CN108990333A - 复合材料机箱及其成型工艺方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及船上安装的仪器控制台的机箱及其制造工艺方法，具体为复合材料机箱及其成型工艺方法，解决金属机箱不适应湿热、盐雾环境，复材成型工艺和模具复杂、成本高、抗冲击震动性能差，安装精度难保证的问题，方案：口字形围壳整体热压，两侧安装框及隔板为方括号形；复材选玻璃布与碳纤维/环氧树脂按米字型间隔铺层；各部件连接处预埋连接柱，连接柱侧面加工防转平面；部件间胶接或铆接装配。工艺方法：涂涂脱模剂；铺贴预浸料，预埋连接柱；加热加压固化；脱模；加工外形及安装孔；连接装配。优点：1、与金属机箱比更轻；2、与其他复材机箱比，工艺性强结构稳固抗冲击震动性强，寿命长；4、机械加工安装孔，生产效率高。

Description

复合材料机箱及其成型工艺方法

技术领域

本发明涉及船上安装的仪器控制台的机箱及其制造工艺方法，具体为复合材料机箱及其成型工艺方法。

背景技术

机箱（如下图1所示）是某仪器控制台的主要部件，用于船上，原为铝合金金属结构，安装点加工完成后通过铆接、螺接等方式直接安装在机箱内壁最终实现内部电器元件固定等多功能安装要求。近年来，由于轻量化及提高机箱对海洋湿热、盐雾等环境的耐用性等环境腐蚀要求的提出，采用复合材料设计成型某仪器控制台机箱，复合材料机箱需通过高低温环境，湿热环境，霉菌，盐雾、振动和冲击等性能试验考核，耐振动和冲击强度满足GJB150.18规定的14g抗冲击振动要求。要抵抗这种强烈的冲击，实现舵功能安装要求，需要在材料配制和结构工艺上进行改进。

用复合材料成型机箱可以设计很多种结构方式，有很多种工艺方法，一般有整体纤维RTM树脂注射法、预浸料模压法，预浸料热压罐法等。整体RTM树脂注射法成型机箱，模具结构要求双面模，模具结构复杂，成本高；预浸料模压法由于工艺设备原因不能整体成型，需将机箱框架分解为零散部件分别成型后再进行连接等方式连接实现整体结构形式，缺点是连接点越多对抗冲击振动风险越大且时间越长，抗冲击振动性能越差。预浸料热压罐法可以依托单面模具实现机箱的整体结构功能，但通常的成型方法是在板式模具上一次完成所有铺贴或者模具成型“口”字形框架与其他纵向隔板分别铺贴，固化完成后组合安装成型，实现机箱的整体结构功能，但缺点是，由于预浸料固化前及固化过程中各安装点预埋件易移动极其难保证各安装点的位置精度，且固化完成后由于位置关系各安装点的加工操作不能利用现代化数控加工中心而只能人工手动进行，加工精度满足不了电器元件的安装要求。在复合材料上以钻铆粘接形式连接是个工艺难题，复合材料本身比较难加工，直接在复合材料上打孔，破坏材料的结构完整性，降低整体强度。本机箱结构整体稳定性要求较高，内部安装功能要求多，分体成型结构整体稳定性及使用寿命不能保证，整体成型内部安装点无法进行数控机械加工，手工打孔，不仅效率低且安装精度难以保证。

因此，为了满足需要，设计一种轻质高强，抗冲击、抗震动实现多功能安装要求的复合材料机箱是十分有必要的。

发明内容

本发明解决目前现有的金属结构机箱不能适应海洋湿热、盐雾环境，现有复合材料成型工艺方法工艺和模具复杂、成本高、抗冲击震动性能差，难以保证安装精度的问题，提供一种复合材料机箱及其成型工艺方法。

本发明是通过以下技术方案实现的：复合材料机箱，包括围壳、右侧安装框、左侧安装框、中间隔板，所述围壳为组合模具、复合材料预浸料热压罐整体成型的口字形围壳，所述左侧安装框、右侧安装框、中间隔板为凹形模具上采用复合材料预浸料热压罐成型的方括号形；所述围壳、右侧安装框、左侧安装框、中间隔板成形时的复合材料选用玻璃布/环氧树脂预浸料与碳纤维/环氧树脂预浸料采用G/C/G/C/G/C/G的铺层顺序，按照90°/0°/±45°的顺序混杂铺层后热压固化成型；所述围壳、右侧安装框、左侧安装框、中间隔板之间的连接处预埋有金属连接柱，所述金属连接柱侧面沿母线方向加工有防转平面；所述围壳、右侧安装框、左侧安装框、中间隔板通过金属连接柱上加工安装孔后采用胶接或铆接固定装配。将机箱拆分为口字型围壳与两侧安装框及中间隔板，避免整体成型后无法采用数控加工各安装孔位。围壳整体成型保证结构的稳定性，两侧安装框与中间隔板分部成型实现机箱内部安装精度要求，对围壳起到支撑作用，提高机箱抗冲击、震动性能，此外还可以根据需要调节安装框与隔板、围壳的连接点位，无需改造成型模具。在复合材料热压成型前预埋金属连接柱，然后在金属连接柱上加工连接孔，避免在复合材料上直接加工破坏整体结构，并且金属连接柱小范围窜动并不影响后续加工连接孔的精度。金属连接柱侧面加工防转平面，避免加工孔时金属连接柱转动打滑或脱出。EW无碱玻璃布/环氧树脂制备的复合材料的强度性能与铝合金比没有优势，模量低，强度偏低，不能起到减重作用，而T700碳纤维/环氧树脂制备的复合材料，以均衡铺层方式，拉伸压缩强度性能十分优异，但是碳纤维复合材料在冲击条件下性脆，易断裂分层。因此，为提高机箱整体结构抗冲击振动性能，采用玻璃布与碳纤维/环氧树脂预浸料混杂铺层方案，获得强度和模量适中的复合材料，材料变形能力提高，抗冲击能力增强，同时可以实现较大幅度的减重由于本机箱承受强烈的冲击和振动，铺层设计方案采用玻璃布/环氧树脂与碳纤维/环氧树脂混杂铺层的材料配置方式，即：G/C/G/C/G/C/G的铺层顺序，按照90°/0°/±45°的顺序铺放，保证各方向性能均匀，以承受在振动和冲击中复杂的受力和变形。

所述玻璃布/环氧树脂预浸料的玻璃布铺层采用EW100～EW200之间低模量高强无碱玻璃布，所述碳纤维/环氧树脂预浸料的碳纤维铺层采用低模量单向T700碳纤维。

复合材料机箱成型工艺方法，包括以下操作步骤：

1）、在各复合材料模具上涂拭脱模剂3-5遍，加热烘干，每遍间隔30分钟；

2）、在各复合材料模具上以G/C/G/C/G/C/G的铺层顺序，按照90°/0°/±45°的顺序分别铺贴玻璃布/环氧树脂与碳纤维/环氧树脂成型围壳、右侧安装框、左侧安装框与中间隔板，并且在相互连接处预埋侧面开有防转平面的金属连接柱；

3）、各复合材料模具上的部件铺贴完成后放入热压罐中按照工艺要求进行加热加压固化；

4）、将固化成型后的围壳、右侧安装框、左侧安装框、中间隔板脱模；

5）、在机械加工机床上对围壳、右侧安装框、左侧安装框、中间隔板进行外形及安装孔的加工；

6）、将围壳、右侧安装框、左侧安装框、中间隔板通过安装孔进行胶接铆接固定装配。

本发明具有以下优点：1、与铝合金金属机箱相比，复合材料机箱可减重30%~33%；2、与其他复合材料机箱结构相比，本发明的机箱结构成型工艺可操作性强，装配完成后结构稳固，能有效抗冲击震动，使用寿命长；4、可机械加工安装孔，生产效率高。

附图说明

图1为围壳结构示意图；

图2为左侧安装框结构示意图；

图3为右侧安装框结构示意图；

图4为中间隔板结构示意图；

图5为金属连接柱结构俯视图。

具体实施方式

复合材料机箱，包括围壳、右侧安装框、左侧安装框、中间隔板，所述围壳为组合模具、复合材料预浸料热压罐整体成型的口字形围壳，所述左侧安装框、右侧安装框、中间隔板为凹形模具上采用复合材料预浸料热压罐成型的方括号形；所述围壳、右侧安装框、左侧安装框、中间隔板成形时的复合材料选用EW100～EW200之间低模量高强无碱玻璃布/环氧树脂预浸料与低模量单向T700碳纤维/环氧树脂预浸料采用G/C/G/C/G/C/G的铺层顺序，按照90°/0°/±45°的顺序混杂铺层后热压固化成型；所述围壳、右侧安装框、左侧安装框、中间隔板之间的连接处预埋有金属连接柱，所述金属连接柱侧面沿母线方向加工有防转平面；所述围壳、右侧安装框、左侧安装框、中间隔板通过金属连接柱上加工安装孔后采用胶接或铆接固定装配。

复合材料机箱成型工艺方法，包括以下操作步骤：

1）、在各复合材料模具上涂拭脱模剂3-5遍，加热烘干，每遍间隔30分钟；

2）、在各复合材料模具上以G/C/G/C/G/C/G的铺层顺序，按照90°/0°/±45°的顺序分别铺贴EW100～EW200之间低模量高强无碱玻璃布/环氧树脂与低模量单向T700碳纤维/环氧树脂成型围壳、右侧安装框、左侧安装框与中间隔板，并且在相互连接处预埋侧面开有防转平面的金属连接柱；

3）、各复合材料模具上的部件铺贴完成后放入热压罐中按照工艺要求进行加热加压固化；

4）、将固化成型后的围壳、右侧安装框、左侧安装框、中间隔板脱模；

5）、在机械加工机床上对围壳、右侧安装框、左侧安装框、中间隔板进行外形及安装孔的加工；

6）、将围壳、右侧安装框、左侧安装框、中间隔板通过安装孔进行胶接铆接固定装配。

Claims (3)

1.一种复合材料机箱，包括围壳、右侧安装框、左侧安装框、中间隔板，其特征在于：所述围壳为组合模具、复合材料预浸料热压罐整体成型的口字形围壳，所述左侧安装框、右侧安装框、中间隔板为凹形模具上采用复合材料预浸料热压罐成型的方括号形；所述围壳、右侧安装框、左侧安装框、中间隔板成形时的复合材料选用玻璃布/环氧树脂预浸料与碳纤维/环氧树脂预浸料采用G/C/G/C/G/C/G的铺层顺序，按照90°/0°/±45°的顺序混杂铺层后热压固化成型；所述围壳、右侧安装框、左侧安装框、中间隔板之间的连接处预埋有金属连接柱，所述金属连接柱侧面沿母线方向加工有防转平面；所述围壳、右侧安装框、左侧安装框、中间隔板通过金属连接柱上加工安装孔后采用胶接或铆接固定装配。

2.根据权利要求1所述的复合材料机箱，其特征在于：所述玻璃布/环氧树脂预浸料的玻璃布铺层采用EW100～EW200之间低模量高强无碱玻璃布，所述碳纤维/环氧树脂预浸料的碳纤维铺层采用低模量单向T700碳纤维。

3.复合材料机箱成型工艺方法，包括以下操作步骤：

1）、在各复合材料模具上涂拭脱模剂3-5遍，加热烘干，每遍间隔30分钟；

2）、在各复合材料模具上以G/C/G/C/G/C/G的铺层顺序，按照90°/0°/±45°的顺序分别铺贴玻璃布/环氧树脂与碳纤维/环氧树脂成型围壳、右侧安装框、左侧安装框与中间隔板，并且在相互连接处预埋侧面开有防转平面的金属连接柱；

3）、各复合材料模具上的部件铺贴完成后放入热压罐中按照工艺要求进行加热加压固化；

4）、将固化成型后的围壳、右侧安装框、左侧安装框、中间隔板脱模；

5）、在机械加工机床上对围壳、右侧安装框、左侧安装框、中间隔板进行外形及安装孔的加工；

6）、将围壳、右侧安装框、左侧安装框、中间隔板通过安装孔进行胶接铆接固定装配。