CN113183484B - 一种变截面碳纤维复合材料弹翼模压成型方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种变截面碳纤维复合材料弹翼模压成型方法，首先，在成型模具的上模和下模分别铺贴表面层碳纤维3K斜纹预浸料；然后，在平板模具上依据最佳的铺层角度和铺层顺序铺贴加强条；根据模具内加强区域的尺寸，将铺贴的加强条裁切成合适尺寸放置于成型模具的上模和下模内；此时要求抽真空预压实。最后，在成型模具的下模依据最佳的铺层角度和铺层顺序铺贴形面，铺贴过程中，不同层之间依据错层尺寸要求铺贴。铺层工序完成后，上下合摸放入压机成型固化。最后，采用数控机加形式对弹翼根部机加切边和加持区域打孔。本发明制备的弹翼强度和刚度均满足要求，生产效率高，可批量生产，质量稳定性和尺寸一致性好。
Description
技术领域
本发明涉及碳纤维复合材料弹翼成型技术领域，具体的说，是一种变截面碳纤维复合材料弹翼模压成型方法。
背景技术
碳纤维复合材料作为一种新型的高性能材料广泛应用于航空航天、轨道交通、新能源汽车等高科技领域。目前，制备碳纤维复合材料板的成型工艺主要有预浸料-热压罐成型工艺、模压成型工艺、手糊成型工艺、树脂传递模塑成型工艺、真空导入成型工艺等。与其他成型工艺相比，模压成型具有较高的生产效率，适于批量生产，制品尺寸精确，表面光洁，可以有两个精制表面，多数结构复杂的制品可一次成型，无需有损于制品性能的辅助加工，制品外观及尺寸的重复性好等优势。
模压成型工艺就是将裁切好的预浸料依次铺放在金属模具中，将金属模具的上模和下模匹配合模后放置于液压机中，在一定温度、压力作用下，固化成型制品的方法。通常模压模具的的设计与制造较复杂，并且为获得高性能制品，工艺控制条件较为复杂。
弹翼是影响导弹飞行弹道性能的主要部件，在火箭弹飞离发射筒翼片张开的一瞬间，会产生较大冲击载荷，翼片根部承受载荷最大，因此，要求弹翼具有较高的强度和刚度。同时，飞航导弹的未来朝着射程远、速度快、机动性好等特性方向发展，这就决定了导弹必须走轻量化之路。由于复合材料具有比较高的比强度和可设计性，为导弹弹翼提供了一种新的技术路线，并得到了广泛应用。
张国喜等人在复合材料弹翼的制备方法中提到将聚甲基丙烯酰亚胺泡作为弹翼芯材，并在泡沫芯材内预埋铝金属件，将裁剪好的纤维布按照设计的铺层角度及顺序逐层铺覆于泡沫材料的上、下表面，先制得预成型体，再采用树脂传递模塑技术制备复合材料弹翼。复合材料弹翼采用的铺层角度和铺层顺序种类较多，铺层过程复杂。预埋铝金属件与泡沫连接界面较弱，作为连接部分存在脱粘的风险。
刘朝晖等人在一种复合材料弹翼及其成型方法中发明的复合材料弹翼包括翼体和涂层，其中翼体包括基材和包裹基材的防烧蚀层，基材为玻璃纤维预浸料，防烧蚀层为高硅氧短切纤维预浸料，涂层包括耐高温隔热涂层和耐高温抗氧化涂层。这种复合材料弹翼采用玻璃纤维作为增强材料，其比强度和比刚度与碳纤维复合材料弹翼相比较低。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种变截面碳纤维复合材料弹翼模压成型方法。该成型方法既不会对产品的力学性能和可靠性带来影响，而且还可实现变截面碳纤维复合材料弹翼一次成型制备。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
一种变截面碳纤维复合材料弹翼模压成型方法，其包含的步骤为：
1)根据复合材料弹翼的最佳的铺层角度和铺层顺序设计要求和外形尺寸，对每层铺层料片尺寸进行绘制，然后采用自动裁切机进行下料；
2)将裁切好的料片进行铺贴，上模和下模表面铺贴表面层碳纤维3K斜纹预浸料，碳纤维3K斜纹预浸料树脂含量39％～45％；
3)在平板模具上依据最佳的铺层角度和铺层顺序铺贴加强条，根据模具内加强区域的尺寸，将铺贴的加强条裁切成合适尺寸放置于成型模具的上模和下模内，加强条材料为T700单向带预浸料；其树脂的含量为30％～36％；
4)加强条放置完成后，使用T700单向带预浸料制备的捻子条填充加强区域和弹翼形面对接区域，然后糊制真空袋，对表面层和加强条进行抽真空预压实；
5)在成型模具的下模依据最佳的铺层角度和铺层顺序铺贴弹翼形面，弹翼形面铺贴依据错层尺寸要求进行铺贴，铺贴过程中，铺层层数不大于7层，要求进行抽真空预压实，弹翼形面材料为T700单向带预浸料，其树脂含量为30％～36％；
6)将成型模具的上模与下模合模，然后将模具放置于压机上，开启加热和加压对复合材料弹翼预制体进行固化成型；
7)将成型后的复合材料弹翼启模，对复合材料弹翼的翼根进行数控机加切边，对复合材料弹翼加持区域进行数控机加打孔。
进一步地，所述步骤1)中，所述铺层角度和铺层顺序为0°、45°、﹣45°及90°之间的排序组合。
进一步地，所述步骤4)和所述步骤5)中，所述的抽真空预压实工艺为：真空度不小于85KPa，时间不小于15min。
进一步地，所述步骤5)中，所述的依据错层尺寸要求进行铺贴其目的是复合材料弹翼的外形面为变截面，正确的错层位置可将变截面一次成型，无需后道机加复合材料弹翼外形。
进一步地，所述步骤6)中，所述的固化成型工艺为：加压压力0～8MPa，固化温度150℃～160℃，固化时间0～10h，升降温速率不大于3℃/min。
进一步地，所述步骤7)中，所述的数控机加采用的冷却介质为水。
与现有技术相比，本发明的积极效果是：
本发明提供的一种变截面碳纤维复合材料弹翼模压成型工艺方法，更适合批量化生产、尺寸精确和上下表面光滑的变截面碳纤维复合材料弹翼，相比于含金属件的复合材料弹翼和玻璃纤维增强的复合材料弹翼，变截面碳纤维复合材料弹翼可一次成型，其比强度和比刚度更好。变截面碳纤维复合材料弹翼的机加区域小，对加持区域的碳纤维无任何损伤，极大地保存了纤维的增强特性，提高了复合材料弹翼的安全性和可靠性。
附图说明
图1为变截面碳纤维复合材料弹翼结构示意图；
图2为变截面碳纤维复合材料弹翼铺层角度示意图；
其中，1.前缘；2.翼尖；3.弹翼形面；4.后缘；5.加强区域；6.加持区域；7.翼根。
具体实施方式
以下提供本发明一种变截面碳纤维复合材料弹翼模压成型方法的具体实施方式。
实施例1
1)用白色干净棉布蘸取肯天脱模剂，对成型模具型腔进行全型面擦涂，如此进行3～5遍，每次时间间隔为15～20分钟，最后一次放置时间大于30min。
2)将裁切好的预浸料料片进行铺贴，上模和下模表面铺贴表面层碳纤维3K斜纹预浸料，铺层角度为±45°。第一层预浸料铺贴时，视铺贴情况，可对模具进行加热提高预浸料的铺贴粘性，加热工艺80℃*30min。表面层要求纹路尽可能连续，可适当打剪口。
3)在平板模具上依据最佳的铺层角度和铺层顺序铺贴加强条，根据模具内加强区域的尺寸，将铺贴的加强条裁切成合适尺寸放置于成型模具的上模和下模内。加强条铺层角度为45°/0°/-45°/90°/0°/0°/90°/-45°/0°/45°。
4)加强条放置完成后，使用T700单向带预浸料制备的捻子条填充加强区域和弹翼形面对接区域，然后糊制真空袋，对表面层和加强条进行抽真空预压实；真空度不小于85KPa，时间不少于15min。
5)在成型模具的下模依据最佳的铺层角度和铺层顺序铺贴弹翼形面，弹翼形面材料为T700单向带预浸料。弹翼形面铺贴依据错层尺寸要求进行铺贴，铺贴过程中，铺层层数不大于7层，要求进行抽真空预压实，真空度不小于85KPa，时间不少于15min。弹翼形面铺层角度和铺层料片尺寸以及错层位置见下表：
表1
6)将成型模具的上模与下模合模，然后将模具放置于压机上，开启加热和加压对复合材料弹翼预制体进行固化成型。固化成型工艺曲线如下表2：
表2
7)成型后的碳纤维复合材料弹翼从模具内取出。
8)对复合材料弹翼的翼根进行数控机加切边，对复合材料弹翼加持区域进行数控机加打孔。采用水作为数控机加的冷却介质。
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，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围内。
Claims (6)
1.一种变截面碳纤维复合材料弹翼模压成型方法，其特征在于，其包含的步骤为：
1)根据复合材料弹翼的最佳的铺层角度和铺层顺序设计要求和外形尺寸，对每层铺层料片尺寸进行绘制，然后采用自动裁切机进行下料；
2)将裁切好的料片进行铺贴，上模和下模表面铺贴表面层碳纤维3K斜纹预浸料，碳纤维3K斜纹预浸料树脂含量39％～45％；
3)在平板模具上依据最佳的铺层角度和铺层顺序铺贴加强条，根据模具内加强区域的尺寸，将铺贴的加强条裁切成合适尺寸放置于成型模具的上模和下模内，加强条材料为T700单向带预浸料；
4)加强条放置完成后，使用T700单向带预浸料制备的捻子条填充加强区域和弹翼形面对接区域，然后糊制真空袋，对表面层和加强条进行抽真空预压实；
5)在成型模具的下模依据最佳的铺层角度和铺层顺序铺贴弹翼形面，弹翼形面铺贴依据错层尺寸要求进行铺贴，铺贴过程中，铺层层数不大于7层，要求进行抽真空预压实，弹翼形面材料为T700单向带预浸料；
6)将成型模具的上模与下模合模，然后将模具放置于压机上，开启加热和加压对复合材料弹翼预制体进行固化成型；
7)将成型后的复合材料弹翼启模，对复合材料弹翼的翼根进行数控机加切边，对复合材料弹翼加持区域进行数控机加打孔。
2.如权利要求1所述的一种变截面碳纤维复合材料弹翼模压成型方法，其特征在于，在所述步骤1)中，所述铺层角度和铺层顺序为0°、45°、﹣45°及90°之间的排序组合。
3.如权利要求1所述的一种变截面碳纤维复合材料弹翼模压成型方法，其特征在于，在所述步骤4)和所述步骤5)中，所述的抽真空预压实工艺为：真空度不小于85KPa，时间不小于15min。
4.如权利要求1所述的一种变截面碳纤维复合材料弹翼模压成型方法，其特征在于，在所述步骤5)中，所述的依据错层尺寸要求进行铺贴其目的是复合材料弹翼的外形面为变截面，正确的错层位置可将变截面一次成型，无需后道机加复合材料弹翼外形。
5.如权利要求1所述的一种变截面碳纤维复合材料弹翼模压成型方法，其特征在于，在所述步骤6)中，所述的固化成型工艺为：加压压力0～8MPa，固化温度150℃～160℃，固化时间0～10h，升降温速率不大于3℃/min。
6.如权利要求1所述的一种变截面碳纤维复合材料弹翼模压成型方法，其特征在于，在所述步骤7)中，所述的数控机加采用的冷却介质为水。
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