CN108032534A - 中空回转体复合材料结构件的快速整体低成本制造方法 - Google Patents

Abstract

中空回转体复合材料结构件的快速整体低成本制造方法属于复合材料成型技术领域技术领域。包括以下步骤；1）加工母模；2）在母模上铺叠ー层无孔隔离膜；3）待室温固化后工装具有一定的硬度后，将封装体系置于烘箱中固化不少于36h；4）将机加后的工装型面进行热循环处理以消除加工带来的残余应力；5）针对铺层设计依次铺叠预浸料到工装之上，每隔3‑5层真空压实30min；6）经过真空袋‑热压罐固化后，除去产品表面的補助材料，完成产品的脱模过程。本发明解决了传统依靠缠绕成型工艺工装制造周期过长以及工装制造成本过高的问题，将原有工装制造周期由传统意义上的30~45天缩短至工装制造加零件制造周期总和为21天。

Description

中空回转体复合材料结构件的快速整体低成本制造方法

技术领域

本发明属于复合材料成型技术领域技术领域，尤其是涉及一种中空回转体复合材料结构件的快速整体低成本制造方法，适用于对内型面精度要求严格的中空回转体结构件的快速整体低成本制造过程。

背景技术

中空回转体复合材料结构件的传统制造方法常采用将复合材料结构件分体制造，再通过胶接或装配过程将分块零件组合成整体的模式；如若制造整体结构件，为了满足封装体系的气密性，常需采用实体金属工装或者采用机加实体内部以减轻重量，导致大量原材料的浪费、大幅度增加工装及制造成本等问题，并且由于工装的加工周期过长以及制造过程的繁琐使得产品的制造周期较长，无法兼顾中空回转体复合材料结构件的快速与整体成型两方面。而实现中空回转体复合材料结构件的快速整体成型的关键技术在于如何在最短的时间内完成工装的制造并保证封装体系的气密性，并且工装兼具良好的导热性能和尽可能的轻量化以便满足后续铺叠以及封装操作的便捷性。目前，国内外通常釆用缠绕工艺实现中空回转体复合材料结构件的整体成型，但是此工艺工装制造周期过长以及工装制造成本过高的问题无法解決，无法实现中空回转体复合材料结构件的快速整体低成本制造。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明所要解决的技术问题是提供ー种中空回转体复合材料结构件的快速整体低成本制造方法，该成型方法可以在实现中空回转体复合材料结构件整体成型的基础上，实现产品的快速低成本制造。

为实现上述发明目的，本发明是采取如下技术方案来完成的：

中空回转体复合材料结构件的快速整体低成本制造方法，其特征在于，包括以下步骤；

1）根据产品数模以及工装尺寸，准备相应大小的发泡聚苯乙烯坯料，经过机械加工后作为母模；

2）在母模上铺叠ー层无孔隔离膜后，即在母模表面糊制一定厚度的含填料的快速固化树脂工装材料，再以此铺叠ー层有孔隔离膜、ー层透气毡以及ー层真空袋后进行封装处理，放置在室温下固化24h；

3）待室温固化后工装具有一定的硬度后，将封装体系置于烘箱中固化不少于36h，以提升工装固化度并消除固化产生的内应力，根据产品内型面尺寸以及针对工装材料热膨胀系数进行的缩比处理，以底面为加工基准，对固化后的工装型面进行机加处理；

4）将机加后的工装型面进行热循环处理以消除加工带来的残余应力，再通过三坐标测量以确定工装型面与理论数模的匹配性，通过验收后，通过螺接将工装下法兰固定在金属口框之上，并且将另ー金属口框固定在工装上法兰上，组合完毕后即在工装表面铺叠ー层单面带胶聚四氟乙烯玻璃布；

5）针对铺层设计依次铺叠预浸料到工装之上，每隔3-5层真空压实30min，待所有铺层铺叠完毕，依次在其上铺叠ー层四氟布和一层无孔隔离膜，然后将工装连同坯料整体包括工装内腔包裹ー层透气毡，并釆用真空筒袋将整个体系包裹起来形成完成的真空封装体系；

6）经过真空袋-热压罐固化后，除去产品表面的補助材料，拆除上法兰上侧的金属盖板，采用工具翘曲下法兰余量区域，完成产品的脱模过程。

与现有技术相比的有益效果是：本发明中空回转体复合材料结构件的快速整体低成本制造方法，解决了传统依靠缠绕成型工艺工装制造周期过长以及工装制造成本过高的问题，摒弃了传统采用金属材料通过焊接及机加制造工装的模式，将原有工装制造周期由传统意义上的30~45天缩短至工装制造加零件制造周期总和为21天，真正实现了该类结构的快速低成本制造。

而且，由于采用易加工易脱除母模与响应快易加工树脂工装相结合的制造工艺，通过高温下发泡聚乙烯易于收缩的特性，易于实现母模从工装坯料中的脱除，便于成型具有中空结构的树脂阳模工装，其重量轻等特点便于完成封装及吊装等过程，中空结构便于通过采用真空筒袋的封装模式避免树脂工装孔隙率高而带来了气密性不易保证的问题。预期，此快速整体低成本制造方法，适用于无闭角结构的中空回转体复合材料结构件制造过程，有望完成该类产品首件或工艺论证阶段的快速实现。

附图说明

附图1为本发明中空回转体复合材料结构件快速成型工装。

图中，1助工装（上顶板）；2螺钉；3定位销；4工装主体；5辅助工装（下底板）。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细描述。

中空回转体复合材料结构件的快速整体低成本制造方法，其特征在于，包括以下步骤；

1）根据产品数模以及工装尺寸，准备相应大小的发泡聚苯乙烯坯料，经过机械加工后作为母模；

2）在母模上铺叠ー层无孔隔离膜后，即在母模表面糊制一定厚度的含填料的快速固化树脂工装材料，再以此铺叠ー层有孔隔离膜、ー层透气毡以及ー层真空袋后进行封装处理，放置在室温下固化24h；

3）待室温固化后工装具有一定的硬度后，将封装体系置于烘箱中固化不少于36h，以提升工装固化度并消除固化产生的内应力，根据产品内型面尺寸以及针对工装材料热膨胀系数进行的缩比处理，以底面为加工基准，对固化后的工装型面进行机加处理；

4）将机加后的工装型面进行热循环处理以消除加工带来的残余应力，再通过三坐标测量以确定工装型面与理论数模的匹配性，通过验收后，通过螺接将工装下法兰固定在金属口框之上，并且将另ー金属口框固定在工装上法兰上，组合完毕后即在工装表面铺叠ー层单面带胶聚四氟乙烯玻璃布；

5）针对铺层设计依次铺叠预浸料到工装之上，每隔3-5层真空压实30min，待所有铺层铺叠完毕，依次在其上铺叠ー层四氟布和一层无孔隔离膜，然后将工装连同坯料整体包括工装内腔包裹ー层透气毡，并釆用真空筒袋将整个体系包裹起来形成完成的真空封装体系；

6）经过真空袋-热压罐固化后，除去产品表面的補助材料，拆除上法兰上侧的金属盖板，采用工具翘曲下法兰余量区域，完成产品的脱模过程。

其特点在于：1）选取常温固化高温后处理树脂体系，内含减小热膨胀系数、増加导热系数、优化加工性以及增加坯料刚度等功能的填料，促使该树脂体系配比后具有一定的粘度和附着力，能够在室温下24h内固化并具有一定的强度和刚度；

2）采用发泡聚苯乙烯泡沫作工装母模，可以利用泡沫易加工以及高温收缩特性，在工装制造初期节省机加费用及缩短制造周期，在工装制造后期容易脱除母模完成中空结构工装的制造；

3）采用真空筒袋整体包覆的模式，解決树脂工装气密性不易保证的问题，避免了为了保证气密性而对工装进行的额外处理，并且由于采用树脂作为工装主体，工装重量极大地降低，有效地减轻了封装及吊装等过程的工作量；

4）由于工装主体为树脂，工装在后续的使用中如出现损坏或变形吋，容易通过修补、打磨、补料再机加等模式对工装进行修缮处理，达到工装多循环利用、全使役周期成本低等目的。

本发明中空回转体复合材料结构件的快速整体低成本制造方法，解决了传统依靠缠绕成型工艺工装制造周期过长以及工装制造成本过高的问题，摒弃了传统采用金属材料通过焊接及机加制造工装的模式，将原有工装制造周期由传统意义上的30~45天缩短至工装制造加零件制造周期总和为21天，真正实现了该类结构的快速低成本制造。

而且，由于采用易加工易脱除母模与响应快易加工树脂工装相结合的制造工艺，通过高温下发泡聚乙烯易于收缩的特性，易于实现母模从工装坯料中的脱除，便于成型具有中空结构的树脂阳模工装，其重量轻等特点便于完成封装及吊装等过程，中空结构便于通过采用真空筒袋的封装模式避免树脂工装孔隙率高而带来了气密性不易保证的问题。预期，此快速整体低成本制造方法，适用于无闭角结构的中空回转体复合材料结构件制造过程，有望完成该类产品首件或工艺论证阶段的快速实现。

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (1)

1.中空回转体复合材料结构件的快速整体低成本制造方法，其特征在于，包括以下步骤；

1）根据产品数模以及工装尺寸，准备相应大小的发泡聚苯乙烯坯料，经过机械加工后作为母模；

2）在母模上铺叠ー层无孔隔离膜后，即在母模表面糊制一定厚度的含填料的快速固化树脂工装材料，再以此铺叠ー层有孔隔离膜、ー层透气毡以及ー层真空袋后进行封装处理，放置在室温下固化24h；

3）待室温固化后工装具有一定的硬度后，将封装体系置于烘箱中固化不少于36h，以提升工装固化度并消除固化产生的内应力，根据产品内型面尺寸以及针对工装材料热膨胀系数进行的缩比处理，以底面为加工基准，对固化后的工装型面进行机加处理；

4）将机加后的工装型面进行热循环处理以消除加工带来的残余应力，再通过三坐标测量以确定工装型面与理论数模的匹配性，通过验收后，通过螺接将工装下法兰固定在金属口框之上，并且将另ー金属口框固定在工装上法兰上，组合完毕后即在工装表面铺叠ー层单面带胶聚四氟乙烯玻璃布；

5）针对铺层设计依次铺叠预浸料到工装之上，每隔3-5层真空压实30min，待所有铺层铺叠完毕，依次在其上铺叠ー层四氟布和一层无孔隔离膜，然后将工装连同坯料整体包括工装内腔包裹ー层透气毡，并釆用真空筒袋将整个体系包裹起来形成完成的真空封装体系；

6）经过真空袋-热压罐固化后，除去产品表面的補助材料，拆除上法兰上侧的金属盖板，采用工具翘曲下法兰余量区域，完成产品的脱模过程。