复合材料波纹夹芯圆柱耐压壳一体成型模具及其制备方法技术

复合材料波纹夹芯圆柱耐压壳一体成型模具及其制备方法，属于复合材料耐压壳成型技术领域。采用连续纤维缠绕或者预浸料铺放工艺，制备时，内面板成型模具安装在缠绕机上，芯子成型模具通过螺钉固定在内面板成型模具上，外面板成型模具通过外侧卡箍紧固在芯子成型模具最外侧，最终三种模具组合为一体，在热压罐中共固化制备出可适用于多种载荷条件下的复合材料波纹夹芯圆柱耐压壳。该复合材料波纹夹芯圆柱耐压壳采用一体制备方式且纤维环向及轴向均连续，厚度一致性好。相较于其他类似制备方法，本发明专利技术操作简单、快速，可以根据载荷条件合理分配材料性能，真正实现了减轻结构重量，提升有效载荷的目标。提升有效载荷的目标。提升有效载荷的目标。

【技术实现步骤摘要】
复合材料波纹夹芯圆柱耐压壳一体成型模具及其制备方法


[0001]本专利技术属于复合材料耐压壳成型
，具体涉及一种复合材料波纹夹芯圆柱耐压壳一体成型模具及其制备方法。

技术介绍

[0002]传统的复合材料耐压壳体均为单一薄壁结构，使得其在受载时，极易发生屈曲破坏。复合材料夹芯结构由于面
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芯
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面的多层组合，相较于单一的薄壁面板其拥有更大的截面惯性矩，能够更好地抑制屈曲的发生，符合目前耐压壳体轻质高强的追求目标。相较于其他夹芯结构，波纹夹芯具有孔隙占比大、载荷与质量比值大，承率效率高、可设计性强和易于制备等优点，逐渐成为关注的焦点。
[0003]现有的两种复合材料波纹夹芯圆柱壳体制备工艺分别是：1、授权公告号为CN 104723579B、授权公告日为2017年03月22日的专利技术专利公开了“一种全复合材料波纹夹层圆柱壳的组合模具”，面芯模压成型，面板分为多个曲面板，芯子为一个环形整体，而后对面芯进行粘接二次固化，面板接缝处采用曲面窄条补强。缺点：面板环向不连续，受载时会出现较大应力集中导致结构提前破坏，引入胶结层易引入缺陷，降低结构承载性能；另外，胶层和补强部分会增加额外重量，应用时难以做到充分减重的效果。2、授权公告号为CN 112549378 B、授权公告日为2021年11月16日的专利技术专利公开了“一种复合材料波纹夹层筒体的一体化成型模具及其方法”，该工艺采用预浸料铺放模压共固化成型，最终得到一个芯子面板一体成型的结构。但该工艺由于芯子制备时，预浸料采用单独卷制到芯模条的方式造成芯子环向单胞之间纤维不连续，无法设计芯子整体铺层顺序，不利于充分发挥材料性能。
[0004]因此需要设计一种可以根据载荷条件合理分配材料性能的新型模具，以便真正实现减轻结构重量，提升有效载荷的目标。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于为解决现有技术存在的上述问题，提供一种复合材料波纹夹芯圆柱耐压壳一体成型模具及其制备方法。
[0006]本专利技术制备的是一种可用于多向载荷下的复合材料波纹夹芯圆柱耐压壳体，以解决现有方法所制备出的壳体存在面板环向几何不连续，芯子难以灵活设计铺层，结构受载时无法充分发挥材料性能；制备时流程复杂，需要二次固化，面芯容易脱粘，工艺流程复杂，无法采用纤维缠绕等高效工艺制备等缺点。
[0007]为实现上述目的，本专利技术采取的技术方案是：
[0008]本专利技术的复合材料波纹夹芯圆柱耐压壳一体成型模具，包括面板成型模具、芯子成型模具及两个端面圆形挡板；面板成型模具包括内面板成型模具和外面板成型模具，内面板成型模具包括中间芯轴、两个转接轴套和两个分体式轴头，两个转接轴套分别是转接轴套一和转接轴套二，外面板成型模具包括两个端部轴套和两块外面板成型曲面钢板；芯
子成型模具包括多个芯模条和两个半圆垫圈，多个芯模条包括多个Ⅰ型芯模条和多个Ⅱ型芯模条；
[0009]中间芯轴两端分别与转接轴套一和转接轴套二一端可拆卸固定连接，两个分体式轴头头端分别与转接轴套一和转接轴套二另一端可拆卸固定连接；转接轴套二外壁设有环状台阶；两个端部轴套分别紧固套装在其中一个分体式轴头头端与转接轴套一上，以及另一个分体式轴头头端与转接轴套二上，固化时，拆卸两个分体式轴头，两个端面圆形挡板装在两个端部轴套两端，两个端面圆形挡板与各自对应的转接轴套可拆卸固定连接，两块外面板成型曲面钢板相对扣合紧固装在芯子成型模具外侧，并位于两个端面圆形挡板之间；转接轴套二的环状台阶上对合装有两个半圆垫圈，多个Ⅰ型芯模条沿中间芯轴外圆周面均布设置，每相邻两个Ⅰ型芯模条之间匹配设置有一个Ⅱ型芯模条，多个Ⅰ型芯模条和多个Ⅱ型芯模条一端与对应的半圆垫圈及转接轴套二可拆卸固定连接，多个Ⅰ型芯模条和多个Ⅱ型芯模条另一端与转接轴套一可拆卸固定连接。
[0010]进一步的是，中间芯轴设有中空腔，转接轴套一和转接轴套二均设有中心台肩孔，转接轴套一和转接轴套二一端均设有轴套凸台，转接轴套一的轴套凸台和转接轴套二的轴套凸台紧密且可拆卸固定装在中间芯轴内的两端；两个分体式轴头的头端设有轴头凸台，两个分体式轴头的轴头凸台分别紧密固定装在转接轴套一和转接轴套二的台肩孔内。
[0011]进一步的是，Ⅰ型芯模条截面为梯形，Ⅱ型芯模条截面为倒置的梯形，Ⅰ型芯模条和Ⅱ型芯模条的下表面均为向上凹的曲面，上表面均为向上凸的曲面。
[0012]进一步的是，所述复合材料波纹夹芯圆柱耐压壳一体成型模具还包括脱模工装；脱模工装包括脱模后挡板、脱模前挡板、壳体脱模连接器、壳体脱模板及两个脱模转接头；
[0013]两个脱模转接头一端中部均设有U形槽，U形槽的两侧壁设有同轴的通孔，两个脱模转接头另一端外壁均沿周向设有工字型嵌槽；脱模时，Ⅰ型芯模条和Ⅱ型芯模条所述一端插装在对应的脱模转接头的U形槽内，且二者可拆卸固定连接，工字型嵌槽与脱模机连接；脱模后挡板和脱模前挡板上均开有U型槽口，脱模时，利用脱模前挡板的U型槽口夹持住脱模转接头，利用脱模后挡板的U型槽口夹持住芯模条；壳体脱模连接器为圆筒形状，壳体脱模连接器两端分别与分体式轴头和脱模机连接；壳体脱模板设有中心孔，复合材料波纹夹芯圆柱耐压壳紧贴壳体脱模板侧面，中间芯轴紧密穿过壳体脱模板中心孔，壳体脱模板与脱模机连接连接。
[0014]本专利技术的复合材料波纹夹芯圆柱耐压壳一体成型方法，所述方法是基于权要求1
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4中任一权利要求所述的复合材料波纹夹芯圆柱耐压壳一体成型模具实现的，所述方法包括以下步骤：
[0015]步骤一：装配内面板成型模具，并在内面板成型模具外表面涂抹脱模剂或者粘贴脱模布，并将内面板成型模具的两个分体式轴头固定在缠绕机上；
[0016]步骤二：在中间芯轴外表面纤维缠绕或者铺设复合材料预浸料，之后，对缠绕纤维或铺设复合材料预浸料后的内面板成型模具进行初步固化处理，完成内面板的制备；
[0017]步骤三：初步固化完成后，将内面板成型模具重新安装在缠绕机上，对所有Ⅰ型芯模条、Ⅱ型芯模条及半圆垫圈涂刷脱模剂，之后，将两个半圆垫圈对合装在转接轴套二的环状台阶上，将多个Ⅰ型芯模条均匀排布在中间芯轴外圆周面上，多个Ⅰ型芯模条一端通过螺钉与对应的半圆垫圈及转接轴套二固定连接，多个Ⅰ型芯模条另一端通过螺钉与转接轴套
一固定连接；最后将Ⅱ型芯模条和装有Ⅰ型芯模条的内面板成型模具放入烘箱内进行预热，预热温度为80℃，预热时间为30min；
[0018]步骤四：将固定有Ⅰ型芯模条的内面板成型模具重新安装在缠绕机上，把剪裁好的复合材料预浸料逐次铺设到Ⅰ型芯模条之上和Ⅱ型芯模条预放置位置处；之后将多个Ⅱ型芯模条一端通过螺钉与对应的半圆垫圈及转接轴套二固定连接，将多个Ⅱ型芯模条另一端通过螺钉与转接轴套一固定连接，组成模具组合体；然后，利用密封胶和耐高温塑料膜进行密封和抽真空，真空度为0.1MPa，最后，将模具组合体放入热压罐中进行初步固化，固化温度为80℃，固化时间为30min，完成芯子的制备；
[0019]步骤五：将模本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种复合材料波纹夹芯圆柱耐压壳一体成型模具，其特征在于：包括面板成型模具、芯子成型模具及两个端面圆形挡板(10)；面板成型模具包括内面板成型模具(17)和外面板成型模具，内面板成型模具(17)包括中间芯轴(1)、两个转接轴套和两个分体式轴头(4)，两个转接轴套分别是转接轴套一(2)和转接轴套二(3)，外面板成型模具包括两个端部轴套(5)和两块外面板成型曲面钢板(6)；芯子成型模具包括多个芯模条和两个半圆垫圈(9)，多个芯模条包括多个Ⅰ型芯模条(7)和多个Ⅱ型芯模条(8)；中间芯轴(1)两端分别与转接轴套一(2)和转接轴套二(3)一端可拆卸固定连接，两个分体式轴头(4)头端分别与转接轴套一(2)和转接轴套二(3)另一端可拆卸固定连接；转接轴套二(3)外壁设有环状台阶；两个端部轴套(5)分别紧固套装在其中一个分体式轴头(4)头端与转接轴套一(2)上，以及另一个分体式轴头(4)头端与转接轴套二(3)上，固化时，拆卸两个分体式轴头(4)，两个端面圆形挡板(10)装在两个端部轴套(5)两端，两个端面圆形挡板(10)与各自对应的转接轴套可拆卸固定连接，两块外面板成型曲面钢板(6)相对扣合紧固装在芯子成型模具外侧，并位于两个端面圆形挡板(10)之间；转接轴套二(3)的环状台阶上对合装有两个半圆垫圈(9)，多个Ⅰ型芯模条(7)沿中间芯轴(1)外圆周面均布设置，每相邻两个Ⅰ型芯模条(7)之间匹配设置有一个Ⅱ型芯模条(8)，多个Ⅰ型芯模条(7)和多个Ⅱ型芯模条(8)一端与对应的半圆垫圈(9)及转接轴套二(3)可拆卸固定连接，多个Ⅰ型芯模条(7)和多个Ⅱ型芯模条(8)另一端与转接轴套一(2)可拆卸固定连接。2.根据权利要求1所述的复合材料波纹夹芯圆柱耐压壳一体成型模具，其特征在于：中间芯轴(1)设有中空腔，转接轴套一(2)和转接轴套二(3)均设有中心台肩孔，转接轴套一(2)和转接轴套二(3)一端均设有轴套凸台，转接轴套一(2)的轴套凸台和转接轴套二(3)的轴套凸台紧密且可拆卸固定装在中间芯轴(1)内的两端；两个分体式轴头(4)的头端设有轴头凸台，两个分体式轴头(4)的轴头凸台分别紧密固定装在转接轴套一(2)和转接轴套二(3)的台肩孔内。3.根据权利要求1所述的复合材料波纹夹芯圆柱耐压壳一体成型模具，其特征在于：Ⅰ型芯模条(7)截面为梯形，Ⅱ型芯模条(8)截面为倒置的梯形，Ⅰ型芯模条(7)和Ⅱ型芯模条(8)的下表面均为向上凹的曲面，上表面均为向上凸的曲面。4.根据权利要求1所述的复合材料波纹夹芯圆柱耐压壳一体成型模具，其特征在于：所述复合材料波纹夹芯圆柱耐压壳一体成型模具还包括脱模工装；脱模工装包括脱模后挡板(12)、脱模前挡板(13)、壳体脱模连接器(14)、壳体脱模板(15)及两个脱模转接头(11)；两个脱模转接头(11)一端中部均设有U形槽，U形槽的两侧壁设有同轴的通孔，两个脱模转接头(11)另一端外壁均沿周向设有工字型嵌槽；脱模时，Ⅰ型芯模条(7)和Ⅱ型芯模条(8)所述一端插装在对应的脱模转接头(11)的U形槽内，且二者可拆卸固定连接，工字型嵌槽与脱模机连接；脱模后挡板(12)和脱模前挡板(13)上均开有U型槽口，脱模时，利用脱模前挡板(13)的U型槽口夹持住脱模转接头(11)，利用脱模后挡板(12)的U型槽口夹持住芯模条；壳体脱模连接器(14)为圆筒形状，壳体脱模连接器(14)两端分别与分体式轴头(4)和脱模机连接；壳体脱模板(15)设有中心孔，复合材料波纹夹芯圆柱耐压壳(16)紧贴壳体脱模板(15)侧面，中间芯轴(1)紧密穿过壳体脱模板(15)中心孔，壳体脱模板(15)与脱模机连接连接。5.一种复合材料波纹夹芯圆柱耐压壳一体成型方法，其特征在于：所述方法是基于权
要求1
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4中任一权利要求所述的复合材料波纹夹芯圆柱耐压壳一体成型模具实现的，所述方法包括以下步骤：步骤一：装配内面板成型模具(17)，并在内面板成型模具(17)外表面涂抹脱模剂或者粘贴脱模布，并将内面板成型模具(1...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴林志，远凯峰，夏振猛，汪鲢博，刘晨晗，
申请(专利权)人：哈尔滨工程大学，
类型：发明
国别省市：