复合材料筒段模具、制备方法及复合材料筒段制备方法技术

本发明专利技术涉及一种复合材料筒段模具、制备方法及复合材料筒段制备方法，该模具包括复合材料蒙皮、可调式框架和中心旋转轴，其中复合材料蒙皮包括若干固定蒙皮与一个活动蒙皮，可调式框架包括若干支撑杆、若干环向连接杆和调节阀，中心旋转轴与可调式框架连接，并随可调式框架转动，本发明专利技术通过复合材料筒段模具结构设计及制备工艺设计，解决了模具与产品热膨胀系数不匹配而导致结构变形、尺寸超差等问题，缩短了模具制造与样件研制的成本与周期，保证了模具自身气密性与反复使用的稳定性，解决了模具重复使用精度和刚度需求，满足大尺寸复合材料结构件脱模需求。料结构件脱模需求。料结构件脱模需求。

【技术实现步骤摘要】
复合材料筒段模具、制备方法及复合材料筒段制备方法


[0001]本专利技术涉及一种复合材料筒段模具、制备方法及复合材料筒段制备方法，尤其涉及一种低膨胀高刚度模块化复合材料筒段模具、制备方法及复合材料筒段制备方法，属于复合材料模具制备


技术介绍

[0002]当今世界航天大国争相开启了大推力、大直径运载火箭的研制和应用竞争，我国新一代及重型运载火箭也提上发展日程，箭体尺寸将由传统的Φ3.35m、Φ4.2m向新型的Φ5.2m乃至Φ9m过度。目前复合材料整流罩、卫星支架、级间段等舱段结构皆通过金属模具实现整体制造，但随着型号结构尺寸的增大，现有技术方案金属模具自重将达40t以上，模具设计制造成本激增，同时起吊、搬运、翻转等配套基础设施要求较高，受限于批量较少，传统金属模具方案重量和成本无法满足应用要求，需要设计研发轻质化、低成本的复合材料模具方案，满足小批量、大尺寸复合材料结构件生产需求。
[0003]相比于金属模具方案，轻质化、低成本的复合材料模具方案解决了大尺寸构件膨胀系数不匹配问题、模具重量超重、制造成本难以控制等问题，但也存在分瓣组装式模具设计复杂、重复组装精度要求高、整体气密控制难度大、模具脱模及重复拆装繁琐等工程问题。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于克服现有技术的上述缺陷，提供一种复合材料筒段模具，解决了模具与产品热膨胀系数不匹配而导致结构变形、尺寸超差等问题；缩短了模具制造与样件研制的成本与周期；解决了模具重复使用精度和刚度需求，满足大尺寸复合材料结构件脱模需求；与传统的金属模具方案相比，本专利技术提供的复合材料模具结构减重60％以上，模具膨胀量减少70％以上。
[0005]本专利技术的另外一个目的在于提供一种复合材料筒段模具的制备方法及复合材料筒段制备方法。
[0006]本专利技术的上述目的主要是通过如下技术方案予以实现的：
[0007]一种复合材料筒段模具，包括：
[0008]复合材料蒙皮，包括固定蒙皮与活动蒙皮，所述固定蒙皮固定连接在可调式框架上，所述活动蒙皮可拆卸连接在可调式框架上；
[0009]可调式框架，包括若干支撑杆、若干环向连接杆和调节阀，所述支撑杆一端连接中心旋转轴，另一端连接环向连接杆；所述环向连接杆安装在所述固定蒙皮内侧，每个环向连接杆位于相邻两个支撑杆之间；所述调节阀设置在活动蒙皮对应的支撑杆上，通过调节阀调节支撑杆之间的间距，带动环向连接杆移动，使得固定蒙皮旋转从而向内收缩或向外张开；
[0010]中心旋转轴，与可调式框架连接，并带动可调式框架转动。
[0011]在上述复合材料筒段模具中，所述复合材料蒙皮满足以下至少一项：
[0012]所述固定蒙皮与活动蒙皮的材料均与待制备的复合材料筒段材料相同；
[0013]所述固定蒙皮与活动蒙皮的厚度为30～40mm；
[0014]所述活动蒙皮的弧长为500～2000mm；
[0015]所述固定蒙皮均匀分为6～10块。
[0016]在上述复合材料筒段模具中，所述复合材料蒙皮之间采用拼接形式连接，蒙皮拼接缝处为倒三角结构，通过液态硅橡胶和延展性密封结构胶固定，在蒙皮拼接缝内侧安装连接桁条。
[0017]在上述复合材料筒段模具中，所述支撑杆满足以下至少一项：
[0018]为可双向调节的支撑杆；为分段结构，相邻两段之间通过双向调节螺栓连接，螺栓上标记刻线，用于精度控制；一端通过螺栓连接于中心旋转轴法兰环上，另一端固定于环向连接杆；采用预制的耐高温碳纤维中空管制备。
[0019]在上述复合材料筒段模具中，所述环向连接杆均匀分布于复合材料蒙皮内侧，高度方向间隔200～500mm。
[0020]在上述复合材料筒段模具中，所述调节阀位于活动蒙皮两侧支撑杆之间，并固定在支撑杆上，可通过旋转调节阀调节支撑杆间距。
[0021]在上述复合材料筒段模具中，所述中心旋转轴满足以下至少一项：
[0022]采用高模量金属材料制备，为环形管状结构；表面间隔200～500mm设有金属法兰环，位置与环向连接杆对应；两端安装金属连接盘，金属连接盘设有连接孔与导向孔，可与外部缠绕机旋转轴连接，实现复合材料筒段模具与缠绕机联动。
[0023]上述复合材料筒段模具的制备方法，包括:
[0024]制备母模；
[0025]采用所述母模制备复合材料蒙皮，包括固定蒙皮与活动蒙皮；
[0026]将复合材料蒙皮与可调式框架及中心旋转轴进行组装，得到复合材料筒段模具。
[0027]在上述复合材料筒段模具的制备方法中，还包括对组装后的复合材料筒段模具进行尺寸及气密性检测。
[0028]在上述复合材料筒段模具的制备方法中，所述制备母模包括：
[0029]焊接得到母模的金属支撑架，金属支撑架上焊接金属条形板形成母模框架型面；
[0030]进行高温处理；
[0031]通过粘接方式在母模框架型面铺设预固化玻璃钢板；
[0032]通过粘接方式在预固化玻璃钢板表面分步铺放环氧代木层；
[0033]进行表面处理；
[0034]进行气密性检测与尺寸测量。
[0035]在上述复合材料筒段模具的制备方法中，所述高温热处理的处理温度为180～190℃，保温3～4h；所述铺设预固化玻璃钢板的厚度为5～20mm；所述铺放环氧代木层的厚度为10～30mm。
[0036]在上述复合材料筒段模具的制备方法中，所述表面处理包括：母模框架型面采用清洗剂清理干净，在表面喷涂胶衣，用胶量为100～300g/m2，固化后进行打磨抛光，初次打磨目数为P400～P600，逐步增到到P3000以上，直到达到目标表面质量；在型面表面擦拭封
孔剂3～5次，均匀涂刷脱模剂3～6次，每次间隔20min以上；
[0037]所述气密性检测的模具气密要求，在r.t.及180℃条件下真空度≥0.097MPa，保持10min后停真空，要求真空泄漏率≤5KPa/min。
[0038]在上述复合材料筒段模具的制备方法中，采用所述母模制备复合材料蒙皮，包括：
[0039](1)、在母模框架型面表面铺覆碳纤维表面毡；
[0040](2)、继续铺覆碳纤维斜纹布，铺覆过程中使用喷胶进行斜纹布固定，采用真空导入方式进行一次树脂灌注，之后进行预固化处理；
[0041](3)、重复步骤(2)至少2次；
[0042](4)、进行固化。
[0043]在上述复合材料筒段模具的制备方法中，母模框架型面表面铺覆碳纤维表面毡的厚度为0.1～0.3mm；铺覆碳纤维斜纹布的厚度为7～10mm；预固化处理的固化温度为80
±
5℃，固化时间为8h～9h；固化的工艺制度为：从室温逐渐加热至145～155℃，每隔20～25℃保温2h～2.5h，在175～185℃下保温6～6.5h，然后逐步冷却至室温，降温过程中每隔20～25℃保温2h～2.5h。
[0044]在上述复合材料筒本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种复合材料筒段模具，其特征在于，包括：复合材料蒙皮，包括固定蒙皮与活动蒙皮，所述固定蒙皮固定连接在可调式框架上，所述活动蒙皮可拆卸连接在可调式框架上；可调式框架，包括若干支撑杆、若干环向连接杆和调节阀，所述支撑杆一端连接中心旋转轴，另一端连接环向连接杆；所述环向连接杆安装在所述固定蒙皮内侧，每个环向连接杆位于相邻两个支撑杆之间；所述调节阀设置在活动蒙皮对应的支撑杆上，通过调节阀调节支撑杆之间的间距，带动环向连接杆移动，使得固定蒙皮旋转从而向内收缩或向外张开；中心旋转轴，与可调式框架连接，并带动可调式框架转动。2.根据权利要求1所述的复合材料筒段模具，其特征在于，所述复合材料蒙皮满足以下至少一项：所述固定蒙皮与活动蒙皮的材料均与待制备的复合材料筒段材料相同；所述固定蒙皮与活动蒙皮的厚度为30～40mm；所述活动蒙皮的弧长为500～2000mm；所述固定蒙皮均匀分为6～10块。3.根据权利要求1或2所述的复合材料筒段模具，其特征在于，所述复合材料蒙皮之间采用拼接形式连接，蒙皮拼接缝处为倒三角结构，通过液态硅橡胶和延展性密封结构胶固定，在蒙皮拼接缝内侧安装连接桁条。4.根据权利要求1所述的复合材料筒段模具，其特征在于，所述支撑杆满足以下至少一项：为可双向调节的支撑杆；为分段结构，相邻两段之间通过双向调节螺栓连接，螺栓上标记刻线，用于精度控制；一端通过螺栓连接于中心旋转轴法兰环上，另一端固定于环向连接杆；采用预制的耐高温碳纤维中空管制备。5.根据权利要求1所述的复合材料筒段模具，其特征在于，所述环向连接杆均匀分布于复合材料蒙皮内侧，高度方向间隔200～500mm。6.根据权利要求1所述的复合材料筒段模具，其特征在于，所述调节阀位于活动蒙皮两侧支撑杆之间，并固定在支撑杆上，可通过旋转调节阀调节支撑杆间距。7.根据权利要求1所述的复合材料筒段模具，其特征在于，所述中心旋转轴满足以下至少一项：采用高模量金属材料制备，为环形管状结构；表面间隔200～500mm设有金属法兰环，位置与环向连接杆对应；两端安装金属连接盘，金属连接盘设有连接孔与导向孔，可与外部缠绕机旋转轴连接，实现复合材料筒段模具与缠绕机联动。8.权利要求1～7任一项所述的复合材料筒段模具的制备方法，其特征在于，包括:制备母模；采用所述母模制备复合材料蒙皮，包括固定蒙皮与活动蒙皮；将复合材料蒙皮与可调式框架及中心旋转轴进行组装，得到复合材料筒段模具。9.根据权利要求8所述的复合材料筒段模具的制备方法，其特征在于，还包括对组装后的复合材料筒段模具进行尺寸及气密性检测。
10.根据权利要求8所述的复合材料筒段模具的制备方法，其特征在于，所述制备母模包括：焊接得到母模的金属支撑架，金属支撑架上焊接金属条形板形成母模框架型面；进行高温处理；通过粘接方式在母模框架型面铺设预固化玻璃钢板；通过粘接方式在预固化玻璃钢板表面分步铺放环氧代木层；进行表面处理；进行气密性检测与尺寸测量。11.根据权利要求10所述的复合材料筒段模具的制备方法，其特征在于，所述高温热处理的处理温度为180～190℃，保温3～4h；所述铺设预固化玻璃钢板的厚度为5...

【专利技术属性】
技术研发人员：李桂洋，南巡，石佩洛，左小彪，赵云峰，耿琼，刘春立，李杰，
申请(专利权)人：航天材料及工艺研究所，
类型：发明
国别省市：