CN106808708A - 一种复合材料合页式转轴接头及整体成型方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提出一种复合材料合页式转轴接头及整体成型方法，包括合页结构、内侧板和下底板，合页结构的侧面与内侧板粘接，合页结构的底面与下底板粘接，合页结构、内侧板和下底板外包覆蒙皮整体成型得到合页式转轴接头；所述的合页结构由耳片状的预浸料在厚度方向铺敷而成，在合页结构中部形成钩状结构，钩状结构穿轴后可以实现自由旋转，内侧板和下底板与转动结构连接，通过合页结构绕轴旋转带动结构转动。本发明采用全复合材料一体化成型，与金属合页连接方式相比，具有可消除电位腐蚀、连接结构稳定可靠、轻质高强、耐疲劳优异、可设计性强等特性。

Description

一种复合材料合页式转轴接头及整体成型方法
技术领域
本发明涉及一种复合材料合页式转轴接头及整体成型方法，属于复合材料技术领域。
背景技术
为了实现飞行器结构之间的快速安装及开启，合页式连接形式应用越来越广泛。传统合页结构主要采用金属材料机械加工各个合页零部件，然后再进行二次装配。随着结构轻量化的迫切需求，采用复合材料替代金属材料已成为重要的发展趋势，而在复合材料结构的转动连接中采用金属合页，还需要按传统工艺进行二次装配和固定，金属和复合材料之间存在的电位腐蚀还可能影响长期存放使用功能。因此，需要针对复合材料结构件的转动连接，设计专用的、更加高效稳定的接头结构。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术不足，提供了连接结构稳定可靠、轻质高强、耐疲劳优异、可设计性强的复合材料合页式转轴接头及整体成型方法。
本发明的技术解决方案：一种复合材料合页式转轴接头，包括合页结构、内侧板和下底板，合页结构的侧面与内侧板粘接，合页结构的底面与下底板粘接，合页结构、内侧板和下底板外包覆蒙皮整体成型得到合页式转轴接头；
所述的合页结构由耳片状的预浸料在厚度方向铺敷而成，在合页结构外侧形成钩状结构，钩状结构穿轴后可以实现自由旋转，内侧板和下底板与转动结构连接，通过合页结构绕轴旋转带动结构转动。
一种复合材料合页式转轴接头整体成型方法，包括合页结构、内侧板和下底板，整体成型通过以下步骤实现：
第一步，制备合页结构、内侧板和下底板所需预浸料；
第二步，按照合页结构、内侧板和下底板形状剪裁预浸料，所述的合页结构预浸料为耳片状，中部的钩状结构由半圆弧和底边弧形圆滑过渡而成；
内侧板、下底板及合页结构区的几何尺寸、材料截面形状、铺层方向可根据载荷条件以及结构刚度、强度要求确定。
根据合页结构的厚度尺寸要求将合页结构依据厚度方向分成若干子块，子块厚度约0.2～2mm,将预浸料按照一定铺层方向叠合至子块厚度，然后用自动裁布机按照合页结构区侧面形状将叠合的预浸料剪裁成若干子块。
第三步，铺层得到合页结构、内侧板和下底板的预制体，所述的合页结构预制体由耳片状的预浸料在厚度方向铺敷而成；
合页结构厚度要求将若干子块按照设计的铺层顺序铺叠，组成合页结构预制体；根据下底板及内侧板的厚度要求，用预浸料铺覆成预定厚度。
第四步，将合页结构预制体的侧面与内侧板预制体粘接，合页结构预制体的底面与下底板预制体粘接，得到合页式转轴接头预制体；
第五步，将合页式转轴接头预制体外侧整体包覆预浸料，采用热胀成型工艺固化，得到复合材料合页式转轴接头。
将包裹蒙皮的合页式转轴接头预制件装入模具中，合页结构区采用直接与金属模具接触，下底板及内侧板外设计15～30mm厚膨胀橡胶，整体外侧用金属模腔封闭；下底板及内侧板由于固化时不容易施加压力，采用橡胶软模进行加压。根据预浸料树脂的固化工艺对整体结构进行固化，利用橡胶的热膨胀力实现对内侧板、下底板及合页结构的加压；冷却后脱模，获得复合材料合页式转轴接头。
上述成型过程中所用预浸料纤维可为玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维的一种或多种，所用预浸料可为中温固化环氧预浸料、高温固化环氧预浸料、双马来酰亚胺预浸料等，所用热胀橡胶可为室温硫化硅橡胶。合页结构、内侧板、下底板和蒙皮可采用一种预浸料也可采用不同种、固化温度接近的预浸料，只要预浸料在固化过程中不发生不良影响即可。
本发明与现有技术相比的有益效果：
(1)本发明采用全复合材料一体化成型，与金属合页连接方式相比，具有可消除电位腐蚀、连接结构稳定可靠、轻质高强、耐疲劳优异、可设计性强等特性；
(2)本发明采用整体热胀成型能有效解决分步成型工序多、二次胶结可靠性差等问题，降低了成本，提高了合页区成型质量，可大幅提高转轴接头的承载能力及使用寿命；
(3)本发明可作为一种标准的复合材料结构件专用转动连接零件，在复合材料轻量化结构转动连接中有广泛的应用前景。
说明书附图
图1为本发明结构示意图；
图2为本发明截面剖视图。
具体实施方式
本发明如图1、2所示，包括合页结构2、内侧板3和下底板4，合页结构2的侧面与内侧板3粘接，合页结构2的底面与下底板4粘接，合页结构2、内侧板3和下底板4外包覆蒙皮5整体成型得到合页式转轴接头。
合页结构如图1、2所示，由耳片状的预浸料在厚度方向铺敷而成，在合页结构2中部形成钩状结构1，中部的钩状结构1由半圆弧11和底边弧形12圆滑过渡而成，钩状结构1穿轴后可以实现自由旋转，内侧板3和下底板4与转动结构连接，通过合页结构2绕轴旋转带动结构转动。下底板4和内侧板3主要用于连接及固定，合页结构2的钩状结构1主要用于装配旋转轴。
本发明通过热胀成型工艺可实现一次整体成型，先根据合页结构1的侧面结构外形，将预浸料裁切成耳片形状，再根据合页结构的厚度要求，将耳片形状预浸料按照一定铺层结构铺叠成要求厚度，形成内埋式内侧合页，再用织物预浸料进行整体包覆，使内侧合页与内侧板、下底板形成整体，最后采用热胀成型工艺整体固化成型，形成一体化复合材料合页式转轴接头。
以下结合附图和具体实例对本发明进行详细说明。
制作一个复合材料合页式转轴接头，复合材料合页结构厚度为39mm，高度为100mm，宽度30mm，整体外层下底板长度150mm，厚度为2mm，内侧板长度为150mm，高度为150mm，厚度为2mm，整体蒙皮厚度为1mm，合页结构转轴尺寸为Φ8mm。合页结构采用中温环氧碳纤维预浸料按{45/0/-45/90}顺序铺叠成0.5mm厚度预浸料，按合页结构区侧边图样利用自动裁布机进行裁切，形成内埋式耳片结构，将内埋式耳片结构叠加，再利用织物预浸料整体包覆，最后采用橡胶软模热胀成型整体固化成型，固化工艺为90℃保温1h，然后130℃固化2h，脱模形成一体化复合材料合页式转轴接头。具体实施过程如下：
第一步：采用中温环氧碳纤维预浸料按{45/0/-45/90}顺序铺叠成0.5mm厚度预浸料，用自动裁布机按照合页结构区侧面形状剪裁成若干子块，将76个子块铺叠在一起，形成理论厚度为38mm的合页结构区预成型体。
第二步：外层下底板及内侧板的厚度为2mm，用纤维预浸料铺覆成预定厚度，将合页结构区预制体依据位置要求粘结在外层下底板及内侧板上。
第三步：利用中温环氧碳纤维织物预浸料整体包覆，形成合页结构转轴接头预制件。
第五步：将合页结构转轴接头预制件装入模具中，合页结构区采用直接与金属模具接触，下底板及外侧板外设计20mm厚膨胀橡胶，整体外侧用金属模腔封闭。
第六步：利用90℃保温1h，然后130℃固化2h的固化工艺对整体结构进行固化，利用橡胶的热膨胀力实现对内侧板、下底板及合页区结构的加压。
第七步：冷却后脱模，获得复合材料合页式转轴接头。
本发明未详细说明部分为本领域技术人员公知技术。

Claims (4)

1.一种复合材料合页式转轴接头，其特征在于：包括合页结构(2)、内侧板(3)和下底板(4)，合页结构(2)的侧面与内侧板(3)粘接，合页结构(2)的底面与下底板(4)粘接，合页结构(2)、内侧板(3)和下底板(4)外包覆蒙皮整体成型得到合页式转轴接头；
所述的合页结构(2)由耳片状的预浸料在厚度方向铺敷而成，在合页结构(2)中部形成钩状结构(1)，钩状结构(1)穿轴后可以实现自由旋转，内侧板(3)和下底板(4)与转动结构连接，通过合页结构(2)绕轴旋转带动结构转动。
2.根据权利要求1所述的一种复合材料合页式转轴接头，其特征在于：所述的合页结构(2)、内侧板(3)和下底板(4)为纤维增强复合材料。
3.一种复合材料合页式转轴接头整体成型方法，其特征在于，包括合页结构(2)、内侧板(3)和下底板(4)，整体成型通过以下步骤实现：
第一步，制备合页结构(2)、内侧板(3)和下底板(4)所需预浸料；
第二步，按照合页结构(2)、内侧板(3)和下底板(4)形状剪裁预浸料，所述的合页结构(2)预浸料为耳片状，中部的钩状结构由半圆弧(11)和底边弧形(12)圆滑过渡而成；
第三步，铺层得到合页结构、内侧板和下底板的预制体，所述的合页结构预制体由耳片状的预浸料在厚度方向铺敷而成；
第四步，将合页结构预制体的侧面与内侧板预制体粘接，合页结构预制体的底面与下底板预制体粘接，得到合页式转轴接头预制体；
第五步，将合页式转轴接头预制体外侧整体包覆预浸料，采用热胀成型工艺固化，得到复合材料合页式转轴接头。
4.根据权利要求3所述的一种复合材料合页式转轴接头整体成型方法，其特征在于：所述第五步中下底板及内侧板外设计15～30mm厚膨胀橡胶。
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