共固化成型的碳纤维复合材料翼面及其制备方法技术

本发明专利技术属于碳纤维复合材料的运用领域，特别涉及利用碳纤维复合材料共固化成型翼面以及该翼面的制备方法。共固化成型的碳纤维复合材料翼面，其特征在于：包括头部预制体以及翼面预制体，头部预制体与翼面预制体胶结成一体，且在头部预制体和翼面预制体的表面包覆固化成型有碳纤维预浸料铺层。本发明专利技术对翼面的结构进行了分解，采用分体加工组合固化的工艺进行生产，先对头部预制体进行第一次成型，再将头部预制体与翼面主体结构进行第二次复合成型，分体加工能够降低各个组件加工的难度，提高生产效率，也有利于提高产品的精度，进一步的，加工难度的降低也使得更加复杂型面结构的加工成为可能，满足更高要求的生产需求。

Co-cured carbon fiber composite wing surface and its preparation method

The invention belongs to the application field of carbon fiber composite materials, in particular to the co-curing forming wing surface using carbon fiber composite materials and the preparation method of the wing surface. The characteristics of the co-cured carbon fiber composite wing surface are as follows: the head preform and the wing preform are cemented into one body, and the surface of the head preform and the wing preform is coated and cured with carbon fiber preprepreg. The invention decomposes the structure of the wing surface, uses the split processing combined solidification process to produce, first carries out the first forming of the head preform, and then carries out the second composite forming of the head preform and the main structure of the wing surface. The split processing can reduce the processing difficulty of each component, improve the production efficiency, and is also conducive to improving the accuracy of the product and further processing. The reduction of difficulty also makes it possible to process more complex surface structures and meet higher production requirements.

【技术实现步骤摘要】
共固化成型的碳纤维复合材料翼面及其制备方法
本专利技术属于碳纤维复合材料的运用领域，特别涉及利用碳纤维复合材共固化成型翼面以及该翼面的制备方法。
技术介绍
弹翼是导弹的主承力结构件。碳纤维复合材料弹翼可减轻挂机一导弹的质量,增大射程和有效载荷。经过多年研究试验,我们解决了大尺寸复杂构件的模具设计制造和带有主接头的骨架整体铺层、固化、脱模等工艺难题,攻克了胶接、组装等工艺关键,研制成功符合要求的碳纤维复合材料弹翼。传统的弹翼多由金属材料(如：钢、铝合金、钛合金等)制成，可以很好的满足承力和耐高温要求，但是，此种金属弹翼结构重量较大，会影响导弹的有效射程等技术指标。相比而言，复合材料具有比强度高、比刚度大、可设计性强等优点，因而，近年来被广泛地应用到航空航天结构，目前，复合材料在弹翼中得到一定应用，但是，对于具有复杂内部加筋增强的弹翼结构，其复合材料结构的加工制造技术难度很大，生产成本大幅提高甚至无法实现加工，因此，发展一种耐高温复合材料弹翼结构刻不容缓。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术的技术方案如下：共固化成型的碳纤维复合材料翼面，其特征在于：包括头部预制体以及翼面预制体，头部预制体与翼面预制体胶结成一体，且在头部预制体和翼面预制体的表面包覆固化成型有碳纤维预浸料铺层。所述的头部预制体包括金属衬套，金属衬套的四周固化成型有碳纤维预成型体，碳纤维预成型体与金属衬套连接成一体。所述金属衬套的外表面至少设有一个与碳纤维预成型体配合的限位部。所述的翼面预制体包括中间预制体以及位于中间预制体上下两侧的缘部预制体，中间预制体与头部预制体胶接。所述的中间预制体包括芯体，芯体的表面铺设有随形的碳纤维预浸料。共固化成型的碳纤维复合材料翼面的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤1：制作头部预制体模具和整体模具，并完成金属衬套的加工；并用轻质材料制成翼面芯体，缘部芯体；步骤2：将金属衬套在定位在头部预制体模具中，并且在金属衬套的周围用碳纤维预浸料进行填充，并固化成型得到头部预制体；步骤3：将步骤2得到的头部预制体与翼面芯体在整体模具中进行定位，并通过胶接的方式使头部预制体与翼面芯体连接成一个整体，并用碳纤维预浸料进行整体包覆铺层，制备出翼面主体结构；步骤4：在翼面主体结构的翼面芯体的上下两侧放置缘部芯体，并用经编织物进行蒙皮铺层，合模、注胶并固化，等到完整的翼面。所述的整体包覆铺层包括以下铺层步骤：a、在头部预制体和翼面芯体上铺设整体包覆的碳纤维预浸料，形成整体包覆层，b、在翼面芯体的上下表面铺设形状与翼面芯体的上下表面形状相同的翼面铺层，c、重复a-b至铺设的碳纤维预浸料达到设计的厚度。所述的整体包覆层以及翼面铺层一共铺设33层，且每11层进行一次预压实。所述的a中所述的碳纤维预浸料与b中所用的碳纤维预浸料的碳纤维的角度差为±45°。步骤3中的翼面主体结构的头部预制体的周围还设有头部芯体。综上所述，本专利技术具有以下有益效果：1、本专利技术对翼面的结构进行了分解，采用分体加工组合固化的工艺进行生产，先对头部预制体进行第一次成型，再将头部预制体与翼面主体结构进行第二次复合成型，分体加工能够降低各个组件加工的难度，提高生产效率，也有利于提高产品的精度，进一步的，加工难度的降低也使得更加复杂型面结构的加工成为可能，满足更高要求的生产需求。2、本专利技术采用金属衬套作为镶嵌件，保证了翼面的比强度高、比模量大，抗疲劳性好，用碳纤维预浸料包覆于金属衬套的四周，确保了金属衬套的耐腐蚀，延长了其使用寿命，采用碳纤维复合材料制作翼面，使得翼面低振动、低噪音，并具有轻质高效，耐腐蚀的特性。附图说明图1为本专利技术所述的翼面的结构示意图；图2为图1的剖视示意图；图3为金属衬套的结构示意图；图4为中间预制体的结构的芯体的示意图；图5为中间预制体的碳纤维铺层的示意图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术做进一步的说明。如图1和图2所示，共固化成型的碳纤维复合材料翼面，其特征在于：包括头部预制体6以及翼面预制体7，头部预制体6与翼面预制体7胶结成一体，且在头部预制体6和翼面预制体7的表面包覆固化成型有碳纤维预浸料铺层8。本专利技术所述的翼面由头部预制体和翼面预制体构成，采用分开加工方式进行加工，分开加工的方式能够降低各个组件的加工难度，提高生产效率，且产品的精度也能得到保证，进一步的说，加工难度的降低也使得更加复杂型面结构的加工成为可能，满足更高要求的生产需求；本专利技术采用金属衬套作为镶嵌件，保证了翼面的比强度高、比模量大，抗疲劳性好，用碳纤维预浸料包覆于金属衬套的四周，确保了金属衬套的耐腐蚀，延长了其使用寿命，采用碳纤维复合材料制作翼面，使得翼面低振动、低噪音，并具有轻质高效，耐腐蚀的特性。所述的头部预制体6包括金属衬套1，所述的金属衬套1的外形呈圆形，金属衬套还设有内孔，内孔的孔壁上设有传递扭矩的键槽11，所述的金属衬套的材料为不锈钢或者钛合金；金属衬套1的四周固化成型有碳纤维预成型体2，所述的碳纤维预成型体可以采用碳纤维预浸料铺设而成，也可以采用短切碳纤维料堆叠压制而成，碳纤维预成型体与金属衬套连接成一体。如图3所示，所述金属衬套1的外表面至少设有一个与碳纤维预成型体配合的限位部12，设置的限位部增加了金属衬套与碳纤维预成型体之间的周向限位，避免两者之间出现相对的运动，保证两者的两者可靠性，所述的限位部为设置在金属衬套周面的圆弧形的条状凸起，条状凸起沿轴向设置在金属衬套的外周面上，所述的限位部还可以采用方形、三角形等其他形状。所述的翼面预制体7包括中间预制体3以及位于中间预制体上下两侧的缘部预制体4和5，中间预制体3与头部预制体6胶接，翼面预制体也采用分开成型的方式进行加工，先进行翼面中间预制体的加工，然后将缘部预制体放置在翼面的中间预制体的上下两侧，分开加工降低了整体的加工难度以及加工成本。如图4和5所示，所述的中间预制体3包括芯体30，芯体30的表面铺设有随形的碳纤维预浸料31，所述的芯体以及前述的缘部预制体采用PMI泡沫加工而成，所述的芯体为一个变截面的构件，芯体与头部预制体连接处的截面小于芯体端部的截面，在铺层的时候，铺设在芯体表面的随形的碳纤维预浸料的长度随着铺层层数的增加而变短，例如，第一个芯体表面的随形铺层从芯体的一端铺设到另一端，第二个芯体表面的随形铺层从芯体的一端铺设到离另一端0.5cm处，随着铺层的层数的增加，芯体表面铺设的随形的碳纤维预浸料的长度不断的变短，采用上述结构保证了头部预制体与翼面预制体胶接处的结构强度，不会出现胶接处断裂的问题。同时也能减少碳纤维预浸料的用量，使得产品的生产成本得到有效的控制。下面对共固化成型的碳纤维复合材料翼面的制备方法进行阐述；共固化成型的碳纤维复合材料翼面的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤1：制作头部预制体模具和整体模具，并完成金属衬套的加工；并用轻质材料制成翼面芯体，前后缘部芯体；所述的轻质材料为PMI泡沫。步骤2：将金属衬套在定位在头部预制体模具中，并且在金属衬套的周围用碳纤维预浸料进行填充，并固化成型得到头部预制体；步骤3：将步骤2得到的头部预制体与翼面芯体在整体模具中进行定位，并通过胶接的方式使头部预制体与翼面芯体连接成一个整体，并用碳纤维预浸料进行整体包覆铺层，制备出翼面主体结本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.共固化成型的碳纤维复合材料翼面，其特征在于：包括头部预制体以及翼面预制体，头部预制体与翼面预制体胶结成一体，且在头部预制体和翼面预制体的表面包覆固化成型有碳纤维预浸料铺层。

【技术特征摘要】
1.共固化成型的碳纤维复合材料翼面，其特征在于：包括头部预制体以及翼面预制体，头部预制体与翼面预制体胶结成一体，且在头部预制体和翼面预制体的表面包覆固化成型有碳纤维预浸料铺层。2.根据权利要求1所述的共固化成型的碳纤维复合材料翼面，其特征在于：所述的头部预制体包括金属衬套，金属衬套的四周固化成型有碳纤维预成型体，碳纤维预成型体与金属衬套连接成一体。3.根据权利要求2所述的共固化成型的碳纤维复合材料翼面，其特征在于：所述金属衬套的外表面至少设有一个与碳纤维预成型体配合的限位部。4.根据权利要求1所述的共固化成型的碳纤维复合材料翼面，其特征在于：所述的翼面预制体包括中间预制体以及位于中间预制体上下两侧的缘部预制体，中间预制体与头部预制体胶接。5.根据权利要求4所述的共固化成型的碳纤维复合材料翼面，其特征在于：所述的中间预制体包括芯体，芯体的表面铺设有随形的碳纤维预浸料。6.共固化成型的碳纤维复合材料翼面的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤1：制作头部预制体模具和整体模具，并完成金属衬套的加工；并用轻质材料制成翼面芯体，缘部芯体；步骤2：将金属衬套在定位在头部预制体模具中，并且在金属衬套的周围用碳纤维预浸料进行填充，并固化成型得到头...

【专利技术属性】
技术研发人员：倪楠楠，夏璐，卞凯，顾麒麟，
申请(专利权)人：江苏三强复合材料有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32