CN117183407A - 复合材料多隔断异型汇流环及其成型方法、汇流环段芯模 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种复合材料多隔断异型汇流环及其成型方法、汇流环段芯模，复合材料多隔断异型汇流环成型方法包括对结构进行分型设计，将复合材料多隔断异型汇流环分为整体蒙皮以及沿周向分隔的多段汇流环段，每段汇流环段的一端具有隔断，另一端为开放口，其中一个汇流环段的开放端能够套接在相邻的汇流段具有隔断的一端。采用汇流环段芯模制作汇流环段，对得到的每个汇流环段的隔断上进行打孔后组装，组装后的汇流环段外表面涂胶后铺覆预浸料，预浸料铺覆完成后成型整体汇流环。对成型后整体汇流环进行切边。该成型方法实现复合材料多隔断异型汇流环的成型，得到的复合材料多隔断异型汇流环，整体重量更轻，满足轻量化需求。

Description

复合材料多隔断异型汇流环及其成型方法、汇流环段芯模

技术领域

本发明涉及复合材料成型技术领域，尤其涉及一种复合材料多隔断异型汇流环及其成型方法、汇流环段芯模。

背景技术

目前，参见图1～图3所示，多隔断异型汇流环100主要用于流体汇流，为异形曲面结构，相对封闭的腔体101内具有多个隔断102，隔断102上设有汇流孔103，导致一般的加工方法无法实现加工，传统工艺多采取金属3D打印工艺，但金属材料重量大，难以满足轻量化要求。

发明内容

本发明的第一个目的是提供一种复合材料多隔断异型汇流环成型方法。

本发明的第二个目的是提供一种满足性能要求且质量相对较轻的复合材料多隔断异型汇流环。

本发明的第三个目的是提供一种复合材料多隔断异型汇流环的汇流环段成型芯模。

为了实现上述第一目的，第一方面，本发明提供了一种复合材料多隔断异型汇流环成型方法，包括：

分型设计：

将复合材料多隔断异型汇流环分为整体蒙皮以及沿周向分隔的多段汇流环段，每段汇流环段的一端具有隔断，另一端为开放口，其中一个汇流环段的开放端能够套接在相邻的汇流段具有隔断的一端；

在汇流环段芯模上铺覆预浸料，采用汇流环段成型模具制作汇流环段；

对得到的每个汇流环段的隔断上进行打孔；

将打孔后的汇流段的套接区域涂胶，相邻的汇流段套接组装；

在组装后的汇流环段外表面涂胶后铺覆预浸料，然后成型整体汇流环；

对成型后整体汇流环进行切边。

可选地，汇流环段采用碳布预浸料铺层，铺层序列为[(0，90)/(±45)]_n；和/或

整体蒙皮采用碳布预浸料及单向预浸料铺层，铺层序列为[(0，90)/0/45/90/-45/0/0/-45/90/45/0/(0，90)]_n，其中，最外层和最内层为碳布预浸料，中间为单向预浸料。

可选地，在各个汇流环段组装前进行打磨。

可选地，汇流环段采用热膨胀成型模具成型；和/或

成型整体汇流环采用真空袋压工艺。

可选地，成型所采用的汇流环段芯模包括金属占位块、聚四氟乙烯块和橡胶芯，聚四氟乙烯块的曲率与待成型的汇流环段一致，橡胶芯包覆在聚四氟乙烯块的外侧，且形状与待成型的汇流环段的腔体一致，聚四氟乙烯块能够从橡胶芯内抽出，金属占位块用于成型汇流环段具有开放口的一端。

可选地，采用汇流环段成型模具制作汇流环段时，在成型的汇流环段成型出标记线。

可选地，各个汇流段通过粘接工装进行套接组装，其中粘接工装包括：

底板，具有通孔和定位标线，定位标线用于与标记线对齐；

定位块，数量与汇流环段的数量相同，每个定位块可拆卸的安装在底板上，且定位块围绕通孔间隔分布，每个定位块具有与待定位的汇流环段相同的曲率。

可选地，相邻的汇流段套接组装时套接区域长度为15mm～25mm。

为了实现上述第二个目的，第二方面，本发明还提供了一种复合材料多隔断异型汇流环，采用第一方面中任一实现方式的复合材料多隔断异型汇流环成型方法成型。

为了实现上述第三个目的，第三方面，本发明还提供了一种复合材料多隔断异型汇流环的汇流环段成型芯模，包括金属占位块、聚四氟乙烯块和橡胶芯，聚四氟乙烯块的曲率与待成型的汇流环段一致，橡胶芯包覆在聚四氟乙烯块的外侧，且形状与待成型的汇流环段的腔体一致，聚四氟乙烯块能够从橡胶芯内抽出，金属占位块用于成型汇流环段具有开放口的一端。

本发明的上述技术方案具有如下优点：本发明提供的复合材料多隔断异型汇流环成型方法，复合材料多隔断异型汇流环成型方法包括对结构进行分型设计，将复合材料多隔断异型汇流环分为整体蒙皮以及沿周向分隔的多段汇流环段，每段汇流环段的一端具有隔断，另一端为开放口，其中一个汇流环段的开放端能够套接在相邻的汇流段具有隔断的一端。采用汇流环段芯模制作汇流环段，在汇流环段芯模上铺覆预浸料，对得到的每个汇流环段的隔断上进行打孔后组装，组装后的汇流环段外表面涂胶后铺覆预浸料，预浸料铺覆完成后成型整体汇流环。对成型后整体汇流环进行切边。该成型方法实现复合材料多隔断异型汇流环的成型，得到的复合材料多隔断异型汇流环，整体重量更轻，满足轻量化需求。

本发明提供的汇流环段芯模包括金属占位块、聚四氟乙烯块和橡胶芯，聚四氟乙烯块的曲率与待成型的汇流环段一致，橡胶芯包覆在聚四氟乙烯块的外侧，且形状与待成型的汇流环段的腔体一致，形成软硬混合模芯，金属占位块用于成型汇流环段具有开放口的一端，保证对接精度。聚四氟乙烯块能够从橡胶芯内抽出，在保证成型精度的同时，便于脱模。

附图说明

本发明附图仅为说明目的提供，图中各部件的比例与数量不一定与实际产品一致。

图1是现有技术中汇流环的结构示意图；

图2是图1中汇流环的剖开后结构示意图；

图3是图1中汇流环的环体的横截剖面示意图；

图4是本发明实施例中汇流环的分型示意图；

图5是本发明实施例中两个相邻汇流环段未组装状态的结构示意图；

图6是本发明实施例中汇流环完成组装后的局部结构的剖开示意图；

图7是本发明实施例中汇流环整体成型并切边后的局部结构示意图；

图8是本发明实施例中一种汇流环段成型模具的结构示意图；

图9是图8中汇流环段成型模具的分解状态结构示意图；

图10是本发明实施例中汇流环段芯模的剖开结构示意图；

图11是本发明实施例中一种粘接工装的结构示意图。

图中：

100：汇流环；

101：腔体；

102：隔断；

103：汇流孔；

104：蒙皮；

105：汇流环段；

1051：套接区域；

200：汇流环段成型模具；

201：汇流环段芯模；

2011：金属占位块；

2012：聚四氟乙烯块；

2013：橡胶芯；

202：上模板；

2021：定位销孔；

203：下模板；

2031：定位销；

204：侧模板；

205：内边条；

206：外边条；

300：粘接工装；

301：底板；

302：定位块。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，相比于现有技术，本发明主要是提成了一种复合材料多隔断异型汇流环成型方法，用该成型方法得到的复合材料多隔断异型汇流环以及用于成型汇流环段且方便进行脱模的汇流环段芯模结构。由于汇流环本身的形状是与现有技术中采用3D打印工艺制作的汇流环的形状是一样的，因此，本发明实施中涉及汇流环产品的结构时，共用背景技术附图1～3以及相同部位处的附图标记。

本发明实施例提供的复合材料多隔断异型汇流环成型方法包括对结构进行分型设计，根据分型设计进行成型工艺设计，然后进行成型实现复合材料多隔断异型汇流环成型。

参见图4所示，本实施例中，将复合材料多隔断异型汇流环分为整体蒙皮104以及沿周向分隔的多段汇流环段105，每段汇流环段的一端具有隔断102，另一端为开放口，其中一个汇流环段105的开放端能够套接在相邻的汇流段105具有隔断102的一端。

在上述分型设计的基础上，本实施例提供了一种成型工艺，具体如下：

参见图5～图7所示，先利用汇流环段芯模201制作汇流环段105，在汇流环段芯模201上铺覆预浸料，完成预浸料铺覆后合模，采用汇流环段成型模具200制作汇流环段105。对得到的每个汇流环段105的隔断102上进行打孔，即得到汇流孔103。将打孔后的汇流段105的套接区域1051处涂胶，相邻的汇流段105套接组装。在组装后的汇流环段105外表面涂胶后铺覆预浸料(成型后为蒙皮104)，预浸料铺覆完成后成型整体汇流环。对成型后整体汇流环进行切边，参见图7所示，使密封的腔体具有开口。该成型方法实现复合材料多隔断异型汇流环的成型。

在分型设计之后，根据对汇流环性能要求，进行铺层设计。在一些实施方式中，汇流环段采用碳布预浸料铺层，铺层序列为[(0，90)/(±45)]_n，其中，n根据所需成型产品的厚度进行选择，例如，为1、2、3、4、5、6、7、8、9、10等。在一示例中，铺层序列为[(0，90)/(±45)]₄。

在一些实施方式中，整体蒙皮采用碳布预浸料及单向预浸料铺层，铺层序列为[(0，90)/0/45/90/-45/0/0/-45/90/45/0/(0，90)]_n，其中，最外层和最内层为碳布预浸料，中间为单向预浸料，n根据所需成型产品的厚度进行选择，例如，为1、2、3、4、5、6、7、8、9、10等。在一示例中，铺层序列为：[(0，90)/0/45/90/-45/0/0/-45/90/45/0/(0，90)](0度方向为环向)。

为了提高产品质量，优选地，在各个汇流环段进行组装前先进行打磨，去除毛边、毛刺等。

参见图9和图10所示，本实施例提供的一种便于脱模的汇流环段芯模201包括金属占位块2011、聚四氟乙烯块2012和橡胶芯2013，聚四氟乙烯块2012的曲率与待成型的汇流环段105一致，橡胶芯2013包覆在聚四氟乙烯块2012的外侧，且形状与待成型的汇流环段105的腔体一致，聚四氟乙烯块2012能够从橡胶芯2013内抽出，金属占位块2011用于成型汇流环段105具有开放口的一端，保证对接精度。在成型时，将用于制作汇流环段105的预浸料铺覆在汇流环段芯模外侧，完成铺覆后装入成型模具进行成型。汇流段成型芯模201脱模时，先拆除金属占位块2011，然后将聚四氟乙烯块2012抽出，利用橡胶芯2013的弹性，再将橡胶芯2013抽出，完成汇流段成型芯模201的脱模。

需要说明的是，由于汇流环各段有一定曲率，且具有多个隔断以及腔体，其成型难度主要在于腔体内而不在外部形状，因此，成型模具不做过多要求，只需能够与汇流环段芯模201配合，实现成型即可，在此不做限定。在一些实施方式中，汇流环段105采用热膨胀成型模具200成型。在一示例中，汇流环段汇流环段采用热膨胀成型模具成型。参见图8和图9所示，成型模具200包括汇流环段芯模201、上模板202、下模板203、侧模板204、内边条205和外边条206。其中，上模板202上设至少两个定位销孔2021，在下模板203上设有与定位销孔数量相对应的定位销2031，汇流环段芯模201以及内边条205和外边条206安装在下模板202的腔体内，两个侧模板204安装在两内，上模板202和下模板203均位于两个侧模板204之间，定位销2031与定位孔2021配合。采用螺钉将模具锁紧，然后将模具放置在热烘箱内，按照设定好的固化程序加热固化。即可完成汇流环段的成型。

在一些实施方式中，在铺覆用于制作整体蒙皮的预浸料后，采用真空袋压工艺成型。

为了方便在各段汇流环段105组装时方便定位，在一些实施方式中，采用汇流环段成型模具制作汇流环段时，在成型的汇流环段成型出标记线，以方便采用标记线进行辅助定位。

为了进一步提高组装效率以及组装精度，在一些实施方式中，各个汇流段通过粘接工装300进行套接组装，其中粘接工装300包括底板301和定位块302。其中，底板301具有通孔3011和定位标线(图中未示出)，定位标线用于与标记线对齐。定位块302的数量与汇流环段105的数量相同，每个定位块302可拆卸的安装在底板301上，且定位块302围绕通孔3011间隔分布。每个定位块302具有与待定位的汇流环段105相同的曲率，以贴紧汇流环段105，实现较好定位。

在本实施例中，优选地，相邻的汇流段105套接组装时套接区域1051长度为15mm～25mm，例如，15mm、16mm、18mm、20mm、23mm等。

本实施例还提供了一种由上述任一成型方法得到的复合材料多隔断异型汇流环，相比于现有金属多隔断异型汇流环整体重量更轻，满足轻量化需求。

以下以一个示例性具体实施方式进一步对本发明进行解释说明。

1.生产准备

准备技术资料、原材料，检查人员资格、工艺装备和设备状态、生产环境条件等。

2.模具准备

进行模具清理并涂刷脱模剂。

3.汇流环段成型芯模制备(此步骤与复合材料多隔断异型汇流环成型方法无关，并且其可以先制备，也可以通过其他方式制备，在此仅为一具体实施方式的示例)

3.1配置橡胶液并抽真空排泡。

3.2在模具中放入聚四氟乙烯块并注入一定量的橡胶液。

3.3将模具置于室温环境下15℃～35℃硫化24h。

3.4橡胶芯模固化后，拆去上模，取出汇流环段成型芯模。

4.下料

利用裁布机按照电子下料样板对预浸料进行裁切。

5.铺层

5.1用丙酮擦金属占位块和橡胶芯，充分晾干；

5.2用脱模剂擦金属占位块和橡胶芯，充分晾干；

5.3取裁剪好的预浸料，铺覆在汇流环段成型芯模表面，铺层序列为[(0，90)/(±45)]₄。

6.合模

将产品放置在下模板上，放置内、外边条、侧模板及上模，采用螺钉锁紧。

7.固化

将模具放置在热烘箱内，按照设定好的固化程序加热固化。

8.脱模

8.1当模具温度在(40-60)℃范围内，将模具两侧模板紧固螺钉拆除，并取下两侧模板；

8.2当模具温度低于40℃时，采用拔销器取下金属占位块和聚四氟乙烯芯块，使用钳子取下橡胶芯；

8.3用扳手取下模具上模紧固螺钉，依次拆除上模板、外边条、内边条、取出产品，用板锉打磨飞边。

9.机加工

依据图纸将汇流环段中间隔板进行打孔操作。

10.装配

10.1准备好组装粘接工装；

10.2将汇流环段利用组装粘接工装进行套接装配，产品上的标记线与工装上的定位标线对齐，采用胶粘剂进行固定。

11.整体蒙皮铺层

11.1将组装完毕后的汇流环段进行打磨并用丙酮擦拭干净；

11.2将汇流环表面涂刷适量胶液并粘贴一层胶膜；

11.3在汇流环上整体铺覆碳纤维，铺层序列为：

[(0，90)/0/45/90/-45/0/0/-45/90/45/0/(0，90)](0度方向为环向)。

12.封装

12.1将铺层完毕后的产品封入真空袋内；

12.2抽真空，确保真空度≤-0.095MPa。

13.固化

将产品推入热烘箱，按照固化程序进行固化。

14.机加工

脱模后依据图纸进行切边加工。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：并非每个实施例仅包含一个独立的技术方案，不存在方案冲突的情况下，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

此外，在不脱离本发明的范围的情况下，对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种复合材料多隔断异型汇流环成型方法，其特征在于，包括：

分型设计：

将复合材料多隔断异型汇流环分为整体蒙皮以及沿周向分隔的多段汇流环段，每段所述汇流环段的一端具有隔断，另一端为开放口，其中一个所述汇流环段的开放端能够套接在相邻的所述汇流段具有隔断的一端；

在汇流环段芯模上铺覆预浸料，采用汇流环段成型模具制作汇流环段；

对得到的每个所述汇流环段的隔断上进行打孔；

将打孔后的所述汇流段的套接区域涂胶，相邻的所述汇流段套接组装；

在组装后的汇流环段外表面涂胶后铺覆预浸料，然后成型整体汇流环；

对成型后整体汇流环进行切边。

2.根据权利要求1所述的复合材料多隔断异型汇流环成型方法，其特征在于：所述汇流环段采用碳布预浸料铺层，铺层序列为[(0，90)/(±45)]_n；和/或

整体蒙皮采用碳布预浸料及单向预浸料铺层，铺层序列为[(0，90)/0/45/90/-45/0/0/-45/90/45/0/(0，90)]_n，其中，最外层和最内层为碳布预浸料，中间为单向预浸料。

3.根据权利要求1所述的复合材料多隔断异型汇流环成型方法，其特征在于：在各个所述汇流环段组装前进行打磨。

4.根据权利要求1所述的复合材料多隔断异型汇流环成型方法，其特征在于：所述汇流环段采用热膨胀成型模具成型；和/或

成型整体汇流环采用真空袋压工艺。

5.根据权利要求1所述的复合材料多隔断异型汇流环成型方法，其特征在于：所述汇流环段芯模包括金属占位块、聚四氟乙烯块和橡胶芯，所述聚四氟乙烯块的曲率与待成型的所述汇流环段一致，所述橡胶芯包覆在所述聚四氟乙烯块的外侧，且形状与待成型的所述汇流环段的腔体一致，所述聚四氟乙烯块能够从所述橡胶芯内抽出，所述金属占位块用于成型所述汇流环段具有开放口的一端。

6.根据权利要求1所述的复合材料多隔断异型汇流环成型方法，其特征在于：采用汇流环段成型模具制作汇流环段时，在成型的汇流环段成型出标记线。

7.根据权利要求6所述的复合材料多隔断异型汇流环成型方法，其特征在于：各个所述汇流段通过粘接工装进行套接组装，其中所述粘接工装包括：

底板，具有通孔和定位标线，所述定位标线用于与所述标记线对齐；

定位块，数量与所述汇流环段的数量相同，每个所述定位块可拆卸的安装在所述底板上，且所述定位块围绕所述通孔间隔分布，每个所述定位块具有与待定位的汇流环段相同的曲率。

8.根据权利要求1所述的复合材料多隔断异型汇流环成型方法，其特征在于：相邻的所述汇流段套接组装时套接区域长度为15mm～25mm。

9.一种复合材料多隔断异型汇流环，其特征在于：采用如权利要求1-8任一项所述的复合材料多隔断异型汇流环成型方法成型。

10.一种复合材料多隔断异型汇流环的汇流环段成型芯模，其特征在于：包括金属占位块、聚四氟乙烯块和橡胶芯，所述聚四氟乙烯块的曲率与待成型的所述汇流环段一致，所述橡胶芯包覆在所述聚四氟乙烯块的外侧，且形状与待成型的所述汇流环段的腔体一致，所述聚四氟乙烯块能够从所述橡胶芯内抽出，所述金属占位块用于成型所述汇流环段具有开放口的一端。