[發明專利]一種帶端框的復合材料錐形殼體成型方法

有效

• 申請號: 201410215980.7
• 申請日: 2014-05-21
• 公開（公告）號: CN103978698A
• 公開（公告）日: 2014-08-13
• 發明（設計）人: 張建寶;王俊鋒;劉偉;趙文宇;張蕾;林松;孫文文;范佳
• 申請（專利權）人: 航天材料及工藝研究所;中國運載火箭技術研究院
• 主分類號: B29C70/38
• 分類號: B29C70/38
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 張麗娜

技術領域

本發明涉及一種帶端框的復合材料錐形殼體成型方式，屬于復合材料成型技術領域。

背景技術

國外在復合材料蒙皮構件類產品中廣泛應用了自動化成型技術，其以自動鋪絲技術為典型代表。自動鋪絲技術是將數根預浸絲用多軸鋪放頭(機器手)按照設計要求所確定的鋪層方向在壓輥下集為一條絲帶后鋪放在芯模表面，壓實定型，整個過程由計算機測控、協調系統完成。

自動鋪絲技術集合了纖維纏繞和自動鋪帶技術的優點，可以根據構件形體表面形狀的變化，隨時切斷絲束，需要時繼續輸送絲束，適合凹曲面、凸曲面、變截面等復雜形狀構件成型。國外采用自動鋪絲技術成型的復合材料錐殼類構件包括美國Minotaur火箭整流罩、美國航天飛機的低溫貯箱、Atlas5型運載火箭載荷適配器等。

國內復合材料殼體類構件自動化成型技術發展較晚，目前僅能實現近筒體等截面的復合材料蒙皮構件的自動化成型，變截面錐形(曲面)復合材料構件成型尚采用手工成型的方式。

對于錐形(曲面)結構，采用手工工藝，工藝控制難度大，主要體現在以下幾個方面：

(1)對于曲面結構，不可展開為平面，預浸料下料只能采用平面結構近似，預浸料在進行曲面鋪層時，必然存在預浸料起皺、重疊等質量問題，從而影響產品的力學性能及承載能力。

(2)對于錐形結構，可以展開為平面，但預浸料下料時需要進行分塊，從而將部分纖維切斷，預浸料分塊數量越多，纖維切斷的數量越多，破壞了纖維的連續性，使纖維的強度不能充分發揮。

(3)對于錐形結構，由于上下各截面直徑不同，采用手工鋪層工藝，預浸帶鋪層角度也無法保證。對于錐形結構鋪層，當保證一側鋪層角度時，另一側的鋪層角度明顯偏離，如圖1所示，鋪層角度已經偏離軸線12°。

發明內容

本發明的目的是為了克服上述現有技術的不足，提出一種帶端框的復合材料錐形殼體成型方法。

本發明的目的是通過以下技術方案實現的。

本發明的一種帶端框的復合材料錐形殼體成型方法，步驟為：

(1)采用陽模成型方法制備殼體的成型模具：模具由芯軸、大端法蘭盤、小端法蘭盤、大端工藝蓋板、小端工藝蓋板、芯模襯和芯模組成；其中，芯模襯的小端通過小端法蘭盤固定在芯軸上，小端工藝蓋板固定連接在小端法蘭盤上，芯模固定連接在芯模襯的外側；

芯模襯的大端通過大端法蘭盤固定在芯軸上，大端工藝蓋板固定連接在大端法蘭盤上；

芯模與大端工藝蓋板、小端工藝蓋板的連接處為無縫連接；

(2)將成型模具安裝在臥式鋪絲機主軸上，并在芯模表面涂敷脫模劑；

(3)兩個往復帶寬的鋪層分為如下四步：

第一步，采用自動鋪絲成型方式在大端端框外側鋪放復合材料預浸絲，并壓實；在進入大端端框與芯模的拐角處，將壓輥脫離成型模具表面，利用鋪絲頭張力對復合材料預浸絲進行干法纏繞成型；然后采用自動鋪絲成型方式在芯模外側鋪放復合材料預浸絲，并壓實；在進入芯模與小端端框的拐角處，將壓輥脫離成型模具表面，利用鋪絲頭張力對復合材料預浸絲進行干法纏繞成型；然后采用自動鋪絲成型方式在小端端框外側鋪放復合材料預浸絲，并壓實；

第二步，將成型模型轉動一個帶寬的角度；

第三步，采用自動鋪絲成型方式在小端端框外側鋪放復合材料預浸絲，并壓實；在進入小端端框與芯模的拐角處，將壓輥脫離成型模具表面，利用鋪絲頭張力對復合材料預浸絲進行干法纏繞成型；然后采用自動鋪絲成型方式在芯模外側鋪放復合材料預浸絲，并壓實；在進入芯模與大端端框的拐角處，將壓輥脫離成型模具表面，利用鋪絲頭張力對復合材料預浸絲進行干法纏繞成型；然后采用自動鋪絲成型方式在大端端框外側鋪放復合材料預浸絲，并壓實；

第四步，將成型模型與第二步同向轉動一個帶寬的角度；

(4)重復步驟(3)直至完成單層的鋪層；

(5)按照步驟(3)和步驟(4)的方式直至完成所有鋪層，進行固化；

(6)固化完成后脫出模具，進行修邊，得到帶端框的復合材料錐形殼體。

壓輥脫離成型模具表面時不與成型模具發生干涉。

有益效果

本發明的方法采用自動鋪絲技術進行復合材料錐殼成型；復合材料錐殼實現了全自動成型的方式，鋪層局部厚度可控，且實現了全鋪層角度的自動成型；錐殼可對鋪層中鋪放角度適當調整，即改變局部鋪層角度，從而優化了鋪層的局部力學性能，有利于發揮復合材料可設計的優勢，提高結構的承載效率。

附圖說明