CN207190300U - 一种对飞机复合材料固化的微波固化炉 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种对飞机复合材料固化的微波固化炉，属于复合材料制造技术领域；本实用新型包括微波谐振腔，定向耦合线，微波源，控制器，模数转换器，荧光光纤温度传感器，真空泵，模具；本实用新型微通过设置微波谐振腔，使腔体内产生一个相对均匀的微波场分布，从而复合材料的加热温度更加的稳定，升温速率也会提高，提高了效率使成型周期短、固化效率高，并且提高升温速率会在一定范围内提高复合材料的压缩和弯曲强度；通过设计密封系统，使真空袋系统的真空度更好的得到控制；因真空加压成型，所以模具不需要设计支撑结构，更节省空间，使成本更低。
Description
技术领域
本实用新型属于复合材料制造技术领域，具体地说，涉及一种对飞机复合材料固化的微波固化炉。
背景技术
目前在工业界，最常用的对复合材料同时加热加压成型的制造方法是热压罐成型。企业调研表明，目前国内航空工业中实际应用的针对飞机复合材料零件的固化成型技术，以热压罐为主，其使用量达到所有复合材料生产部门生产零件的 80%以上,但该技术存在问题有：固化成型周期长，能源利用效率低，成型过程中热量从材料外部向内部传热，在热传递系数较低的复合材料中传热的温度梯度大，使得只能选择较低的升温速率，需要复杂的模具结构支撑，制造成本高等；例如树脂基的复合材料通常热传导系数较低，从而使得传统的加热固化方法有先天的加热固化速度慢，温度均匀性差的问题；阻碍树脂基复合材料大量应用的一大重要障碍就是它需要经过较长的成型固化周期才能达到所需的结构力学性能；复合材料微波固化成型技术，与传统加热中依赖复合材料较低的热传导系数的缓慢的传热扩散模式进行加热固化的方法相比，微波可以很好地穿透复合材料并对材料进行体积加热，显著提高传热的效率和均匀性。
发明内容
为了克服背景技术中存在的问题，本实用新型提供了一种对飞机复合材料固化的微波固化炉，通过微波谐振腔，使腔体内产生一个相对均匀的微波场分布，从而复合材料的加热温度更加的稳定。
为达到上述目的，本实用新型采取如下技术方案：
一种对飞机复合材料固化的微波固化炉，包括微波谐振腔1、定向耦合线2、微波源3、控制器4、模数转换器5、荧光光纤温度传感器6、真空泵7和模具8；所述微波谐振腔1腔体上设有定向耦合线2、荧光光纤温度传感器6和真空泵7，荧光光纤温度传感器6与模数转换器5连接，模数转换器5与控制器4连接，控制器4与微波源3连接，微波源3通过定向耦合线2与微波谐振腔1连接，模具8与真空泵7连接；
所述模具8包括基座19、密封系统11和真空袋系统20，真空袋系统20与基座19之间通过密封系统11密封；
所述真空袋系统20包括真空管9、真空接头10、脱模剂12、铝箔13、复合材料14、脱模布15、带孔隔离膜16、透气毡17和真空袋18；所述脱模剂12上方设置有铝箔13，复合材料14卡在铝箔13中，铝箔13上方依次设置有脱模布15、带孔隔离膜16和透气毡17，真空袋18套设在外围，真空袋18上设有真空接头10，真空接头10上连有真空管9；
所述密封系统11包括凹槽21、密封胶22、密封条23、插销24和插孔25；基座19两端设有凹槽21，真空袋18通过密封胶22固定在凹槽21的底部，密封条23填充在凹槽21内将真空袋18密封在凹槽21内，密封条23以及对应设有凹槽21的基座19侧面上设有插孔25，插销24插在插孔25中。
进一步的，所述微波谐振腔1为八边形柱体结构。
进一步的，所述基座19、密封条23和插销24为钢化玻璃，基座19厚度为5-10mm，密封条23的厚度为基座19的0.5倍。
进一步的，所述插销24为圆锥形，椎体底面直径为1-2mm，锥角为10°-20°。
本实用新型的有益效果：
本实用新型通过设置微波谐振腔，使腔体内产生一个相对均匀的微波场分布，从而复合材料的加热温度更加的稳定，升温速率也会提高，提高了效率使成型周期短、固化效率高，并且提高升温速率会在一定范围内提高复合材料的压缩和弯曲强度，针对不同复合材料制件需求，温度曲线控制的微波加热固化工艺可以在通过缩短成型工艺时间来提高制造效率和保证材料的力学性能两个方面取得良好的平衡，如加强了纤维和树脂基体的结合作用；通过设计密封系统，使真空袋系统的真空度更好的得到控制；因真空加压成型，所以模具不需要设计支撑结构，更节省空间，使成本更低。
附图说明
图1为本实用新型的总体结构框图；
图2为本实用新型的微波谐振腔的结构示意图；
图3为本实用新型的模具的结构示意图；
图4为本实用新型的密封系统的剖视图；
图5为本实用新型的基座的俯视图；
图6为基于本实用新型的插销的结构示意图；
图中各标号： 1-微波谐振腔，2-定向耦合线，3-微波源，4-控制器，5-模数转换器，6-荧光光纤温度传感器，7-真空泵，8-模具，9-真空管，10-真空接头，11-密封系统，12-脱模剂，13-铝箔，14-复合材料，15-脱模布，16-带孔隔离膜，17-透气毡，18-真空袋，19-基座，20-真空袋系统， 21-凹槽，22-密封胶，23-密封条，24-插销，25-插孔。
具体实施方式
为了使本实用新型的目的、技术方案和有益效果更加清楚，下面将结合附图，对本实用新型的优选实施例进行详细的说明，以方便技术人员理解。
如图1-6所示，一种对飞机复合材料固化的微波固化炉，所述的微波固化炉包括微波谐振腔1、定向耦合线2、微波源3、控制器4、模数转换器5、荧光光纤温度传感器6、真空泵7和模具8；所述微波谐振腔1腔体上设有定向耦合线2、荧光光纤温度传感器6和真空泵7，荧光光纤温度传感器6与模数转换器5连接，模数转换器5与控制器4连接，控制器4与微波源3连接，微波源3通过定向耦合线2与微波谐振腔1连接，模具8与真空泵7连接，真空泵把模具8中的空气抽走，微波通过微波源3经过定向耦合线2进入到微波谐振腔1中，作用在模具8上；控制器4根据设定的温度曲线进行工艺控制，温度控制精度小于1℃，荧光光纤温度传感器6因其良好的耐高温和不受电磁场影响的性能而能提供精度较高的温度数据，采集到的数据通过模数转换器5传递到控制器4，由控制器4进行闭环控制输入微波谐振腔1腔体内的微波功率的大小，由此微波固化炉可以根据给定的温度曲线来加热固化复合材料样件；所述的定向耦合线2，微波源3，控制器4，模数转换器5，荧光光纤温度传感器6均为市售的普通模块。
其中微波谐振腔1为八边形柱体结构，每一边上都有裂缝波导提供微波的输入，这样的设计可以使该设备在腔体内产生一个相对均匀的微波场分布。
如图3所示，其中真空袋系统20包括真空管9，真空接头10，脱模剂12，铝箔13，复合材料14，脱模布15，带孔隔离膜16，透气毡17，真空袋18；所述的脱模剂12上为铝箔13，复合材料14放在铝箔13中，铝箔13上为脱模布15，脱模布15上为带孔隔离膜16，带孔隔离膜16上为透气毡17，再用真空袋18盖上，真空袋18上设有真空接头10，真空接头10上连有真空管9；脱模剂12、脱模布15为了使复合材料14更好的脱模；铝箔13、带孔隔离膜16、透气毡17和真空袋18为了使复合材料14更好的成型。
如图4-5所示，密封系统11包括基座19上设有的凹槽21，密封胶22，密封条23，插销24，插孔25；凹槽21的底部为密封胶22，真空袋18通过密封胶22固定在凹槽21中，密封条23将真空袋18压紧压实在凹槽21中使其密封，密封条23和对应设有凹槽21的基座19侧面上设有插孔25，插销24插在插孔25中；通过密封胶22的粘附作用和凹槽21与密封条23的压实作用，使基座19和真空袋系统20没有缝隙，使真空袋系统20能更好地工作。
其中基座19、密封条23和插销24的材质为钢化玻璃，钢化玻璃足够坚硬且在微波环境里基本不会吸收和反射微波，基座19厚度为6mm，密封条23的厚度为基座19的0.5倍。
如图6所示，所述的插销24为呈圆锥形，椎体底面直径为1.2mm，锥角为15°，这样设计能使密封条23与凹槽21结合更紧，起到更好的密封作用。
本实用新型的工作过程：
在使用本装置时，先把复合材料14放在铝箔13中，然后在基座19上铺上一层脱模剂12，脱模剂12上放上铝箔13，铝箔13上放脱模布15，脱模布15上放带孔隔离膜16，带孔隔离膜16上放透气毡17，然后用真空袋18包住，即真空袋系统20；用密封系统11把真空袋系统20和基座19进行密封，把真空袋系统20上的真空管9与微波谐振腔腔体1上的连接，并进行真空抽取，即模具8；把模具8放入微波谐振腔1中，盖好盖子，启动电源，微波通过微波源3经过定向耦合线2进入到微波谐振腔1中，作用在模具8上；微波固化炉有一个计算机控制器4根据设定的温度曲线进行工艺控制，控制器4温度输入通过荧光光纤温度传感器6采集，采集到的数据通过模数转换器5传递到控制器4如可编程的PLC，由 PLC 进行闭环控制输入腔体内的微波功率的大小。
本实用新型通过设置微波谐振腔1，使腔体内产生一个相对均匀的微波场分布，从而复合材料的加热温度更加的稳定，升温速率也会提高，提高了效率使成型周期短、固化效率高，并且提高升温速率会在一定范围内提高复合材料的压缩和弯曲强度，针对不同复合材料制件需求，温度曲线控制的微波加热固化工艺可以在通过缩短成型工艺时间来提高制造效率和保证材料的力学性能两个方面取得良好的平衡，如加强了纤维和树脂基体的结合作用；通过设计密封系统11，使真空袋系统20的真空度更好的得到控制；因真空加压成型，所以模具8不需要设计支撑结构，更节省空间，使成本更低。
最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本实用新型进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本实用新型权利要求书所限定的范围。
Claims (4)
1.一种对飞机复合材料固化的微波固化炉，其特征在于：包括微波谐振腔（1）、定向耦合线（2）、微波源（3）、控制器（4）、模数转换器（5）、荧光光纤温度传感器（6）、真空泵（7）和模具（8）；所述微波谐振腔（1）腔体上设有定向耦合线（2）、荧光光纤温度传感器（6）和真空泵（7），荧光光纤温度传感器（6）与模数转换器（5）连接，模数转换器（5）与控制器（4）连接，控制器（4）与微波源（3）连接，微波源（3）通过定向耦合线（2）与微波谐振腔（1）连接，模具（8）与真空泵（7）连接；
所述模具（8）包括基座（19）、密封系统（11）和真空袋系统（20），真空袋系统（20）与基座（19）之间通过密封系统（11）密封；
所述真空袋系统（20）包括真空管（9）、真空接头（10）、脱模剂（12）、铝箔（13）、复合材料（14）、脱模布（15）、带孔隔离膜（16）、透气毡（17）和真空袋（18）；所述脱模剂（12）上方设置有铝箔（13），复合材料（14）卡在铝箔（13）中，铝箔（13）上方依次设置有脱模布（15）、带孔隔离膜（16）和透气毡（17），真空袋（18）套设在外围，真空袋（18）上设有真空接头（10），真空接头（10）上连有真空管（9）；
所述密封系统（11）包括凹槽（21）、密封胶（22）、密封条（23）、插销（24）和插孔（25）；基座（19）两端设有凹槽（21），真空袋（18）通过密封胶（22）固定在凹槽（21）的底部，密封条（23）填充在凹槽（21）内将真空袋（18）密封在凹槽（21）内，密封条（23）以及对应设有凹槽（21）的基座（19）侧面上设有插孔（25），插销（24）插在插孔（25）中。
2.根据权利要求1所述的对飞机复合材料固化的微波固化炉，其特征在于：所述微波谐振腔（1）为八边形柱体结构。
3.根据权利要求1所述的对飞机复合材料固化的微波固化炉，其特征在于：所述基座（19）、密封条（23）和插销（24）为钢化玻璃，基座（19）厚度为5-10mm，密封条（23）的厚度为基座（19）的0.5倍。
4.根据权利要求3所述的对飞机复合材料固化的微波固化炉，其特征在于：所述插销（24）为圆锥形，椎体底面直径为1-2mm，锥角为10°-20°。
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