CN107053704A - 高速超高速砂轮基体成型用抽真空接头及成型装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及高速超高速砂轮基体成型用抽真空接头及成型装置。该抽真空接头包括设置有抽真空口的接头板,接头板的一侧板面上设置有与所述抽真空口相连通的板面抽吸口,接头板的各侧面上设置有与所述抽真空口相连通的侧面抽吸口。本发明提供的抽真空接头,结构简单,成本低,将其压设在单向透气膜上即可实现真空负压层的均匀布设,容易获得均匀性好的制品;同时,抽真空接头还起到压板的作用,保证了成型后制品的平整度,减小了材料的后加工余量。

Description

高速超高速砂轮基体成型用抽真空接头及成型装置
技术领域
[0001]本发明属于碳纤维复合材料的成型领域,具体涉及高速超高速砂轮基体成型用抽 真空接头及成型装置。
背景技术
[0002]高速/超高速磨削(线速度大于120m/s的磨削)砂轮制造技术是超高速磨削技术的 关键技术之一,高速/超高速磨削砂轮基体应具有高动平衡精度、机械强度、高刚度和良好 的导热性等特点。传统材料(合金钢或铝合金)基体目前的最高工作速度为WOm/s,但是对 于更高的磨削速度,目前的基体材料已经不能满足使用要求。碳纤维复合材料与合金钢、错 合金相比,具有比强度高、比模量高、减振性好和耐化学腐蚀等优点,是一种理想的高速砂 轮基体材料,能够满足超高速磨削技术对砂轮基体材料的要求。
[0003]真空灌注工艺是复合材料最主要的成型工艺,其具有成型速度快、污染低、低成本 和适用于制备大型部件等优点,近几年己被广泛研究和应用。真空灌注成型工艺是在真空 状态下排除纤维增强体中的气体,通过树脂的流动、渗透,实现对纤维及其织物的浸渍,并 在一定的加热条件下进行固化,形成一定纤维含量的复合材料的工艺方法。
[0004]申请公布号为CNl〇3l827S4A的专利公开了一种碳纤维复合材料结构件真空灌注 成型方法,其是在灌注模具(底板)的表面依次铺设底部导流网、下脱模布、纤维增强体、上 脱模布、单向透气膜(内膜)、顶部导流网及真空袋膜(外膜),顶部导流网包括横向导流段及 与横向导流段连接的纵向导流段;抽真空时,顶部导流网不与树脂接触,仅仅起到将真空负 压均匀地分布在单向透气膜上的作用。现有技术是利用顶部导流网来实现单向透气膜上的 真空负压均勾分布,顶部导流网成本较高,不易设置,经常会有因顶部导流网设置不当而使 制品的均匀性变差的现象发生。
发明内容
[OOOS]本发明的目的在于提供一种高速超高速砂轮基体成型用抽真空接头,从而解决真 空灌注过程中使用顶部导流网存在的成本高、不易设置的问题。本发明同时提供一种高速 超高速砂轮基体成型装置。
[0006]为实现上述目的,本发明的高速超高速砂轮基体成型用抽真空接头所采用的技术 方案是:
[0007]高速超高速砂轮基体成型用抽真空接头,包括设置有抽真空口的接头板,接头板 的一侧板面上设置有与所述抽真空口相连通的板面抽吸口,接头板的各侧面上设置有与所 述抽真空口相连通的侧面抽吸口。
[0008]本发明的高速超高速砂轮基体成型用抽真空接头,结构简单,成本低,将其压设在 单向透气膜上即可实现真空负压层的均匀布设,容易获得均匀性好的制品;同时,抽真空接 头还起到压板的作用,保证了成型后制品的平整度,减小了材料的后加工余量。
[0009]板面抽吸口、侧面抽吸口通过设置于接头板上的同一连通腔与所述抽真空口相连 通。
[0010]优选的,接头板包括间隔平行设置的第一板体和第二板体及至少两个沿周向分布 于第一板体、第二板体边缘之间的支撑,第一板体、第二板体之间的间隙形成所述连通腔, 抽真空口设置于第一板体上,板面抽吸口设置于第二板体上,相邻支撑及相邻支撑之间的 第一板体、第二板体围成所述侧面抽吸口。进一步优选的,所述支撑为垫块。采用该种形式 的抽真空接头,更换便捷,重复利用性好。
[0011]本发明的高速超高速砂轮基体成型装置所采用的技术方案是:
[0012]高速超高速砂轮基体成型装置,包括底板及设于底板上的内外设置的内膜和外 膜,内膜、外膜之间设有抽真空接头,所述抽真空接头包括设置有抽真空口的接头板,接头 板的一侧板面上设置有与所述抽真空口相连通的板面抽吸口,接头板的各侧面上设置有与 所述抽真空口相连通的侧面抽吸口。
[0013]板面抽吸口、侧面抽吸口通过设置于接头板上的同一连通腔与所述抽真空口相连 通。
[0014]优选的,接头板包括间隔平行设置的第一板体和第二板体以及至少两个沿周向分 布于第一板体、第二板体边缘之间的支撑,第一板体、第二板体之间的间隙形成所述连通 腔,抽真空口设置于第一板体上,板面抽吸口设置于第二板体上,相邻支撑及相邻支撑之间 的第一板体、第二板体围成所述侧面抽吸口。
[0015]优选的,抽真空接头与内膜之间还设有无纺丝绵布层。通过在抽真空接头下方铺 设无纺丝绵布,可使抽真空接头在使用后不用清理,重复使用性较好。
[0016]优选的,所述内膜连接有树脂注入管道,外膜上与树脂注入管道相对的侧面上设 置有横向抽真空口,横向抽真空口与树脂注入管道之间设有导流网。横向抽真空口可使胶 液在横向上均勾渗透。
[0017]本发明的高速超高速砂轮基体成型装置,结构简单,主要部件免于清理,重复利用 性好;通过对抽真空条件的优化,可最大程度减少制品中气泡,使胶液在横向和纵向上均匀 渗透,增加碳纤维复合材料的密度均匀性,可用于超高速磨削砂轮基体的制作。
附图说明
[0018]图1为本发明的高速超高速砂轮基体成型装置的结构示意图;
[0019]图2为图1的俯视图;
[0020]图3为图1中抽真空接头的结构示意图;
[0021]图4为图3的左视图;
[0022]图5为图3的右视图。
具体实施方式
[0023]下面结合附图对本发明的实施方式作进一步说明。本发明中,超高速磨削是指磨 削速度大于150m/s,高速磨削是指磨削速度大于45m/s,不大于150m/s。
[0024]本发明的高速超高速砂轮基体成型装置的具体实施例,如图1至图5所示,包括底 板1,及依次铺设在底板1上的导流网2、下脱模布3、碳纤维编织物4、上脱模布5、单向透气膜 6、无纺丝绵布7、抽真空接头8及真空袋膜9,单向透气膜的边缘通过密封胶带粘结在底板1 上,形成包围内部上脱模布、碳纤维编制物、下脱模布和导流网的密封空间,真空袋膜的边 缘通过密封胶带粘结在底板1上,形成内部密封;抽真空接头包括接头板,接头板包括间隔 平行设置的第一板体10、第二板体11及四块沿周向分布于第一板体10、第二板体11之间的 垫铁12,抽真空口 14设置于第一板体10,多个板面抽吸口 110设置于第二板体丨i上,垫铁之 间形成供横向气流通过的侧面抽吸口,第一板体、第二板体之间的间隙形成供抽真空口与 板面抽吸口和侧面抽吸口相连通的连通腔;真空袋膜9的顶部中心设有与抽真空接头的抽 真空口 14相连通的纵向抽真空口 I5,真空袋膜9的一侧面与底板接触的位置设有树脂注入 口 16,用于连接注胶管,注胶管穿过真空袋膜及单向透气膜,其出口靠近导流网(图中未示 出);真空袋膜9上位于与树脂注入口相对的侧面上还设有沿纤维编织物的宽度方向间隔设 置的两个横向抽真空口 17。
[0025]上述高速超高速砂轮基体成型装置(真空灌注成型装置)在工作时,胶液由树脂注 入口流向导流网,在横向抽真空和纵向抽真空作用下,胶液沿横向和纵向对纤维编织物进 行浸渍,利用单向透气膜只透气不透树脂的特性,可将内部气体抽出,促进浸渍过程的进 行;本发明的真空灌注成型装置利用抽真空接头增加了负压层厚度和透气空间,使沿多元 平板的截面方向抽气均匀,促进灌注过程胶液流动均匀,最大程度排除制品内的气泡,提高 碳纤维制品的密度均匀性。
[0026]以对长700腿、宽7〇Omm、厚度70mm的碳纤维复合材料真空灌注成型为例,选择多轴 向碳纤维编织物作为复合材料的增强体,选择低粘度环氧树脂浸润碳纤维编织物,纤维体 积分数为65%;真空灌注成型装置通过以下步骤进行制作:
[0027] 1)清理刚性底板。该底板材料可为不锈钢或玻璃,厚度为15〜20mm,表面粗糙度Ra 为0 • 8,在钢板上倾倒适量酒精,用刀片刮钢板上表面,然后用棉布将钢板表面的酒精擦拭 干净;
[0028] 2)用无纺丝棉布将脱模剂均匀的涂在底板表面,在涂抹脱膜剂的底板表面依次铺 放2层导流网(2层导流网更便于树脂的浸润,导流网的长宽与纤维编织物的长宽相同)和下 脱模布(下脱模布的长宽比导流网大10〜2〇mm),用双面压敏胶带将脱膜布与底板粘结在一 起(只粘树脂注入口和横向抽真空口端);
[0029] 3)在下脱模布上铺放纤维增强体,碳纤维增强体对称铺放,铺放时保证纤维排放 整齐,剪去编织物边上脱落的纤维;
[0030] 4)布置树脂注入口。依照纤维编织物的长或宽取相等长度的缠绕管,将其分为3 段,分别插在三通气孔快速接头对通的两端,放置在粘接脱模布的双面压敏胶带的上表面, 尽可能的靠近铺放的纤维编织物;
[0031] 5)在纤维编织物上铺放上脱模布,上脱模布的大小应将纤维编织物全部盖住;
[0032] 6)在距离下脱模布的外周20〜30mm的位置粘密封胶带,按照密封胶带的位置向外 推移50〜60mm裁剪单向透气膜,将裁剪好的单向透气膜铺设在上脱模布上,边缘在密封胶 带处压紧密封,在粘接单向透气膜时,预留树脂注入管道;
[0033] 7)在单向透气膜上铺3层无妨丝绵布,将抽真空接头放在无妨丝绵布上,纵向抽真 空口的气孔接头布置在抽真空接头的中央,横向抽真空口与树脂注入口相对设置,将横向 抽真空口用双面胶带粘在靠近单向透气膜的位置;
[0034] 8)在距离单向透气膜的边缘10〜2〇mm的位置粘密封胶带,按照密封胶带的位置向 外推移50〜6〇mm裁剪真空袋膜,将裁剪好的真空袋膜粘在密封胶带处与底板压紧密封,即 得上述真空灌装成型装置。
[0035]在本发明的真空灌注成型装置的其他实施例中,第一板体、第二板体、垫铁可以为 一体结构;板面通道、侧面通道可以为不同内腔,抽真空口与相应内腔连通即可;可不设置 无妨丝绵布层;可依据碳纤维编织物的长或宽的尺寸来确定注胶口和横向抽真空口的位置 和数量。
[0036]本发明的真空灌注成型装置在应用于超高速砂轮基体用碳纤维复合材料的制作 时,可采用以下步骤:
[0037] 1)将上述实施例的真空灌注成型装置放置在加热平台上,启动加热系统,温度设 为50°C,加热0_5h后关闭加热系统;用密封胶带粘住树脂注入管口,对真空灌注成型装置进 行抽真空,抽真空时间为2 • 5〜池,确保真空袋膜中的真空度以使纤维编织物被压密实; [0038] 2)用精度为O.Olg的电子秤称量树脂和固化剂,用液体搅拌器搅拌混合液体 3〇min,搅匀后抽出混合液体中的气泡,抽气时间为20〜3〇min;观察胶液内是否还有气泡, 如果仍有气泡应延长抽气泡的时间;抽气后灌注树脂,灌注时树脂温度保持在25〜45。(:,模 具温度保持在40〜50°C,灌注时间保持在90〜120min;
[OO39] 3)灌注完毕后不需要密封树脂注入口,打开加热系统,在5(rC下保温10h进行预固 化;
[0040] 4)预固化后卸模,取出制品,清理制品表面和模具;将预固化料放置在烘箱中,在 8〇°C下保温1 Oh或在10(TC下保温8h,即完成碳纤维复合材料制备。
[0041]上述步骤中,灌注树脂温度、模具温度以及灌注时间与树脂特性有关,可根据树脂 粘度-时间曲线和粘度-温度曲线确定;后固化温度与树脂的固化温度保持一致即可。
[0042]上述实施例制得的碳纤维增强复合材料的力学性能检测数据显示其拉伸强度为 400MPa,拉伸弹性模量为35GPa,弯曲强度为7〇OMPa,弯曲弹性模量为45GPa,通过动平衡试 ,和回转强度试验,碳纤维复合材料满足高速超高速砂轮对基体的要求,且动平衡检验显 示碳纤维复合材料砂轮基体动不平衡量小于钢基体,说明该真空灌注成型装置制作的碳纤 维复合材料的密度均匀性较好,适于制作碳纤维复合材料超高速砂轮基体。
[0043]本发明的抽真空接头的具体实施例,与上述真空灌注成型装置中的抽真空接头的 结构相同,在此不再详述。

Claims (9)

1.高速超高速砂轮基体成型用抽真空接头,其特征在于,包括设置有抽真空口的接头 板,接头板的一侧板面上设置有与所述抽真空口相连通的板面抽吸口,接头板的各侧面上 设置有与所述抽真空口相连通的侧面抽吸口。
2.如权利要求1所述的高速超高速砂轮基体成型用抽真空接头,其特征在于,板面抽吸 口、侧面抽吸口通过设置于接头板上的同一连通腔与所述抽真空口相连通。
3.如权利要求2所述的高速超高速砂轮基体成型用抽真空接头,其特征在于,接头板包 括间隔平行设置的第一板体和第二板体及至少两个沿周向分布于第一板体、第二板体边缘 之间的支撑,第一板体、第二板体之间的间隙形成所述连通腔,抽真空口设置于第一板体 上,板面抽吸口设置于第二板体上,相邻支撑及相邻支撑之间的第一板体、第二板体围成所 述侧面抽吸口。
4.如权利要求2所述的高速超高速砂轮基体成型用抽真空接头,其特征在于,所述支撑 为垫块。
5.高速超高速砂轮基体成型装置,包括底板及设于底板上的内外设置的内膜和外膜, 其特征在于,内膜、外膜之间设有抽真空接头,所述抽真空接头包括设置有抽真空口的接头 板,接头板的一侧板面上设置有与所述抽真空口相连通的板面抽吸口,接头板的各侧面上 设置有与所述抽真空口相连通的侧面抽吸口。
6.如权利要求5所述的高速超高速砂轮基体成型装置,其特征在于,板面抽吸口、侧面 抽吸口通过设置于接头板上的同一连通腔与所述抽真空口相连通。
7.如权利要求6所述的高速超高速砂轮基体成型装置,其特征在于,接头板包括间隔平 行设置的第一板体和第二板体以及至少两个沿周向分布于第一板体、第二板体边缘之间的 支撑,第一板体、第二板体之间的间隙形成所述连通腔,抽真空口设置于第一板体上,板面 抽吸口设置于第二板体上,相邻支撑及相邻支撑之间的第一板体、第二板体围成所述侧面 抽吸口。
8. 如权利要求7所述的高速超高速砂轮基体成型装置,其特征在于,所述支撑为垫块。
9. 如权利要求5所述的高速超高速砂轮基体成型装置,其特征在于,抽真空接头与内膜 之间还设有无纺丝绵布层。
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