本发明专利技术涉及一种碳纤维复合材料等径管状结构的制造工艺，采用组合阴模控制产品的外径尺寸，制备金属棒和硅橡胶的组合芯棒作为芯模，预浸料在芯模连续铺贴，合模之后通过硅橡胶膨胀施压，得到性能稳定的产品。本发明专利技术与CN 103802329 A及传统工艺相比，解决了产品外型面的尺寸精度不准确，难于脱模的问题，同时可以保证内外表面的平整度，降低装配误差，不需要在热压罐进行固化，降低了制造成本，满足某型无人机尾撑管的研制要求。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于航空工业先进复合材料成型工艺
，涉及一种碳纤维复合材料等径管状结构的制造工艺。
技术介绍
先进复合材料不仅具有比强度大、比模量高、抗疲劳、抗腐蚀等特性，而且有很强的可设计性。合理的设计应用，可以大幅度减轻结构重量，提高机体的综合性能，任务载荷、续航时间等，因此在航空、航天、汽车、轮船、医疗、体育等领域获得了越来越多的应用。B787复合材料占飞机结构重量高达50％，A400M大型军用运输机复合材料用量超过35％，而无人机几乎可以达到全复合材料机体结构。目前，制备先进复合材料结构有多种成型工艺，比如，热压罐真空袋成型工艺、手糊玻璃钢成型、拉挤成型、RTM成型、VARTM等，从操作方式来看，有手工铺贴、自动缠绕、自动铺带等方式。传统的先进复合材料管状结构，具有一定的锥度，有拔模角度，可以采用金属芯模设计，手工铺贴或自动缠绕铺贴，±45°，0°，90°等，利用脱模装置进行脱模，制造产品。但是，对于碳纤维管状结构为等径结构，没有拔模角，而且对外径尺寸精度有严格要求，采用传统金属芯棒的工艺方法根本无法实现。专利CN 103802329 A采用金属棒作为芯模，硅橡胶作为外阴模制备管子，保证了内径尺寸，这种方法无法控制产品外径尺寸精度，脱模困难。
技术实现思路
要解决的技术问题为了避免现有技术的不足之处，本专利技术提出一种碳纤维复合材料等径管状结构的制造工艺，解决等径管状结构无法脱模，外径尺寸不准确等工艺问题。技术方案一种碳纤维复合材料等径管状结构的制造工艺，其特征在于步骤如下：步骤1、制作碳纤维管状结构的对合阴模：对合阴模分为上阴模1和下阴模2；上阴模1和下阴模2合拢后的内腔型面与管状产品外形尺寸一致，模具两侧留有保证预浸料翻边空间的余量；对合阴模的两端设有左端头挡板(10)和右端头挡板(12)，端头挡板中部设有定位圆槽及通孔用于控制金属芯棒(6)的位置；步骤2、制造组合芯模：在上阴模和下阴模的内腔铺贴碳带预浸料，在碳带预浸料上铺贴玻璃布预浸料，形成假件并对其进行热压罐固化；采用左端头挡板(10)和右端头挡板(12)进行上阴模1和下阴模2合模，将金属芯棒(6)伸进模具内，定位在左端头挡板(10)的定位圆槽中；将硅橡胶灌注在金属芯棒(6)与假件缝隙中，采用右端头挡板(12)进行封口和定位金属芯棒(6)，根据所采用的硅橡胶固化要求进行固化完成，得到金属芯棒(6)外包覆硅橡胶的组合芯模；所述碳带预浸料的层数和厚度满足管状产品的设计厚度，玻璃布预浸料的层数和厚度满足产品使用的硅橡胶膨胀工艺间隙；步骤3：去除上阴模(1)和下阴模(2)的假件，并对内腔进行清洁和脱模处理；然后采用±45°与90°通铺和0°对接的铺贴方式在下阴模(2)的内腔铺贴碳纤维预浸料，铺贴的碳纤维预浸料大于下阴模(2)的内腔；将组合芯模置于下阴模(2)上，大于下阴模(2)的内腔的碳纤维翻至组合芯模之上并将其完全包覆，保证了碳纤维的连续性；将上阴模1与下阴模(2)合模，左端头挡板(10)和右端头挡板(12)固定在两端并采用固定件固定；步骤4：将合模好的模具进行固化，固化完成后脱模得到碳纤维复合材料等径管状结构产品。所述模具采用钢框架结构。所述步骤2的热压罐固化工艺参数为：压力0.4MPa，升温速率1℃/min，降温速率1℃/min，120℃保持1个小时，60℃出罐，自然降至常温。所述步骤4的固化工艺参数为：升温速率3℃/min；120℃恒温保持1个小时；降温速率3℃/min，降温至60℃出罐自然冷却，冷却至室温进行脱模。有益效果本专利技术提出的一种碳纤维复合材料等径管状结构的制造工艺，采用组合阴模控制产品的外径尺寸，制备金属棒和硅橡胶的组合芯棒作为芯模，预浸料在芯模连续铺贴，合模之后通过硅橡胶膨胀施压，得到性能稳定的产品。采用金属棒和硅橡胶作为芯棒，可以通过硅橡胶的较大的热膨胀压力，实现在烘箱低成本制备高性能先进复合材料等径管状结构，与CN 103802329A及传统工艺相比，解决了产品外型面的尺寸精度不准确，难于脱模的问题，同时可以保证内外表面的平整度，降低装配误差，不需要在热压罐进行固化，降低了制造成本，满足某型无人机尾撑管的研制要求。附图说明图1：工艺流程图图2：实施例碳纤维管状结构图3：实施例工装合模结构a：合模，b：左视图，c：右视图，d：内部金属棒结构图4：实施例硅橡胶灌注示意图图5：实施例成型的金属棒和硅橡胶组合芯模图6：实施例碳带预浸料典型铺层示意图1-上阴模，2-下阴模，3-工艺间隙，4-假件，5-硅橡胶，6-金属棒，7-碳纤维预浸料，8-吊环螺钉，9-六角头螺栓(M10*35)，10-端头挡板，11-定位槽，12-端头挡板，13-定位孔，14-导向定位器，15-六角头螺栓(M6*12)，16－注橡胶孔，17-预浸料背衬材料，18－碳带预浸料，19-隔离膜，20-预浸料翻边工装面。具体实施方式现结合实施例、附图对本专利技术作进一步描述：第一步，外阴模设计制造。产品外径R＝35mm，长度L＝850mm，厚度δ＝0.975mm。采用CATIA三维软件设计碳纤维管状结构的对合阴模，工装型面与产品外形尺寸一致，如图2所示，此对合阴模由两部分组成，分别是上阴模1和下阴模2。模具采用钢框架结构，框架式结构主要是为了满足模具在烘箱中热流畅的均匀性。模具两侧留有足够的余量15，保证预浸料翻边空间，模具型面采用数控加工成形，模具上设计端头挡板10、端头挡板12、定位槽11，导向定位器14、六角头螺栓9、六角头螺栓15，吊环螺钉8。第二步，组合芯模制造。采用三维软件设计金属芯棒，Φ20mm，数控加工。本专利技术采用美国Airtech公司Aircast3700硅橡胶，Aircast 3700是A、B双组分硅橡胶，Part A：Part B(蓝色)＝100:12，拉伸强度：4.28MPa，剪切强度：0.45MPa，断裂延长率：180％。首先在上阴模和下阴模各铺贴8层碳带预浸料(产品厚度)，以及3层玻璃布预浸料(硅橡胶膨胀工艺间隙3)，就是所谓的假件4。每铺贴3层进行抽真空预压实1次，铺贴结束进行真空袋工艺组合，热压罐固化，压力0.4MPa，升温速率1℃/min，降温速率1℃/min，120℃保持1个小时，60℃出罐，自然降至常温，不脱模，将周边余量清掉，砂磨平整。在表面铺贴1层工装脱模布。进行上下阴模合模，利用导向定位器14将上阴模1放置准确位置，然后采用六角头螺栓9夹紧，用螺钉固定端头挡板10。然后将模具垂直放置，将金属棒6垂直伸进模具内部，采用定位槽11对其定位。将配置好的硅橡胶从注胶孔16缓慢灌注，直至溢出，等待片刻，直至硅橡胶没有下沉，刮掉掉多余溢出硅橡胶，灌注一侧用端头挡板12进行封口，见图4。室温自然静置24小时，进行脱模，取出芯模，见图5所示。将芯模工装对合处胶棱采用细砂纸进行砂磨至平整状态，等待使用。采用假件灌注硅橡胶的工艺方法，可以节省灌注硅橡胶的工装，可以调节工艺间隙，目前还没有相关方面的报道。第三步，涂敷脱模剂。用干净的面纱蘸少量丙酮将上阴模型面1及下阴模型面2擦拭干净，表面无油渍、灰尘等外来物，然后自然晾干。液体脱模剂易于涂敷，还可以起到增加光滑度的作用，本工艺建议使用液体脱模剂。涂敷脱模剂严格按照脱模剂的操作工艺规本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种碳纤维复合材料等径管状结构的制造工艺，其特征在于步骤如下：步骤1、制作碳纤维管状结构的对合阴模：对合阴模分为上阴模(1)和下阴模(2)；上阴模(1)和下阴模(2)合拢后的内腔型面与管状产品外形尺寸一致，模具两侧留有保证预浸料翻边空间的余量；对合阴模的两端设有左端头挡板(10)和右端头挡板(12)，端头挡板中部设有定位圆槽及通孔用于控制金属芯棒(6)的位置；步骤2、制造组合芯模：在上阴模和下阴模的内腔铺贴碳带预浸料，在碳带预浸料上铺贴玻璃布预浸料，形成假件并对其进行热压罐固化；采用左端头挡板(10)和右端头挡板(12)进行上阴模1和下阴模2合模，将金属芯棒(6)伸进模具内，定位在左端头挡板(10)的定位圆槽中；将硅橡胶灌注在金属芯棒(6)与假件缝隙中，采用右端头挡板(12)进行封口和定位金属芯棒(6)，根据所采用的硅橡胶固化要求进行固化完成，得到金属芯棒(6)外包覆硅橡胶的组合芯模；所述碳带预浸料的层数和厚度满足管状产品的设计厚度，玻璃布预浸料的层数和厚度满足产品使用的硅橡胶膨胀工艺间隙；步骤3：去除上阴模(1)和下阴模(2)的假件，并对内腔进行清洁和脱模处理；然后采用±45°与90°通铺和0°对接的铺贴方式在下阴模(2)的内腔铺贴碳纤维预浸料，铺贴的碳纤维预浸料大于下阴模(2)的内腔；将组合芯模置于下阴模(2)上，大于下阴模(2)的内腔的碳纤维翻至组合芯模之上并将其完全包覆，保证了碳纤维的连续性；将上阴模1与下阴模(2)合模，左端头挡板(10)和右端头挡板(12)固定在两端并采用固定件固定；步骤4：将合模好的模具进行固化，固化完成后脱模得到碳纤维复合材料等径管状结构产品。...
【技术特征摘要】
1.一种碳纤维复合材料等径管状结构的制造工艺，其特征在于步骤如下：步骤1、制作碳纤维管状结构的对合阴模：对合阴模分为上阴模(1)和下阴模(2)；上阴模(1)和下阴模(2)合拢后的内腔型面与管状产品外形尺寸一致，模具两侧留有保证预浸料翻边空间的余量；对合阴模的两端设有左端头挡板(10)和右端头挡板(12)，端头挡板中部设有定位圆槽及通孔用于控制金属芯棒(6)的位置；步骤2、制造组合芯模：在上阴模和下阴模的内腔铺贴碳带预浸料，在碳带预浸料上铺贴玻璃布预浸料，形成假件并对其进行热压罐固化；采用左端头挡板(10)和右端头挡板(12)进行上阴模1和下阴模2合模，将金属芯棒(6)伸进模具内，定位在左端头挡板(10)的定位圆槽中；将硅橡胶灌注在金属芯棒(6)与假件缝隙中，采用右端头挡板(12)进行封口和定位金属芯棒(6)，根据所采用的硅橡胶固化要求进行固化完成，得到金属芯棒(6)外包覆硅橡胶的组合芯模；所述碳带预浸料的层数和厚度满足管状产品的设计厚度，玻璃布预浸料的层数和厚度满足产品使用的硅橡胶膨胀工艺间隙；步骤3：去除上阴模(1)和下阴模(2)的假件，并对内腔进行清...
【专利技术属性】
技术研发人员：段国晨，张明，赵景丽，林宇，赵伟超，
申请(专利权)人：西安爱生技术集团公司，西北工业大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61
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