CN110509575B - 碳纤维复合材料壳体精密弹翼座铺设缠绕成型方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种碳纤维复合材料壳体精密弹翼座铺设缠绕成型方法，包括如下步骤：1)在弹翼座安装座的下表面粘接弹性胶片；2)采用定位工装对弹翼座进行定位固定；3)加热固化后拆除定位工装；4)选取高模碳纤维单向预浸布，按照铺层结构共进行至少三个循环的预浸布铺设；5)采用连续碳纤维浸过树脂胶液，在弹翼座安装座上进行至少六层环向碳纤维缠绕；6)采用定位工装再次对弹翼座进行定位固定；7)对铺设和缠绕的碳纤维层进行加热固化，固化完成后拆除定位工装。本发明实现了不同载荷的铺层可设计性，保证了复合材料壳体弹翼座的稳定、可靠连接，又能够满足壳体强度、刚度的承载需要。

Description

碳纤维复合材料壳体精密弹翼座铺设缠绕成型方法

技术领域

本发明涉及碳纤维复合材料发动机壳体，特别是指一种碳纤维复合材料壳体精密弹翼座铺设缠绕成型方法。

背景技术

纤维缠绕法是生产纤维增强复合材料导弹发动机壳体理想的工艺方法。在缠绕壳体设计中，应在结构设计时考虑飞行试验时候的各种载荷要求，提高导弹整体结构的可靠性。作为主要承力部件，弹翼座与缠绕壳体的可靠连接设计至关重要，这将影响导弹整体结构的可靠性。传统的弹翼座连接方式主要针对金属壳体，未考虑到纤维增强复合材料的特性。参照缠绕壳体的电缆支座，其一般采用环向纤维缠绕方式连接，此类连接方式在受力单一的情况下勉强满足要求。但对于受力复杂的弹翼座，构件在承受导弹飞行过程的联合载荷情况下，通常会使缠绕壳体与金属弹翼座连接部位首先产生破坏而失效，故已成为缠绕壳体结构设计和成型工艺的瓶颈技术。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够满足复杂受力要求的碳纤维复合材料壳体精密弹翼座铺设缠绕成型方法。

为实现上述目的，本发明所提供的碳纤维复合材料壳体精密弹翼座铺设缠绕成型方法，包括如下步骤：

1)在弹翼座的弹翼座安装座下表面粘接弹性胶片，再粘接安装到缠绕壳体上的设计位置；

2)采用定位工装对弹翼座进行定位固定，并向弹翼座施加压力使其与缠绕壳体连接良好；

3)根据弹性胶片的特性选择合适的固化制度进行加热固化，固化完成后拆除定位工装；

4)选取高模碳纤维单向预浸布，按照铺层结构45°/-45°/0°/-45°/45°(0°是缠绕壳体的轴向方向)，共进行至少三个循环(循环次数上限以厚度不影响弹翼装配为宜)的预浸布铺设，铺设的具体过程为：按所述铺层结构确定的角度进行裁剪后，通过预压进行铺设，铺设范围不小于弹翼座安装座的最大尺寸+50mm；

5)按照铺层结构完成铺设后，采用连续碳纤维浸过树脂胶液，设置一定的纤维张力，在弹翼座安装座上进行至少六层环向碳纤维缠绕；

6)环向缠绕完成后，采用定位工装再次对弹翼座进行定位固定；

7)根据预浸布和胶液特性，选择合适的固化制度，对铺设和缠绕的碳纤维层进行加热固化，固化完成后拆除定位工装。

优选地，所述步骤2)和步骤6)中，定位工装包括定位杆和两个安装板；所述定位杆上对应于弹翼座的位置处设置有限位卡槽，所述限位卡槽为可插入弹翼座连接耳的长条状凹槽；所述定位杆在限位卡槽的背侧设置有多个垂直贯穿限位卡槽的调节螺孔，每个所述调节螺孔配有一个与之匹配的调节螺钉；采用该定位工装进行定位时，首先将两个安装板分别固定安装到缠绕壳体两端的金属裙座上，再将定位杆的两端分别固定安装到两个安装板上，同时弹翼座的各连接耳位于限位卡槽内，而后按需通过各调节螺钉对弹翼座施加一定的压力。

进一步地，所述定位工装还包括垫块，所述垫块为长条状，设置在限位卡槽的底部与弹翼座连接耳之间，所述调节螺钉通过垫块对各连接耳施加压力，使各连接耳的受力更为均匀。

进一步地，所述定位杆还设置有周向调整螺孔和与周向调整螺孔匹配的周向调整螺柱，所述周向调整螺孔垂直贯穿限位卡槽的侧方；所述步骤2)和步骤6)中，通过控制周向调整螺柱伸入限位卡槽的长度来微调弹翼座的周向位置。

进一步地，多个所述调节螺孔在限位卡槽上的位置与多个弹翼座连接耳一一对应。

优选地，所述步骤1)中，弹性胶片采用丁腈橡胶胶片，其具有的弹性保证弹翼座受力时，弹翼座与壳体粘接良好；所述步骤3)中，采用的固化制度为50℃/6h。

优选地，所述步骤5)中，纤维张力设置为28～32N。

优选地，所述步骤7)中，按照95℃/3h+125℃/2h+150℃/6h的固化制度进行固化。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

1)弹翼座粘接弹性胶片与缠绕壳体进行粘接，并采用定位工装定位固化，保证弹翼座在周向的位置尺寸；

2)采用特别设计的铺层结构，按照45°/-45°/0°/-45°/45°不同角度的预浸布循环铺设于弹翼座连接位置，再进行环向缠绕保证壳体的弹翼座连接的连接强度和可靠性。

3)本发明所提供的缠绕壳体弹翼座的铺设缠绕成型工艺方法有效解决了复合材料环向缠绕连接传递载荷小，强度分散性大，抗剥离能力差和连接效率低等问题，实现了不同载荷的铺层可设计性，保证了复合材料壳体弹翼座的稳定、可靠连接，又能够满足壳体强度、刚度的承载需要。

附图说明

图1为实施例1所设计的定位工装的立体结构示意图。

图2为图1中定位工装的分解结构示意图。

图3为图1中定位杆的仰视结构示意图。

图4为图3中A-A向的剖视结构示意图。

图5为实施例2所提供的弹翼座铺设缠绕成型方法的流程示意图。

图6为实施例2中成型完成后的弹翼座与缠绕壳体的立体结构示意图。

图7为实施例2中成型完成后的弹翼座在与缠绕壳体连接处的横向断面示意图，图中黑色为弹性胶片，最外层为预浸布和环向碳纤维层。

图8为实施例2中将定位工装安装到缠绕壳体的结构示意图。

图9为图8中安装结构沿缠绕壳体轴线剖开的断面结构示意图。

图10为图9中B处的放大结构示意图。

图11为实施例2中预浸布的铺层结构(局部)示意图。

图12为实施例2中预浸布的各层纤维方向示意图。

其中：缠绕壳体1、金属裙座1.1、弹翼座2、弹翼座安装座2.1、弹翼座连接耳2.2、弹性胶片3、预浸布4、环向碳纤维5、定位工装6、定位杆6.1、安装板6.2、限位卡槽6.3、调节螺孔6.4、调节螺钉6.5、垫块6.6、周向调整螺孔6.7、周向调整螺柱6.8

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。

实施例1

本实施例提供了一种用于弹翼座铺设缠绕成型过程的定位工装。

如图1～4所示，该定位工装包括定位杆6.1和两个安装板6.2。

其中，定位杆6.1上对应于弹翼座2的位置处设置有限位卡槽6.3，限位卡槽6.3为可插入弹翼座连接耳2.2的长条状凹槽，其宽度等于或略大于弹翼座连接耳2.2的厚度。

定位杆6.1在限位卡槽6.3的背侧(与开口相反的一侧)设置有多个垂直贯穿限位卡槽6.3的调节螺孔6.4。每个调节螺孔6.4与各弹翼座连接耳2.2一一对应，并分别设置有一个与之匹配的调节螺钉6.5。调节螺钉6.5螺纹连接在调节螺孔6.4内，其前端伸入到限位卡槽6.3内，伸入长度可以通过螺纹旋进旋出来调节。

限位卡槽6.3的底部设置有长条状垫块6.6(见图10)，调节螺钉6.5可以通过垫块6.6对各连接耳施加压力。

限位卡槽6.3的侧方设置有周向调整螺孔6.7，并配套设置有周向调整螺柱6.8，周向调整螺孔6.7从外部垂直贯穿限位卡槽6.3的侧壁。周向调整螺柱6.8螺纹连接在周向调整螺孔6.7内，其前端伸入限位卡槽6.3内，伸入长度可以通过螺纹旋进旋出来调节。

实施例2

本实施例提供了一种碳纤维复合材料壳体精密弹翼座铺设缠绕成型方法。

如图5所示，该方法包括如下步骤：

1)在弹翼座安装座2.1的下表面粘接丁腈橡胶弹性胶片3，再粘接安装到缠绕壳体1上的设计位置，参考图6和图7。

2)采用实施例1所提供的定位工装6对弹翼座2进行定位固定，定位工装6的安装过程如下：首先通过销钉将两个安装板6.2分别固定安装到缠绕壳体1两端的金属裙座1.1上，再通过螺钉将定位杆6.1的两端分别固定安装到两个安装板6.2上，同时使弹翼座2的各连接耳位于限位卡槽6.3内，而后通过各调节螺钉6.5对弹翼座2施加一定的压力使其与缠绕壳体1粘接良好，必要时通过周向调整螺柱6.8微调弹翼座2的周向位置。安装完成后的结构见图8～10。

3)考虑丁腈橡胶弹性胶片3的固化温度，固化制度按照50℃/6h(即50℃下维持6h)进行固化，固化完成后拆除定位工装6。

4)选取高模碳纤维单向预浸布，按照铺层结构45°/-45°/0°/-45°/45°(0°是缠绕壳体1的轴向)，共进行三个循环的预浸布铺设(共15层)，铺层结构见图11和图12。铺设的具体过程为：按铺层结构确定的角度进行裁剪后，通过预压进行铺设，铺设过程中避开弹翼座连接耳2.2，铺设范围不小于弹翼座安装座2.1的最大尺寸+50mm。

5)按照铺层结构完成铺设后，采用连续碳纤维浸过环氧树脂胶液，设置纤维张力为28～32N，在弹翼座安装座2.1上环绕缠绕壳体1进行六层环向碳纤维5缠绕。

6)环向缠绕完成后，采用定位工装6再次对弹翼座2进行定位固定，具体方法与步骤2)相同。

7)根据预浸布和胶液特性，固化制度选择95℃/3h+125℃/2h+150℃/6h(依次在对应温度下维持对应时间)，对铺设和缠绕的碳纤维层进行加热固化，固化完成后拆除定位工装6。

通过以上步骤完成弹翼座铺设缠绕成型，最终产品如图6和图7所示。

该方法已在实际产品中应用，产品工艺性和可设计性得到验证，并通过液压试验、弹翼座静力试验和多次地面的考核，结构可靠，满足总体要求。

Claims (8)

1.一种碳纤维复合材料壳体精密弹翼座铺设缠绕成型方法，其特征在于：包括如下步骤：

1)在弹翼座(2)的弹翼座安装座(2.1)下表面粘接弹性胶片(3)，再粘接安装到缠绕壳体(1)上的设计位置；

2)采用定位工装(6)对弹翼座(2)进行定位固定，并向弹翼座(2)施加压力使其与缠绕壳体(1)连接良好；

3)根据弹性胶片(3)的特性选择合适的固化制度进行加热固化，固化完成后拆除定位工装(6)；

4)选取高模碳纤维单向预浸布，按照铺层结构45°/-45°/0°/-45°/45°，共进行至少三个循环的预浸布(4)铺设，铺设的具体过程为：按所述铺层结构确定的角度进行裁剪后，通过预压进行铺设，铺设范围不小于弹翼座安装座(2.1)的最大尺寸+50mm；

5)按照铺层结构完成铺设后，采用连续碳纤维浸过树脂胶液，设置一定的纤维张力，在弹翼座安装座(2.1)上进行至少六层环向碳纤维(5)缠绕；

6)环向缠绕完成后，采用定位工装(6)再次对弹翼座(2)进行定位固定；

7)根据预浸布和胶液特性，选择合适的固化制度，对铺设和缠绕的碳纤维层进行加热固化，固化完成后拆除定位工装(6)。

2.根据权利要求1所述的碳纤维复合材料壳体精密弹翼座铺设缠绕成型方法，其特征在于：所述步骤2)和步骤6)中，定位工装(6)包括定位杆(6.1)和两个安装板(6.2)；所述定位杆(6.1)上设置有限位卡槽(6.3)，所述限位卡槽(6.3)为可插入弹翼座连接耳(2.2)的长条状凹槽；所述定位杆(6.1)在限位卡槽(6.3)的背侧设置有多个垂直贯穿限位卡槽(6.3)的调节螺孔(6.4)，每个所述调节螺孔(6.4)配有一个与之匹配的调节螺钉(6.5)；采用该定位工装(6)进行定位时，首先将两个安装板(6.2)分别固定安装到缠绕壳体(1)两端的金属裙座(1.1)上，再将定位杆(6.1)的两端分别固定安装到两个安装板(6.2)上，同时弹翼座(2)的各连接耳位于限位卡槽(6.3)内，而后按需通过各调节螺钉(6.5)对弹翼座(2)施加一定的压力。

3.根据权利要求2所述的碳纤维复合材料壳体精密弹翼座铺设缠绕成型方法，其特征在于：所述定位工装(6)还包括垫块(6.6)，所述垫块(6.6)为长条状，设置在限位卡槽(6.3)的底部与弹翼座连接耳(2.2)之间，所述调节螺钉(6.5)通过垫块(6.6)对各连接耳施加压力。

4.根据权利要求2所述的碳纤维复合材料壳体精密弹翼座铺设缠绕成型方法，其特征在于：所述定位杆(6.1)还设置有周向调整螺孔(6.7)和与周向调整螺孔(6.7)匹配的周向调整螺柱(6.8)，所述周向调整螺孔(6.7)垂直贯穿限位卡槽(6.3)的侧方；所述步骤2)中，通过控制周向调整螺柱(6.8)伸入限位卡槽(6.3)的长度来微调弹翼座(2)的周向位置。

5.根据权利要求2所述的碳纤维复合材料壳体精密弹翼座铺设缠绕成型方法，其特征在于：多个所述调节螺孔(6.4)在限位卡槽(6.3)上的位置与多个弹翼座连接耳(2.2)一一对应。

6.根据权利要求1～5中任一项所述的碳纤维复合材料壳体精密弹翼座铺设缠绕成型方法，其特征在于：所述步骤1)中，弹性胶片(3)采用丁腈橡胶胶片；所述步骤3)中，采用的固化制度为50℃/6h。

7.根据权利要求1～5中任一项所述的碳纤维复合材料壳体精密弹翼座铺设缠绕成型方法，其特征在于：所述步骤5)中，纤维张力设置为28～32N。

8.根据权利要求1～5中任一项所述的碳纤维复合材料壳体精密弹翼座铺设缠绕成型方法，其特征在于：所述步骤7)中，按照95℃/3h+125℃/2h+150℃/6h的固化制度进行固化。

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