CN116001312A - 一种细长碳纤维复合材料方管结构件的制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种细长碳纤维复合材料方管结构件的制作方法，该方法的步骤如下：第一步：制备模具：S2：铺贴定位：S3：铺贴碳纤维预浸料：S4：零件固化成型：S5：脱均压板21、22：S6：脱铺贴阳模：S7：零件检测：S8：修整零件。本发明保证了产品内、外型面的精度要求，保证了产品脱模质量的稳定性，铺贴碳纤维预浸料过程中采用翻边铺贴，起到后续产品辅助脱模作用，通过辅助工装中的顶杆、顶块顶住产品四周翻边，能够使螺纹杆缓慢将阳模脱模；阳模和细长碳纤维复合材料方管结构件通过加温成型后，由于在固化过程中两种材料热胀冷缩原理，碳纤维内型面和钢质阳模会形成微小间隙，后续可便于辅助工装将阳模缓慢脱出。

Description

一种细长碳纤维复合材料方管结构件的制作方法

技术领域

本发明属于复合材料加工技术领域，涉及一种细长碳纤维复合材料方管结构件的制作方法。

背景技术

碳纤维复合材料凭借它轻质高强、不易腐蚀、成型方便、质量美观等优点已在航天航空产品上广泛应用，复合材料零件应用的结构趋向于简便、轻量化；在现有技术条件下，对复合材料成型工艺有着较大的难度，其中一种细长复合材料管状结构件（参见图1）就属于此类结构；该复合材料零件结构为细长碳纤维复合材料方管结构件，产品四周厚度为等厚度，内腔尺寸偏小；尺寸为（50×60）mm；长度为1000mm左右，细长碳纤维复合材料方管结构件的内外表面要求平整，特别是内表面后续有连接件装配关系，装配精度尺寸要求较高，且复合材料碳纤维结构件主要是靠纤维传递载荷，故装配区域不允许打磨修配，装配区域的内表面尺寸精度要求高，4个R角区域必须符合尺寸要求，所以细长碳纤维复合材料方管结构件的内表面必须依托模具成型，保证该内型面尺寸符合装配要求，但由于该零件的结构方管结构件，在现有复合材料制造工艺方法上比较复杂；主要体现在产品脱模方式上，为了保证结构的要求，现有成型方法主要有以下几种方式：

一、采用阳模成型，这种方式的风险在于零件脱模过程中，由于零件内腔尺寸小，细长结构件，且产品和阳模经过高温高压加温成型，产品和模具比较贴合；现有的成型方法无法使产品和阳模分开，导致产品出现无法脱模的质量问题；

二、采用阴模成型，这种方式的风险在于外型面的尺寸可以保证，但是根据产品要求的内型面和R角区域尺寸的要求，阴模成型方式无法保证要求，对产品后续装配的配合精度要求无法保证；

三、采用弹性体模具；使用阴阳模成型，其中阳模使用膨胀芯模或气囊芯模代替，用外面的充气源给它们充气使其膨胀，并将压力传递到层合板的表面，这种成型方法对细长碳纤维复合材料方管结构件的成型风险在于，对气囊芯模的成型要求高，气囊芯模需要单独成型，生产组合工艺复杂，提高了生产成本；

在这样的技术背景下，对于这种细长碳纤维复合材料方管结构件，产品形状简便、轻量化、内、外表面要求光顺，且内型面尺寸要求符合装配精度的要求，在控制生产成本，提高产品质量的稳定性上；必须在现有的成型工艺上做出突破；本发明采用阳模铺贴、外表面使用均压板成型模组合成型，在保证产品质量的前提线使用脱模辅助工装进行产品脱模；该技术方法完成了细长碳纤维复合材料方管结构件的制造，更好的提高了零件质量，并保证了产品内型面装配精度尺寸要求。

发明内容

本发明的目的是提供一种细长碳纤维复合材料方管结构件的制作方法，以提高了零件质量，保证产品内型面装配精度尺寸要求，提高生产效率。

本发明技术方案：

一种细长碳纤维复合材料方管结构件的制作方法，该方法的步骤如下：

S1：制备模具：

制作铺贴阳模、均压板成型模和脱模辅助工装，其中，铺贴阳模的一端具有螺纹连接孔，所述均压板成型模由左半均压板和右半均压板组成，在左半均压板和右半均压板的成型面上铺贴膨胀橡胶，铺贴完成后进行组装密封，按照硫化参数固化成型；得到带有膨胀橡胶的左半均压板和右半均压板；所述脱模辅助工装包括顶块、顶杆、螺纹座块、螺纹扳手和螺纹杆，其中，顶块为配合使用部件，所述螺纹座块一侧的四周分别设有顶杆，螺纹座块上安装有螺纹杆，螺纹杆的一端连接有螺纹扳手，螺纹杆的另一端穿过顶块的中心孔与螺纹连接孔配合使用；

S2：铺贴定位：

将顶块与铺贴阳模组合，使顶块定位在铺贴阳模的一端；

S3：铺贴碳纤维预浸料：

将碳纤维预浸料铺贴在铺贴阳模上，铺贴时除成型部分外，朝四周沿顶块侧面翻边铺贴，得到预浸料碳纤维方管；

S4：零件固化成型：

在预浸料碳纤维方管表面铺贴一层脱模布和隔离薄膜，将带有膨胀橡胶的左半均压板和右半均压板进行组合在预浸料碳纤维方管上，然后按照复合材料热压罐成型法的工艺要求进行真空热压成型，得到零件成型体；

S5：脱均压板成型模：

固化成型后去除左半均压板和右半均压板，松动顶块；

S6：脱铺贴阳模：

将螺纹杆的一端穿过顶块的中心孔后与铺贴阳模的螺纹连接孔连接，使顶杆顶住顶块，通过转动螺纹扳手使得螺纹杆推动铺贴阳模与零件成型体分离，完成脱模；

S7：零件检测：

将零件成型体进行无损检测检查；

S8：修整零件：

按相关技术条件对零件成型体进行加工、修整，得到细长碳纤维复合材料方管结构件。

进一步，均压板成型模的型面在碳纤维方管零件外型面基础上每个面扩大0.12mm。

进一步，所述左半均压板和右半均压板的组合面为阶梯型组合面。

进一步，所述左半均压板的上表面设有第一外凹台，下表面设有第一内凹台，所述右半均压板的上表面设有与第一外凹台配合的第二内凹台，下表面设有与第一内凹台匹配的第二外凹台。

进一步，S3中，翻边铺贴厚度为细长碳纤维复合材料方管结构件厚度的1.5～2.5倍。

进一步，所述螺纹杆长1100mm，直径为20mm。

本发明有益效果：

本发明为了保证产品内型面装配精度要求，采用铺贴阳模成型，为了确保零件的外型面有一个平整的表面质量，定制了一套均压板成型模，为了保证产品脱模质量的稳定性，采用了辅助脱模工装，为了保证产品四周能够平稳的脱模，产品在铺贴过程中采用翻边铺贴，起到后续产品辅助脱模作用，通过辅助工装中的顶杆、顶块顶住产品四周翻边，能够使螺纹杆缓慢将阳模脱模；阳模和细长碳纤维复合材料方管结构件通过加温成型后，由于在固化过程中两种材料热胀冷缩原理，碳纤维内型面和钢质阳模会形成微小间隙，后续可便于辅助工装将阳模缓慢脱出；通过碳纤维复合材料结构件后续的一系列检测，证明了产品质量符合相关技术要求。

附图说明

图1为细长碳纤维复合材料方管结构件的结构示意图；

图2为本发明实施例中铺贴阳模的示意图；

图3为本发明实施例中均压板成型模的示意图；

图4为本发明实施例中脱模辅助工装的结构示意图；

图5为本发明实施例中脱模辅助工装的另一结构示意图；

图6为本发明实施例中均压板成型模的组合示意图；

图7为本发明实施例的铺贴示意图；

图8为本发明实施例的脱模示意图；

图9为本发明实施例的翻边切除示意图；

图中：铺贴阳模1、均压板成型模2，脱模辅助工装3，预浸料碳纤维方管4，翻边切除5，螺纹连接孔11，左半均压板21，右半均压板22，顶块31，顶杆32，螺纹座块33，螺纹扳手34，螺纹杆35，翻边41，左半均压板第一外凹台211，左半均压板第一内凹台212，右半均压板第二内凹台221，右半均压板第二外凹台222。

具体实施方式

本发明通过下面的实施案例可以对本发明做进一步的描述，然而，本发明的范围并不限于下述实施例。

实施例：如图1所示一种细长碳纤维复合材料方管结构件的制作方法，该方法的步骤如下：

S1：制备模具：

首先为了确保细长碳纤维复合材料方管结构件内型面装配尺寸精度符合要求，定制了铺贴阳模1（参见图2），铺贴阳模1的一端具有螺纹连接孔11；为了确保零件的外型面有一个平整的表面质量，定制了一套均压成型模2和成型后膨胀橡胶软模（参见图3和图6），均压板成型模2的型面在碳纤维方管4零件的外型面基础上每个面扩大0.12mm，均压板由左半均压板21和右半均压板22组成，在左半均压板21和右半均压板22上铺贴膨胀橡胶，铺贴完成后按照相关的工艺文件要求进行组装密封，然后使用相关的加温设备按照软模的硫化参数进行固化成型，得到带有膨胀橡胶的左半均压板21和右半均压板22，其中，左半均压板21和右半均压板22的组合面为阶梯型组合面，左半均压板21的上表面设有第一外凹台211，下表面设有第一内凹台212，所述右半均压板22的上表面设有与第一外凹台211配合的第二内凹台221，下表面设有与第一内凹台212匹配的第二外凹台222；为了确保细长碳纤维复合材料方管结构件顺利脱模，定制了一套辅助脱模工装（参见图4和图5），脱模辅助工装3包括顶块31、顶杆32、螺纹座块33、螺纹扳手34和螺纹杆35，其中，顶块31为配合使用部件，所述螺纹座块33一侧的四周分别设有顶杆32，螺纹座块33上安装有螺纹杆35，螺纹杆35的一端连接有螺纹扳手34，螺纹杆35的另一端穿过顶块31的中心孔（图中未示出）与螺纹连接孔11配合使用。

S2：铺贴定位：

将顶块31与铺贴阳模1组合，使顶块31定位在铺贴阳模1的一端；具体地可通过双面胶将顶块31固定在阳模铺贴工装一头（参见图7）。

S3：铺贴碳纤维预浸料：

按照细长碳纤维复合材料方管结构件的相关要求在铺贴阳模1进行碳纤维预浸料铺贴，铺贴过程中需要在顶块31四周翻边41进行整体铺贴，得到预浸料碳纤维方管4；翻边41铺贴厚度为细长碳纤维复合材料方管结构件厚度的1.5～2.5倍，优选为2倍厚度，通过设置翻边41可以起到传递载荷作用，有利于后续产品的脱模，（参见图7）。

S4：零件固化成型：

在预浸料碳纤维方管4表面铺贴一层脱模布和隔离薄膜、带有膨胀橡胶的左半均压板21和右半均压板22进行组合压在预浸料碳纤维方管4上，然后按照复合材料热压罐成型法的一般工艺要求对其进行真空袋工艺组合操作；按照碳纤维预浸料的工艺参数进热压罐进行加温固化，得到零件成型体。

S5：脱均压板成型模：

去除真空袋和均压左半均压板21和右半均压板22；松动顶块31靠近零件成型体的一端，确保顶块31与铺贴阳模1处于松动状态（参见图8）；

S6：脱铺贴阳模：

将螺纹杆35的一端穿过顶块31的中心孔后与铺贴阳模1的螺纹连接孔11连接，使顶杆2顶住顶块31，通过转动螺纹扳手34使得螺纹杆35推动铺贴阳模1与零件成型体分离，完成脱模；

S7：零件检测：

将零件成型体进行无损检测检查；

S8：修整零件：

按相关技术条件对产品进行加工、修整（参见图9对零件成型体带有翻边的一端进行切除），得到细长碳纤维复合材料方管结构件。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点，对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其它的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其它实施方式。

Claims (6)

1.一种细长碳纤维复合材料方管结构件的制作方法，其特征在于：该方法的步骤如下：

S1：制备模具：

制作铺贴阳模、均压板成型模和脱模辅助工装，其中，铺贴阳模的一端具有螺纹连接孔，所述均压板成型模由左半均压板和右半均压板组成，在左半均压板和右半均压板的成型面上铺贴膨胀橡胶，铺贴完成后进行组装密封，按照硫化参数固化成型；得到带有膨胀橡胶的左半均压板和右半均压板；所述脱模辅助工装包括顶块、顶杆、螺纹座块、螺纹扳手和螺纹杆，其中，顶块为配合使用部件，所述螺纹座块一侧的四周分别设有顶杆，螺纹座块上安装有螺纹杆，螺纹杆的一端连接有螺纹扳手，螺纹杆的另一端穿过顶块的中心孔与螺纹连接孔配合使用；

S2：铺贴定位：

将顶块与铺贴阳模组合，使顶块定位在铺贴阳模的一端；

S3：铺贴碳纤维预浸料：

将碳纤维预浸料铺贴在铺贴阳模上，铺贴时除成型部分外，朝四周沿顶块侧面翻边铺贴，得到预浸料碳纤维方管；

S4：零件固化成型：

在预浸料碳纤维方管表面铺贴一层脱模布和隔离薄膜，将带有膨胀橡胶的左半均压板和右半均压板进行组合在预浸料碳纤维方管上，然后按照复合材料热压罐成型法的工艺要求进行真空热压成型，得到零件成型体；

S5：脱均压板成型模：

固化成型后去除左半均压板和右半均压板，松动顶块；

S6：脱铺贴阳模：

将螺纹杆的一端穿过顶块的中心孔后与铺贴阳模的螺纹连接孔连接，使顶杆顶住顶块，通过转动螺纹扳手使得螺纹杆推动铺贴阳模与零件成型体分离，完成脱模；

S7：零件检测：

将零件成型体进行无损检测检查；

S8：修整零件：

按相关技术条件对零件成型体进行加工、修整，得到细长碳纤维复合材料方管结构件。

2.根据权利要求1所述的细长碳纤维复合材料方管结构件的制作方法，其特征在于：均压板成型模的型面在碳纤维方管零件外型面基础上每个面扩大0.12mm。

3.根据权利要求1所述的细长碳纤维复合材料方管结构件的制作方法，其特征在于：所述左半均压板和右半均压板的组合面为阶梯型组合面。

4.根据权利要求3所述的细长碳纤维复合材料方管结构件的制作方法，其特征在于：所述左半均压板的上表面设有第一外凹台，下表面设有第一内凹台，所述右半均压板的上表面设有与第一外凹台配合的第二内凹台，下表面设有与第一内凹台匹配的第二外凹台。

5.根据权利要求1所述的细长碳纤维复合材料方管结构件的制作方法，其特征在于：S3中，翻边铺贴厚度为细长碳纤维复合材料方管结构件厚度的1.5～2.5倍。

6.根据权利要求1所述的细长碳纤维复合材料方管结构件的制作方法，其特征在于：所述螺纹杆长1100mm，直径为20mm。

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