一种碳纤维复合材料推进器模压成型工艺制造技术

本发明专利技术公开了一种碳纤维复合材料推进器模压成型工艺，包括如下步骤：S1：选取碳纤维预浸料，控制模压环境，并对模具进行检验及处理；S2：对所述碳纤维预浸料进行承压厚度、纤维含量、温度曲线及成型表面测试；S3：采用预浸料模压工艺成型推进器胚模；S4：在所述胚模的表面继续铺贴碳纤维预浸料，再次模压成型制备得到复合材料推进器。本发明专利技术的碳纤维复合材料推进器模压成型工艺，将复合材料推进器模压成型分为两次成型，第一次采用预浸料模压工艺成型推进器胚模，在胚模表面继续铺贴预浸料，再次模压成型制造复合材料推进器，既能保证产品强度，又能保证产品精度，成型产品整体性好、型值偏差更小、工艺稳定、强度更高，且推进效率更高。

A Molding Process for Carbon Fiber Composite Propeller

The invention discloses a moulding process for carbon fiber composite thruster, which comprises the following steps: S1: selecting carbon fiber preprepreg, controlling moulding environment, inspecting and treating the moulds; S2: testing the pressure thickness, fiber content, temperature curve and moulding surface of the carbon fiber prepreg; S3: moulding the embryonic mould of the thruster by the moulding process of prepreg; Carbon fiber preprepreg is continued to be laid on the surface of the embryo mould, and the composite thruster is prepared by re-moulding. The moulding process of the carbon fiber composite thruster of the invention divides the moulding process of the composite thruster into two moulding stages. For the first time, the pre-impregnated material moulding process is used to moulding the embryo mould of the thruster. The pre-impregnated material is continuously laid on the surface of the embryo mould, and the composite thruster is manufactured by moulding again, which not only ensures the strength of the product, but also ensures the It has smaller deviation, stable process, higher strength and higher propulsion efficiency.

【技术实现步骤摘要】
一种碳纤维复合材料推进器模压成型工艺
本专利技术属于复合材料推进器成型
，更具体地，涉及一种碳纤维复合材料推进器模压成型工艺。
技术介绍
机械(结构)噪声、螺旋桨噪声以及流动噪声构成了船舶水下辐射声场。随着航速的增加，船舶推进器噪声逐渐成为辐射噪声的主要部分。其螺旋桨噪声有自身辐射噪声、其尾流场引起的噪声和螺旋桨引起的尾部振动噪声。研究表明推进器噪声是从几赫兹的次声频直到上百千赫超声频的宽带连续谱上叠加着一些低频特征线谱，其线谱的频率为推进器的叶频及其各阶倍叶频。中低频段的推进器噪声主要由叶片所受的脉动压力以及推进器尾流中的涡引起的，中高频段的主要噪声为空化噪声，推进器在高频段还会出现由于卡门涡街引起的唱音。随着军事科技的飞速发展，现代作战武器及平台的制导、跟踪能力越来越强，螺旋桨噪声会影响舰船的隐蔽性能。因此，要想降低舰船被探测和发现的概率，必须尽可能地降低螺旋桨辐射噪声，资料表明，如果物体辐射噪声减小6dB，则被动声纳系统探测距离将减小50％。因此，研究螺旋桨噪声具有重要的军事应用价值，如何降低和控制螺旋桨的振动及辐射噪声一直是国内外专家学者研究的热点问题。与传统的金属推进器相比，复合材料推进器具有低振动，低噪音，轻质高效，耐海水腐蚀、易维修等特点。但在国内，复合材料螺旋桨仍停留在小型渔船，商船的制造使用阶段，其材料也主要采用的是早期广泛使用的玻璃纤维复合材料，因此螺旋桨的性能相较于金属螺旋桨并没有较大的改善。目前复合材料推进器的模具设计、成型工艺、参数控制、成型精度等成为制约我国复合材料推进器发展的重要因素。国内船用复合材料推进器的成型工艺多为手工成型、RTM成型、灌注成型、分体式成型以及各种方法的混合。现有单一成型工艺往往不能同时兼顾参数控制、成型精度、结构强度等问题。随着国内复合材料基础理论与制造工艺日益成熟，突破了刚度要求高、连接型式多样化、制造工艺规范化等关键技术，已具备了深入工程应用的基本条件。本专利技术一种复合材料推进器模压模具具有操作简单，成型产品精度高、结构强度高的特点。专利号CN101704302A公开了一种复合材料螺旋桨的整体成型模具及其制造方法,它主要是为了解决现有螺旋桨的桨毂与桨叶轴系振动、桨叶根部易破坏的问题。模具由上模块、下模和盖板组成，采用RTM工艺制作，该模具适用于桨叶少、叶片曲度不大的复合材料螺旋桨。专利号CN104149361A公开了一种二次成型的碳纤维复合材料螺旋桨制作方法,先对模具及材料的选用及处理,后对桨毂进行第一次成型,再对螺旋桨进行第二次成型,工艺简单、成熟,实现自主生产碳纤维复合材料螺旋桨。专利号CN103253367A公开了一种复合材料空气螺旋桨的制备模具，通过将复合材料空气螺旋桨设计为分体式结构,包括上壁板外形面模具、上壁板内形面模具、下壁板外形面模具和下壁板内形面模具，所述的上壁板外形面模具和上壁板内形面模具相互对接配合后内部形成上壁板型腔。目前，复杂的复合材料推进器成型工艺多为分体式成型，叶片采用RTM成型，后与桨毂定位柱状，所采用的的模具多为推进器叶片RTM模具；叶片较少、结构简单的复合材料推进器多采用RTM、模压工艺等。
技术实现思路
针对现有技术存在的缺陷或改进需求，本专利技术提供一种碳纤维复合材料推进器模压成型工艺，其目的在于设计一种能够解决多桨叶、桨叶弯曲度大的复合材料推进器生产困难问题，且该工艺与模具能够同时解决产品精度与强度问题的复合材料推进器生产工艺。为了实现上述目的，本专利技术提供一种碳纤维复合材料推进器模压成型工艺，包括如下步骤：S1：选取碳纤维预浸料，控制模压环境，并对模具进行检验及处理；S2：对所述碳纤维预浸料进行承压厚度、纤维含量、温度曲线及成型表面测试；S3：采用预浸料模压工艺成型推进器胚模；S31：推进器的肧模铺层采用分步方式完成，先成型推进器中心的桨毂部分，再成型推进器外层的桨叶及剩余桨毂铺层；S32：推进器的肧模铺层后，完成骨架模合模及多次升温、加压，然后脱模并进行后处理，获得推进器的肧模；S4：在所述胚模的表面继续铺贴碳纤维预浸料，再次模压成型制备得到复合材料推进器。进一步地，步骤S1中所述碳纤维预浸料的中面层的正交布胶含量为42％以上，单层厚度0.1～0.5mm。进一步地，步骤S1中单向所述碳纤维预浸料的胶含量为30％～35％，单层厚度0.10～0.25mm。进一步地，步骤S1中所述模压环境为温度20℃～140℃，湿度15％～75％。进一步地，步骤S3中所述桨毂部分铺层分为第一铺层、第二铺层、第三铺层及第四铺层，所述第一铺层为梯形结构，所述第二铺层的截面近似为梯形结构，其短边与所述第一铺层的长边紧贴，所述第三铺层介于小端盖和所述第二铺层之间，其截面为三角形结构，所述第四铺层的截面为四边形结构，其一侧与所述第三铺层的长边紧贴。进一步地，步骤S3中所述桨毂的铺层采用多次铺层方法实现，其中，第一次铺层包括如下步骤：S31：所述桨毂的T型槽铺布8～15层；每层采用多个T型槽一起铺布；S32：所述桨毂的缠绕铺层分为两部分，第一部分所述碳纤维预浸料为等宽度长条形，铺20～25mm厚的圆柱，第二部分所述碳纤维预浸料为不等宽度长条形，宽度为1.2～31.6mm。S33：所述桨毂的内部均匀分布多圈正交布，其余采用单向布，所述碳纤维预浸料均沿环向缠绕。进一步地，所述桨毂的第二次铺层宽度为三角递减铺层，最小铺层为一层，最大铺层为42层。进一步地，所述桨毂的第三次铺层为递增宽度铺层，各铺层所述碳纤维预浸料的宽度为2.26～32mm。进一步地，所述桨叶及剩余桨毂铺层包括如下步骤：S34：所述剩余桨毂铺层分两次成型，第一次与桨叶骨架模一起成型，根据各个铺层形状和铺层位置在模具上进行实际铺层，且叶面和叶背交替铺层；S35：所述桨叶铺层形式先采用单向布0°多层铺层，叶面和叶背的第1、第4和第8层均均为45°正交布。进一步地，S4具体包括如下步骤：S41：外层成型的预浸料铺层成型包括桨叶的表层铺层和桨毂表层铺层；S42：外层模具合模、升温、保温、固化及脱模；S43：采用三维扫描与三坐标机结合的方式对推进器进行型值检验。总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：(1)本专利技术的碳纤维复合材料推进器模压成型工艺，将复合材料推进器模压成型分为两次成型，第一次采用预浸料模压工艺成型推进器胚模，在胚模表面继续铺贴预浸料，再次模压成型制造复合材料推进器，且第一次与第二次成型按一定比例实施，既能保证产品强度，又能保证产品精度，成型产品相比传统手工成型、RTM工艺成型产品整体性好、型值偏差更小、工艺稳定、强度更高，且成型产品较普通铝合金推进器结构重量减轻达17％，推进效率更高。(2)本专利技术的碳纤维复合材料推进器模压成型工艺，所述桨毂部分铺层分为第一铺层、第二铺层、第三铺层及第四铺层，所述第一铺层为梯形结构，所述第二铺层的截面近似为梯形结构，其短边与所述第一铺层的长边紧贴，所述第三铺层介于小端盖和所述第二铺层之间，其截面为三角形结构，所述第四铺层的截面为四边形结构，其一侧与所述第三铺层的长边紧贴，所述桨毂的铺层采用多次铺层方法实现，从而保证推进器的型值面符合制备工艺要求，提高其制造精度。(3)本专利技术的碳纤维复合材料推进器本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种碳纤维复合材料推进器模压成型工艺，其特征在于，包括如下步骤：S1：选取碳纤维预浸料，控制模压环境，并对模具进行检验及处理；S2：对所述碳纤维预浸料进行承压厚度、纤维含量、温度曲线及成型表面测试；S3：采用预浸料模压工艺成型推进器胚模；S31：推进器的肧模铺层采用分步方式完成，先成型推进器中心的桨毂部分，再成型推进器外层的桨叶及剩余桨毂铺层；S32：推进器的肧模铺层后，完成骨架模合模及多次升温、加压，然后脱模并进行后处理，获得推进器的肧模；S4：在所述胚模的表面继续铺贴碳纤维预浸料，再次模压成型制备得到复合材料推进器。

【技术特征摘要】
1.一种碳纤维复合材料推进器模压成型工艺，其特征在于，包括如下步骤：S1：选取碳纤维预浸料，控制模压环境，并对模具进行检验及处理；S2：对所述碳纤维预浸料进行承压厚度、纤维含量、温度曲线及成型表面测试；S3：采用预浸料模压工艺成型推进器胚模；S31：推进器的肧模铺层采用分步方式完成，先成型推进器中心的桨毂部分，再成型推进器外层的桨叶及剩余桨毂铺层；S32：推进器的肧模铺层后，完成骨架模合模及多次升温、加压，然后脱模并进行后处理，获得推进器的肧模；S4：在所述胚模的表面继续铺贴碳纤维预浸料，再次模压成型制备得到复合材料推进器。2.根据权利要求1所述的一种碳纤维复合材料推进器模压成型工艺，其特征在于，步骤S1中所述碳纤维预浸料的中面层的正交布胶含量为42％以上，单层厚度0.1～0.5mm。3.根据权利要求1或2所述的一种碳纤维复合材料推进器模压成型工艺，其特征在于，步骤S1中单向所述碳纤维预浸料的胶含量为30％～35％，单层厚度0.10～0.25mm。4.根据权利要求1-3中任一项所述的一种碳纤维复合材料推进器模压成型工艺，其特征在于，步骤S1中所述模压环境为温度20℃～140℃，湿度15％～75％。5.根据权利要求1所述的一种碳纤维复合材料推进器模压成型工艺，其特征在于，步骤S3中所述桨毂部分铺层分为第一铺层、第二铺层、第三铺层及第四铺层，所述第一铺层为梯形结构，所述第二铺层的截面近似为梯形结构，其短边与所述第一铺层的长边紧贴，所述第三铺层介于小端盖和所述第二铺层之间，其截面为三角形结构，所述第四铺层的截面为四边形结构，其一侧与所述第三铺层的长边紧贴。6.根据权利要求1或5所...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵勇，文钦，张星，张翔，张磊，
申请(专利权)人：武汉源海博创科技有限公司，武汉海威船舶与海洋工程科技有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北,42