CN109249627B - 一种碳纤维复合材料推进器模压成型工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种碳纤维复合材料推进器模压成型工艺，包括如下步骤：S1：选取碳纤维预浸料，控制模压环境，并对模具进行检验及处理；S2：对所述碳纤维预浸料进行承压厚度、纤维含量、温度曲线及成型表面测试；S3：采用预浸料模压工艺成型推进器胚模；S4：在所述胚模的表面继续铺贴碳纤维预浸料，再次模压成型制备得到复合材料推进器。本发明的碳纤维复合材料推进器模压成型工艺，将复合材料推进器模压成型分为两次成型，第一次采用预浸料模压工艺成型推进器胚模，在胚模表面继续铺贴预浸料，再次模压成型制造复合材料推进器，既能保证产品强度，又能保证产品精度，成型产品整体性好、型值偏差更小、工艺稳定、强度更高，且推进效率更高。

Description

一种碳纤维复合材料推进器模压成型工艺

技术领域

本发明属于复合材料推进器成型技术领域，更具体地，涉及一种碳纤维复合材料推进器模压成型工艺。

背景技术

机械(结构)噪声、螺旋桨噪声以及流动噪声构成了船舶水下辐射声场。随着航速的增加，船舶推进器噪声逐渐成为辐射噪声的主要部分。其螺旋桨噪声有自身辐射噪声、其尾流场引起的噪声和螺旋桨引起的尾部振动噪声。研究表明推进器噪声是从几赫兹的次声频直到上百千赫超声频的宽带连续谱上叠加着一些低频特征线谱，其线谱的频率为推进器的叶频及其各阶倍叶频。中低频段的推进器噪声主要由叶片所受的脉动压力以及推进器尾流中的涡引起的，中高频段的主要噪声为空化噪声，推进器在高频段还会出现由于卡门涡街引起的唱音。随着军事科技的飞速发展，现代作战武器及平台的制导、跟踪能力越来越强，螺旋桨噪声会影响舰船的隐蔽性能。因此，要想降低舰船被探测和发现的概率，必须尽可能地降低螺旋桨辐射噪声，资料表明，如果物体辐射噪声减小6dB，则被动声纳系统探测距离将减小50％。因此，研究螺旋桨噪声具有重要的军事应用价值，如何降低和控制螺旋桨的振动及辐射噪声一直是国内外专家学者研究的热点问题。

与传统的金属推进器相比，复合材料推进器具有低振动，低噪音，轻质高效，耐海水腐蚀、易维修等特点。但在国内，复合材料螺旋桨仍停留在小型渔船，商船的制造使用阶段，其材料也主要采用的是早期广泛使用的玻璃纤维复合材料，因此螺旋桨的性能相较于金属螺旋桨并没有较大的改善。目前复合材料推进器的模具设计、成型工艺、参数控制、成型精度等成为制约我国复合材料推进器发展的重要因素。国内船用复合材料推进器的成型工艺多为手工成型、RTM成型、灌注成型、分体式成型以及各种方法的混合。现有单一成型工艺往往不能同时兼顾参数控制、成型精度、结构强度等问题。随着国内复合材料基础理论与制造工艺日益成熟，突破了刚度要求高、连接型式多样化、制造工艺规范化等关键技术，已具备了深入工程应用的基本条件。本发明一种复合材料推进器模压模具具有操作简单，成型产品精度高、结构强度高的特点。

专利号CN101704302A公开了一种复合材料螺旋桨的整体成型模具及其制造方法,它主要是为了解决现有螺旋桨的桨毂与桨叶轴系振动、桨叶根部易破坏的问题。模具由上模块、下模和盖板组成，采用RTM工艺制作，该模具适用于桨叶少、叶片曲度不大的复合材料螺旋桨。专利号CN104149361A公开了一种二次成型的碳纤维复合材料螺旋桨制作方法,先对模具及材料的选用及处理,后对桨毂进行第一次成型,再对螺旋桨进行第二次成型,工艺简单、成熟,实现自主生产碳纤维复合材料螺旋桨。专利号CN103253367A公开了一种复合材料空气螺旋桨的制备模具，通过将复合材料空气螺旋桨设计为分体式结构,包括上壁板外形面模具、上壁板内形面模具、下壁板外形面模具和下壁板内形面模具，所述的上壁板外形面模具和上壁板内形面模具相互对接配合后内部形成上壁板型腔。目前，复杂的复合材料推进器成型工艺多为分体式成型，叶片采用RTM成型，后与桨毂定位柱状，所采用的的模具多为推进器叶片RTM模具；叶片较少、结构简单的复合材料推进器多采用RTM、模压工艺等。

发明内容

针对现有技术存在的缺陷或改进需求，本发明提供一种碳纤维复合材料推进器模压成型工艺，其目的在于设计一种能够解决多桨叶、桨叶弯曲度大的复合材料推进器生产困难问题，且该工艺与模具能够同时解决产品精度与强度问题的复合材料推进器生产工艺。

为了实现上述目的，本发明提供一种碳纤维复合材料推进器模压成型工艺，包括如下步骤：

S1：选取碳纤维预浸料，控制模压环境，并对模具进行检验及处理；

S2：对所述碳纤维预浸料进行承压厚度、纤维含量、温度曲线及成型表面测试；

S3：采用预浸料模压工艺成型推进器胚模；

S31：推进器的肧模铺层采用分步方式完成，先成型推进器中心的桨毂部分，再成型推进器外层的桨叶及剩余桨毂铺层；

S32：推进器的肧模铺层后，完成骨架模合模及多次升温、加压，然后脱模并进行后处理，获得推进器的肧模；

S4：在所述胚模的表面继续铺贴碳纤维预浸料，再次模压成型制备得到复合材料推进器。

进一步地，步骤S1中所述碳纤维预浸料的中面层的正交布胶含量为42％以上，单层厚度0.1～0.5mm。

进一步地，步骤S1中单向所述碳纤维预浸料的胶含量为30％～35％，单层厚度0.10～0.25mm。

进一步地，步骤S1中所述模压环境为温度20℃～140℃，湿度15％～75％。

进一步地，步骤S3中所述桨毂部分铺层分为第一铺层、第二铺层、第三铺层及第四铺层，所述第一铺层为梯形结构，所述第二铺层的截面近似为梯形结构，其短边与所述第一铺层的长边紧贴，所述第三铺层介于小端盖和所述第二铺层之间，其截面为三角形结构，所述第四铺层的截面为四边形结构，其一侧与所述第三铺层的长边紧贴。

进一步地，步骤S3中所述桨毂的铺层采用多次铺层方法实现，其中，第一次铺层包括如下步骤：

S31：所述桨毂的T型槽铺布8～15层；每层采用多个T型槽一起铺布；

S32：所述桨毂的缠绕铺层分为两部分，第一部分所述碳纤维预浸料为等宽度长条形，铺20～25mm厚的圆柱，第二部分所述碳纤维预浸料为不等宽度长条形，宽度为1.2～31.6mm；

S33：所述桨毂的内部均匀分布多圈正交布，其余采用单向布，所述碳纤维预浸料均沿环向缠绕。

进一步地，所述桨毂的第二次铺层宽度为三角递减铺层，最小铺层为一层，最大铺层为42层。

进一步地，所述桨毂的第三次铺层为递增宽度铺层，各铺层所述碳纤维预浸料的宽度为2.26～32mm。

进一步地，所述桨叶及剩余桨毂铺层包括如下步骤：

S34：所述剩余桨毂铺层分两次成型，第一次与桨叶骨架模一起成型，根据各个铺层形状和铺层位置在模具上进行实际铺层，且叶面和叶背交替铺层；

S35：所述桨叶铺层形式先采用单向布0°多层铺层，叶面和叶背的第1、第4和第8层均均为45°正交布。

进一步地，S4具体包括如下步骤：

S41：外层成型的预浸料铺层成型包括桨叶的表层铺层和桨毂表层铺层；

S42：外层模具合模、升温、保温、固化及脱模；

S43：采用三维扫描与三坐标机结合的方式对推进器进行型值检验。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：

(1)本发明的碳纤维复合材料推进器模压成型工艺，将复合材料推进器模压成型分为两次成型，第一次采用预浸料模压工艺成型推进器胚模，在胚模表面继续铺贴预浸料，再次模压成型制造复合材料推进器，且第一次与第二次成型按一定比例实施，既能保证产品强度，又能保证产品精度，成型产品相比传统手工成型、RTM工艺成型产品整体性好、型值偏差更小、工艺稳定、强度更高，且成型产品较普通铝合金推进器结构重量减轻达17％，推进效率更高。

(2)本发明的碳纤维复合材料推进器模压成型工艺，所述桨毂部分铺层分为第一铺层、第二铺层、第三铺层及第四铺层，所述第一铺层为梯形结构，所述第二铺层的截面近似为梯形结构，其短边与所述第一铺层的长边紧贴，所述第三铺层介于小端盖和所述第二铺层之间，其截面为三角形结构，所述第四铺层的截面为四边形结构，其一侧与所述第三铺层的长边紧贴，所述桨毂的铺层采用多次铺层方法实现，从而保证推进器的型值面符合制备工艺要求，提高其制造精度。

(3)本发明的碳纤维复合材料推进器模压成型工艺，其涉及的单元模包括前芯模、芯模斜块及后芯模，且三者为一组，共计多组单元模沿桨毂齿轮拼装形成模芯，其拼装后形成的模腔即为推进器的叶片形状，将一定量的碳纤维预浸料放入该模腔中，合模后在一定的温度和压力作用下使其在模腔内受热软化、受压流动、并充满模腔成型、固化而成复合材料制品即为本发明的复合材料推进器。

(4)本发明的碳纤维复合材料推进器模压成型工艺，其涉及的骨架模和单元模均为六面异形件，其上下两端面为平面且设有肩部，该肩部分别与大端盖凸台、小端盖凸台相匹配，从而确保骨架模和单元模与大、小端盖紧密合模，进一步提高模具精度。

(5)本发明的碳纤维复合材料推进器模压成型工艺，其涉及的外模为内部空心的圆锥凸台结构，包括外模本体和外模端盖，外模本体倾斜角度能够保证脱膜顺利并能有效传递力，其顶端中心均匀分布有螺纹孔，用于产品脱膜，外模本体环向对称设有两个圆柱凸孔，当插入翻转轴后既可以翻转整套模具，可以用于外模脱膜。

(6)本发明的碳纤维复合材料推进器模压成型工艺，其涉及的大端盖由多层圆柱结构组成，芯轴的中心设有沉头圆柱通孔用于锁紧上下端盖，大端盖顶板的四周均匀设置多个圆柱螺栓通孔，通孔底端放置小垫块，该孔和垫块用于大端盖脱膜同时也防止溢胶，大端盖顶板圆柱体外径与盖板通孔圆柱孔配合保证模具心度，大端盖凸台圆柱体外径与产品圆柱孔配合保证与产品同心度与溢胶问题。

(7)本发明的碳纤维复合材料推进器模压成型工艺，其涉及的小端盖由多层圆柱结构组成，小端盖凸台的中心设有沉头内六角圆柱通孔用于锁紧上下端盖，小端盖凸台四周均匀设置多个圆柱螺栓通孔，通孔底端放置大垫块，该孔和垫块用于小端盖脱膜，同时也防止溢胶，小端盖底板圆柱体外径与盖板通孔圆柱孔配合、小端盖凸台圆柱体外径与大端盖圆柱体下端内径孔配合共同保证与产品同心度，小端盖底板圆柱体外径与产品圆柱孔配合保证与产品同心度与溢胶问题。

附图说明

图1为本发明实施例一种碳纤维复合材料推进器模压成型工艺的流程图；

图2为本发明实施例的桨毂齿轮铺层缠绕结构示意图；

图3为本发明实施例的桨毂T型槽铺层结构示意图；

图4为本发明实施例的桨毂缠绕铺层结构示意图；

图5为本发明实施例的桨毂缠绕铺层结构示意图；

图6为本发明实施例的产品模桨毂铺层结构示意图；

图7为本发明实施例的预浸料固化温控曲线；

图8为本发明实施例的模压模具结构示意图；

图9为本发明实施例的骨架模和单元模结构示意图；

图10为本发明实施例的骨架模或单元模结构示意图；

图11为本发明实施例的前骨架模或前芯模结构示意图；

图12为本发明实施例的骨架斜块或芯模斜块结构示意图；

图13为本发明实施例的后骨架模或后芯模结构示意图；

图14为本发明实施例的盖板结构示意图；

图15为本发明实施例的外模结构示意图；

图16为本发明实施例的大端盖结构示意图；

图17为本发明实施例的小端盖结构示意图；

图18为本发明实施例的拔模器结构示意图；

图19为本发明实施例的碳纤维复合材料推进器结构示意图。

在所有附图中，同样的附图标记表示相同的技术特征，具体为：1-盖板、2-外模、201-外模本体、202-外模端盖、3-大端盖、301-大端盖顶板、大端盖凸台、303-芯轴、4-小端盖、401-小端盖凸台、402-小端盖底板、5-骨架模、501-前骨架芯模、502-骨架斜块、503-后骨架芯模、6-单元模、601-前芯模、6011-前芯模曲面、6012-前芯模底肩部、6013-前芯模顶肩部、602-斜块、6022-斜块底肩部、6023-斜块顶肩部、603-后芯模、6031-后芯模曲面、6032-后芯模底肩部、6033-后芯模顶肩部、604-斜块脱模孔、7-辅助工具、8-桨毂齿轮、801-第一铺层、802-第二铺层、803-第三铺层、804-第四铺层、9-桨叶。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

复合材料推进器包括桨毂和叶片，其叶片为三向曲面，不仅结构复杂，要求其成型精度高，而且叶片材料为复合材料，必须满足结构强度要求，因此其成型工艺复杂、模具设计面临巨大困难。为了解决上述问题，本发明实施例提供一种碳纤维复合材料推进器模压成型工艺，将复合材料推进器模压成型分为两次成型，第一次采用预浸料模压工艺成型推进器胚模，在胚模表面继续铺贴预浸料，再次模压成型制造复合材料推进器。具体包括如下步骤：

1、模压成型准备

(1)材料选取：选取T700碳纤维预浸料，其中面层的正交布胶含量42％以上，单层厚度0.1～0.5mm；单向纤维预浸料胶含量为30％～35％，单层厚度0.10～0.25mm。

(2)计量器具、设备、模具工装检查是否正常、齐全。

(3)生产环境控制：生产环境应整洁，通风，环境温度在20℃～140℃，湿度：15％～75％。

(4)模具检验及处理：生产前进行模具检验，除了模具验收的精度检测之外，还要进行表面脱模处理，模具面漆完全固化之后对表面进行封孔及脱模处理，为真空成型提供条件。

2、原材料测试

(1)承压厚度测试：剪裁样品，铺设10mm厚(加压前)，100×100mm尺寸的单向布，在平面上用重物压载，得到压载和压缩后厚度的对应值。

(2)纤维含量测试：在叶片模具上铺设不同压缩比的纤维厚度，通过测试产品的质量确定最佳压缩比和最佳载荷。

(3)温度曲线测试：将制作的铺层进行固化，摸索出升温曲线，并测试其成型温度控制曲线的可行性。

(4)成型表面测试：综合调节来确定预浸料模压成型的表面质量与成型压力、铺层厚度、预浸料含胶量、成型温度控制的关系，确保产品成型时能有高精度的表面，且没有表面缺胶的情况，暂定铺层厚度比为1.1。

3、肧模成型实施步骤

胚模为总体推进器的缩小版，胚模的桨毂部分和转子外表面的尺寸差为2mm，胚模的桨叶部分和外桨叶的尺寸差为0.6mm。故胚模铺层采用两步走的方式：先成型中心的桨毂部分，再成型外层的桨叶部分。

(1)模具组装

将大小端盖、桨毂齿轮三者通过中间的配合轴杆同心组装在一起，置于缠绕架上进行桨毂的缠绕铺层。

(2)桨毂缠绕铺层

进行桨毂铺层，桨毂分块铺层图2中虚线部分将桨毂截面分为了4个部分，分别为第一铺层801、第二铺层802、第三铺层803级第四铺层804，其中，第一铺层801为梯形结构，第二铺层802的截面近似为梯形结构，其短边与第一铺层801的长边紧贴，第三铺层803介于小端盖4和第二铺层802之间，其截面为三角形结构，第四铺层804的截面为四边形结构，其一侧与第三铺层803的长边紧贴，优选各个铺层之间纤维连续，包装桨毂具有要求的结构强度。

铺层设计也分为4个步骤依次进行，其中第四次为剩余桨毂缠绕铺层与桨叶铺层一起完成，如图3～6所示：

第一次缠绕铺层过程：1)桨毂T型槽铺布8～15层；每层采用8个T型槽一起铺布；2)缠绕铺层分为两部分，第一部分预浸料为等宽度长条形，铺20～25mm厚的圆柱；第二部分预浸料为不等宽度长条形，宽度从31.6mm逐层减小1.2mm左右，直至0.5mm。内部均匀分布4圈正交布，其余采用单向布，纤维方向均为沿环向方向，具体铺层层数及厚度参数如表1所示。

表1铺层层数理论值

	成型厚度	铺层厚度	铺层层数(圈数)
				最大厚度处	25mm	27.5mm	136
最小厚度处	20mm	22mm	110

第二次桨毂铺层：铺层宽度为三角递减铺层，最小铺层为一层，最大铺层为42层(含厚度余量)。

第三次桨毂铺层：铺层为递增宽度铺层，共26层；各铺层预浸料宽度从32mm逐层增加2.26mm左右，直至76mm，同时注意各铺层轴向要与第二次缠绕铺层做好对接，避免出现较大缝隙，同一铺层采用左右两片扇形无缝对接，各层铺层接缝相互错开30mm。

(3)桨叶及剩余桨毂铺层

桨毂铺层厚度为4mm，分两次成型，第一次与桨叶骨架模一起成型2mm厚，共11层；根据仿真计算出来的各个铺层形状和铺层位置在模具上进行实际铺层，铺层顺序为：叶面铺层1→16；叶背为1→11，同时叶面叶背为交替铺层。接缝线平整，不存在搭接和褶皱等现象，同时尽量错开各层接缝线，铺层完成后根据产品的结果对铺层进行适当调整。桨叶表层与模具接触处及叶面与叶背第1、第4、第8层共6层均为正交布，纤维方向为45°，其余为单向布，纤维方向为交替±45°。

3#转子肧模桨叶铺层形式为：单向布，0°，共32层

4#转子肧模桨叶铺层在3#桨叶的基础上，将叶面和叶背的第4和第8层均改为45°正交布。针对叶片根部缺胶问题，将叶面的第12层至第21层在叶根处均增加5mm高度，包覆整个R角。且尝试将7号、8号骨架模全部改为正交布，发现合模困难，故将叶面的第11层和21层去掉，叶背的第11层去掉。骨架模脱模后，发现7号、8号骨架模叶梢出现较厚飞边，最厚约0.5mm。树脂溢出也较其他单向布铺层多。积累的经验(初步判断)：单桨叶的铺层厚度不能超过目前的试验铺层厚度(30层正交布)，最大铺层数需要重新计算。

(4)骨架模合模、升温

1)首先清洗整套模具，将盖板各个螺栓孔、接缝处及上表面涂少量润滑油。

2)其次，骨架模拼装。将模具GG1模块放入盖板上方，并缓慢贴合至桨毂面，距离小端面边缘处3～4mm处即可；模具GG2模块的放入方式与GG1模块类似，依次逆时针缓慢放入剩余9个模块。安装时必须保持每片桨叶的叶面和叶背模具块没有发生相对滑动，并保证11组模具同心。

3)再次，盖外模。利用专用套筒，水平抬起外模，缓慢套住拼装后的11块骨架模，并与盖板上的螺栓孔一对对应。盖板底部中心位置套入M16*120的内六角圆头螺杆，再将盖板周边套入12个M12*55的螺栓，并缓慢锁紧盖板与外模。注意对称锁紧，具体锁紧方式见模具使用规范。

4)最后施加压力。施压前先将螺栓安装好进行环向和同心定位，然后缓慢、逐步加压，并锁好螺栓。

5)第一次预压。预压前先将螺栓安装好进行环向和同心定位，然后缓慢、逐步加压，模具顶面面载荷1MPa，锁好螺栓。

6)第一次加热加压。将模具移至烘箱，并将模具翻转，盖板在上，外模在下。同时将烘箱目标温度设为40℃，时间设定为30min，使预浸料树脂融化。

7)第二次加热加压。打开烘箱拧紧12个M12*55的螺栓，外办与盖板间的缝隙约为4.5mm，同时将烘箱目标温度设为75℃，时间设定为60min。

8)第三次加热加压。打开烘箱拧紧12个M12*55的螺栓，外办与盖板间的缝隙约为2mm，同时将烘箱目标温度设为85℃，时间设定为60min。

9)第三次加热。打开烘箱拧紧12个M12*55的螺栓，外办与盖板间的缝隙约为1.8mm，同时将烘箱目标温度设为135℃，时间设定为180min。模具降温：降温至80摄氏度保温2h，再缓慢降温至40摄氏度，保温2h，最后静置至20摄氏度常温，温度变化曲线如图7所示。

(5)骨架模脱模

1)将完全冷却的模具置于工作平台上，盖板在下，拆下全部盖板周边的12个M12*55螺栓，用拔模器先脱出外模；在脱斜块，最后脱前、后骨架芯模；

2)拆除盖板底部中心位置M16*120的内六角圆头螺杆；

3)用4个M12的螺栓顶出小端盖顶出；将小端盖重新缓慢套入肧模出水口一端；

4)用4个M12的螺栓顶出螺栓将大端盖顶出；取出肧模，去掉大、小端盖。

(6)骨架模后处理

为了尽量减小胚模和外层的层间粘结缺陷，需要对胚模的外表面进行细致的打磨处理，打磨时选取600或800目的砂纸。打磨合格标准：叶面与桨毂面无明显反光，脱模剂全部打磨掉。同时对模具分界线处打磨平整，剔除多余树脂。

4、产品模成型实施步骤

(1)产品模铺层

外层成型的预浸料铺层与胚模相同，成型包括：0.6mm厚的桨叶的表层铺层和2mm厚的桨毂表层铺层。

桨叶的表层铺层为0.6mm的预浸料直接铺设在模具表面铺层，铺层方式为：1层(45°)正交布+1层(+45°)单向布+1层(-45°)单向布+1层(+45°)单向布共4层；4层铺层翻边后形成桨毂部分铺层，翻边时可适当开V型口，不允许搭接。

桨毂表层厚度共2mm，分两部分成型：0.6mm桨叶延伸厚度+1.4mm剩余桨毂厚度。1.4mm桨毂厚度直接在已完成的胚模桨毂面上铺设，铺层方式为：2层(+45°)单向布+2层(-45°)单向布+2层(+45°)单向布+2层(45°)正交布共8层。桨毂铺层形状如图4的产品模桨毂铺层型式，该种形式的铺层最大限度的保持了纤维的连续性，不同铺层的起始叶片亦相互错开。

(2)产品模合模、固化、脱模

第二次成型。第二次外层成型的预浸料铺层与第一次胚模相同。外层模具安装、产品固化方式以及脱模方式和胚模基本一致，只是外层胶肧模偏薄，升温、保温、固化时间可以适当缩短。

(3)产品模表层处理及检测

检查脱模出的样品，使用1200的砂纸对缺陷周围溢出胶及纤维打磨处理。根据产品要求采用三维扫描与三坐标机结合的方式对产品进行型值检验。

如图8所示，本发明的实施例涉及的模具包括盖板1、外模2、大端盖3、小端盖4、骨架模5、单元模6及辅助工具7。大端盖3与桨毂齿轮8套设后与小端盖4配合固定，其配合固定后用于根据推进器产品的型值在桨毂齿轮外圆周分层缠绕，从而制得桨毂。

如图9-13所示，骨架模5与单元模6结构类似，其区别仅在于骨架模5的结构尺寸比单元模6的结构尺寸小，便于骨架模5用于第一次进行预浸料模压工艺成型推进器胚模，单元模6用于推进器第二次在胚模表面继续铺贴预浸料，再次模压成型制造复合材料推进器。其中骨架模5包括前骨架芯模501、骨架斜块502及后骨架芯模503。多组骨架模5组合后空腔部分形成推进器胚模结构，外壁为圆锥凸台，并与外模内壁贴合并传递力到内壁推进器结构。

为了清楚的描述骨架模5和单元模6的结构形式，以单元模6为例，单元模6包括前芯模601、芯模斜块602及后芯模603，且三者为一组，共计多组单元模6沿桨毂齿轮8拼装形成模芯。优选地，单元模6为11组，其拼装后形成的模腔即为推进器的叶片形状，将一定量的碳纤维预浸料放入该模腔中，合模后在一定的温度和压力作用下使其在模腔内受热软化、受压流动、并充满模腔成型、固化而成复合材料制品。

如图11所示，前芯模601为六面异形件，其中上下两端为平面，设有前芯模底肩部6012和前芯模顶肩部6013，类似于治具。前芯模曲面6011为三维曲面，即为胚模型值面；外端圆锥面是非工作面，与外模2接触，受力较大；右端平面与骨架斜块接触。

如图12所示，斜块602为六面异形件，其中上下两端为平面，设有斜块底肩部6022和斜块顶肩部6023，类似于治具；前端三维曲面为胚模型值面；后端圆锥面是非工作面，并设有斜块脱模孔604，左右两个平面分别与前后骨架模接触。

如图13所示后芯模603为六面异形件，其中上下两端为平面，设有后芯模底肩部6032和后芯模顶肩部6033，类似于治具；后端与右端的后芯模曲面均为三维曲面，即为胚模型值面；外端圆锥面是非工作面，与外模接触，受力较大；左端平面与骨架斜块接触。

辅助工具7包括多种型号内六角螺钉与螺母、方螺母、大垫块、小垫块、支架及拔模器。

如图14所示，盖板1为圆柱体结构，中心设有圆柱形通孔，四周均匀分布多个圆柱孔，且圆柱孔底端为内六角沉头孔。

如图15所示，外模2为内部空心的圆锥凸台结构，包括外模本体201和外模端盖202，外模本体201倾斜角度能够保证脱膜顺利并能有效传递力，其顶端中心均匀分布有螺纹孔，用于产品脱膜，外模本体201环向对称设有两个圆柱凸孔，当插入翻转轴后既可以翻转整套模具，可以用于外模脱膜。外模端盖202四周均匀分布多个圆柱孔，用于与盖板1对应圆柱孔配合，并通过内六角圆柱螺钉螺栓将盖板和外模锁紧施加压力；外模端盖202内圈设有环形溢胶槽。

如图16和图17所示，大端盖3和小端盖4组装配合后，可以通过内六角螺钉与螺母锁紧，且大端盖3、小端盖4的端部均设有沉孔过盈配合，螺钉头与螺母均在沉孔里，不影响其他部件装配。

如图16所示，大端盖3由多层圆柱结构组成，分别为大端盖顶板301、大端盖凸台302及芯轴303，芯轴303的中心设有沉头圆柱通孔，用于锁紧上下端盖；大端盖顶板301的四周均匀设置多个圆柱螺栓通孔，通孔底端放置小垫块，该孔和垫块用于大端盖脱膜，同时也防止溢胶；大端盖顶板301圆柱体外径与盖板1通孔圆柱孔配合保证模具心度；大端盖凸台302圆柱体外径与产品圆柱孔配合保证与产品同心度与溢胶问题。

如图17所示，小端盖4由多层圆柱结构组成，分别为小端盖凸台401和小端盖底板402，小端盖凸台401的中心设有沉头内六角圆柱通孔，用于锁紧上下端盖，小端盖凸台401四周均匀设置多个圆柱螺栓通孔，通孔底端放置大垫块，该孔和垫块用于小端盖脱膜，同时也防止溢胶；小端盖底板402圆柱体外径与盖板通孔圆柱孔配合、小端盖凸台401圆柱体外径与大端盖圆柱体下端内径孔配合共同保证与产品同心度；小端盖底板402圆柱体外径与产品圆柱孔配合保证与产品同心度与溢胶问题。

大、小垫块均为圆柱结构，结构表面光滑，上端面设有倒角，周向尺寸与大小端盖对应位置处的沉头孔过盈配合，下端面保持完整，防止溢胶。

如图18所示，拔模器由顶部螺杆、旋转套筒、光滑螺柱以及活动套筒组成，其中顶部螺杆可更换、旋转，旋转套筒可以锁紧顶部螺杆，活动套筒可以在光滑螺柱上自由滑动，脱膜时滑动活动套筒远离模具脱膜孔即可。

优选地，大端盖3、小端盖4、骨架模5、单元模6为P20材料，该材料与碳纤维的受热膨胀系数最为接近，更好的保证产品脱膜后的精度。

采用激光扫描与三坐标相结合的方法对产品蜡模和碳纤维预浸料模型线进行检测，结果表明所述复合材料模压模具型值精度达到0.05mm，成型复合材料产品精度可达0.25mm。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种碳纤维复合材料推进器模压成型工艺，其特征在于，包括如下步骤：

S1：选取碳纤维预浸料，控制模压环境，并对模具进行检验及处理；

S2：对所述碳纤维预浸料进行承压厚度、纤维含量、温度曲线及成型表面测试；

S3：采用预浸料模压工艺成型推进器胚模；

S31：推进器的肧模铺层采用分步方式完成，先成型推进器中心的桨毂部分，再成型推进器外层的桨叶及剩余桨毂铺层；

S32：推进器的肧模铺层后，完成骨架模合模及多次升温、加压，然后脱模并进行后处理，获得推进器的肧模；

S4：在所述胚模的表面继续铺贴碳纤维预浸料，再次模压成型制备得到复合材料推进器。

2.根据权利要求1所述的一种碳纤维复合材料推进器模压成型工艺，其特征在于，步骤S1中所述碳纤维预浸料的中面层的正交布胶含量为42％以上，单层厚度0.1～0.5mm。

3.根据权利要求1或2所述的一种碳纤维复合材料推进器模压成型工艺，其特征在于，步骤S1中单向所述碳纤维预浸料的胶含量为30％～35％，单层厚度0.10～0.25mm。

4.根据权利要求1中任一项所述的一种碳纤维复合材料推进器模压成型工艺，其特征在于，步骤S1中所述模压环境为温度20℃～140℃，湿度15％～75％。

5.根据权利要求1所述的一种碳纤维复合材料推进器模压成型工艺，其特征在于，步骤S3中所述桨毂部分铺层分为第一铺层、第二铺层、第三铺层及第四铺层，所述第一铺层为梯形结构，所述第二铺层的截面近似为梯形结构，其短边与所述第一铺层的长边紧贴，所述第三铺层介于小端盖和所述第二铺层之间，其截面为三角形结构，所述第四铺层的截面为四边形结构，其一侧与所述第三铺层的长边紧贴。

6.根据权利要求1或5所述的一种碳纤维复合材料推进器模压成型工艺，其特征在于，步骤S3中所述桨毂的铺层采用多次铺层方法实现，其中，第一次铺层包括如下步骤：

S31：所述桨毂的T型槽铺布8～15层；每层采用多个T型槽一起铺布；

S32：所述桨毂的缠绕铺层分为两部分，第一部分所述碳纤维预浸料为等宽度长条形，铺20～25mm厚的圆柱，第二部分所述碳纤维预浸料为不等宽度长条形，宽度为1.2～31.6mm；

S33：所述桨毂的内部均匀分布多圈正交布，其余采用单向布，所述碳纤维预浸料均沿环向缠绕。

7.根据权利要求6所述的一种碳纤维复合材料推进器模压成型工艺，其特征在于，所述桨毂的第二次铺层宽度为三角递减铺层，最小铺层为一层，最大铺层为42层。

8.根据权利要求7中任一项所述的一种碳纤维复合材料推进器模压成型工艺，其特征在于，所述桨毂的第三次铺层为递增宽度铺层，各铺层所述碳纤维预浸料的宽度为2.26～32mm。

9.根据权利要求1所述的一种碳纤维复合材料推进器模压成型工艺，其特征在于，所述桨叶及剩余桨毂铺层包括如下步骤：

S34：所述剩余桨毂铺层分两次成型，第一次与桨叶骨架模一起成型，根据各个铺层形状和铺层位置在模具上进行实际铺层，且叶面和叶背交替铺层；

S35：所述桨叶铺层形式先采用单向布0°多层铺层，叶面和叶背的第1、第4和第8层均为45°正交布。

10.根据权利要求1所述的一种碳纤维复合材料推进器模压成型工艺，其特征在于，S4具体包括如下步骤：

S41：外层成型的预浸料铺层成型包括桨叶的表层铺层和桨毂表层铺层；

S42：外层模具合模、升温、保温、固化及脱模；

S43：采用三维扫描与三坐标机结合的方式对推进器进行型值检验。

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