一种基于复合材料的含空心管状叶片的成型方法技术

本发明专利技术提供了一种含空心管状复合材料叶片成型方法，本发明专利技术通过金属模具亦称金属假件来成型纤维增强的硅橡胶，结合柔性工装固化后胶结，来成型零件并进行胶结成最终产品。本发明专利技术应能够解决含大长径比，管内径小于6mm，长径比大于150的管状结构制件；保证胶结定位的准确性；保证均匀传热并施加压力，保证制件内部质量；本发明专利技术具有较高的可塑性，其“柔性”工装形式可使用于多种含有管状结构的制件成型。

Method for forming hollow tubular blade based on composite material

The invention provides a composite material containing hollow tubular blade molding method, silicon rubber of the invention by metal mold or metal parts forming false fiber reinforced, combined with the flexible tooling after curing and molding parts to cement, cement into the final product. The present invention should be able to deal with large ratio of length to diameter, pipe diameter is less than 6mm, the ratio of length to diameter is greater than 150 of the tubular structure parts; ensure the accuracy of cement positioning; ensure uniform heat transfer and pressure, ensure the internal quality of parts; the invention has high plasticity, the flexible tooling can be used in the form of molding there are several tubular structures.

【技术实现步骤摘要】
一种基于复合材料的含空心管状叶片的成型方法
本专利技术涉及先进复合材料制造
，尤其涉及航空航天及汽车领域中高性能碳纤维复合材料结构件制造，尤其涉及到含有大长径比空心管状的复合材料结构件的制造。
技术介绍
先进树脂基复合材料是适应航空、航天等高科技领域的需求而发展起来的一种高性能复合材料，它具有轻质、高比强度、可设计性强、耐腐蚀、抗疲劳断裂性能好几尺寸稳定性好等优越的性能。其中碳纤维增强复合材料管、杆结构是复合材料结构件中一种典型的组成单元，也是航空、航天器结构中常用的一种结构组件，在大型卫星天线支架等大多采用碳纤维增强复合材料圆管。CFRP管成型一般采用手糊法、纤维缠绕成型法、离心浇注法、拉挤成型、预浸料铺层及热缩成型等工艺。手糊法不需要复杂的机械设备，但工艺粗糙，质量不稳定，生产效率低，一般仅用于批量不大的低压或无压玻璃钢管生产；离心浇铸法是将树脂、纤维、填料加入到旋转的模型内，依靠自动控制，稳步加大转速，使离心力达到重力的75倍时，稳定转速使物料密实，紧贴管壁。这种方法的优点是可加入大量的填料，提高管的刚度，降低成本。最适合用于生产市政建设工程中的大口径给排水管道；预浸料手工铺层-热压罐工艺一般使用于板件成型，如用于制造管件，由于在碳纤维复合材料管的铺层时，不可能施加足够的张力压紧预浸料叠层块，各铺层间相对松散，厚度也较成品后，在成型加压时，沿环向的纤维必然松弛，纤维被压弯曲、打折，另外由于辅料的使用也会使其表面出现皱褶等，则最终使得产品表面质量会存在严重缺陷。纤维缠绕成型法师目前世界各国生产玻璃钢管的主要方法，其制造的身背为定长缠绕制管技术，能够生产管径为50~4000mm，长6000~12000mm的玻璃钢管，具有质量稳定，性能好，生产效率高等优点；拉挤成型是一种自动化连续生产纤维增强复合材料的工艺方法，它是将连续的增强纤维进行浸渍后，牵引经过成型模具，在模具内固化成型为规定形状，脱模后成型为最终制品的加工方法。拉挤制品不仅具有高强轻质、绝缘性好、耐腐蚀、尺寸稳定等特点；热缩工艺是指在一定温度下使热缩套管收缩完成、压紧的过程，其采用热缩材料的热缩特性对复合材料进行挤压，同时热缩材料抵御辅助封装材料的皱折对复合材料制件的影像。热缩工艺首先是在刚性芯模外面铺层缠绕预浸料，进行预吸胶，之后出去吸胶材料，在预浸料外层加上热缩套管没在一定工艺条件下进行热缩然后封装进热压罐固化。最后脱模剥离热缩管得到制品。纤维缠绕成型法、离心浇注法、拉挤成型及热缩成型等工艺在制造外观为具有光滑曲面的复合材料管、杆结构制件均较为成熟。但当管状结构上含有耳片或者其他片状结构、且其外表面为非光滑曲面以及其管内径很小具有较大长径比的结构时，以上几种成型工艺则无法实现对其结构件的制造。
技术实现思路
为了克服现有技术的不足，本专利技术提供了一种含空心管状复合材料叶片成型方法，具体方案如下：本专利技术通过金属模具亦称金属假件来成型纤维增强的硅橡胶，结合柔性工装固化后胶结，来成型零件并进行胶结成最终产品。一种基于复合材料的含空心管状叶片的成型方法，详细流程如下：步骤一，准备一与欲制得复合材料形状一致在其两端边缘处含有余量且含有较硬质地的芯的金属模具1和一金属芯模具2；步骤二，以金属模具1为中心，在金属模具1两侧逐层交替排布硅橡胶层及玻璃纤维织物预浸料层，最内侧及最外侧均需铺放硅橡胶层；步骤三，用隔离膜、透气毡和真空袋按由里到外的次序对步骤二组装的复合材料进行封装，两端用密封胶条进行封装；步骤四，按照硅橡胶的固化工艺，将步骤三封装好的模具进行固化，在热压罐中固化，此柔性工装即可做成型工装，亦可做后期胶结叶片的胶结工装使用；步骤五,利用步骤四成型好的柔性工装进行成型产品，结合金属芯模具2，成型对称的两瓣复合材料叶片；步骤六，在成型好的柔性成型胶结工装中，对叶片进行二次胶结，采用同一套具有一定刚性的柔性成型胶结工装，确保了叶片胶结定位的准确性；步骤七，根据胶膜的固化要求对其进行固化胶结，固化完成后进行脱模，通过机械加工出最终产品尺寸。所述金属模具1的尺寸大于待制成的复合材料叶片的尺寸；所述步骤二中的玻璃纤维织物预浸料层起加强作用，具体为用环氧树脂浸泡的玻璃纤维织物；所述金属模具1含有较硬质地的芯为刚性金属芯；所述步骤四中固化成型采用柔性成型工装，借助柔性工装所施加压力的均匀性及金属芯的刚性，保证两瓣叶片内部空心管的形状及表面质量；本专利技术的有益技术效果：本专利技术应能够解决含大长径比，管内径小于6mm，长径比大于150的管状结构制件；保证胶结定位的准确性；保证均匀传热并施加压力，保证制件内部质量；本专利技术具有较高的可塑性，其“柔性”工装形式可使用于多种含有管状结构的制件成型。附图说明图1为步骤一中金属模具1的示意图图2步骤二中工装铺层示意图图3为步骤三中胶结工装封装示意图图4为步骤四中封装固化示意图图5为步骤五中胶结固化封装示意图图6为产品结构示意图.其中1、金属芯；2、叶片；3、玻璃纤维加强层；4、硅橡胶层；5、金属模具1；6、平板工装；7、透气毡；8、隔离膜；9、真空袋；10、密封胶条；11、隔离膜；12、金属芯模具2；13、胶膜；具体实施方式具体实施例1为通过机械加工的方式，制造与复合材料零件形状一致在其边缘具有余量且含有金属芯的金属模具1，如图1所示，利用金属假件在平板工装上按照图2所示顺序，依次铺贴硅橡胶层及加强层玻璃纤维-环氧树脂预浸料，最内侧及最外侧均需铺放硅橡胶层，并进行封装，如图3所示。成型玻璃纤维增强的硅橡成型胶结工装。之后按照相应硅橡胶的固化工艺，在热压罐设备中180度下2小时一定时间内将封装好的模具进行固化，如图4所示。利用成型好的柔性成型工装，结合金属芯模具2，在其工装型腔内按照叶片铺层要求进行铺贴碳纤维预浸料，并按照工艺要求进行预压，之后对其进行封装成型对称的两半复合材料叶片。借助柔性工装所施加压力的均匀性及金属芯的刚性，保证两半叶片内部空心管的形状及表面质量。在成型好的柔性成型胶结工装中，对叶片进行二次胶结，采用同一套具有一定刚性的柔性成型胶结工装，确保了叶片胶结定位的准确性，如图5所示。然后采用环氧类在180度恒温2h固化历程的胶膜的固化工艺要求，对其在热压罐中进行固化胶结，对叶片进行固化胶结过程中，在此温度下也实现到对叶片的后固化，固化完成后进行脱模，按照最终产品实际尺寸要求在相应机器上机加出最终产品，如图6所示。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于复合材料的含空心管状叶片的成型方法，包括以下步骤：步骤一，准备一与欲制得复合材料形状一致在其两端边缘处含有余量且含有较硬质地的芯的金属模具1和一金属芯模具2；步骤二，以金属模具1为中心，在金属模具1两侧逐层交替排布硅橡胶层及玻璃纤维织物预浸料层，最内侧及最外侧均需铺放硅橡胶层；步骤三，用隔离膜、透气毡和真空袋按由里到外的次序对步骤二组装的复合材料进行封装，两端用密封胶条进行封装；步骤四，按照硅橡胶的固化工艺，将步骤三封装好的模具进行固化，在热压罐中固化，此柔性工装即可做成型工装，亦可做后期胶结叶片的胶结工装使用；步骤五,利用步骤四成型好的柔性工装进行成型产品，结合金属芯模具2，成型对称的两瓣复合材料叶片；步骤六，在成型好的柔性成型胶结工装中，对叶片进行二次胶结，采用同一套具有一定刚性的柔性成型胶结工装，确保了叶片胶结定位的准确性；步骤七，根据胶膜的固化要求对其进行固化胶结，固化完成后进行脱模，通过机械加工出最终产品尺寸。

【技术特征摘要】
1.一种基于复合材料的含空心管状叶片的成型方法，包括以下步骤：步骤一，准备一与欲制得复合材料形状一致在其两端边缘处含有余量且含有较硬质地的芯的金属模具1和一金属芯模具2；步骤二，以金属模具1为中心，在金属模具1两侧逐层交替排布硅橡胶层及玻璃纤维织物预浸料层，最内侧及最外侧均需铺放硅橡胶层；步骤三，用隔离膜、透气毡和真空袋按由里到外的次序对步骤二组装的复合材料进行封装，两端用密封胶条进行封装；步骤四，按照硅橡胶的固化工艺，将步骤三封装好的模具进行固化，在热压罐中固化，此柔性工装即可做成型工装，亦可做后期胶结叶片的胶结工装使用；步骤五,利用步骤四成型好的柔性工装进行成型产品，结合金属芯模具2，成型对称的两瓣复合材料叶片；步骤六，在成型好的柔性成型胶结工装中，对叶片进行二次胶结，采用同一套具有一定刚...

【专利技术属性】
技术研发人员：米莹娟，黎玉钦，杨琨，贾傲，
申请(专利权)人：航天海鹰镇江特种材料有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32