一种复合材料点阵结构纤维预制体整体成型模具制造技术

提供了一种复合材料点阵结构纤维预制体整体成型模具，包括方向控制滑轨平板(1)、外压板(3)、内压板(4)、固定块(5)、梯形垫块(6)；方向控制滑轨平板用于设置波纹结构，包括2块布局相同的平板，表面上设有相对交错排列的倒立等腰梯形通孔和正立等腰梯形通孔；固定块和梯形垫块用于连接和填充两块方向控制滑轨平板上等腰梯形通孔，固定块用于连接最外侧等腰梯形通孔且上设有与方向控制滑轨平板固定连接的连接孔；外压板和内压板分别用于压紧两块方向控制滑轨平板之间的固定块和梯形垫块，以及复合材料面板。本发明专利技术模具用于复合材料点阵结构纤维预制体的整体成型。

An Integral Forming Die for Fiber Prefabrication of Composite Matrix Structure

【技术实现步骤摘要】
一种复合材料点阵结构纤维预制体整体成型模具
本专利技术总体地涉及复合材料制备
，具体地涉及一种复合材料点阵结构纤维预制体整体成型模具。
技术介绍
轻质的防/隔热/承载一体化结构是高超声速飞行器热防护系统的发展方向，能够承受1200℃以上的被动热防护系统大多采用C/SiC等陶瓷面板，但目前只是实现了防/隔热一体化，单纯的陶瓷面板加隔热材料的组合尚不能承受飞行器内集中载荷，因此需要进一步设计改进轻质防/隔热材料的结构来实现承载功能，比如，CN104175623设计制造的泡沫铝填充碳钢波纹板的夹芯结构就能够实现承载结构的轻量化。吴倩倩等设计制备了一种树脂基的整体加固单向纤维增强复合材料点阵夹芯板，芯子结构为金字塔形，可用于承载结构的轻量化，但无法应用于高温环境。CN205022842则设计了一种高超声速飞行器用钛合金筒形轻量化结构，也就是两面钛合金蒙皮加中间弧形板连接筋，起到了很好的减重效果，但耐温不超过800℃，CN104177110针对该需求设计制备了C/SiC复合材料的波纹板夹层一体化平板，有可能用于热防护结构。但该夹层一体化结构平板如果用于制备大面积支撑结构将使制备模具和工艺非常复杂，并且不易实现；而且层间碳布并无增强，抗压能力有待提高。目前陶瓷基复合材料的制备均需要通过1200℃-1500℃高温裂解这一步骤，如此高的温度对于点阵结构的成型和裂解过程中的型面尺寸控制也提出了极大的挑战。金属波纹板采用机械设备冲压方式获得，而树脂基复合材料点阵结构成型过程中一般采用泡沫芯材或金属等作为模具，但这些成型方式和成型模具均不适合陶瓷基复合材料波纹板点阵结构的成型和制备。CN103831979设计了一种陶瓷基波纹板点阵结构复合材料的制备模具，并采用该模具制备了C/SiC陶瓷基复合材料的波纹板夹层一体化平板(CN104177110)。但该模具完全采用金属制成，仅用于其预浸料碳布成型预制体点阵结构的过程，成型完成后将撤出模具高温裂解，高温裂解过程中无定型模具，点阵结构容易变形，尺寸精度无法保证；更重要的是，该模具成型过程中对碳布预浸料铺层直接加压成型，模具结构设计导致面板和波纹板的碳布层间均无法实现层间缝合，导致最终点阵结构的抗压强度不足。如通过设计模具结构来设计铺层预制体的成型顺序，将面板与波纹板的成型碳布分步铺层、加压、缝合提高层间强度，改善点阵结构的整体抗压能力；同时点阵结构内部的成型芯模改用能够耐高温的石墨材质，将能够改善高温(1200～1500℃)裂解过程中的变形，提高尺寸精度。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对现有技术中复合材料点阵结构纤维预制体的整体抗压能力不够、纤维预制体高温裂解过程中变形等技术缺陷，提供一种复合材料点阵结构纤维预制体整体成型模具，解决现有模具制备的陶瓷基复合材料点阵结构高温尺寸变形、精度不高，铺层碳布层间无加强、层间强度弱等不足，能通过该模具制备外形尺寸可控、抗压能力突出的陶瓷基复合材料波纹板点阵结构，实现点阵结构的尺寸控制和良好力学性能。本专利技术的技术方案是，一种复合材料点阵结构纤维预制体整体成型模具，包括方向控制滑轨平板、外压板、内压板、固定块、梯形垫块；所述方向控制滑轨平板与梯形垫块配合用于设置波纹结构，包括2块布局相同的平板，平板上沿长度方向同一水平线上设置N+1个倒立等腰梯形通孔和N个正立等腰梯形通孔，N为正整数，所述正立等腰梯形通孔和倒立等腰梯形通孔相对交错排列；两块平板的四角对应设置有滑轨平板连接孔，用于通过滑轨柱使两块平板相距预定尺寸连接并固定；所述梯形垫块为等腰梯形横截面的长条状，用于填充并连接所述两块方向控制滑轨平板上的倒立等腰梯形通孔和正立等腰梯形通孔；所述固定块的外形尺寸与梯形垫块一致，用于置于方向控制滑轨平板上两端最外侧的倒立等腰梯形通孔中，固定块上设有固定块连接孔以与方向控制滑轨平板固定连接，用于波纹板点阵结构预制体成型过程中纤维布的压紧固定；所述外压板包括两个边框对应位置设有边框连接孔的中空框架，用于压紧连接所述两块方向控制滑轨平板的固定块和梯形垫块，以实现纤维布波纹结构的成型以及纤维布的压紧固定；所述内压板包括两块平板，分别置于外压板两个框架的内侧并通过压板连接孔与外压板的框架固定连接，用于铺设面板纤维布，以及压紧设置在两块方向控制滑轨平板之间的面板纤维布和波纹板纤维布以形成整体式波纹板结构。本专利技术的方向控制滑轨平板、连接滑轨平板连接孔的滑轨柱、外压板、内压板均由45号钢制成。进一步的，上述倒立等腰梯形孔的长底边连接方形通孔，方形通孔与倒立等腰梯形通孔连通为一体，便于纤维预制体成型过程中梯形垫块的插入和压模。进一步的，上述外压板的框架和内压板平板固定连接后，内压板平板上下两侧与外压板的框架中空部分之间分别形成开槽，以供所述两块方向控制滑轨平板分别穿过。进一步的，上述固定块和梯形垫块的材质为石墨。石墨梯形垫块能够在高温裂解过程中维持点阵结构的形状，提高尺寸精度。进一步的，上述N的数值在2-15范围内。进一步的，上述滑轨平板连接孔、固定块连接孔、压板连接孔和边框连接孔均为圆形孔、方形孔、三角形孔中的一种，用于连接和固定，且上述连接孔的连接和固定的方式包括但不限于螺栓或定销。进一步的，上述梯形垫块的腰与底边的夹角为30°～60°。进一步的，设所述方向控制滑轨平板两块平板外表面间的距离为d、外压板的宽度为W、内压板的宽度为w、梯形垫块和固定块的长度均为L，则上述尺寸之间的具体关系为w<d<W≤L。本专利技术还提供了上述复合材料点阵结构纤维预制体整体成型模具的使用方法，包括以下步骤：S1、剪裁纤维布至设计尺寸，包括面板纤维布和中梯形波纹板纤维布；S2、在其中一块内压板的表面上铺设面板纤维布至设计层数；S3、使经滑轨平板连接孔通过滑轨柱连接固定的方向控制滑轨平板两块平板与连接固定至外压板一个框架上的已铺设面板纤维布的内压板成垂直交叉状态，方向控制滑轨平板上的正立等腰梯形通孔和倒立等腰梯形通孔位于已铺设面板纤维布内压板纤维布表面上方；S4、用梯形垫块填充并连接方向控制滑轨平板两块平板中的正立等腰梯形通孔，然后沿已铺设面板纤维布内压板上的面板纤维布表面及其上部的梯形垫块表面铺设波纹板纤维布：铺设波纹板纤维布开始时，在方向控制滑轨平板两块平板之间铺设波纹板纤维布的起始端一侧插入固定块，并通过固定块连接孔将固定块固定于两块方向控制滑轨平板上以压紧波纹纤维布起始端；然后安装另一块未连接内压板的外压板，并将两块外压板通过边框连接孔连接紧固，以压紧填充的梯形垫块、固定块和面板纤维布；S5、沿梯形垫块表面进行波纹板纤维布的缝合，将其与面板纤维布接触位置缝合成一个整体；拆除步骤S4安装的未连接内压板的外压板，以及固定块，缝合固定块被拆除前遮挡的纤维布部分；S6、缝合完毕后，在两块方向控制滑轨平板中的倒立等腰梯形孔中平行填充入剩余的梯形垫块；并将两块固定块填充入最边缘的倒立等腰梯形通孔中通过固定块连接孔分别固定在两块方向控制滑轨平板两侧；安装步骤S5中拆除的未连接内压板的外压板，并将该外压板通过压板连接孔与已铺设面板纤维布内压板的另一块外压板连接固定，以压紧梯形垫块、固定块和已铺设的面板纤维布和波纹板纤维布；S7、在步骤S6中填充入的梯形垫块表面铺设面板纤维布至设本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种复合材料点阵结构纤维预制体整体成型模具，其特征在于，包括方向控制滑轨平板(1)、外压板(3)、内压板(4)、固定块(5)、梯形垫块(6)；所述方向控制滑轨平板(1)用于与梯形垫块(6)配合形成波纹结构，包括2块布局相同的平板，平板上沿长度方向同一水平线上设置有N+1个倒立等腰梯形通孔(10)和N个正立等腰梯形通孔(11)，N为正整数，所述正立等腰梯形通孔(11)和倒立等腰梯形通孔(10)相对交错排列；两块平板的四角对应设置有滑轨平板连接孔(2)，用于通过滑轨柱使两块平板相距预定尺寸连接并固定；所述梯形垫块(6)为等腰梯形横截面的长条块，用于填充并连接所述两块方向控制滑轨平板上的倒立等腰梯形通孔(10)和正立等腰梯形通孔(11)；所述固定块(5)的外形尺寸与梯形垫块(6)一致，用于置于方向控制滑轨平板上两端最外侧的倒立等腰梯形通孔(10)中，固定块(5)上设有固定块连接孔(7)以与方向控制滑轨平板固定连接，用于固定铺设的波纹板纤维布；所述外压板(3)包括两个边框对应位置设有边框连接孔(9)的中空框架，用于压紧连接所述方向控制滑轨平板(1)两块平板之间的固定块(5)和梯形垫块(6)，以形成复合材料的波纹结构；所述内压板(4)包括两块平板，分别置于外压板(3)两个框架的内侧并通过压板连接孔(8)与外压板(3)的框架固定连接，用于压紧设置在方向控制滑轨平板(1)两块平板之间的复合材料面板以形成复合材料面板结构，并用于铺设复合材料。...

【技术特征摘要】
1.一种复合材料点阵结构纤维预制体整体成型模具，其特征在于，包括方向控制滑轨平板(1)、外压板(3)、内压板(4)、固定块(5)、梯形垫块(6)；所述方向控制滑轨平板(1)用于与梯形垫块(6)配合形成波纹结构，包括2块布局相同的平板，平板上沿长度方向同一水平线上设置有N+1个倒立等腰梯形通孔(10)和N个正立等腰梯形通孔(11)，N为正整数，所述正立等腰梯形通孔(11)和倒立等腰梯形通孔(10)相对交错排列；两块平板的四角对应设置有滑轨平板连接孔(2)，用于通过滑轨柱使两块平板相距预定尺寸连接并固定；所述梯形垫块(6)为等腰梯形横截面的长条块，用于填充并连接所述两块方向控制滑轨平板上的倒立等腰梯形通孔(10)和正立等腰梯形通孔(11)；所述固定块(5)的外形尺寸与梯形垫块(6)一致，用于置于方向控制滑轨平板上两端最外侧的倒立等腰梯形通孔(10)中，固定块(5)上设有固定块连接孔(7)以与方向控制滑轨平板固定连接，用于固定铺设的波纹板纤维布；所述外压板(3)包括两个边框对应位置设有边框连接孔(9)的中空框架，用于压紧连接所述方向控制滑轨平板(1)两块平板之间的固定块(5)和梯形垫块(6)，以形成复合材料的波纹结构；所述内压板(4)包括两块平板，分别置于外压板(3)两个框架的内侧并通过压板连接孔(8)与外压板(3)的框架固定连接，用于压紧设置在方向控制滑轨平板(1)两块平板之间的复合材料面板以形成复合材料面板结构，并用于铺设复合材料。2.如权利要求1所述的复合材料点阵结构纤维预制体整体成型模具，其特征在于，所述倒立等腰梯形孔(10)的长底边连接方形通孔(12)，方形通孔(12)与倒立等腰梯形通孔(10)连通为一体，便于纤维预制体成型过程中梯形垫块(6)的插入和压模。3.如权利要求1所述的复合材料点阵结构纤维预制体整体成型模具，其特征在于，所述外压板(3)的框架和内压板(4)平板固定连接后，内压板(4)的平板上下两侧与外压板(3)的框架中空部分之间分别形成开槽，以供所述方向控制滑轨平板(1)的两块平板穿过。4.如权利要求1所述的复合材料点阵结构纤维预制体整体成型模具，其特征在于，所述固定块(5)和梯形垫块(6)的材质为石墨。5.如权利要求1所述的复合材料点阵结构纤维预制体整体成型模具，其特征在于，所述N的数值在2-15范围内。6.如权利要求1所述的复合材料点阵结构纤维预制体整体成型模具，其特征在于，所述滑轨平板连接孔(2)、固定块连接孔(7)、压板连接孔(8)和边框连接孔(9)均为圆形孔、方形孔、三角形孔中的一种，用于连接和固定，且上述连接孔的连接和固定的方式包括但不限于螺栓或定销。7.如权利要求1所述的复合材料点阵结构纤维预制体整体成型模具，其特征在于，所述梯形垫块(6)的斜边与底边的夹角为30°～60°。8.如权利要求1所述的复合材料点阵结构纤维预制体整体成型模具，其特征在于，设所述方向控制滑轨平板(1)两块平板外表面间的距离为d、外压板(3)的宽度为W、内压板(4)的宽度为w、梯形垫块(6)和固定块(5)的长度均为L，则...

【专利技术属性】
技术研发人员：贾成兰，张玉娣，易雄辉，
申请(专利权)人：湖南远辉复合材料有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南,43