一种全复合材料网格式承力筒一体化成型工艺方法与流程

本发明属于复合材料，特别涉及一种全复合材料网格式承力筒一体化成型工艺方法。

背景技术：

1、为了满足航天器轻量化、高承载、批量化的需求，其主承力结构多采用镂空网格式筒状结构。复合材料网格承力筒是一种由不同方向规律排布的复合材料筋条以及提供对外结构埋块组成，各筋条之间交叉形成规整的菱形网格，埋块位于两根斜线筋条的交叉位置或者两根斜向筋条与环向筋条中间位置。

2、现有网格承力筒成型过程中，网格筋条采用缠绕成型，埋块采用铝合金材质，采用后胶接成型，该工艺路线操作较为繁琐，网格承力筒缠绕成型后需要进行机加，然后胶接金属零件，然后再进行组合加工，研制周期长，成本较高；同时金属零件与网格承力筒本体胶接性能差，影响整个网格承力筒的力学性能。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服上述缺陷，提供一种全复合材料网格式承力筒一体化成型工艺方法，解决了现有网格式承力筒生产效率低、力学性能差的技术问题。本发明采用缠绕和铺贴相结合的成型工艺方法，实现了大型网格承力筒高效率、高力学性能成型，在航天器网格承力筒方面具有很好应用价值。

2、为实现上述发明目的，本发明提供如下技术方案：

3、一种全复合材料网格式承力筒一体化成型工艺方法，包括：

4、s1缠绕一层环向筋条纤维和一层斜向筋条纤维，在预定位置铺贴一层埋块预浸料；

5、或，

6、缠绕一层环向筋条纤维，在预定位置铺贴一层埋块预浸料，后缠绕一层斜向筋条纤维，在预定位置铺贴下一层埋块预浸料；

7、所述环向筋条纤维和斜向筋条纤维为连续缠绕；

8、s2重复步骤s1，直至各层环向筋条纤维和斜向筋条纤维缠绕完成、各层埋块预浸料铺贴完成；

9、s3对步骤s2所得筋条和埋块进行整体封装共固化成型，得到全复合材料网格式承力筒。

10、进一步的，步骤s1中，首先缠绕环向筋条纤维，缠绕完成的环向筋条纤维经过第一端的封头处进行纤维缠绕角度变化，由环向筋条纤维转变为斜向筋条纤维，斜向筋条纤维沿缠绕芯模表面的斜向筋条凹槽到达第二端的封头处，再次进行纤维缠绕角度变化，转变为相反方向的斜向筋条纤维，该相反方向的斜向筋条纤维沿缠绕芯模表面相反方向的斜向筋条凹槽重新返回第一端的封头处，重复上述过程，完成一层环向筋条纤维的缠绕和一层斜向筋条纤维的缠绕。

11、进一步的，封头处设有封头过渡工装，利用封头过渡工装实现纤维缠绕角度的变化；

12、封头过渡工装包括环形钢板和沿环形钢板圆周分布的若干个挂针；

13、环形钢板固定安装于缠绕芯模的端部，环形钢板的环形面与缠绕芯模的轴线垂直；

14、纤维挂于挂针后实现纤维缠绕角度的变化。

15、进一步的，每个封头过渡工装中挂针的数量与斜向筋条数量一致；

16、挂针为图6所示的v形结构，挂针的第一端与环形钢板固定连接，挂针的第二端伸向环形钢板外侧；

17、挂针第二端的轴线与环形钢板环形面之间呈30°～60°角。

18、进一步的，挂针位置根据挂针与网格筒的相对位置关系决定，沿筒体的轴向，以朝向筒体两端的方向为外，挂针的第一端位于最外侧两个斜向筋条交叉点外侧5～10mm并与两个斜向筋条相切；换言之，以图3的水平方向为左右方向，挂针第一端位于网格筒最左边(最右边)两个斜向筋条交叉节点左(右)侧5～10mm并与两个斜向筋条相切。

19、挂针第二端距离缠绕芯模筒身外表面的垂直高度为产品高度的2.5～3倍。

20、进一步的，当预定位置为斜向筋条的交叉位置时，每层埋块预浸料的中心为空心结构，空心结构为直径与斜向筋条宽度相等的圆形。

21、进一步的，以缠绕一层环向筋条纤维和一层斜向筋条纤维为一个循环，前n个循环时，缠绕一层环向筋条纤维和一层斜向筋条纤维，在预定位置铺贴一层埋块预浸料；n+1及后续的循环时，缠绕一层环向筋条纤维，在预定位置铺贴一层埋块预浸料，后缠绕一层斜向筋条纤维，在预定位置铺贴下一层埋块预浸料；

22、n＝8～12。

23、进一步的，当预定位置为筋条的非交叉位置时，在除厚度的其他方向上，第1层埋块预浸料的尺寸比埋块的预设尺寸大一个环向筋条宽度，后续各层埋块预浸料的尺寸依次递减1mm,直至埋块预浸料与各筋条相切为止；后续的铺层按照此规律循环，直至最后一层。该处设置递减有两个作用，首先是保证埋块与各筋条连接为一个整体，可以实现网格筒整体刚度传递，另一作用是防止埋块和筋条搭接位置厚度增长太快，造成固化后产品不平整，里面纤维也是弯折状态，影响力学性能。斜向筋交叉位置的埋块无法主要依靠与筋条的搭接受力，上述埋块受力不大，斜向筋条交叉位置的埋块受力较大，如果按照上述递减，其力学性能会差一些，所有该处埋块只在中间挖孔，避免局部凸起，其他位置不做处理。

24、进一步的，利用维形加压工装进行整体封装共固化成型；

25、利用维形加压工装包括放置于筋条上表面的硅橡胶条、放置于埋块上表面的硅橡胶板和放置于埋块四周用于维持埋块外形的金属铝板；

26、在筋条、埋块以及维形加压工装的外侧包括毛毡后，进行共固化成型。

27、本发明与现有技术相比具有如下至少一种有益效果：

28、(1)本发明全复合材料网格承力筒采用缠绕和铺贴相结合的成型工艺方法，实现了大型网格承力筒高效率、高力学性能成型；

29、(2)本发明采用的筋条缠绕和埋块铺贴完成后共固化的工艺方法，实现了大型网格承力筒整体刚度的提高，提高了承力筒承载能力；

30、(3)本发明提供了一种环向筋条和斜向筋条的连续缠绕方法，能够有效提高缠绕效率和缠绕质量，进一步提高最终产品的性能；

31、(4)本发明对埋块各层预浸料的结构和尺寸进行了设计，能够保证埋块与筋条稳定搭接，且不影响整体厚度。

技术特征：

1.一种全复合材料网格式承力筒一体化成型工艺方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的一种全复合材料网格式承力筒一体化成型工艺方法，其特征在于，步骤s1中，首先缠绕环向筋条纤维，缠绕完成的环向筋条纤维经过第一端的封头处进行纤维缠绕角度变化，由环向筋条纤维转变为斜向筋条纤维，斜向筋条纤维沿缠绕芯模表面的斜向筋条凹槽到达第二端的封头处，再次进行纤维缠绕角度变化，转变为相反方向的斜向筋条纤维，该相反方向的斜向筋条纤维沿缠绕芯模表面相反方向的斜向筋条凹槽重新返回第一端的封头处，重复上述过程，完成一层环向筋条纤维的缠绕和一层斜向筋条纤维的缠绕。

3.根据权利要求2所述的一种全复合材料网格式承力筒一体化成型工艺方法，其特征在于，封头处设有封头过渡工装，利用封头过渡工装实现纤维缠绕角度的变化；

4.根据权利要求3所述的一种全复合材料网格式承力筒一体化成型工艺方法，其特征在于，每个封头过渡工装中挂针(7)的数量与斜向筋条数量一致；

5.根据权利要求4所述的一种全复合材料网格式承力筒一体化成型工艺方法，其特征在于，沿筒体的轴向，以朝向筒体两端的方向为外，挂针(7)的第一端位于最外侧两个斜向筋条交叉点外侧5～10mm并与两个斜向筋条相切；

6.根据权利要求1所述的一种全复合材料网格式承力筒一体化成型工艺方法，其特征在于，当预定位置为斜向筋条的交叉位置时，每层埋块预浸料的中心为空心结构，空心结构为直径与斜向筋条宽度相等的圆形。

7.根据权利要求1所述的一种全复合材料网格式承力筒一体化成型工艺方法，其特征在于，以缠绕一层环向筋条纤维和一层斜向筋条纤维为一个循环，前n个循环时，缠绕一层环向筋条纤维和一层斜向筋条纤维，在预定位置铺贴一层埋块预浸料；n+1及后续的循环时，缠绕一层环向筋条纤维，在预定位置铺贴一层埋块预浸料，后缠绕一层斜向筋条纤维，在预定位置铺贴下一层埋块预浸料；

8.根据权利要求1所述的一种全复合材料网格式承力筒一体化成型工艺方法，其特征在于，当预定位置为环向筋条与斜向筋条围成的区域时，在除厚度的其他方向上，各层埋块预浸料的尺寸按照如下方法设置：

9.根据权利要求1所述的一种全复合材料网格式承力筒一体化成型工艺方法，其特征在于，利用维形加压工装进行整体封装共固化成型；

技术总结本发明公开了一种全复合材料网格式承力筒一体化成型工艺方法，包括：缠绕一层环向筋条纤维和一层斜向筋条纤维，在预定位置铺贴一层埋块预浸料；或，缠绕一层环向筋条纤维，在预定位置铺贴一层埋块预浸料，后缠绕一层斜向筋条纤维，在预定位置铺贴下一层埋块预浸料；所述环向筋条纤维和斜向筋条纤维为连续缠绕；重复上述步骤，直至各层环向筋条纤维和斜向筋条纤维缠绕完成、各层埋块预浸料铺贴完成；对所得筋条和埋块进行整体封装共固化成型，得到全复合材料网格式承力筒。本发明采用缠绕和铺贴相结合的成型工艺方法，实现了大型网格承力筒高效率、高力学性能成型，在航天器网格承力筒方面具有很好应用价值。技术研发人员：罗锦涛,杨海涛,刘佳,孙天峰,杜巍,武海生,张玉生,黎昱,刘强,郭易飞,季生洪,祁健,朱成明,李志强,姚旗,刘保荣,孙天健,刘灿发,赵鹏飞,卢俊,单清涛,于鑫受保护的技术使用者：北京卫星制造厂有限公司技术研发日：技术公布日：2024/7/18