CN109203510B - 一种接头法兰的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了航天技术领域内的一种接头法兰的制备方法，（1）模具的清理；（2）模具的组装；（3）脱模剂的喷涂；（4）裁布；（5）分区铺贴；（6）预定型；（7）合模；（8）固化；（9）开模；本发明的制备成本低，质量小。

Description

一种接头法兰的制备方法
技术领域
本发明属于航天技术领域，特别涉及一种接头法兰的制备方法。
背景技术
在民用或者商业航天领域，航天装置中对各个零部件结构要求极为苛刻，接头法兰作为关键受力结构件在整个系统部件中起着重要作用，因此对接头法兰的性能要求极为严格，且在整个系统部件中，各部件的重量大小直接影响整个系统部件的性能。
目前该领域的接头法兰均采用金属铝材质制作，重量占比很大，这样既影响了整个系统部件的性能，也减少了商业航天带来的经济效益，且金属材质的接头法兰制造工序复杂，需经历车、铣、磨、钻等不同工序，机加工各部件衔接性较差，导致产品在加工过程中容易出错，精密度低，产品报废率高。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的在于克服上述现有技术中的不足之处，解决现有技术中制备成本高及制备出来的接头法兰质量大的技术问题，提供一种接头法兰的制备方法，本发明的制备成本低，利用本发明制备出来的接头法兰质量小，强度高。
本发明的目的是这样实现的：一种接头法兰的制备方法，包括以下步骤，
（1）模具的清理：使用无水乙醇或丙酮对各个模具分块的表面进行清洗，清洗掉影响产品的残渣，然后在模具分块安装贴合面喷涂脱模剂，每次间隔15min，重复喷涂3次，放置以备后续使用；
（2）模具的组装：使用对应的螺栓将底座组装起来，螺栓表面图抹硅脂，底座组装完成后，将内环放入底座中，底座和内环外侧之间为与接头法兰形状相同的模腔；
（3）脱模剂的喷涂：将组装完成的下模具喷涂脱模剂，间隔15min后，再次喷涂脱模剂3～5次，喷涂完成后，先室温下风干20～40min，再常温下固化2～4小时；
（4）裁布：将碳纤维布按照工艺文件中的形状、数量、角度要求进行裁剪，分别裁出外包、斜包、直包和平铺预浸料用料，记号笔做编号，按次序放置在指定的区域；
（5）分区铺贴：对下模具进行铺贴，具体的为，下模具的铺贴区域分别为外包A区、外包B区、斜包A区、直包区、斜包B、平铺A、平铺B和外包C，从下往上分别逐层交错铺贴在外包A区上和外部B区，外包A区和外包B区铺贴完成后，在外包A区和外包B区外侧分别从下往上逐层交错铺贴斜包A区和直包区，斜包A区和直包区铺贴完成后，在斜包A区外侧和水平部对应的直包区上侧分别从下往上逐层交错铺贴斜包B区和平铺A区，斜包B区和平铺A区铺贴完成后，在平铺A区上侧和斜包B区外侧水平铺贴平铺B区，平铺B区铺贴完成后，将铺贴在内环顶侧对应的直包区上的预浸料逐层翻铺至平铺B区上侧，直包区翻铺结束后，将平铺B区上侧对应的外包A区和外包C区的预浸料逐层交错铺贴至平铺C区上侧；
（6）预定型：铺贴完成后，在下模具中打真空袋，用真空泵将真空袋抽真空，抽真空后，关闭真空泵，剪开真空袋，得到预成型体；
（7）合模：将上盖板喷涂脱模剂后按要求晾干，对预成型体，其进行修切，去除多余边料，安装上盖板和外环，铜棒敲打上盖板压预压实，上模具和下模具成功合模；
（8）固化：检查热压机正常工作，先吊装模具至热压机平台，在模具的上下面各放置一块金属板，在模具四周对称放置热电偶，热电偶与测温仪相连，控制热压机的温度，并按照固化工艺进行固化，固化后自然冷却到室温，卸除热压机压力；
（9）开模：使用非金属工具开模，依次取下外环、上盖板、内环和下盖板，得到接头法兰，对其进行修边，得到整体成型后的接头法兰；
其中，外包B区为底座上的倾斜部和水平部一所在区域，外包A区为水平部一、竖直部和水平部二所在区域；倾斜部、水平部一和竖直部构成模腔，竖直部为内环的外侧，水平部一为竖直部与倾斜部之间的区域，水平部二为靠近内环外侧的顶部所在区域，斜包A区为外包B区的上侧所在区域，直包区为外包A区外侧所在区域，直包区上的预浸料翻铺至平铺B区上侧的区域为平铺C区，外包C区的一端与倾斜部的一端接合，倾斜部的另一端与水平部交接，外包C区的另一端与竖直部接合。
为了加强接头法兰的强度，所述步骤（5）中，使用8层外包预浸料铺贴外包A区，外包预浸料的厚度厚度0.25mm，从第一层至第八层的预浸料的铺贴角度依次为45°、0°、45°、0°、45°、0°、45°、0°；
使用8层外包预浸料铺贴外包B区，每一层的铺贴角度和外包A区相同；
使用与斜包A区对应的24层斜包预浸料铺贴斜包A区，斜包预浸料的厚度为0.125mm，第一层到第九层的预浸料的铺贴角度依次为45°、-45°、0°、0°、90°、0°、0°、-45°、+45°，第十层至第十八层的铺贴角度与第一层至第九层的铺贴角度相同，第十九层到第二十四层的预浸料的铺贴角度依次为45°、-45°、0°、0°、-45°、+45°；
使用24层直包预浸料铺贴直包区，直包预浸料的厚度为0.125mm，直包区的铺贴角度和斜包A区的铺贴角度相同；
使用与斜包B区对应的24层斜包预浸料铺贴斜包B区，斜包B区的铺贴角度和斜包A区的铺贴角度相同；
使用与平铺A区对应的72层平铺预浸料铺贴平铺A区，平铺预浸料的厚度为0.125mm，第1*n层到第9*n层的铺贴角度依次为45°、-45°、0°、0°、90°、0°、0°、-45°、+45°，1≤n≤8，n为整数；
使用与平铺B区对应的280层平铺预浸料铺贴平铺B区，第1*i层到第9*i层的铺贴角度依次为45°、-45°、0°、0°/90°、0°、0°、-45°、+45°，1≤i≤30，i为整数，第271层到第280层的铺贴角度依次为45°、-45°、0°、0°/90°、90°、0°、0°、-45°、+45°；
从上往下将铺贴在水平部二上的直包区的预浸料翻铺至平铺B区上侧；
从上往下将铺贴在水平部二上的外包A区的预浸料翻铺至平铺B区上侧；
使用和外包C区对应的8层外包预浸料铺贴外包C区，铺贴角度和外包A区铺贴角度相同；
其中，每一层预浸料由若干块准备好的预浸料单元组成，在铺贴每一层预浸料时，以铺贴第一块预浸料单元的中心线为参考线，平行于中心线且指向内环方向的为x轴，x轴为铺贴角度0°，将x轴顺时针转动45°为铺贴角度-45°，将x轴逆时针转动45°为-45°，将x轴逆时针转动90°为铺贴角度90°。
为了方便翻铺水平部二的预浸料至平铺B区上方，所述步骤（5）中，对外包A区对应的水平部二进行铺贴时，相邻层预浸料之间经脱模布隔开；水平部二对应的外包A区上侧的直包区进行铺贴时，相邻层预浸料之间经脱模布隔开。
为了进一步固化成型和消除应力，所述步骤（8）中固化温度为：
（801）第一阶段固化：初始加热温度至70℃，压力加压到57吨，保温保压固化2小时，使用测温枪测定温度，保证各部分温度均匀；
（802）第二阶段固化：继续加热温度至140℃，压力加压到200吨，保温保压固化0.5小时，使用测温枪测定温度，保证各部分温度均匀；
（803）第三阶段固化：继续加热温度至160℃，压力保持200吨，保温保压固化3小时，使用测温枪测定温度，保证各部分温度均匀；
（804）第四阶段固化：继续加热温度至180℃，压力保持200吨，保温保压固化1.5小时；
（805）第五阶段固化：关闭加热装置，热电偶温度低于60℃后可以卸除压机压力，自然冷却至室温。
与现有技术相比，本发明利用两种预浸料的结合以及分区铺贴制造接头法兰，制备成本低；制备出来的接头法兰质量小，强度高；通过各层预浸料铺贴块数和铺贴角度的设置，提高接头法兰的强度，抗弯性能好，可应用于制备民用或者商业航天装置连接外接设备的接头法兰的工作中。
附图说明
图1为本发明中底座、内环、上盖板和外环的剖面图。
图2为本发明中底座、内环、上盖板和外环放在一起后的立体结构图。
图3为本发明中制备出来的接头法兰的结构图。
图4 为本发明 中A处的局部放大图。
图5为本发明的外包A区和外包Ｂ区的铺贴示意图。
图6为本发明的斜包A区和直包区的铺贴示意图。
图7为本发明的斜包Ｂ区和平铺Ａ区的铺贴示意图。
图8为本发明的平铺Ｂ区的铺贴示意图。
图9为本发明的水平部二上的直包区翻铺示意图。
图10为本发明的水平部二上的外包Ａ区翻铺和外包Ｃ区铺贴示意图。
图11为本发明中固化工艺曲线图。
图12为本发明的铺贴参考角度示意图。
其中，1底座，101倾斜部，102水平部一，2内环，201竖直部，202水平部二，3上盖板，4外环，5接头法兰，501外包A区，502外包B区，503斜包A区，504直包区，505斜包B区，506平铺A区，507平铺B区，508外包C区，6模腔。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行进一步说明。
一种接头法兰的制备方法，包括以下步骤，
（1）模具的清理：使用无水乙醇或丙酮对各个模具分块的表面进行清洗，清洗掉影响产品的残渣，然后在模具分块安装贴合面喷涂脱模剂，每次间隔15min，重复喷涂3次，放置以备后续使用；
（2）模具的组装：使用对应的螺栓将底座组装起来，螺栓表面图抹硅脂，底座组装完成后，将内环放入底座中，底座和内环外侧之间为与接头法兰形状相同的模腔；
（3）脱模剂的喷涂：将组装完成的下模具喷涂脱模剂，间隔15min后，再次喷涂脱模剂5次，喷涂完成后，先室温下风干15min，再常温下固化3小时；
（4）裁布：将碳纤维布按照工艺文件中的形状、数量、角度要求进行裁剪，分别裁出外包、斜包、直包和平铺预浸料用料，记号笔做编号，按次序放置在指定的区域；
（5）分区铺贴：对下模具进行铺贴，具体的为，（如图5-10所示，）下模具的铺贴区域分别为外包A区、外包B区、斜包A区、直包区、斜包B、平铺A、平铺B和外包C，从下往上分别逐层交错铺贴在外包A区上和外部B区，外包A区和外包B区铺贴完成后，在外包A区和外包B区外侧分别从下往上逐层交错铺贴斜包A区和直包区，斜包A区和直包区铺贴完成后，在斜包A区外侧和水平部对应的直包区上侧分别从下往上逐层交错铺贴斜包B区和平铺A区，斜包B区和平铺A区铺贴完成后，在平铺A区上侧和斜包B区外侧水平铺贴平铺B区，平铺B区铺贴完成后，将铺贴在内环顶侧对应的直包区上的预浸料逐层翻铺至平铺B区上侧，直包区翻铺结束后，将平铺B区上侧对应的外包A区和外包C区的预浸料逐层交错铺贴至平铺C区上侧；在铺贴每一层预浸料时，都要用赶板压实；
（6）预定型：铺贴完成后，在下模具中打真空袋，用真空泵将真空袋抽真空，抽真空后，关闭真空泵，剪开真空袋，得到预成型体；
（7）合模：将上盖板喷涂脱模剂后按要求晾干，对预成型体，其进行修切，去除多余边料，安装上盖板和外环，铜棒敲打上盖板压预压实，上模具和下模具成功合模；
（8）固化：检查热压机正常工作，先吊装模具至热压机平台，在模具的上下面各放置一块金属板，在模具四周对称放置热电偶，热电偶与测温仪相连，控制热压机的温度，并按照固化工艺进行固化，固化后自然冷却到室温，卸除热压机压力；
（9）开模：使用非金属工具开模，依次取下外环、上盖板、内环和下盖板，得到接头法兰，对其进行修边，得到整体成型后的接头法兰；
其中，外包B区为底座上的倾斜部和水平部一所在区域，外包A区为水平部一、竖直部和水平部二所在区域；倾斜部、水平部一和竖直部构成模腔，竖直部为内环的外侧，水平部一为竖直部与倾斜部之间的区域，水平部二为靠近内环外侧的顶部所在区域，斜包A区为外包B区的上侧所在区域，直包区为外包A区外侧所在区域，直包区上的预浸料翻铺至平铺B区上侧的区域为平铺C区，外包C区的一端与倾斜部的一端接合，倾斜部的另一端与水平部交接，外包C区的另一端与竖直部接合。
本实施中，模具由上模具和下模具组成，上模具为底座和内环，下模具为上盖板和外环；外包预浸料为T300平纹环氧预浸料，斜包预浸料、直包预浸料和平铺预浸料均为T700单向环氧预浸料。本实施例中，步骤（5）中，使用8层外包预浸料铺贴外包A区，外包预浸料的厚度厚度0.25mm，从第一层至第八层的预浸料的铺贴角度依次为45°、0°、45°、0°、45°、0°、45°、0°；
使用8层外包预浸料铺贴外包B区，每一层的铺贴角度和外包A区相同；
使用与斜包A区对应的24层斜包预浸料铺贴斜包A区，斜包预浸料的厚度为0.125mm，第一层到第九层的预浸料的铺贴角度依次为45°、-45°、0°、0°、90°、0°、0°、-45°、+45°，第十层至第十八层的铺贴角度与第一层至第九层的铺贴角度相同，第十九层到第二十四层的预浸料的铺贴角度依次为45°、-45°、0°、0°、-45°、+45°；
使用24层直包预浸料铺贴直包区，直包预浸料的厚度为0.125mm，直包区的铺贴角度和斜包A区的铺贴角度相同；
使用与斜包B区对应的24层斜包预浸料铺贴斜包B区，斜包B区的铺贴角度和斜包A区的铺贴角度相同；
使用与平铺A区对应的72层平铺预浸料铺贴平铺A区，平铺预浸料的厚度为0.125mm，第1*n层到第9*n层的铺贴角度依次为45°、-45°、0°、0°、90°、0°、0°、-45°、+45°，1≤n≤8，n为整数；
使用与平铺B区对应的280层平铺预浸料铺贴平铺B区，第1*i层到第9*i层的铺贴角度依次为45°、-45°、0°、0°、90°、0°、0°、-45°、+45°，1≤i≤30，i为整数，第271层到第280层的铺贴角度依次为45°、-45°、0°、0°、90°、90°、0°、0°、-45°、+45°；
从上往下将铺贴在水平部二上的直包区的预浸料翻铺至平铺B区上侧；
从上往下将铺贴在水平部二上的外包A区的预浸料翻铺至平铺B区上侧时，每翻铺一层外包A区的预浸料，就铺贴一层外包C区的外包预浸料；
使用和外包C区对应的8层外包预浸料铺贴外包C区，铺贴角度和外包A区铺贴角度相同；
其中，每一层预浸料由若干块准备好的预浸料单元组成，在铺贴每一层预浸料时，以铺贴第一块预浸料单元的中心线为参考线，平行于中心线且指向内环方向的为x轴，x轴为铺贴角度0°，将x轴顺时针转动45°为铺贴角度-45°，将x轴逆时针转动45°为-45°，将x轴逆时针转动90°为铺贴角度90°；以铺贴一层预浸料时举例说明，如图12中A处为铺贴的第一块预浸料单元，箭头所指方向为x轴，亦为铺贴角度0°所在方向。
为了使每层预浸料紧密贴合，铺贴的折角区用赶板压实，架空处用直径1～2mm碳捻丝条填充，每4层使用真空袋常温预压1次，压力小于-0.085MPa，时间大于10min。
为了固化成型和消除应力，步骤（8）中，热压机固化时控制固化温度的具体步骤为：
（801）第一阶段固化：初始加热温度至70℃，压力加压到57吨，保温保压固化2小时，使用测温枪测定温度，保证各部分温度均匀；
（802）第二阶段固化：继续加热温度至140℃，压力加压到200吨，保温保压固化0.5小时，使用测温枪测定温度，保证各部分温度均匀；
（803）第三阶段固化：继续加热温度至160℃，压力保持200吨，保温保压固化3小时，使用测温枪测定温度，保证各部分温度均匀；
（804）第四阶段固化：继续加热温度至180℃，压力保持200吨，保温保压固化1.5小时；
（805）第五阶段固化：关闭加热装置，热电偶温度低于60℃后可以卸除压机压力，自然冷却至室温。
本发明利用两种预浸料的结合以及分区铺贴制造接头法兰，制备成本低；制备出来的接头法兰质量小，强度高；通过各层预浸料铺贴块数和铺贴角度的设置，提高接头法兰的强度，抗弯性能好，可应用于制备民用或者商业航天装置连接外接设备的接头法兰的工作中。
本发明并不局限于上述实施例，在本发明公开的技术方案的基础上，本领域的技术人员根据所公开的技术内容，不需要创造性的劳动就可以对其中的一些技术特征作出一些替换和变形，这些替换和变形均在本发明保护范围内。

Claims (4)

1.一种接头法兰的制备方法，其特征在于，包括以下步骤，
（1）模具的清理：使用无水乙醇或丙酮对各个模具分块的表面进行清洗，清洗掉影响产品的残渣，然后在模具分块安装贴合面喷涂脱模剂，每次间隔15min，重复喷涂3次，放置以备后续使用；
（2）模具的组装：使用对应的螺栓将底座组装起来，螺栓表面涂抹硅脂，底座组装完成后，将内环放入底座中，底座和内环外侧之间为与接头法兰形状相同的模腔；
（3）脱模剂的喷涂：将组装完成的下模具喷涂脱模剂，间隔15min后，再次喷涂脱模剂3～5次，喷涂完成后，先室温下风干20～40min，再常温下固化2～4小时；
（4）裁布：将碳纤维布按照工艺文件中的形状、数量、角度要求进行裁剪，分别裁出外包、斜包、直包和平铺预浸料用料，记号笔做编号，按次序放置在指定的区域；
（5）分区铺贴：对下模具进行铺贴，具体的为，下模具的铺贴区域分别为外包A区、外包B区、斜包A区、直包区、斜包B、平铺A、平铺B和外包C，从下往上分别逐层交错铺贴在外包A区上和外部B区，外包A区和外包B区铺贴完成后，在外包A区和外包B区外侧分别从下往上逐层交错铺贴斜包A区和直包区，斜包A区和直包区铺贴完成后，在斜包A区外侧和水平部对应的直包区上侧分别从下往上逐层交错铺贴斜包B区和平铺A区，斜包B区和平铺A区铺贴完成后，在平铺A区上侧和斜包B区外侧水平铺贴平铺B区，平铺B区铺贴完成后，将铺贴在内环顶侧对应的直包区上的预浸料逐层翻铺至平铺B区上侧，直包区翻铺结束后，将平铺B区上侧对应的外包A区和外包C区的预浸料逐层交错铺贴至平铺C区上侧；
（6）预定型：铺贴完成后，在下模具中打真空袋，用真空泵将真空袋抽真空，抽真空后，关闭真空泵，剪开真空袋，得到预成型体；
（7）合模：将上盖板喷涂脱模剂后按要求晾干，对预成型体，其进行修切，去除多余边料，安装上盖板和外环，铜棒敲打上盖板压预压实，上模具和下模具成功合模；
（8）固化：检查热压机正常工作，先吊装模具至热压机平台，在模具的上下面各放置一块金属板，在模具四周对称放置热电偶，热电偶与测温仪相连，控制热压机的温度，并按照固化工艺进行固化，固化后自然冷却到室温，卸除热压机压力；
（9）开模：使用非金属工具开模，依次取下外环、上盖板、内环和下盖板，得到接头法兰，对其进行修边，得到整体成型后的接头法兰；
其中，外包B区为底座上的倾斜部和水平部一所在区域，外包A区为水平部一、竖直部和水平部二所在区域；倾斜部、水平部一和竖直部构成模腔，竖直部为内环的外侧，水平部一为竖直部与倾斜部之间的区域，水平部二为靠近内环外侧的顶部所在区域，斜包A区为外包B区的上侧所在区域，直包区为外包A区外侧所在区域，直包区上的预浸料翻铺至平铺B区上侧的区域为平铺C区，外包C区的一端与倾斜部的一端接合，倾斜部的另一端与水平部交接，外包C区的另一端与竖直部接合。
2.根据权利要求1所述的一种接头法兰的制备方法，其特征在于，所述步骤（5）中，使用8层外包预浸料铺贴外包A区，外包预浸料的厚度厚度0.25mm，从第一层至第八层的预浸料的铺贴角度依次为45°、0°、45°、0°、45°、0°、45°、0°；
使用8层外包预浸料铺贴外包B区，每一层的铺贴角度和外包A区相同；
使用与斜包A区对应的24层斜包预浸料铺贴斜包A区，斜包预浸料的厚度为0.125mm，第一层到第九层的预浸料的铺贴角度依次为45°、-45°、0°、0°、90°、0°、0°、-45°、+45°，第十层至第十八层的铺贴角度与第一层至第九层的铺贴角度相同，第十九层到第二十四层的预浸料的铺贴角度依次为45°、-45°、0°、0°、-45°、+45°；
使用24层直包预浸料铺贴直包区，直包预浸料的厚度为0.125mm，直包区的铺贴角度和斜包A区的铺贴角度相同；
使用与斜包B区对应的24层斜包预浸料铺贴斜包B区，斜包B区的铺贴角度和斜包A区的铺贴角度相同；
使用与平铺A区对应的72层平铺预浸料铺贴平铺A区，平铺预浸料的厚度为0.125mm，第1*n层到第9*n层的铺贴角度依次为45°、-45°、0°、0°、90°、0°、0°、-45°、+45°，1≤n≤8，n为整数；
使用与平铺B区对应的280层平铺预浸料铺贴平铺B区，第1*i层到第9*i层的铺贴角度依次为45°、-45°、0°、0°、90°、0°、0°、-45°、+45°，1≤i≤30，i为整数，第271层到第280层的铺贴角度依次为45°、-45°、0°、0°、90°、90°、0°、0°、-45°、+45°；
从上往下将铺贴在水平部二上的直包区的预浸料翻铺至平铺B区上侧；
从上往下将铺贴在水平部二上的外包A区的预浸料翻铺至平铺B区上侧；
使用和外包C区对应的8层外包预浸料铺贴外包C区，铺贴角度和外包A区铺贴角度相同；
其中，每一层预浸料由若干块准备好的预浸料单元组成，在铺贴每一层预浸料时，以铺贴第一块预浸料单元的中心线为参考线，平行于中心线且指向内环方向的为x轴，x轴为铺贴角度0°，将x轴顺时针转动45°为铺贴角度-45°，将x轴逆时针转动45°为-45°，将x轴逆时针转动90°为铺贴角度90°。
3.根据权利要求1或2所述的一种接头法兰的制备方法，其特征在于，所述步骤（5）中，对外包A区对应的水平部二进行铺贴时，相邻层预浸料之间经脱模布隔开；水平部二对应的外包A区上侧的直包区进行铺贴时，相邻层预浸料之间经脱模布隔开。
4.根据权利要求1或2所述的一种接头法兰的制备方法，其特征在于，所述步骤（8）中的固化温度变化为：
（801）第一阶段固化：初始加热温度至70℃，压力加压到57吨，保温保压固化2小时，使用测温枪测定温度，保证各部分温度均匀；
（802）第二阶段固化：继续加热温度至140℃，压力加压到200吨，保温保压固化0.5小时，使用测温枪测定温度，保证各部分温度均匀；
（803）第三阶段固化：继续加热温度至160℃，压力保持200吨，保温保压固化3小时，使用测温枪测定温度，保证各部分温度均匀；
（804）第四阶段固化：继续加热温度至180℃，压力保持200吨，保温保压固化1.5小时；
（805）第五阶段固化：关闭加热装置，热电偶温度低于60℃后可以卸除压机压力，自然冷却至室温。
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