CN112123812A - 带法兰大尺寸轻质复合材料筒及其一体化成型方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种带法兰大尺寸轻质复合材料筒及其一体化成型方法，所述的复合材料筒为网格状整体结构，网格截面为[型槽型截面，筒身段带有法兰，提供对外连接接口。所述的复合材料筒采用预浸料通过铺层/热压罐工艺一体化成型。本发明针对带法兰大尺寸轻质复合材料筒结构，采用了一种整体铺层共固化的成型方法，整个筒即为一个零件，减少了零件数量，提高了连接可靠性，实现了大尺寸复合材料筒的轻质化。

Description

带法兰大尺寸轻质复合材料筒及其一体化成型方法
技术领域
本发明涉及。具体地，涉及一种带法兰大尺寸轻质复合材料筒及其一体化成型方法。
背景技术
卫星结构的主承力筒、光学载荷遮光罩均使用各种形状的筒状结构。目前复合材料筒使用较多的方案是复合材料蒙皮铝蜂窝夹层结构、复合材料蒙皮加筋结构、复合材料蒙皮格栅结构。对于卫星主承力筒位于卫星中央，与运载火箭对接，是卫星上主要承载的结构件，需要有较好的力学性能，有较高的刚度强度，且抗扭转性要强。而对于类似相机遮光罩等其它非主承力结构，对于刚度强度，只要能够承受自身质量载荷作用即可，本文所述的整体网格状复合材料筒，即可满足其刚度强度需求，相对于传统筒状结构，消极重量降低，且随着大口径遮光罩的研制需求，该结构重量优势更加明显。因此，研制一种带法兰大尺寸轻质复合材料筒并实现一体化成型，为大口径轻质遮光罩的应用提出了解决方案。
专利文献CN104608915A(申请号：201510048953.X)公开了一种多层格栅承力筒及其制备方法，该专利公布的多层格栅承力筒，其网格由两种或两种以上不同取向的肋条交叉构成，每种取向的肋条至少有两根，其肋条厚度为3mm～25mm，肋条宽度为5mm～20mm，肋条间距为30mm～300mm，肋条采用单向连续纤维在阳模上缠绕成型，且肋条间距不能过大。本文所述的网格状结构，截面为“[”槽型截面，截面尺寸调整空间大，网格分布状态可根据受力路径适应性调整，且可进行铺层角度调整来优化产品性能，本文所述复合材料筒，采用铺层工艺一体化成型，结构外形可为锥形、柱形或者其它不规则形状，产品形状不受缠绕工艺技术所限。
发明内容
本发明的目的是提供一种带法兰大尺寸轻质复合材料筒及其一体化成型方法。
根据本发明提供的一种带法兰大尺寸轻质复合材料筒，所述复合材料筒为整体网格状结构，整个筒即为一个零件，筒身段设置有连接法兰，提供对外连接接口。
优选地，所述复合材料筒的结构外形包括：锥形、柱形以及不规则形状；
复合材料筒的口径范围为500mm至1500mm，高度范围为500mm至2000mm。
优选地，所述网格截面为[型槽型截面，槽型开口向内，槽高范围为50mm至150mm，腿宽范围为10mm至50mm，厚度范围为1mm至3mm。
优选地，所述连接法兰为L型截面，法兰壁厚范围为3mm至6mm，提供与外部连接接口。
优选地，所用复合材料为连续纤维增强树脂基复合材料，纤维可为碳纤维或玻璃纤维，树脂基体可为环氧树脂或氰酸酯树脂。
根据本发明提供的一种基于上述所述的带法兰大尺寸轻质复合材料筒的一体化成型方法，采用预浸料进行一体化整体铺层，采用热压罐工艺进行固化。
优选地，设计组合式成型模具，模具采用阴模结构，在环向进行拼接设计，高度方向在法兰位置处分段，便于固化后脱模，在网格间采用刚性金属材料拼块，在[型槽型截面内采用膨胀模具模块，在升温过程提供固化压力。
优选地，采用预浸料进行铺层，铺层角度可根据需要进行调整设计，铺层时先进行法兰的铺层，然后进行产品外侧面的整体铺层，再进行内部镶块上的铺层与拼装，实现整筒的一体化铺层。
优选地，在铺层过程中进行多次预压，减小铺层压缩量，提高铺层的密实度，为固化成型质量提供条件；
采用热压罐工艺进行固化，固化时采用阶梯式升温、保温和加压的方法，保证成型质量。
与现有技术相比，本发明具有以下优势：
1、本发明提出了一种带法兰大尺寸轻质复合材料筒结构，为网格状整体结构，相比传统的复合材料蒙皮/蜂窝夹层筒、复合材料蒙皮加筋筒和复合材料蒙皮格栅筒，减少了蒙皮，是一种更轻质的结构。
2、本发明提出的网格截面为“[”槽型截面，与多层格栅承力筒中提到的实心矩形截面单向纤维缠绕加强筋相比，可通过铺层优化实现更好的力学性能，减少消极重量。
3、本发明提出的一体化成型方法，使用整体模具成型，减少了模具数量，减少了零件数量，避免了零件间的二次胶接连接，提高了连接可靠性。
附图说明
图1为本发明所述的一种带法兰大尺寸轻质复合材料筒结构示意图。
图2为本发明所述的一种带法兰大尺寸轻质复合材料筒成型模具典型位置示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
根据本发明提供的一种带法兰大尺寸轻质复合材料筒，所述复合材料筒为整体网格状结构，整个筒即为一个零件，筒身段设置有连接法兰，提供对外连接接口。
具体地，所述复合材料筒的结构外形包括：锥形、柱形以及不规则形状；
复合材料筒的口径范围为500mm至1500mm，高度范围为500mm至2000mm。
具体地，所述网格截面为[型槽型截面，槽型开口向内，槽高范围为50mm至150mm，腿宽范围为10mm至50mm，厚度范围为1mm至3mm。
具体地，所述连接法兰为L型截面，法兰壁厚范围为3mm至6mm，提供与外部连接接口。
具体地，所用复合材料为连续纤维增强树脂基复合材料，纤维可为碳纤维或玻璃纤维，树脂基体可为环氧树脂或氰酸酯树脂。
根据本发明提供的一种基于上述所述的带法兰大尺寸轻质复合材料筒的一体化成型方法，采用预浸料进行一体化整体铺层，采用热压罐工艺进行固化。
具体地，设计组合式成型模具，模具采用阴模结构，在环向进行拼接设计，高度方向在法兰位置处分段，便于固化后脱模，在网格间采用刚性金属材料拼块，在[型槽型截面内采用膨胀模具模块，在升温过程提供固化压力。
具体地，采用预浸料进行铺层，铺层角度可根据需要进行调整设计，铺层时先进行法兰的铺层，然后进行产品外侧面的整体铺层，再进行内部镶块上的铺层与拼装，实现整筒的一体化铺层。
具体地，在铺层过程中进行多次预压，减小铺层压缩量，提高铺层的密实度，为固化成型质量提供条件；
采用热压罐工艺进行固化，固化时采用阶梯式升温、保温和加压的方法，保证成型质量。
下面通过优选例，对本发明进行更为具体地说明。
优选例1：
如图1所示，本发明实施例提供了一种带法兰大尺寸轻质复合材料筒，所述复合材料筒大端口径为1300mm，小端口径约为600mm，高度为1500mm，网格截面为“[”槽型截面,“[”型开口向内，壁厚为1.5mm；在筒身段和小口端分别设有外翻法兰，法兰为“L”型截面，法兰壁厚为5mm。
本发明实施过程中为实现一种带法兰大尺寸轻质复合材料筒的一体化成型，所设计的组合模具典型结构局部示意如图2所示，模具采用组合式阴模结构，在环向进行分段拼接设计，高度方向分段设计，通过螺钉销钉等定位连接，保证固化时模具整体性，便于固化后脱模。
本发明实施过程中的一种带法兰大尺寸轻质复合材料筒的一体化成型，采用碳纤维/环氧树脂预浸料进行铺层，先在模具上进行下法兰铺层，铺层为[碳布/(0/90/+45/-45)6s/碳布]，然后拼装上半段模具进行上法兰铺层，铺层方向同下法兰，然后将外部模具整体组装完成后，进行筒体外部连续层的铺层，铺层角度为[碳布/0/碳布]，厚度为0.5mm，最后在内侧单块拼块上铺层，铺层角度为[碳布/(0/90/+45/-45)s]，厚度为1mm，铺层完成后将拼块按照设定位置固定于阴模上，完成整筒的一体化铺层。
本发明实施过程中的一种带法兰大尺寸轻质复合材料筒的一体化成型，通过在铺层过程中进行多次预压，减小铺层压缩量，提高铺层的密实，采用热压罐工艺进行固化，固化时采用阶梯式升温、保温和加压的方法，保证成型质量。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。
本领域技术人员知道，除了以纯计算机可读程序代码方式实现本发明提供的系统、装置及其各个模块以外，完全可以通过将方法步骤进行逻辑编程来使得本发明提供的系统、装置及其各个模块以逻辑门、开关、专用集成电路、可编程逻辑控制器以及嵌入式微控制器等的形式来实现相同程序。所以，本发明提供的系统、装置及其各个模块可以被认为是一种硬件部件，而对其内包括的用于实现各种程序的模块也可以视为硬件部件内的结构；也可以将用于实现各种功能的模块视为既可以是实现方法的软件程序又可以是硬件部件内的结构。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (9)

1.一种带法兰大尺寸轻质复合材料筒，其特征在于，所述复合材料筒为整体网格状结构，整个筒即为一个零件，筒身段设置有连接法兰，提供对外连接接口。
2.根据权利要求1所述的带法兰大尺寸轻质复合材料筒，其特征在于，所述复合材料筒的结构外形包括：锥形、柱形以及不规则形状；
复合材料筒的口径范围为500mm至1500mm，高度范围为500mm至2000mm。
3.根据权利要求1所述的带法兰大尺寸轻质复合材料筒，其特征在于，所述网格截面为[型槽型截面，槽型开口向内，槽高范围为50mm至150mm，腿宽范围为10mm至50mm，厚度范围为1mm至3mm。
4.根据权利要求1所述的带法兰大尺寸轻质复合材料筒，其特征在于，所述连接法兰为L型截面，法兰壁厚范围为3mm至6mm，提供与外部连接接口。
5.根据权利要求1所述的带法兰大尺寸轻质复合材料筒，其特征在于，所用复合材料为连续纤维增强树脂基复合材料，纤维可为碳纤维或玻璃纤维，树脂基体可为环氧树脂或氰酸酯树脂。
6.一种基于权利要求1所述的带法兰大尺寸轻质复合材料筒的一体化成型方法，其特征在于，采用预浸料进行一体化整体铺层，采用热压罐工艺进行固化。
7.根据权利要求6所述的带法兰大尺寸轻质复合材料筒的一体化成型方法，其特征在于，设计组合式成型模具，模具采用阴模结构，在环向进行拼接设计，高度方向在法兰位置处分段，便于固化后脱模，在网格间采用刚性金属材料拼块，在[型槽型截面内采用膨胀模具模块，在升温过程提供固化压力。
8.根据权利要求6所述的带法兰大尺寸轻质复合材料筒的一体化成型方法，其特征在于，采用预浸料进行铺层，铺层角度可根据需要进行调整设计，铺层时先进行法兰的铺层，然后进行产品外侧面的整体铺层，再进行内部镶块上的铺层与拼装，实现整筒的一体化铺层。
9.根据权利要求6所述的带法兰大尺寸轻质复合材料筒的一体化成型方法，其特征在于，在铺层过程中进行多次预压，减小铺层压缩量，提高铺层的密实度，为固化成型质量提供条件；
采用热压罐工艺进行固化，固化时采用阶梯式升温、保温和加压的方法，保证成型质量。
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