复合材料外置网格筋承力筒、成型模具及制备方法技术

本发明专利技术提供一种复合材料外置网格筋承力筒、成型模具及制备方法，承力筒采用金属成型模具通过挤压合模一体制成，利用纤维和树脂的预浸料按照设定的铺设角度进行铺设，制备时主要通过预挤压成型和挤压合模进行一体化制备。本发明专利技术克服了净筒成型后与L形筋拼接成一体的方式或者传统金属结构工序复杂，不会出现拼接处力学性能薄弱及胶接面容易分层缺陷等问题，本发明专利技术的复合材料外置网格筋承力筒具有更好的力学性能，且质量更加轻量化，结构稳定性更好，能更好的满足航空航天的性能需求。能更好的满足航空航天的性能需求。能更好的满足航空航天的性能需求。

【技术实现步骤摘要】
复合材料外置网格筋承力筒、成型模具及制备方法


[0001]本专利技术涉及复合材料应用领域，具体提供一种复合材料外置网格筋承力筒、成型模具及制备方法。

技术介绍

[0002]碳纤维复合材料是一种综合性能优越的轻量化材料。因此，卫星等航天器的承力筒大多使用碳纤维复合材料制备。碳纤维复合材料外置网格筋承力筒在航空航天结构中具有重要的应用价值，广泛应用于航天器和飞机的承力结构。承力筒作为卫星等航天产品的主要承力件，必须保证其具有较高的刚性。目前提高其刚性多采用在筒体上布置网格状加强筋的方式来实现，其中加强筋分为内置和外置两种具体根据产品的使用要求来确定。当加强筋采用内置时，通常加强筋与筒体的连接采用后胶接来实现，这样会造成筒体和加强筋间无纤维连续层，影响承力筒结构的扭转性能，从而降低了航天产品的使用寿命。
[0003]碳纤维复合材料外置网格筋承力筒的成型方法，主要有模压成型、真空袋
‑
热压罐成型等，但上述方法各有缺点，真空袋
‑
热压罐成型外置网格筋承力筒内表面粗糙，后期表面加工会损伤纤维，降低产品强度。且上述方法多用于制备净筒或者内置筋承力筒类制件，很少用于制备外置网格筋承力筒件，现有外置网格筋承力筒结构件多为金属结构和复合材料蒙皮外壳与筋经过装配构成的，具有重量大、拼接处力学性能薄弱的缺陷，胶接面容易出现分层缺陷。

技术实现思路

[0004]本专利技术为解决上述问题，提供了一种复合材料外置网格筋承力筒、成型模具及制备方法。
[0005]本专利技术提供的复合材料外置网格筋承力筒，包括：
[0006]壳体蒙皮，其为空心圆筒状结构；
[0007]上法兰加强区和下法兰加强区，其均为空心圆环状结构，且分别设置在壳体蒙皮的两端开口处；
[0008]网格筋，其设置在壳体蒙皮的外壁上，网格筋包括环筋和纵筋，环筋沿壳体蒙皮的轴向均匀分布，纵筋与壳体蒙皮的轴线平行，且均匀分布在壳体蒙皮的外壁上；
[0009]壳体蒙皮、上法兰加强区、下法兰加强区和网格筋均为一体结构，且由纤维和树脂铺设而成，且在纤维和树脂的复合材料中，纤维的体积分数为60％
±
3％。
[0010]优选的，纤维采用玻璃纤维、石英纤维或高硅氧纤维；树脂采用氰酸酯树脂、环氧树脂或氨酚醛树脂。
[0011]优选的，每组纤维和树脂的复合材料由5层纤维和树脂的预浸料铺设而成，且铺设角度依次为0
°
、90
°
、+θ
°
、0
°
、
‑
θ
°
，其中，壳体蒙皮的轴向为0
°
，30
°
≤θ
°
≤60
°
，每层的铺设厚度为0.1～0.2mm。
[0012]一种复合材料外置网格筋承力筒的成型模具，由内向外依次同心设置有：筒芯、芯
模、外分瓣和加压筒；
[0013]筒芯为圆柱状，用于挤压复合材料外置网格筋承力筒的内壁；
[0014]芯模与外分瓣连接，芯模包括多个金属块，金属块为铝合金材质，其余结构均为碳钢材质，金属块间的缝隙用于网格筋的挤压成型；
[0015]外分瓣至少为两块，外分瓣的四周设置有预压板和预压顶丝，在挤压合模过程中，预压顶丝用于对网格筋进行预压成型；
[0016]加压筒用于对外分瓣施加垂直于轴向的压力，在加压筒的下端连接有底板，底板的上表面设置有第一限位结构，避免对复合材料外置网格筋承力筒的挤压过度，造成其壳体蒙皮过薄；底板与加压筒的连接处等间距留有观察间隙，用于观察复合材料外置网格筋承力筒与底板间的距离；
[0017]在加压筒的上端连接有上盖板，上盖板通过定位销与底板同轴连接，上盖板的下表面设置有第二限位结构，避免挤压合模过程中外分瓣发生倾斜；
[0018]底板和上盖板上均设有合模间隙观察孔，用于观察成型模具对复合材料外置网格筋承力筒的挤压成型情况。
[0019]优选的，加压筒的表面上设置有螺纹通孔，侧面加压螺丝与螺纹通孔锁紧，侧面加压螺丝的顶端通过螺纹通孔对外分瓣施加垂直于轴向的压力。
[0020]优选的，外分瓣为4块。
[0021]优选的，上盖板和底板上开有通孔，用于容纳定位销，定位销为两个。
[0022]一种复合材料外置网格筋承力筒的制备方法，利用复合材料外置网格筋承力筒的成型模具加工复合材料外置网格筋承力筒，具体包括以下步骤：
[0023]S1、将筒芯固定在底板上，安置下法兰加强区及壳体蒙皮；
[0024]S2、按照待加工网格筋的形状铺放金属块，并将铺放完金属块的芯模固定在外分瓣上，并将纤维和树脂的预浸料每五层为一组铺放在金属块的缝隙中，每组的铺设角度依次为0
°
、90
°
、+θ
°
、0
°
、
‑
θ
°
，其中，壳体蒙皮的轴向为0
°
，30
°
≤θ
°
≤60
°
，每层的铺设厚度为0.2mm，并通过预压板和预压顶丝对金属块的缝隙中的纤维和树脂的预浸料进行分区预压成型，分区预压成型后取下预压顶丝；
[0025]S3、组装筒芯和固定有芯模的外分瓣，加压筒通过侧面加压螺丝对金属块施加垂直于轴向的压力，侧面加压螺丝旋入长度相同；
[0026]S4、铺放上法兰加强区，安装上盖板，并插入定位销，防止上盖板与底板错位；将轴向加压螺丝旋入外分瓣上下两端的预压板上的螺纹孔；
[0027]S5、将轴向加压螺丝和侧面加压螺丝旋入加压，并通过合模间隙观察孔和观察间隙判断挤压合模情况；
[0028]S6、进行加热固化，加热温度为110℃～150℃，加热时间为2～4小时；
[0029]S7、冷却至40℃以下进行脱模，即完成复合材料外置网格筋承力筒的制备。
[0030]优选的，安装上盖板时，先将侧面加压螺丝旋出1～2扣，避免侧面加压螺丝对外分瓣加压过大导致上盖板安装困难。
[0031]优选的，可通过更换不同厚度及大小的金属块加工出满足不同需求的网格筋。
[0032]与现有技术相比，本专利技术能够取得如下有益效果：
[0033]本专利技术的成型模具为金属材料制成，表面光滑，尺寸精度高，产品成型后的复合材
料外置网格筋承力筒内腔表面状态光滑，且内腔尺寸可以得到精确控制，后期表面加工不会损伤纤维，避免了因后期加工降低复合材料外置网格筋承力筒的强度的情况。本专利技术的成型模具造价低廉，且可制作不同尺寸的复合材料外置网格筋承力筒。
[0034]本专利技术的制备方法采用壳体蒙皮与网格筋一体加工制备，避免了传统的复合材料壳体蒙皮净筒与网格筋的后期拼接，不会发生拼接处力学性能薄弱及胶接面容易出现分层缺陷等问题。
附图说明
[0035]图1是根据本专利技术实施例提供的复合材料外置网格筋承力筒的结构图本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种复合材料外置网格筋承力筒，其特征在于，包括：壳体蒙皮，其为空心圆筒状结构；上法兰加强区和下法兰加强区，其均为空心圆环状结构，且分别设置在所述壳体蒙皮的两端开口处；网格筋，其设置在所述壳体蒙皮的外壁上，所述网格筋包括环筋和纵筋，所述环筋沿所述壳体蒙皮的轴向均匀分布，所述纵筋与所述壳体蒙皮的轴线平行，且均匀分布在所述壳体蒙皮的外壁上；所述壳体蒙皮、所述上法兰加强区、所述下法兰加强区和所述网格筋均为一体结构，且由纤维和树脂铺设而成，且在纤维和树脂的复合材料中，纤维的体积分数为60％
±
3％。2.如权利要求1所述的复合材料外置网格筋承力筒，其特征在于，纤维采用玻璃纤维、石英纤维或高硅氧纤维；树脂采用氰酸酯树脂、环氧树脂或氨酚醛树脂。3.如权利要求1所述的复合材料外置网格筋承力筒，其特征在于，每组纤维和树脂的复合材料由5层纤维和树脂的预浸料铺设而成，且铺设角度依次为0
°
、90
°
、+θ
°
、0
°
、
‑
θ
°
，其中，所述壳体蒙皮的轴向为0
°
，30
°
≤θ
°
≤60
°
，每层的铺设厚度为0.1～0.2mm。4.一种如权利要求1所述的复合材料外置网格筋承力筒的成型模具，其特征在于，由内向外依次同心设置有：筒芯、芯模、外分瓣和加压筒；所述筒芯为圆柱状，用于挤压复合材料外置网格筋承力筒的内壁；所述芯模与所述外分瓣连接，所述芯模包括多个金属块，所述金属块为铝合金材质，其余结构均为碳钢材质，所述金属块间的缝隙用于网格筋的挤压成型；所述外分瓣至少为两块，所述外分瓣的四周设置有预压板和预压顶丝，在挤压合模过程中，所述预压顶丝用于对网格筋进行预压成型；所述加压筒用于对所述外分瓣施加垂直于轴向的压力，在所述加压筒的下端连接有底板，所述底板的上表面设置有第一限位结构，避免对复合材料外置网格筋承力筒的挤压过度，造成其壳体蒙皮过薄；所述底板与所述加压筒的连接处等间距留有观察间隙，用于观察复合材料外置网格筋承力筒与所述底板间的距离；在所述加压筒的上端连接有上盖板，所述上盖板通过定位销与所述底板同轴连接，所述上盖板的下表面设置有第二限位结构，避免挤压合模过程中所述外分瓣发生倾斜；所述底板和所述上盖板上均设有合模间隙观察孔，用于观察成型模具对复合材料外置网格筋承力筒的挤压成型情况。5.如权利要求4...

【专利技术属性】
技术研发人员：邹志伟，迟贺，曹延君，秦闯，王宏禹，乐强，孟凡壹，李志超，冯昌青，
申请(专利权)人：长春长光宇航复合材料有限公司，
类型：发明
国别省市：