CN112392804A - 一种跑道式复合材料补强环、制备装置及其制作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提出一种跑道式复合材料补强环、制备装置及其制作方法，该补强环的环体为中间上下边相互水平两侧为半圆的环状结构，环体的一面设置有若干凸环，另一面设置有若干凹环，制备方法为首先在跑道式复合材料补强环的制作装置阳模上铺放定型片；然后将半干法浸渍过的复合材料通过手动或自动方法把预浸后的复合材料缠绕在阳模的凹槽内；合阴模压制需要的厚度，然后将阴阳模分离，脱出带有定型片的跑道式补强环。解决了现有技术无法解决开口处力学性能薄弱的问题，本发明的异型补强环的方式可以将连续纤维布精准的布置在孔周围，机加工时不被切断，最大程度发挥纤维的纵向拉伸强度，避开复合材料的弱点，能够完美解决开口处力学性能薄弱问题。

Description

一种跑道式复合材料补强环、制备装置及其制作方法
技术领域
本发明涉及一种跑道式复合材料补强环、制备装置及其制作方法，属于复合材料技术领域。
背景技术
随着先进材料性能不断提高，复合材料结构设计和制造工艺能力的提升，复合材料结构在航空航天领域的应用所占比例日益增加。由于复合材料自身各向异性的特点，各方向上性能差距巨大，只有充分利用纤维复合材料的方向上可设计性，才能最大程度发挥材料的性能。复合材料结构开口及补强是计算的难点之一，特别是大型结构件端部复合材料中的纤维已经被切断，但在此处往往是和下一部分连接的承力部位，需要通过开口用螺栓把两部分连接起来，在施加拉力载荷过程中，开口处由于不是连续纤维，承力只能靠横向拉伸强度和层间剪切强度来保证，由于复合材料的横向拉伸强度和层间剪切强度较纵向拉伸强度低一个数量级，开口处很难满足设计要求。
发明内容
本发明为了解决如何克服复合材料结构补强，现有技术无法解决开口处力学性能薄弱的问题，提出一种跑道式复合材料补强环、制备装置及其制作方法，异型补强环的方式可以将连续纤维布精准的布置在孔周围，机加工时不被切断，最大程度发挥纤维的纵向拉伸强度，避开复合材料的弱点，能够完美解决开口处力学性能薄弱问题。
本发明提出一种跑道式复合材料补强环，一种跑道式复合材料补强环，包括环体、若干凸环和凹环，所述环体为中间上下边相互水平两侧为半圆的环状结构，所述环体的一面设置有若干凸环，另一面设置有若干凹环。
本发明提出一种跑道式复合材料补强环的制作装置，包括阴模、两个定型片、阳模和凹槽，所述阳模包括基板一、凸起、横向凹槽一和若干纵向凹槽一，所述基板一上设置有凸起、横向凹槽二和若干纵向凹槽一，凸起组成跑道式补强环的形状，所述阴模包括基板二、凹槽、横向凹槽二和若干纵向凹槽二，所述基板二上设置有凹槽，所述凹槽与凸起相互配合，所述阳模与阴模间压制跑道式复合材料补强环，所述跑道式复合材料补强环与阴模和阳模接触的地方设置有定型片，所述凸起和凹槽形成的型面为弧面或平面。
所述横向凹槽一和横向凹槽二的长度为L，其根据跑道式复合材料补强环的横向长度所确定。
本发明提出一种跑道式复合材料补强环的制备方法，
第一步：首先在跑道式复合材料补强环的制作装置阳模上铺放定型片；
第二步：先将复合材料从纱团牵引出，通过胶槽中的胶液充分浸渍，通过挤胶系统将多余的胶液挤出，通过牵引按10m/min速度通过90℃烘干炉除去胶液中的溶剂，然后将半干法浸渍过的复合材料通过手动或自动方法把预浸后的复合材料缠绕在阳模的凹槽内；
第三步：达到所需要的纤维量后，在上面再铺放一层定型片，合阴模压制需要的厚度，然后将阴阳模分离，脱出带有定型片的跑道式补强环。
本发明所述的跑道式复合材料补强环、制备装置及其制作方法的有益效果为：
1、本发明所述的跑道式复合材料补强环、制备装置及其制作方法，能够将纤维预浸，利用自身的弧形(平面)型面定型补强环，使补强环与所要补强的产品外型面相吻合，纤维能准确布置到预定位置，使开口处薄弱的复合材料层间剪切和复合材料的横向拉伸方式转变为发挥复合材料强度优势的纵向拉伸方式。
2、本发明所述的跑道式复合材料补强环、制备装置及其制作方法，根据开孔的大小、补强的强度调整补强环内径和外径，使纤维均匀的分布在孔的周围。
附图说明
构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
在附图中：
图1为本发明所述的一种跑道式复合材料补强环、制备装置及其制作方法的制作结构示意图；
图2为本发明所述的一种跑道式复合材料补强环的结构示意图；
其中：L表示补强环的横向长度，R1表示补强环左右两个最大圆弧的半径，r表示补强环左右两个最小圆弧的半径；
图3为本发明所述的一种跑道式复合材料补强环的制作装置的阳模结构示意图；
图4为图3的左视图；
图5为图3的立体图；
图6为本发明所述的一种跑道式复合材料补强环的制作装置的阴模结构示意图；
图7为图6的右视图；其中：R2表示阴模的圆弧的半径，
图8为图6的立体图；
其中，1-阴模，2-定型片，3-跑道式补强环，4-阳模，5-凹槽。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明：
具体实施方式一：参见图1-8说明本实施方式。本实施方式所述的一种跑道式复合材料补强环，包括环体、若干凸环和凹环，所述环体为中间上下边相互水平两侧为半圆的环状结构，所述环体的一面设置有若干凸环，另一面设置有若干凹环。
一种跑道式复合材料补强环的制作装置，包括阴模1、两个定型片2、阳模4和凹槽5，所述阳模4包括基板一、凸起、横向凹槽一和若干纵向凹槽一，所述基板一上设置有凸起、横向凹槽二和若干纵向凹槽一，凸起组成跑道式补强环的形状，所述阴模1包括基板二、凹槽5、横向凹槽二和若干纵向凹槽二，所述基板二上设置有凹槽5，所述凹槽5与凸起相互配合，所述阳模4与阴模1间压制跑道式复合材料补强环3，所述跑道式复合材料补强环3与阴模1和阳模4接触的地方设置有定型片2，所述凸起和凹槽5形成的型面为弧面或平面。
所述横向凹槽一和横向凹槽二的长度为L，其根据跑道式复合材料补强环3的横向长度所确定。
一种所述的跑道式复合材料补强环的制备方法：
第一步：首先在跑道式复合材料补强环的制作装置阳模4上铺放定型片2；
第二步：先将复合材料从纱团牵引出，通过胶槽中的胶液充分浸渍，通过挤胶系统将多余的胶液挤出，通过牵引按10m/min速度通过90℃烘干炉除去胶液中的溶剂，然后将半干法浸渍过的复合材料通过手动或自动方法把预浸后的复合材料缠绕在阳模4的凹槽5内；
第三步：达到所需要的纤维量后，在上面再铺放一层定型片2，合阴模压制需要的厚度，然后将阴阳模分离，脱出带有定型片2的跑道式补强环。
所述跑道式复合材料补强环的制作装置包括阴模1、两个定型片2、阳模4和凹槽5，所述阳模4包括基板一、凸起、横向凹槽一和若干纵向凹槽一，所述基板一上设置有凸起、横向凹槽二和若干纵向凹槽一，凸起组成跑道式补强环的形状，所述阴模1包括基板二、凹槽5、横向凹槽二和若干纵向凹槽二，所述基板二上设置有凹槽5，所述凹槽5与凸起相互配合，所述阳模4与阴模1间压制跑道式复合材料补强环3，所述跑道式复合材料补强环3与阴模1和阳模4接触的地方设置有定型片2。
所述凸起形成凸出的弧面，所述凹槽5形成内凹的弧面，两个弧面的半径R2相同，且互相配合。
所述横向凹槽一和横向凹槽二的长度为L，其根据跑道式复合材料补强环3的长度所确定。
此装置采用阴阳模合模方式，阳模4上开有若干凸起形成跑道式凹槽，在阳模4上留有若干横向直槽和纵向直槽，用来铺放定型片2。阴模1与阳模4配合。模具根据需要补强的型面可设计为弧面或平面，阴阳模合模后之间的间隙即为补强环的厚度，用定型片2进行调节。
L尺寸根据所需补强处的长度所确定，R1尺寸根据所需补强的强弱确定，r尺寸根据需补强孔的大小确定，R2尺寸根据需要补强型面直径确定，也可是是平面。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明。所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，还可以是上述各个实施方式记载的特征的合理组合，凡在本发明精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种跑道式复合材料补强环，其特征在于，包括环体、若干凸环和凹环，所述环体为中间上下边相互水平两侧为半圆的环状结构，所述环体的一面设置有若干凸环，另一面设置有若干凹环。
2.一种如权利要求1所述的跑道式复合材料补强环的制作装置，其特征在于，包括阴模(1)、两个定型片(2)、阳模(4)和凹槽(5)，所述阳模(4)包括基板一、凸起、横向凹槽一和若干纵向凹槽一，所述基板一上设置有凸起、横向凹槽二和若干纵向凹槽一，凸起组成跑道式补强环的形状，所述阴模(1)包括基板二、凹槽(5)、横向凹槽二和若干纵向凹槽二，所述基板二上设置有凹槽(5)，所述凹槽(5)与凸起相互配合，所述阳模(4)与阴模(1)间压制跑道式复合材料补强环(3)，所述跑道式复合材料补强环(3)与阴模(1)和阳模(4)接触的地方设置有定型片(2)，所述凸起和凹槽(5)形成的型面为弧面或平面。
3.根据权利要求2所述的跑道式复合材料补强环的制作装置，其特征在于，所述横向凹槽一和横向凹槽二的长度为L，其根据跑道式复合材料补强环(3)的横向长度所确定。
4.一种如权利要求1-3任一项所述的跑道式复合材料补强环的制备方法，其特征在于，
第一步：首先在跑道式复合材料补强环的制作装置阳模(4)上铺放定型片(2)；
第二步：先将复合材料从纱团牵引出，通过胶槽中的胶液充分浸渍，通过挤胶系统将多余的胶液挤出，通过牵引按10m/min速度通过90℃烘干炉除去胶液中的溶剂，然后将半干法浸渍过的复合材料通过手动或自动方法把预浸后的复合材料缠绕在阳模(4)的凹槽(5)内；
第三步：达到所需要的纤维量后，在上面再铺放一层定型片(2)，合阴模压制需要的厚度，然后将阴阳模分离，脱出带有定型片(2)的跑道式补强环。
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