CN110281513A - 一种航天器用高性能复合材料弯管成型装置及成型方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种航天器用高性能复合材料弯管成型装置及成型方法，以解决现有的热膨胀模塑法和气胀法成型的空心弯管存在壁厚不均匀、空隙率较高的问题。该航天器用高性能复合材料弯管成型装置，包括上模和下模，上模和下模通过连接件固定；上模和下模上均设置有成型面且彼此合模后围合成柱状的成型腔，下模成型面一端设置有气嘴孔，所述气嘴孔延伸至下模的端部;硬质芯模为柱状结构，硬质芯模上套装有高温尼龙风管，高温尼龙风管上设有气嘴，气嘴位于气嘴孔内。本装置通过对设置在模具与高温尼龙风管之间的预浸料采用热压机加压、加热及高温尼龙风管内通气的方式进行成型。

Description

一种航天器用高性能复合材料弯管成型装置及成型方法

技术领域

本发明属于航天复合材料加工领域，具体涉及一种航天器用高性能复合材料弯管成型装置及成型方法。

背景技术

现有生产空腹、薄壁高性能复合材料的空心弯管制品工艺通常采用热膨胀模塑法与气胀法。

热膨胀模塑法工作原理是采用不同膨胀系数的模具材料，利用模具受热后体积膨胀产生不同的挤压力，进而对弯管进行加工。热膨胀模塑法的阳模通常是膨胀系数较大的硅橡胶，阴模是膨胀系数较小的金属材料，未固化的弯管放置在阳模和阴模之间。加热时由于阳、阴模的膨胀系数不同，模具产生巨大的变形差异，使弯管在热压下固化。热膨胀模塑法由于无法控制内部压力的大小从而无法确定弯管内部尺寸，导致弯管内壁不光滑、壁厚无法控制、空隙率较高以及弯管难以脱模等问题。

气胀法工作原理是采用气体加压的方式对弯管施加压力，气胀法的阳模是橡胶袋，阴模是金属材料。将未固化的弯管放在阳模和阴模之间，通过给橡胶带加气压，并对产品阳模进行加压加热，使产品在内外压力、加热的状态下固化。气胀法成型的复合材料弯管内腔难以成型、可操作工艺性差，成型的弯管内壁不规则、壁厚不均匀、空隙率较高以及产品整体力学性能下降。

发明内容

本发明的目的是提供一种航天器用高性能复合材料弯管成型装置，以解决现有的热膨胀模塑法和气胀法成型的空心弯管存在壁厚不均匀、空隙率较高的问题。

本发明的第二个目的在于提供上述航天器用高性能复合材料弯管成型方法。

为实现上述第一个目的，本发明的技术解决方案是：

一种航天器用高性能复合材料弯管成型装置，包括上模和下模，上模与下模通过连接件连接；其特殊之处在于，上模和下模上均设置有成型面且彼此合模后围合成柱状的成型腔，下模成型面一端设置有气嘴孔，所述气嘴孔延伸至下模的端部;

还包括硬质芯模，硬质芯模为柱状结构，硬质芯模上套装有高温尼龙风管，高温尼龙风管上设有气嘴，组合后的硅胶芯模与高温尼龙风管位于所述成型腔内,气嘴位于气嘴孔内。

优选的，还包括硅胶芯模，硅胶芯模套装在硬质芯模与高温尼龙风管之间，硅胶芯模与硬质芯模紧密贴合。

优选的，所述下模的成型面两侧设置有溢胶槽。

优选的，所述成型腔、高温尼龙风管、硅胶芯模与硬质芯模的尺寸根据待成型的弯管尺寸设定。

优选的，所述高温尼龙风管和气嘴为可拆卸连接。

优选的，所述上模和下模合模后围合成的成型腔数量为多个。

为实现上述第二个目的，本发明提供的技术方案是，一种航天器用高性能复合材料弯管成型方法，该方法使用上述航天器用高性能复合材料弯管成型装置，包括以下步骤：

S1，将硅胶芯模套装在硬质芯模上，高温尼龙风管套装在硅胶芯模上，并使硅胶芯模与硬质芯模位于高温尼龙风管内部；

S2，将气嘴安装至高温尼龙风管上，并将高温尼龙风管内部抽真空，检测高温尼龙风管无破损、无漏气后，执行步骤S3；

S3，在高温尼龙风管上铺覆设定的复合材料预浸料；

S4，将高温尼龙风管放置在下模的成型面内，气嘴放置在气嘴孔内，并使气嘴的进气口伸出下模的端面，将上模和下模合模；

S5，将合模后的模具放置在热压机上对模具加压，通过气嘴向高温尼龙风管中通气，通气气压为0.8Mpa，在持续通气的状态下通过热压机将模具加热，加热至120°时保温50分钟，然后加热至180°时保温3小时；

S6，将热压机温控关闭，降温过程中保持压力并向持续向气嘴通气，待模具降温到50°时，热压机关闭并停止向气嘴通气，开模后脱模，并将组合的高温尼龙风管、硅胶芯模和硬质芯模整体从制品内腔中取出；

S7，对制品进行清理与修整。

优选的，所述设定的复合材料预浸料为碳纤维材料预浸料。

本发明的有益效果为：

本发明的航天器用高性能复合材料弯管成型装置，通过将预浸料铺覆在包覆硅胶芯模与硬质芯模的高温尼龙风管外部，便可实现对弯管内壁的成型，避免了热膨胀模塑法和气胀法无法保证内部尺寸的问题，该装置结构简单，可操作性强。

本发明的航天器用高性能复合材料弯管成型方法，通过对设置在模具与高温尼龙风管之间的预浸料采用热压机加压、加热及高温尼龙风管内通气的方式进行成型，该方式可保证空心弯管内腔尺寸、力学性能均能符合需求，且空心弯管内壁光滑、壁厚均匀、无空隙。

附图说明

图1为上模结构示意图；

图2为下模结构示意图；

图3为高温尼龙风管上铺覆预浸料的示意图；

图4为图3的A-A视图。

附图标记如下：

1-上模，2-下模，3-连接件，4-溢胶槽，5-气嘴孔，6-硬质芯模，7-硅胶芯模，8-弯管，9-高温尼龙风管，10-气嘴。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明的内容作进一步详细描述：

如图1至图4所示，该航天器用高性能复合材料弯管成型装置，包括上模1和下模2，上模1上设有凹槽，并通过下模2上的连接件3与下模2固定。

如图1、图2所示，上模1和下模2上均设置有成型面，上模1和下模2上的成型面合模后围合成柱状的成型腔，成型腔的数量为多个。

下模2成型面一端设置有气嘴孔5，所述气嘴孔5延伸至下模2的端部。

下模2的成型面两侧设置有溢胶槽4，溢胶槽4可将成型腔内多余的预浸料排出。

如图3、图4所示，硬质芯模6为柱状结构，硅胶芯模7套装在硬质芯模6上，硅胶芯模7与硬质芯模6紧密贴合。

高温尼龙风管9将组合后的硅胶芯模7与硬质芯模6套装在其内部，并将气嘴10安装至高温尼龙风管9的出口，高温尼龙风管9和气嘴10为可拆卸连接，气嘴10和气嘴孔5结构相适配。

所述成型腔、高温尼龙风管9、硅胶芯模7与硬质芯模6的尺寸根据待成型的弯管8尺寸设定。

采用该航天器用高性能复合材料弯管成型装置制作复合材料空心弯管制品的方法，包括以下步骤：

S1，将硅胶芯模7套装在硬质芯模6上，使得硅胶芯模7与硬质芯模6紧密贴合，避免出现硅胶芯模7内部留有空气的现象；高温尼龙风管9一端为开口另一端为封闭结构，从高温尼龙风管9的开口处将硅胶芯模7与硬质芯模6均放置于高温尼龙风管9内部；

S2，将气嘴10安装至高温尼龙风管9的出口上并密封，通过气嘴10将高温尼龙风管9内部抽真空，检测高温尼龙风管9无破损、无漏气后，执行步骤S3；

S3，如图3所示，按照预浸料铺覆的工艺要求，在高温尼龙风管9的外部均匀铺覆碳纤维材料预浸料，涂抹范围不超过气嘴10的根部；

S4，将高温尼龙风管9放置在下模2的成型面内，气嘴10放置在气嘴孔5内，并使气嘴10的进气口伸出下模2的端面，然后通过连接件3将上模1和下模2合模，高温尼龙风管9外部多余的碳纤维材料预浸料会通过溢胶槽4流出；

S5，将合模后的模具放置在热压机上并对模具加压，通过气嘴10向高温尼龙风管9中通气，通气气压为0.8Mpa，在持续通气的状态下通过热压机将模具加热，加热至120°时保温50分钟，然后加热至180°时保温3小时；

S6，将热压机温控关闭，降温过程中保持压力并持续向气嘴10通气，通气气压为0.8Mpa，待模具降温到50°时，将热压机关闭并停止向气嘴10通气，开模后脱模，并将组合的高温尼龙风管9、硅胶芯模7和硬质芯模6整体从制品内腔中取出；

S7，对制品进行清理与修整，进而得到了内腔尺寸均能符合需求，且光滑，无空隙的制品。

以上所述仅为本发明的实施例，并非对本发明保护范围的限制，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (8)

1.一种航天器用高性能复合材料弯管成型装置，包括上模（1）和下模（2），上模（1）与下模（2）通过连接件（3）连接；其特征在于：上模（1）和下模（2）上均设置有成型面且彼此合模后围合成柱状的成型腔，下模（2）成型面一端设置有气嘴孔（5），所述气嘴孔（5）延伸至下模（2）的端部；

还包括硬质芯模（6），硬质芯模（6）为柱状结构，硬质芯模（6）上套装有高温尼龙风管（9），高温尼龙风管（9）上设有气嘴（10），组合后的硅胶芯模（6）与高温尼龙风管（9）位于所述成型腔内，气嘴（10）位于气嘴孔（5）内。

2.根据权利要求1所述的一种航天器用高性能复合材料弯管成型装置，其特征在于：还包括硅胶芯模（7），硅胶芯模（7）套装在硬质芯模（6）与高温尼龙风管（9）之间，硅胶芯模（7）与硬质芯模（6）紧密贴合。

3.根据权利要求2所述的一种航天器用高性能复合材料弯管成型装置，其特征在于：所述下模（2）的成型面两侧设置有溢胶槽（4）。

4.根据权利要求3所述的一种航天器用高性能复合材料弯管成型装置，其特征在于：所述成型腔、高温尼龙风管（9）、硅胶芯模（7）与硬质芯模（6）的尺寸根据待成型的弯管（8）尺寸设定。

5.根据权利要求4所述的一种航天器用高性能复合材料弯管成型装置，其特征在于：所述高温尼龙风管（9）和气嘴（10）为可拆卸连接。

6.根据权利要求5所述的一种航天器用高性能复合材料弯管成型装置，其特征在于：所述上模（1）和下模（2）合模后围合成的成型腔数量为多个。

7.一种航天器用高性能复合材料弯管成型方法，其特征在于：包括如权利要求1-6任一所述航天器用高性能复合材料弯管成型装置，具体操作步骤包括；

S1，将硅胶芯模（7）套装在硬质芯模（6）上，高温尼龙风管（9）套装在硅胶芯模（7）上，并使硅胶芯模（7）与硬质芯模（6）位于高温尼龙风管（9）内部；

S2，将气嘴（10）安装至高温尼龙风管（9）上，并将高温尼龙风管（9）内部抽真空，检测高温尼龙风管（9）无破损、无漏气后，执行步骤S3；

S3，在高温尼龙风管（9）上铺覆设定的复合材料预浸料；

S4，将高温尼龙风管（9）放置在下模（2）的成型面内，气嘴（10）放置在气嘴孔（5）内，并使气嘴（10）的进气口伸出下模（2）的端面，将上模（1）和下模（2）合模；

S5，将合模后的模具放置在热压机上并对模具加压，通过气嘴（10）向高温尼龙风管（9）中通气，通气气压为0.8Mpa，在持续通气的状态下通过热压机将模具加热，加热至120°时保温50分钟，然后加热至180°时保温3小时；

S6，将热压机温控关闭，降温过程中保持压力并持续向气嘴（10）通气，待模具降温到50°时，将热压机关闭并停止向气嘴（10）通气，开模后脱模，并将组合的高温尼龙风管（9）、硅胶芯模（7）和硬质芯模（6）整体从制品内腔中取出；

S7，对制品进行清理与修整。

8.根据权利要求7所述的一种航天器用高性能复合材料弯管成型方法，其特征在于：所述设定的复合材料预浸料为碳纤维材料预浸料。