多层预浸带缠绕变口径回转体及成型方法与流程

本发明涉及复合材料自动化成型的，具体地，涉及多层预浸带缠绕变口径回转体及成型方法。

背景技术：

1、由于复合材料具有高的比模量比强度，同时因其结构的设计与制造一体化的优势，使得复合材料在航空航天领域得到广泛应用。随着航空航天领域复合材料产品结构的可靠性及质量要求不断地提高，并且复合材料成型工艺技术不断地进步，对于复合材料成型中间环节的复合材料预制品的性能、可靠性、稳定性的要求越来越苛刻。预浸带缠绕绝热层作为固体火箭发动机重要零部件，是影响固体火箭动力性能的关键。

2、预浸带缠绕绝热层是采用编织布增强树脂基复合材料预浸料通过缠绕成型制备而成的。为了满足更远射程等严酷的工况需求，多层预浸带缠绕变口径回转体的需求量日益增多，由于多层缠绕方法不成熟，各单位制备的多层缠绕制品质量参差不齐，且技术方向也存在很大区别。对比示例1，中国发明专利公开号为cn202954896u，公开了一种火箭发动机喷管扩张段，该项发明涉及的制品结构与本发明类似，该发明采用碳碳复合材料与布基增强复合材料复合而成，碳碳复合材料的制备方法与本发明完全不同，且该发明未涉及缠绕层的预处理方法。对比示例2，中国发明专利公开号为cn105538682a，公开了一种喷管绝热层缠绕成形工装，该发明涉及一种可适用于不同喷管外表面绝热层的缠绕成形，方便更换损坏的芯模，该模具类型与本发明涉及的缠绕固化模具结构完全不同，且使用功能也不同。

3、因此，需要提出一种新的技术方案以改善上述技术问题。

技术实现思路

1、针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种多层预浸带缠绕变口径回转体及成型方法。

2、根据本发明提供的一种多层预浸带缠绕变口径回转体的成型方法，所述方法包括如下步骤：

3、步骤s1：制备缠绕固化模具；

4、步骤s2：计算每层预浸带宽度和步进量，设定缠绕张力、压辊压力、压辊温度参数；

5、步骤s3：在缠绕固化模具上采用螺旋上升的方式缠绕第一层缠绕层，制作真空袋进行预处理，加工出第一层缠绕层的外轮廓尺寸；

6、步骤s4：在第一层缠绕层的基础上缠绕第二层缠绕层，制作真空袋进行预处理，加工出第二层缠绕层的外轮廓尺寸；

7、步骤s5：重复步骤s4，直至缠绕最后一层缠绕层，组装缠绕固化模具进行固化。

8、优选地，所述步骤s1中，缠绕固化模具包括底座、芯模、橡胶袋、接长块、压环、堵头、抽气嘴、密封圈、螺栓和螺母；缠绕时用接长块与芯模小端连接，缠绕后拆除接长块，在芯模小端安装堵头，再安装橡胶袋。

9、优选地，所述抽气嘴设置在底座上，芯模为中空结构，芯模大端平台处均布多个抽气孔，芯模小端有抽气孔；固化时堵头安装在芯模小端，堵头内部能够通气。

10、优选地，所述橡胶袋根据产品外轮廓形状设计，由压环紧固密封。

11、优选地，所述步骤s2中，预浸带宽度d的计算公式如下：

12、

13、其中，α为芯模角度，t为制品厚度，m为加工余量，k为布带收缩系数；每1mm宽度的布带对应2-6n的缠绕张力、1-3n的压辊压力。

14、优选地，所述步骤s3和步骤s4中，预处理采用空气加温加压的方式，抽真空压力≤-0.09mpa，温度范围在50-150℃，空气压力范围在0.1-1.2mpa。。

15、优选地，所述步骤s5中，缠绕结束后，在缠绕层外表面包裹吸胶层，然后安装橡胶袋和抽气嘴，密封橡胶袋，模具大端朝下放入热压炉，设定固化温度、固化压力、升温速率参数进行固化。

16、优选地，所述底座与芯模连接，用于密封和支撑；芯模作为缠绕制品的型面；橡胶袋进行密封；接长块在缠绕时用于延长芯模长度；压环用于密封橡胶袋；堵头用于封堵芯模小端螺纹孔，并进行透气；抽气嘴与外接真空管路连接。

17、优选地，预浸带缠绕作业时，接长块、第二螺栓、销钉与芯模小端紧固，底座、第一螺栓、第一螺母、密封圈与芯模大端紧固；将底座和接长块装夹在缠绕机上进行缠绕。

18、本发明还提供一种多层预浸带缠绕变口径回转体，所述多层预浸带缠绕变口径回转体采用上述中的多层预浸带缠绕变口径回转体的成型方法制备得到。

19、与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

20、1、本发明缠绕固化模具设计了可拆卸接长杆，便于缠绕和固化操作；抽气嘴和抽气孔的设计可便于真空管路安装，且使制品抽真空更充分，不易憋气；橡胶袋密封方式可靠性强，可保证制品固化过程不泄漏；

21、2、本发明多层预浸带缠绕变口径回转体的成型方法可使缠绕层界面更规则，界面轮廓尺寸可控，界面可避免气孔、聚胶等缺陷。

技术特征：

1.一种多层预浸带缠绕变口径回转体的成型方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的多层预浸带缠绕变口径回转体的成型方法，其特征在于，所述步骤s1中，缠绕固化模具包括底座(1)、芯模(5)、橡胶袋(6)、接长块(7)、压环(10)、堵头(13)、抽气嘴(16)、密封圈、螺栓和螺母；缠绕时用接长块(7)与芯模(5)小端连接，缠绕后拆除接长块(7)，在芯模(5)小端安装堵头(13)，再安装橡胶袋(6)。

3.根据权利要求2所述的多层预浸带缠绕变口径回转体的成型方法，其特征在于，所述抽气嘴(16)设置在底座(1)上，芯模(5)为中空结构，芯模(5)大端平台处均布多个抽气孔，芯模(5)小端有抽气孔；固化时堵头(13)安装在芯模(5)小端，堵头(13)内部能够通气。

4.根据权利要求2所述的多层预浸带缠绕变口径回转体的成型方法，其特征在于，所述橡胶袋(6)根据产品外轮廓形状设计，由压环(10)紧固密封。

5.根据权利要求1所述的多层预浸带缠绕变口径回转体的成型方法，其特征在于，所述步骤s2中，预浸带宽度d的计算公式如下：

6.根据权利要求1所述的多层预浸带缠绕变口径回转体的成型方法，其特征在于，所述步骤s3和步骤s4中，预处理采用空气加温加压的方式，抽真空压力≤-0.09mpa，温度范围在50-150℃，空气压力范围在0.1-1.2mpa。

7.根据权利要求1所述的多层预浸带缠绕变口径回转体的成型方法，其特征在于，所述步骤s5中，缠绕结束后，在缠绕层外表面包裹吸胶层，然后安装橡胶袋和抽气嘴，密封橡胶袋，模具大端朝下放入热压炉，设定固化温度、固化压力、升温速率参数进行固化。

8.根据权利要求2所述的多层预浸带缠绕变口径回转体的成型方法，其特征在于，所述底座(1)与芯模(5)连接，用于密封和支撑；芯模(5)作为缠绕制品的型面；橡胶袋(6)进行密封；接长块(7)在缠绕时用于延长芯模长度；压环(10)用于密封橡胶袋；堵头(13)用于封堵芯模小端螺纹孔，并进行透气；抽气嘴(16)与外接真空管路连接。

9.根据权利要求2所述的多层预浸带缠绕变口径回转体的成型方法，其特征在于，预浸带缠绕作业时，接长块(7)、第二螺栓(8)、销钉(9)与芯模(5)小端紧固，底座(1)、第一螺栓(2)、第一螺母(3)、密封圈(4)与芯模(5)大端紧固；将底座(1)和接长块(7)装夹在缠绕机上进行缠绕。

10.一种多层预浸带缠绕变口径回转体，其特征在于，所述多层预浸带缠绕变口径回转体采用权利要求1-9任一项所述的多层预浸带缠绕变口径回转体的成型方法制备得到。

技术总结本发明提供了一种多层预浸带缠绕变口径回转体及成型方法，其步骤包括缠绕模设计、缠绕参数设计、逐次缠绕和装模固化。所述缠绕模包括底座、芯模、橡胶袋、接长块、压环、堵头、抽气嘴等；所述抽气嘴设置在底座上，芯模为中空结构，芯模大端平台处均布多个抽气孔，芯模小端有抽气孔；所述橡胶袋根据产品外轮廓形状设计，由压环紧固密封。本发明提供了预浸带宽度、缠绕张力和压辊压力的设计原则；提供了缠绕层加温加压预处理方法；还提供了缠绕制品装模方式和固化方法。本发明可有效避免多层缠绕制品界面分层和聚胶的问题，本发明涉及的缠绕固化模具可快速升温且橡胶袋密封可靠性高。技术研发人员：李世成,史文锋,周琳赟,陈志诚,王志远,张俊艺受保护的技术使用者：上海复合材料科技有限公司技术研发日：技术公布日：2024/7/18