CN111113951B - 一种轻量化碳纤维机箱整体成型制造方法 - Google Patents

一种轻量化碳纤维机箱整体成型制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种轻量化碳纤维机箱整体成型制造方法，包括以下内容：导轨、楔形件预成型；螺纹安装孔的实现；螺纹安装孔的实现通过金属预埋件实现，在金属预埋件上预加工安装底孔，利用预加工安装底孔精确定位在箱体模具成型表面上；侧面安装梁的预成型；箱体铺层；机加工；体内外表面进行表面金属化；表面三防。本发明进行合理分体设计，将导轨、楔形件、侧面连接梁预成型，然后与箱体模具装配，进行箱体整体铺贴、热压罐共固化成型，既降低了制造难度，也保证了箱体的整体刚强度要求；箱体内部需安装较多印制板组件，外部需安装电源部件，安装接口多，位置紧凑，通过预埋件精确定位技术，实现了安装位置尺寸的高精度要求，保证了连接强度。

Description

一种轻量化碳纤维机箱整体成型制造方法
技术领域
本发明涉及一种机箱整体成型制造方法,尤其涉及一种轻量化碳纤维机箱整体成型制造方法。
背景技术
公布号为CN 105856756A公布了一种碳纤维复合材料箱体及其制备方法，此发明方法中的箱体结构简单，无连接位置和装配使用要求，类似于户外使用的周转箱；此发明采用了树脂导入法，材料为碳纤维和树脂；成型方法为手糊成型的改进方法，性能不高，成本低，在民用上对尺寸，力学性能要求不高的制件大量使用。
某机载电子设备产品的处理单元机箱，箱体尺寸约为300×260×190mm，内部需安装较多印制板组件，外部需安装电源部件，安装接口多，载荷大，电磁环境复杂。该处理单元机箱除适应严苛的环境要求外，还应满足电磁屏蔽性能要求，同时各种安装位置尺寸精度要求高，并且考虑机载产品对重量的严苛控制要求，决定对该处理电源机箱采用碳纤维复合材料制造。
通常电子设备机箱制造采用先分块成型再拼装装配的方法，该方法制造的机箱箱体整体强度不高，拼缝处容易产生损坏和缝隙从而导致电磁泄露，因此本发明攻克箱体结构复杂、精度要求高的技术难点，采用整体成型技术制造，整体强度高，重量轻，电磁屏蔽性能良好。
发明内容
针对以上问题，本发明提供了一种轻量化碳纤维机箱整体成型制造方法，本发明机箱成型工艺为热压罐模压法，是以高性能碳纤维/环氧树脂预浸料、环氧树脂胶膜为原材料，通过合理的分体设计、精确的预埋件定位技术、合理的铺层设计、整体热压罐共固化、机加工、金属化最终制造形成轻量化、高强度、高可靠电磁屏蔽性能的碳纤维机箱。
为了解决以上问题，本发明采用了如下技术方案：即提供了一种轻量化碳纤维机箱整体成型制造方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：导轨、楔形件预成型
在导轨、楔形件模具上进行导轨、楔形件的铺层，采用高性能碳纤维预浸料USN20000/T700/9A16/33放入热压罐中固化成型，进行120-140℃，2-3h固化；导轨和楔形件连接面两边分别留有导轨双翅和楔形件双翅，增加胶接面积。
步骤2：螺纹安装孔的实现
箱体内部需安装较多印制板组件，外部需安装电源部件，安装接口多，位置紧凑，螺纹安装孔的实现通过金属预埋件实现，在金属预埋件上预加工安装底孔，利用预加工安装底孔精确定位在箱体模具成型表面上，从而实现成型过程中金属预埋件的精确定位，保证了安装位置尺寸的高精度和接口连接强度。
步骤3：侧面安装梁的预成型；
在侧面安装梁模具成型面铺设一层碳纤维织物预浸料WP-1011/T300/9A16/42，边缘放余量，然后利用步骤2的方法获得具有安装底孔的预埋金属件，所述的预埋金属件通过安装底孔精确定位在侧面安装梁模具成型面上，再将加工好的PMI泡沫芯材放置在侧面安装梁模具成型面上，与预埋金属件装配连接，然后用碳纤维织物预浸料将PMI泡沫芯材整体包裹铺层，侧面安装梁模具合模，放入热压罐进行130-140℃，2-3h固化；
步骤4：箱体铺层
箱体铺层采用的材料为单向碳纤维预浸料USN20000/T700/9A16/33，铺层为[0/±45/90]1s,考虑表面外观及机加工质量，内外表面各铺设一层碳纤维织物预浸料WP-3011/T300/9A16/42；
步骤4-1：将步骤2获得的金属预埋件通过安装底孔精确定位在箱体模具上；
步骤4-2：将步骤1获得的导轨、楔形件的接触面上铺贴1层200g/m2环氧树脂胶膜，然后放置在箱体模具的相应位置上，继续箱体整体铺层，分别铺设1层碳纤维织物预浸料和2层单向碳纤维预浸料，铺层厚度与导轨、楔形件的双翅保持高度一致；
步骤4-3：将步骤3获得的侧面安装梁的外表面全部铺贴1层200g/m2环氧树脂胶膜，然后放置在箱体模具上；
步骤4-4：箱体端部两法兰面分别加厚40层和50层单向碳纤维预浸料；
步骤4-5：继续箱体的整体铺贴，依次铺放6层单向碳纤维预浸料和1层碳纤维织物预浸料；
步骤4-6：合上箱体的成型模，将整个箱体模具放入真空袋中，在热压罐中固化成型，进行120-140℃，2-3h固化；
步骤5：机加工
箱体脱模后，进行机加工，加工前根据图纸尺寸进行导轨尺寸符合性检测，根据实测尺寸数据进行修整，修整后作为加工基准，加工组件安装孔、楔形件出风口、背板安装孔；
步骤6：体内外表面进行表面金属化；
步骤7：表面三防：按照涂覆工艺机箱外表面涂覆2道氟聚氨酯无光磁漆，厚度在40-60μm。
步骤1、3、4所述在热压罐中固化成型的温度优选为130℃，时间优优选为2h。
步骤1所述导轨、楔形件连接面两边留的双翅宽为5-15mm、厚度为0.4-0.5mm，采用此组数据即可高效的实现胶接面积的牢固性。
步骤2和步骤3所述预埋金属件上安装底孔孔径公差为0-0.02mm。
采用本发明方法制备的机箱整体箱体壁厚为2mm既可实现刚强度要求，同时又减轻了整体的重量。
步骤6的表面金属化具体为：在机箱内外表面喷涂导电漆HD-01，漆层厚度30-40μm，在烘箱进行60℃，10h固化。
本发明与现有技术相比，具有以下有益效果：
本发明采用高性能碳纤维复合材料整体成型的轻量化机箱，重量轻，比铝合金机箱减重30％以上，减重效果明显。
本发明进行合理分体设计，将导轨、楔形件、侧面连接梁等预成型，然后与箱体模具装配，进行箱体整体铺贴、热压罐共固化成型，既降低了制造难度，也保证了箱体的整体刚强度要求；
本发明箱体内部需安装较多印制板组件，外部需安装电源部件，安装接口多，位置紧凑，通过预埋件精确定位技术，实现了安装位置尺寸的高精度要求，保证了连接强度；
本发明通过机箱的表面金属化完全满足了电磁屏蔽性能要求。
本发明制造方法将高性能碳纤维复合材料在机载电子设备机箱上进行应用，实现了碳纤维复合材料连接方法的高可靠性和精确性，满足了机载产品对电子设备轻量化、高强度、电磁屏蔽的要求，对机载电子设备的轻型化具有很大的社会、军事和经济效益。
附图说明
图1是本发明方法制备的机箱整体结构示意图。
图2是本发明方法制备的机箱部分结构示意图。
图3是本发明方法制备的导轨结构示意图。
图4是本发明方法制备的楔形件结构示意图。
图5是本发明方法制备的金属预埋件结构示意图。
图6是本发明方法制备的侧面安装梁结构示意图。
图7是碳纤维机箱成型模具结构图。
图8是本发明方法的制备流程图。
图9是导轨铺层示意图。
图10是楔形件铺层示意图。
其中，1-导轨双翅、2-楔形件双翅、3-安装底孔、4-导轨、5-楔形件、6-侧面安装梁、7-法兰面、8-导轨槽、9-楔形件槽、10-侧面安装梁槽。
具体实施方式
下面对本发明做进一步阐述。
如图1至2所示，本发明制备的碳纤维机箱包括导轨4、楔形件5、侧面安装梁6(如图5所示)、金属预埋件和箱体；导轨4、楔形件5设置在箱体左右侧壁上，侧面安装梁6设置在箱体前后侧壁上，箱体两端设有法兰面7，金属预埋件位于箱体侧壁内，在金属预埋件上开有安装底孔3(如图7所示)。
如图3所示，导轨留有导轨双翅1。如图4所示，楔形件留有楔形件双翅2。
采用的箱体模具如图6所示，包括导轨槽8、楔形件槽9、侧面安装梁槽10。
如图7所示，本发明所述的轻量化碳纤维机箱整体成型制造方法，包括以下步骤：
步骤1：导轨、楔形件预成型
在导轨、楔形件模具上进行导轨、楔形件的铺层，采用高性能碳纤维预浸料USN20000/T700/9A16/33放入热压罐中固化成型，进行130℃，2h固化；导轨和楔形件连接面两边分别留有导轨双翅1和楔形件双翅2，导轨双翅1和楔形件双翅2宽为5-15mm、厚度为0.4-0.5mm。
步骤2：螺纹安装孔的实现
螺纹安装孔的实现通过金属预埋件实现，在金属预埋件上预加工安装底孔3(孔径公差为0-0.02mm)。
步骤3：侧面安装梁的预成型；
在侧面安装梁模具成型面铺设一层碳纤维织物预浸料WP-1011/T300/9A16/42，边缘放余量，然后利用步骤2的方法获得具有安装底孔(孔径公差为0-0.02mm)的预埋金属件，所述的预埋金属件通过安装底孔精确定位在侧面安装梁模具成型面上，再将加工好的PMI泡沫芯材放置在侧面安装梁模具成型面上，与预埋金属件装配连接，然后用碳纤维织物预浸料将PMI泡沫芯材整体包裹铺层，侧面安装梁模具合模，放入热压罐进行120-140℃，2-3h固化。
步骤4：箱体铺层
箱体铺层采用的材料为单向碳纤维预浸料USN20000/T700/9A16/33，铺层为[0/±45/90]1s,,考虑表面外观及机加工质量，内外表面各铺设一层碳纤维织物预浸料WP-3011/T300/9A16/42；。
步骤4-1：将步骤2获得的金属预埋件通过安装底孔精确定位在箱体模具上。
步骤4-2：将步骤1获得的导轨4、楔形件5的接触面上铺贴1层200g/m2环氧树脂胶膜，然后放置在箱体模具的相应位置上，继续箱体整体铺层，分别铺设1层碳纤维织物预浸料和2层单向碳纤维预浸料，铺层厚度与导轨、楔形件的双翅保持高度一致。
步骤4-3：将步骤3获得的侧面安装梁6的外表面全部铺贴1层200g/m2环氧树脂胶膜，然后放置在箱体模具上。
步骤4-4：箱体端部两法兰面分别加厚40层和50层单向碳纤维预浸料。
步骤4-:5：继续箱体的整体铺贴，依次铺放6层单向碳纤维预浸料和1层碳纤维织物预浸料。
步骤4-6：合上箱体的成型模，将整个箱体模具放入真空袋中，在热压罐中固化成型，进行120-140℃，2-3h固化。
步骤5：机加工
箱体脱模后，进行机加工，加工前根据图纸尺寸进行导轨尺寸符合性检测，根据实测尺寸数据进行修整，修整后作为加工基准，加工组件安装孔、楔形件出风口、背板安装孔。
步骤6：箱体内外表面进行表面金属化；在机箱内外表面喷涂导电漆HD-01，漆层厚度30-40μm，在烘箱进行60℃，10h固化。
步骤7：表面三防：按照涂覆工艺机箱外表面涂覆2道氟聚氨酯无光磁漆，厚度在40-60μm。
本发明制造的碳纤维机箱能满足严苛的环境要求以及对箱体的结构刚强度、重量和电磁屏蔽性能要求，各安装位置尺寸精度要求±0.1mm。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种轻量化碳纤维机箱整体成型制造方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：导轨、楔形件预成型
在导轨、楔形件模具上进行导轨、楔形件的铺层，采用高性能碳纤维预浸料USN20000/T700/9A16/33放入热压罐中固化成型，固化温度120-140℃，保温时间2-3h；导轨和楔形件连接面两边分别留有导轨双翅和楔形件双翅；
步骤2：螺纹安装孔的实现
螺纹安装孔的实现通过金属预埋件实现，在金属预埋件上预加工安装底孔；
步骤3：侧面安装梁的预成型；
在侧面安装梁模具成型面铺设一层碳纤维织物预浸料WP-1011/T300/9A16/42，边缘放余量，然后利用步骤2的方法获得具有安装底孔的预埋金属件，所述的预埋金属件通过安装底孔精确定位在侧面安装梁模具成型面上，再将加工好的PMI泡沫芯材放置在侧面安装梁模具成型面上，与预埋金属件装配连接，然后用碳纤维织物预浸料将PMI泡沫芯材整体包裹铺层，侧面安装梁模具合模，放入热压罐进行120-140℃，2-3h固化；
步骤4：箱体铺层
箱体铺层采用的材料为单向碳纤维预浸料USN20000/T700/9A16/33，在箱体中间铺层，内外表面各铺设一层碳纤维织物预浸料WP-3011/T300/9A16/42；
步骤4-1：将步骤2获得的金属预埋件通过安装底孔精确定位在箱体模具上；
步骤4-2：将步骤1获得的导轨、楔形件的接触面上铺贴1层200g/m2环氧树脂胶膜，然后放置在箱体模具的预留位置上，继续箱体整体铺层，分别铺设1层碳纤维织物预浸料和2层单向碳纤维预浸料，铺层厚度与导轨、楔形件的双翅保持高度一致；
步骤4-3：将步骤3获得的侧面安装梁的外表面全部铺贴1层200g/m2环氧树脂胶膜，然后放置在箱体模具上；
步骤4-4：箱体端部两法兰面分别加厚40层和50层单向碳纤维预浸料；
步骤4-5：继续箱体的整体铺贴，依次铺放6层单向碳纤维预浸料和1层碳纤维织物预浸料；
步骤4-6：合上箱体的成型模，将整个箱体模具放入真空袋中，在热压罐中固化成型，进行120-140℃，2-3h固化；
步骤5：机加工
箱体脱模后，进行机加工，加工前根据图纸尺寸进行导轨尺寸符合性检测，根据实测尺寸数据进行修整，修整后作为加工基准，加工组件安装孔、楔形件出风口、背板安装孔；
步骤6：箱体内外表面均进行表面金属化；
步骤7：表面三防：按照涂覆工艺机箱外表面涂覆2道氟聚氨酯无光磁漆，厚度在40-60μm。
2.根据权利要求1所述的一种轻量化碳纤维机箱整体成型制造方法，其特征在于，步骤1、3、4所述在热压罐中固化成型的温度为120-140℃，时间为2-3h。
3.根据权利要求1所述的一种轻量化碳纤维机箱整体成型制造方法，其特征在于，步骤1所述导轨、楔形件连接面两边留的双翅宽为5-15mm、厚度为0.4-0.5mm。
4.根据权利要求1所述的一种轻量化碳纤维机箱整体成型制造方法，其特征在于，步骤2和步骤3所述预埋金属件上安装底孔孔径公差为0-0.02mm。
5.根据权利要求1所述的一种轻量化碳纤维机箱整体成型制造方法，其特征在于，步骤4所述的箱体壁厚为2mm。
6.根据权利要求1所述的一种轻量化碳纤维机箱整体成型制造方法，其特征在于，步骤6的表面金属化具体为：在机箱内外表面喷涂导电漆HD-01，漆层厚度30-40μm，在烘箱进行60℃，10h固化。
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