CN108501398B - 一种含内翻边窗口的复合材料壳体、成型模具及成型方法 - Google Patents
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Abstract
一种含内翻边窗口的复合材料壳体、成型模具及成型方法，壳体整体为圆柱状或圆锥状筋条‑蒙皮结构，结构上下两侧的蒙皮径向向内翻边作为壳体的上下端框；结构的侧面朝向圆柱内部设置内壁为阶梯形状的窗口；窗口的数量为偶数个，且每两个在周向沿圆心对称分布，壳体为一体化成型结构。本发明所述的内翻边窗口与筋条‑蒙皮结构复合材料壳体一体化成型，有利于复合材料构件的减重、提高结构效率。本发明适用制作一种含内翻边窗口的筋条蒙皮结构的复合材料构件。该种一体化的结构特点使其重量轻、强度高，在此种一体化的窗口中引入功能性材料，可作为一种微波吸收、发射单元。这种类型的结构形式在飞行器的防伪、隐身等方面具有广泛的应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及一种含内翻边窗口的复合材料壳体、成型模具及成型方法，特别是涉及一种带内翻边窗口的筋条-蒙皮耐高温复合材料壳体的成型技术。
背景技术
筋条-蒙皮结构复合材料具有结构效率高、抗屈曲能力强、高比强度和比刚度等特点，显示出无可比拟的应用前景，在航空航天领域得到广泛地关注与应用。
在筋条-蒙皮结构复合材料构件的使用中常出现工艺施工、检查维修、设备安装等过程，这些过程的实施要求蒙皮-网格结构复合材料构件中需要设计一个或者多个敞开的操作窗口。复合材料构件中开口的实现方式通常是采用机械加工的方式在复合材料构件中直接开孔，形成窗口；也可以在复合材料构件中设计一种下陷区域，在下陷区域采用机械连接的方式安装口框而形成窗口。
上述在筋条-蒙皮结构复合材料构件中形成的窗口的方法存在如下不足：直接机械开窗口的方案使得复合材料构件不仅要切断纤维引起复合材料层合件刚度和强度下降，而且，开口周边应力集中和边缘效应会引发复合材料构件在机械开窗口区域局部破坏，因此，直接机械开窗口通常采用局部补强的方法对复合材料构件进行补强，但该方案会增加复合材料构件重量，降低结构承载效率；采用下陷区安装口框形成窗口的方法通常需要先制备口框，并将口框与复合材料构件用机械连接，该方法工序复杂并且也会增加构件重量，降低结构承载效率。
以上方法虽然能在筋条-蒙皮结构复合材料构件中形成的操作窗口，但均牺牲了复合材料构件的结构承载效率，无法充分发挥复合材料构件优异特性。
发明内容
本发明的技术解决问题是：克服现有技术不足，提供一种内翻边窗口与筋条-蒙皮结构复合材料一体化成型的技术方案，该技术方案解决了复杂型面窗口高精度整体难题，所制作的复合材料结构件具有重量小、结构效率高的特点。
本发明的技术解决方案是：一种含内翻边窗口的复合材料壳体，其特征在于：整体为圆柱状或圆锥状筋条-蒙皮结构，结构上下两侧的蒙皮径向向内翻边作为壳体的上下端框；结构的侧面朝向圆柱内部设置内壁为阶梯形状的窗口；窗口的数量为偶数个，且每两个在周向沿圆心对称分布，壳体为一体化成型结构。
进一步的，结构两侧蒙皮与上下端框之间为渐变增厚结构。
进一步的，所述的渐变增厚结构从两侧蒙皮向上下端框倾斜的角度偏离母线角度2-10°。
一种含内翻边窗口的复合材料壳体成型模具，包括芯模、阳模、外阴模、上压环和下压环；
阳模由多个分瓣单元构成，每个分瓣单元的内表面与芯模固连，所有分瓣单元与芯模固连后的外表面与壳体的内型面一致，相邻两个分瓣单元的分瓣线与其所在芯模的半径线相交；外阴模放置在下压环上并处于阳模的外侧，上压环放置在芯模上端；通过上压环和下压环与阳模的相对位置形成壳体上下端框的成型面；整体组装后形成一个封闭结构。
进一步的，阳模沿轴向方向分成2-5层，每层20-30个分瓣单元。
一种含内翻边窗口的复合材料壳体成型方法，步骤如下：
第一步，预成型窗口；
第二步，将预成型的窗口安装在上述模具的窗口型面对应位置；
第三步，将芯模固定在下压环 上；在阳模离上、下端框100mm范围内用单向碳纤维增强双马来酰亚胺预浸料，形成复合材料构件的过渡增厚区；
第四步，在阳模上沿筋槽内铺放单向碳纤维增强双马来酰亚胺预浸料，形成环形的加强筋；在铺放过程中、达到铺放厚度时分别对预浸料进行吸胶预压实处理；
第五步，在阳模的上下端铺放单向碳纤维增强双马来酰亚胺预浸料，铺放厚度8-12mm；
第六步，在阳模表面铺放蒙皮；蒙皮厚度为2～4mm；
第七步，铺完蒙皮后进行1～2次吸胶预压实处理，蒙皮的吸胶温度控制在 100～150℃范围内；升温速率控制在10～40℃/h范围内；吸胶压力控制在 0.1～0.8MPa范围内；吸胶时间控制在30～120min内；
第八步，安装上压环、外阴模，将成型模具用真空袋包封，升温固化：固化温度控制在180～230℃范围内；升温速率控制在20～40℃/h；固化压力控制在 0.6～0.8MPa；固化时间控制在20～24h；
第九步，将固化后的模具经脱模得到含内翻边窗口的壳体。
进一步的，所述的第一步通过如下方式实现：
S1、将起定位固定作用的定位模块固定在预成型模具的阳模上；所述的预成型模具通过阴模和阳模构成窗口型面；
S2、在S1中的阳模上用单向碳纤维增强双马来酰亚胺预浸料进行铺层操作，本铺层方法选0°，45°，90°三种角度的预浸料；
S3、重复步骤S2，直至铺层的厚度与预成型阳模的突起高度平齐；铺覆平齐后安装预成型模具中的阴模，
S4、对步骤S2和步骤S3所得铺层完的预浸料进行2～3次吸胶预压实处理；吸胶预压实的温度控制在80～150℃范围内；升温速率控制在20～50℃/h范围内；吸胶压力控制在0.1～0.8MPa范围内；吸胶时间控制在40～120min。
进一步的，第四步中预浸料缠绕的厚度与阳模中筋条凹槽高度的1/2、2/3 和突起高度时进行吸胶预压实处理；吸胶预压实的温度控制在80～150℃范围内；升温速率控制在20～50℃/h范围内；吸胶压力控制在0.1～0.8MPa范围内；吸胶时间控制在40～120min。
进一步的，吸胶预压实的温度控制在100～120℃；升温速率控制在20～40℃/h；吸胶压力控制在0.4～0.6MPa范围内；吸胶时间控制在50～60min内。
进一步的，蒙皮的吸胶温度优选控制在110～120℃范围内；升温速率控制在20～30℃/h范围内；吸胶压力控制在0.4～0.6MPa范围内；吸胶时间控制在 50～70min内。
本发明与现有技术相比有益效果为：
1)本发明所述的内翻边窗口与筋条-蒙皮结构复合材料壳体一体化成型，有利于复合材料构件的减重、提高结构效率。本发明适用制作一种含内翻边窗口的筋条蒙皮结构的复合材料构件。该种一体化的结构特点使其重量轻、强度高，在此种一体化的窗口中引入功能性材料，可作为一种微波吸收、发射单元。这种类型的结构形式在飞行器的防伪、隐身等方面具有广泛的应用前景。
2)本发明所述的一种含内翻边窗口的筋条-蒙皮结构复合材料壳体的成型技术中，采用本技术成型的复合材料构件在结构上具有窗口的翻边在蒙皮内侧、内翻边窗口呈阶梯形状、窗口与蒙皮一体化成型、筋条-蒙皮结构以及在构件两端带有变厚度增厚区的翻边端框等特点。通过窗口、蒙皮、变厚度增厚区铺层的合理设计，克服了外加压固化产品型面精度差的难题。
3)本发明所述的一种含内翻边窗口的筋条-蒙皮结构复合材料壳体的成型技术中，提出采用内翻边窗口预成型的模具方案，实现了阶梯形状的内翻边窗口的致密成型。通过主体模具的膨胀以及热压罐外加压的组合施压方式，实现压力有效传递以保证具有内翻边窗口在筋条蒙皮结构复合材料壳体的内部质量，保证产品的抗内压、抗外压性能。
4)本发明所述的一种含内翻边窗口的筋条-蒙皮结构复合材料壳体的成型技术中，提出一种内翻边窗口的预成型方法，将预成型后的窗口与筋条-蒙皮结构复合材料构件共固化，实现窗口与复合材料构件一体化成型，达到复合材料结构减重的目的。
5)本发明所述的含内翻边窗口的筋条-蒙皮结构复合材料壳体在结构上具有窗口的翻边在蒙皮内侧、内翻边窗口呈阶梯形状、窗口与蒙皮一体化成型、筋条-蒙皮结构以及在构件两端带有变厚度增厚区的翻边端框等特点。该结构特点使复合材料构件具有重量轻、结构效率高的优势。在该种含内翻边窗口的筋条-蒙皮结构复合材料构件中引入功能性材料，可作为一种微波吸收、发射单元。这种类型的结构形式在飞行器的防伪、隐身等方面具有广泛的应用前景。具有内翻边窗口结构的筋条-蒙皮形式的结构材料作为一种性能优异、可设计性强的结构形式，在航空航天领域必将发挥越来越重要的作用。
附图说明
图1为本发明含内翻边窗口的筋条-蒙皮结构复合材料壳体成型模具；
图2为本发明阳模分瓣单元结构示意图；
图3为本发明含内翻边窗口的筋条-蒙皮结构复合材料壳体结构示意图；
图4为本发明阶梯形状的内翻边窗口模具结构示意图；
图5为本发明阶梯形状的内翻边窗口预成型后示意图；
图6为本发明上端、下端变厚度增厚区铺层示意图；
图7为本发明吸胶、固化包封示意图；
图8为本发明含内翻边窗口的筋条-蒙皮结构复合材料壳体成型工艺流程图。
具体实施方式
下面结合附图及实例对本发明作详细说明。
如图1所示，含内翻边窗口的筋条-蒙皮结构复合材料壳体成型模具，包括芯模1、阳模2、外阴模3、上压环4和下压环5。阳模2由多个分瓣单元构成，每个分瓣单元的内表面与芯模1固连，相邻两个分瓣单元的分瓣线10与其所在芯模的半径9相交，如图2所示。分瓣单元在热膨胀过程中形成向外压力，确保对窗口、筋条、蒙皮以及变厚度增厚区施加压力，保证产品内部质量阳模2 分瓣单元与芯模1固连后的外表面与所要制作的复合材料构件形状一致，本发明所述的成型模具可用于制造柱状、锥状结构的复合材料构件。本实施例中为柱状复合材料构件，阳模2分瓣单元固连在芯模1上，阳模2分瓣单元的内表面与芯模1外表面固连贴合，所有阳模分瓣单元与芯模1连接后外表面与壳体的内型面一致；阳模2沿轴向方向分成3层，每层20个分瓣单元。上压环4 和下压环5与阳模2的相对位置各有一个沿径向向内的翻边凹槽，该凹槽用以成型端框；阳模2在离上、下端框100mm范围内有逐渐变化的过渡增厚区域8，用于成型渐变厚度增厚结构，该结构从两侧蒙皮向上下端框倾斜偏离母线5°；阳模2在离上端框200mm范围内有不同深度的凹槽7，该凹槽用以成型复合材料构件的筋条，凹槽的截面可以为倒梯形，筋槽的深度为5～10mm；阳模2在离下端框约200mm处设置阶梯形状的下陷区6，该下陷区用以成型内翻边的阶梯形状窗口。
外阴模3为柱状结构，材质为铝或者钢，外阴模3在圆周方向等分为6块，外阴模包覆在阳模2外，外阴模3的内表面与阳模2的外表面的距离为1～5mm。外阴模传递热压罐的压力，用以保证复合材料构件的外形尺寸及内部质量。
上压环4为圆环型，材质为钢或者铝。上压环固定在芯模1上，上压环4 与阳模2的相对位置沿径向向内的翻边凹槽内铺覆预浸料，形成径向向内翻边的上端框，同时在固化过程中上压环传递热压罐的压力，对上端框的预浸料施加固化压力，保证上端框的内部质量。
下压环5为圆环型，芯模1、阳模2和外阴模3的最大圆周固定在下压环5 上，下压环5对芯模1、阳模2和外阴模3起支撑作用。芯模1为钢，也可以为其他金属材料，阳模2材质为铝，也可以为其他金属材料，外阴模3为铝，也可以为其他金属材料。本发明所述的模具成型固化后产品的外形如图3所示。
一种含内翻边窗口的筋条-蒙皮结构复合材料壳体成型技术中，成型方法包括阶梯形状内翻边窗口的预成型方法、阶梯形状内翻边窗口与筋条-蒙皮结构复合材料构件一体化成型方法其中阶梯形状内翻边窗口的预成型方法按如下步骤依次进行：
S1、将预成型模具中起定位固定作用的定位模块固定在预成型模具的阳模上，如图4所示，预成型模具包括定位模块11，阳模12，阴模13，阴模14，阳模12与阴模13和阴模14的间隙形成阶梯形状的结构，该结构为窗口的外形结构；
S2、预成型阳模中工作面的截面呈阶梯形状，在阶梯形状的阳模进行预浸料的铺层操作，预浸料的增强材料可以为单向碳纤维或者玻璃纤维增强，也可以为编织布作为增强材料，本发明优选单向碳纤维作为增强材料；预浸料的基体树脂可以为耐高温的环氧树脂、双马来酰亚胺树脂或者热固性聚酰亚胺树脂，本发明优选耐高温的双马来酰亚胺树脂，本发明所使用的原材料制备的复合材料的弯曲强度和层间剪切强度在230℃下保持15min后强度的保持率大于60％。用本发明所述的原材料制备的复合材料构件具有优异的耐高温性能。
用单向碳纤维增强双马来酰亚胺预浸料进行铺层操作，单向碳纤维增强双马来酰亚胺预浸料可以根据阶梯形状的特点，裁切成0°，30°，45°，60°， 90°等角度，本铺层方法优选0°，45°，90°三中角度的预浸料，预浸料单层厚度为0.05mm～0.5mm，优选0.2mm。
铺层方法如下：
在图4的预成型模具中的阳模上进行阶梯形状窗口的连续层的铺覆，阳模的尺寸为150mm×100mm，规定150mm方向为0°方向。预浸料的铺覆顺序：[±45°/0°/90°/0°]ns，n为重复的次数，可选1～3，优选n值为1；连续层的铺覆厚度可为1mm～6mm，优选2mm～3mm。
S3、重复步骤S2，直至铺层的厚度与预成型阳模的突起高度平齐。铺覆平齐后安装预成型模的外阴模1和外阴模2，如图4所示。
S4、对步骤S2和步骤S3所得铺层完的预浸料进行1～4次吸胶预压实处理，优选2～3次。在重复步骤S2和步骤S3的过程中，也可以对预浸料进行吸胶预压实处理。如当铺层厚度分别达到突起高度的1/2、2/3和突起高度时，对预浸料进行吸胶预压实处理。在阶梯形状的铺层面放1～2张滤纸，用于吸取预浸料中多余的树脂。模具用真空袋包封，抽真空，从外侧真空袋施加吸胶压力，升温吸胶，排除多余的挥发份，挥发份为树脂的溶剂。吸胶预压实的温度控制在80～150℃范围内，优选100～120℃；升温速率控制在20～50℃/h范围内，优选 20～40℃/h；吸胶压力控制在0.1～0.8MPa范围内，优选0.4～0.6MPa；吸胶时间控制在40～120min内,优选50～60min。
预成型后阶梯形状窗口的结构如图5所示。
一种含内翻边窗口的筋条-蒙皮结构复合材料壳体成型方法中，阶梯形状内翻边窗口与筋条-蒙皮结构复合材料构件一体化成型方法。按如下步骤依次进行：
S1、将芯模1固定在下压环 5上；
S2、将阳模2的分瓣阳模包在芯模1外；
S3、在阳模2离上、下端框100mm范围内有逐渐变化的过渡增厚区域分别铺放单向碳纤维增强双马来酰亚胺预浸料，上端、下端变厚度增厚区的铺层顺序：[±45°/0°/90°/0°]ns，n值范围：3～6，优选：4～5，变厚度端框的铺层方法为用单向碳纤维增强双马来酰亚胺预浸料逐层铺覆，每层与层间错开，错开间隙为2mm～6mm，优选3mm～4mm，直至变厚度增厚区的母线与阳模2 的母线呈一条直线。本步骤中形成复合材料构件的过渡增厚区15，如图6所示。
S4、将本发明中预成型后的阶梯形状窗口安装到经S1和S2组装后的模具中。
S5、沿筋槽内铺设宽度为6.35mm的预浸料，形成环形的加强筋；本示例中，缠绕时取1～3根预浸丝，先依次缠绕各环向加强筋。
S6、重复步骤S5，直至筋条预浸丝缠绕的厚度与阳模2中筋条凹槽高度的 1/2、2/3和突起高度时，对预浸丝进行吸胶预压实处理。吸胶预压实处理时先裁好硅橡胶条，置于筋槽中；在增厚区放置2～8mm厚的硅橡胶片，硅橡胶的厚度优选3～4mm，向硅橡胶片施加径向压力，在筋条和变厚度增厚区处放1～2张滤纸，用于吸取预浸料中多余的树脂。吸胶预压实的工艺参数与阶梯形状内翻边窗口的预成型方法中的S4一致。本步骤在产品中形成环向的加强筋(筋条) 结构。
S7、在步骤6经过吸胶压实处理后的阳模2表面铺放蒙皮。蒙皮的预浸料选用单向碳纤维增强双马来酰亚胺预浸料进行铺层操作，单向碳纤维增强双马来酰亚胺预浸料裁切成0°，30°，45°，60°，90°等角度，本铺层方法优选0°，45°，90°三中角度的预浸料，角度的规定规则为：阳模2母线方向为0°。铺层顺序为：[±45°/0°/90°/0°]ns，n值范围：1～4，优选1～2。
S8、对步骤7所铺完蒙皮后的预浸料进行1～3次吸胶预压实处理，优选1～2 次，吸胶处理时将模具用真空袋包封，如图7所示，抽真空，从外侧对真空袋施加吸胶压力，升温吸胶，排除多余的挥发份和压实铺放的蒙皮。蒙皮厚度为 2～4mm。蒙皮的吸胶温度控制在100～150℃范围内，优选110～120℃；升温速率控制在10～40℃/h范围内，优选20～30℃/h；吸胶压力控制在0.1～0.8MPa范围内，优选0.4～0.6MPa；吸胶时间控制在30～120min内,优选50～70min。
S9、经过步骤S8后，将外阴模3包在蒙皮外表面，下端固定在下压环 5 上。模具用真空袋包封，如图7所示，抽真空，从外侧对真空袋施加固化压力，升温固化，即用热压罐固化工艺实现对内翻边窗口的筋条-蒙皮结构整体共固化，达到内翻边窗口与筋条-蒙皮结构复合材料构件的一体化成型目的。
最终固化温度控制在150～250℃范围内，优选180～230℃；升温速率控制在 10～50℃/h范围内，优选20～40℃/h；固化压力控制在0.3～1.5MPa范围内，优选 0.6～0.8MPa；固化时间控制在10～25h内,优选20～24h。
S10、根据步骤9所得固化后的模具翻转，使其开口向上，依次拆除外阴模 3、下压环 5；再将芯模1向上拔出，将阳模分瓣单元向内部拔出，得到含内翻边窗口的筋条-蒙皮结构复合材料壳体。
整个含内翻边窗口的复合材料壳体的工艺流程如图8所示。
本发明未详细说明部分属于本领域技术人员公知技术。
Claims (8)
1.一种含内翻边窗口的复合材料壳体成型方法，其特征在于步骤如下：
第一步，预成型复合材料壳体的窗口；所述的复合材料壳体整体为圆柱状或圆锥状筋条-蒙皮结构，结构上下两侧的蒙皮径向向内翻边作为壳体的上下端框；结构的侧面朝向圆柱内部设置内壁为阶梯形状的窗口；窗口的数量为偶数个，且每两个在周向沿圆心对称分布，壳体为一体化成型结构；
第二步，将预成型的窗口安装在复合材料壳体成型模具的窗口型面对应位置；所述复合材料壳体成型模具，包括芯模(1)、阳模(2)、外阴模(3)、上压环(4)和下压环(5)；
阳模(2)由多个分瓣单元构成，每个分瓣单元的内表面与芯模(1)固连，所有分瓣单元与芯模(1)固连后的外表面与权利要求1所述的壳体的内型面一致，相邻两个分瓣单元的分瓣线与其所在芯模的半径线相交；外阴模(3)放置在下压环(5)上并处于阳模(2)的外侧，上压环(4)放置在芯模(1)上端；通过上压环(4)和下压环(5)与阳模(2)的相对位置形成壳体上下端框的成型面；整体组装后形成一个封闭结构；
第三步，将芯模(1)固定在下压环(5)上；在阳模(2)离上、下端框100mm范围内用单向碳纤维增强双马来酰亚胺预浸料，形成复合材料构件的过渡增厚区；
第四步，在阳模上沿筋槽内铺放单向碳纤维增强双马来酰亚胺预浸料，形成环形的加强筋；在铺放过程中、达到铺放厚度时分别对预浸料进行吸胶预压实处理；
第五步，在阳模(2)的上下端铺放单向碳纤维增强双马来酰亚胺预浸料，铺放厚度8-12mm；
第六步，在阳模(2)表面铺放蒙皮；蒙皮厚度为2～4mm；
第七步，铺完蒙皮后进行1～2次吸胶预压实处理，蒙皮的吸胶温度控制在100～150℃范围内；升温速率控制在10～40℃/h范围内；吸胶压力控制在0.1～0.8MPa范围内；吸胶时间控制在30～120min内；
第八步，安装上压环(4)、外阴模(3)，将成型模具用真空袋包封，升温固化：固化温度控制在180～230℃范围内；升温速率控制在20～40℃/h；固化压力控制在0.6～0.8MPa；固化时间控制在20～24h；
第九步，将固化后的模具经脱模得到含内翻边窗口的壳体。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的第一步通过如下方式实现：
S1、将起定位固定作用的定位模块固定在预成型模具的阳模上；所述的预成型模具通过阴模和阳模构成窗口型面；
S2、在S1中的阳模上用单向碳纤维增强双马来酰亚胺预浸料进行铺层操作，本铺层方法选包含0°，45°，90°三种角度的预浸料；
S3、重复步骤S2，直至铺层的厚度与预成型阳模的突起高度平齐；铺覆平齐后安装预成型模具中的阴模，
S4、对步骤S2和步骤S3所得铺层完的预浸料进行2～3次吸胶预压实处理；吸胶预压实的温度控制在80～150℃范围内；升温速率控制在20～50℃/h范围内；吸胶压力控制在0.1～0.8MPa范围内；吸胶时间控制在40～120min。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：第四步中预浸料缠绕的厚度与阳模(2)中筋条凹槽高度的1/2、2/3和突起高度时进行吸胶预压实处理；吸胶预压实的温度控制在80～150℃范围内；升温速率控制在20～50℃/h范围内；吸胶压力控制在0.1～0.8MPa范围内；吸胶时间控制在40～120min。
4.根据权利要求2或3所述的方法，其特征在于：吸胶预压实的温度控制在100～120℃；升温速率控制在20～40℃/h；吸胶压力控制在0.4～0.6MPa范围内；吸胶时间控制在50～60min内。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：蒙皮的吸胶温度优选控制在110～120℃范围内；升温速率控制在20～30℃/h范围内；吸胶压力控制在0.4～0.6MPa范围内；吸胶时间控制在50～70min内。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：复合材料壳体的结构两侧蒙皮与上下端框之间为渐变增厚结构。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于：所述的渐变增厚结构从两侧蒙皮向上下端框倾斜的角度偏离母线角度2-10°。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：阳模(2)沿轴向方向分成2-5层，每层20-30个分瓣单元。
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|---|---|---|---|---|
| CN109397494B (zh) * | 2018-10-26 | 2020-06-30 | 中国航发北京航空材料研究院 | 一种陶瓷基复合材料网格加筋构件成型模具及其制备方法 |
| CN109572003B (zh) * | 2018-11-27 | 2020-12-29 | 航天特种材料及工艺技术研究所 | 一种用于在舱段上原位成型隔热材料构件的成型模具及方法 |
| CN110821583B (zh) * | 2019-12-05 | 2022-06-17 | 中国航发四川燃气涡轮研究院 | 机匣筒体的边缘连接结构和机匣 |
| CN111890705B (zh) * | 2020-03-26 | 2022-11-04 | 中国运载火箭技术研究院 | 卫星支架模具 |
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| CN113183491B (zh) * | 2021-05-25 | 2022-12-23 | 西安英利科电气科技有限公司 | 一种复合材料生产过程的吸胶结构及方法 |
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Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101450533A (zh) * | 2007-11-30 | 2009-06-10 | 航天材料及工艺研究所 | 碳纤维增强树脂基复合材料网格结构件成型模具及成型方法 |
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| CN105172161A (zh) * | 2015-08-21 | 2015-12-23 | 航天材料及工艺研究所 | 一种带局部下凹的网格蒙皮结构自动铺丝成型方法 |
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