兼备优异的复合材料壳体的缠绕成型方法具有重大应用价值。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术中存在的芯模自重过大导致中心轴挠度过大、设备运转惯性大、操控难度大，芯模组装和拆卸过程繁复，需要大量水来破解芯模，从而降低成型效率，增加了生产成本问题，提供一种自重小、可控性强、结构组装和拆卸简单、环境污染 小、高质高效的复合材料壳体的缠绕成型方法。
本发明的技术方案一种全复合材料壳体的缠绕成型方法，其特征是，缠绕成型方法要先组装芯模，给气囊充轻质气体，再进行气囊表面处理，然后，由缠绕成型控制程序控制缠绕机按照程序将纤维束或布带缠绕在气囊3的外表面，按照成型所需的温度和时间要求进行固化成型，最后，经过脱模工序获得复合材料壳体；方法的具体步骤如下：
步骤一、芯模组装和气囊充气工序：
按照预成型复合材料壳体设计要求设计金属转轴1、定位部件2气囊3、固定部件4的尺寸，在金属转轴1上从左到右依次安装定位部件2、气囊3、固定部件4和气压稳定部件5，并用螺钉将定位部件2、固定部件4紧固在气囊3两端封头上，组装成芯模装置，然后将芯模装置安装在缠绕机7上，充入适量轻质气体6使气囊3膨胀到预定设计尺寸，并通过气压稳定部件5维持气囊3内部压力恒定；
步骤二、气囊表面处理工序：
先采用常规清洗剂对芯模气囊3外表面进行清洗，然后按照设计要求：如果成型后需要将气囊3取出，将脱模剂均匀涂覆在清洗后的气囊3表面上；如果成型后气囊3作为壳体内壁不取出，将胶黏剂均匀涂覆在清洗后的气囊3表面上；
步骤三、缠绕成型工序：
设定缠绕机7缠绕成型控制程序，按照控制程序将纤维束或布带8缠绕在芯模气囊3的外表面，按照纵向和环向交替缠绕，直到缠绕 的厚度达到设计要求为止，获得复合材料壳体半成品；
步骤四、固化成型工序：
将复合材料壳体半成品和芯模装置一起从缠绕机7上卸载转移到固化室，按照成型所需的温度和时间要求进行固化，期间通过气压稳定部件5保持气囊3内部压力恒定；
步骤五、脱模工序：
将气囊3内部轻质气体6排出，分别拆卸固定部件4、定位部件2和金属转轴1，取出或切割气囊3，获得全复合材料壳体9。
本发明的有益效果是缠绕成型方法适用性广泛，可用于制造各种形状和尺寸、前后封口型面不对称要求的复合材料壳体。工艺稳定性好，设备简便重量低、可控制性强，简单实用易于操作和推广。可以避免工人进入芯模内部操作，极大减少了传统缠绕工艺中繁杂的组装和拆卸过程，降低了生产作业难度，提高生产效率。
附图说明
图1为本发明缠绕成型方法的流程图；图2为芯模装配示意图，图3为气囊充气后示意图，图4为芯模剖视图；图5为缠绕成型工艺示意图；图6为缠绕成型固化完成后剖视图；图7为用缠绕成型方法获得的壳体剖视图。图中：1-金属转轴；2-定位部件；3-气囊；4-固定部件；5-气压稳定部件；6-轻质气体；7-缠绕机；8-纤维束或布带，9-全复合材料壳体。
具体实施方式
下面将结合技术方案和附图，对本发明实施例中的技术方案进行 详细说明。
实施例1按照设计要求：预成型内壁长度为2000mm、直径为500mm、封头半径为300mm、两封头型面开口直径300mm与200mm、厚度为10mm的碳纤维酚醛树脂基复合材料壳体。设计的金属转轴1长度为3000mm，直径为150mm、厚度为10mm。气囊3选用耐高温硅橡胶气囊，其充入0.5MPa氮气6膨胀后外壁尺寸的长度为2000mm、直径为500mm、封头半径为300mm、厚度为5mm；定位部件2中定位法兰外径为200mm、内径为150mm、厚度为30mm；固定部件4中固定法兰外径为300mm、内径为150mm、厚度为20mm。
图1为本发明缠绕成型方法的流程图，根据流程图缠绕成型的具体步骤如下：
步骤一、芯模组装和气囊充气工序：
如图2所示，在金属转轴1上从左到右依次安装定位部件2、气囊3、固定部件4和气压稳定部件5，并用螺钉将定位部件2、固定部件4紧固在气囊3两端封头上，组装成芯模装置。向气囊3内充入0.5MPa氮气6，使气囊3膨胀到设计尺寸。通过气压稳定部件5维持气囊3内部压力恒定，如图3、图4所示。然后将金属转轴1安装在缠绕机7上，如图5所示。
步骤二、气囊表面处理工序：
采用常规清洗剂无水乙醇对硅橡胶气囊3的外表面进行清洗，由于本实例中硅橡胶气囊3将作为复合材料壳体内壁不取出，故将胶黏剂酚醛树脂胶均匀涂覆在清洗后的硅橡胶气囊3表面上；
步骤三、缠绕成型工序：
设定缠绕机7缠绕成型控制程序，控制缠绕机将在35℃温度下浸胶后的T700碳纤维布带按照纵向和环向交替缠绕在步骤二处理后的硅橡胶气囊3的外表面，直到缠绕的碳纤维酚醛树脂基复合材料厚度为10mm，获得全复合材料壳体半成品，如图6所示。
步骤四、固化成型工序：
将获得的全复合材料壳体半成品和芯模装置一起转移到固化室，在常压下按照100℃保温2h，200℃保温10h，150℃保温2h，自然降温到室温要求进行固化，期间通过压力自控装置5保持气囊3内部压力0.5MPa恒定；
步骤五、脱模工序：
将固化成型后的碳纤维酚醛树脂基复合材料壳体和芯模装置从固化室取出，将硅橡胶气囊3内部氮气6排出，分别拆卸固定部件4、定位部件2和金属转轴1，切割气囊3内环，获得内壁长度为2000mm、直径为500mm、封头半径为300mm、两封头型面开口直径300mm与200mm、厚度为10mm的碳纤维酚醛树脂基全复合材料壳体9，如图7所示。
从本实例可见本发明的缠绕成型方法设备轻便重量低、性能稳定可控性强；大大减少了芯模前期准备工作、也极大减少了传统缠绕工艺中繁杂的组装和拆卸过程，降低了生产作业难度，从而提高生产效率。
Claims (1)
1.一种全复合材料壳体的缠绕成型方法，其特征是，缠绕成型方法要先组装芯模，给气囊充轻质气体，再进行气囊表面处理，然后，由缠绕成型控制程序控制缠绕机按照程序将纤维束或布带缠绕在气囊的外表面，按照成型所需的温度和时间要求进行固化成型，最后，经过脱模工序获得复合材料壳体；方法的具体步骤如下：
步骤一、芯模组装和气囊充气工序：
按照预成型复合材料壳体设计要求设计金属转轴(1)、定位部件(2)、气囊(3)、固定部件(4)的尺寸，在金属转轴(1)上从左到右依次安装定位部件(2)、气囊(3)、固定部件(4)和气压稳定部件(5)，并用螺钉将定位部件(2)、固定部件(4)紧固在气囊(3)两端封头上，组装成芯模装置；然后将芯模装置安装在缠绕机(7)上，充入适量轻质气体(6)使气囊(3)膨胀到预定设计尺寸，并通过气压稳定部件(5)维持气囊3内部压力恒定；
步骤二、气囊表面处理工序：
先采用常规清洗剂对芯模气囊(3)外表面进行清洗，然后按照设计要求如果成型后需要将气囊(3)取出，将脱模剂均匀涂覆在清洗后的气囊(3)表面上；如果成型后气囊(3)作为壳体内壁不取出，将胶黏剂均匀涂覆在清洗后的气囊(3)表面上；
步骤三、缠绕成型工序：
设定缠绕机(7)缠绕成型控制程序，按照控制程序将纤维束或布带(8)缠绕在芯模气囊(3)的外表面，按照纵向和环向交替缠绕，直到缠绕的厚度达到设计要求为止，获得全复合材料壳体半成品；
步骤四、固化成型工序：
将全复合材料壳体半成品和芯模装置一起从缠绕机(7)上卸载转移到固化室，按照成型所需的温度和时间要求进行固化，期间通过气压稳定部件(5)保持气囊(3)内部压力恒定；
步骤五、脱模工序：
将气囊(3)内部轻质气体(6)排出，分别拆卸固定部件(4)、定位部件(2)和金属转轴(1)，取出或切割气囊(3)，获得全复合材料壳体(9)。
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