本發(fā)明屬于碳纖維復(fù)合材料的成型領(lǐng)域，具體涉及高速超高速砂輪基體用真空灌注成型裝置。

背景技術(shù)：

高速/超高速磨削(線速度大于120m/s的磨削)砂輪制造技術(shù)是超高速磨削技術(shù)的關(guān)鍵技術(shù)之一，高速/超高速磨削砂輪基體應(yīng)具有高動(dòng)平衡精度、機(jī)械強(qiáng)度、高剛度和良好的導(dǎo)熱性等特點(diǎn)。傳統(tǒng)材料(合金鋼或鋁合金)基體目前的最高工作速度為160m/s，但是對(duì)于更高的磨削速度，目前的基體材料已經(jīng)不能滿足使用要求。碳纖維復(fù)合材料與合金鋼、鋁合金相比，具有比強(qiáng)度高、比模量高、減振性好和耐化學(xué)腐蝕等優(yōu)點(diǎn)，是一種理想的高速砂輪基體材料，能夠滿足超高速磨削技術(shù)對(duì)砂輪基體材料的要求。

真空灌注工藝是復(fù)合材料最主要的成型工藝，其具有成型速度快、污染低、低成本和適用于制備大型部件等優(yōu)點(diǎn)，近幾年已被廣泛研究和應(yīng)用。真空灌注成型工藝是在真空狀態(tài)下排除纖維增強(qiáng)體中的氣體，通過(guò)樹(shù)脂的流動(dòng)、滲透，實(shí)現(xiàn)對(duì)纖維及其織物的浸漬，并在一定的加熱條件下進(jìn)行固化，形成一定纖維含量的復(fù)合材料的工藝方法。

申請(qǐng)公布號(hào)為cn103182784a的專(zhuān)利公開(kāi)了一種碳纖維復(fù)合材料結(jié)構(gòu)件真空灌注成型方法，其是在灌注模具(底板)的表面依次鋪設(shè)底部導(dǎo)流網(wǎng)、下脫模布、纖維增強(qiáng)體、上脫模布、單向透氣膜(內(nèi)膜)、頂部導(dǎo)流網(wǎng)及真空袋膜(外膜)，頂部導(dǎo)流網(wǎng)包括橫向?qū)Я鞫渭芭c橫向?qū)Я鞫芜B接的縱向?qū)Я鞫?；抽真空口與頂部導(dǎo)流網(wǎng)相連通，以將抽真空時(shí)的真空負(fù)壓沿橫向和縱向均勻分布在單向透氣膜上。該真空灌注成型裝置，需要另行設(shè)置縱向?qū)Я鞫我詫?shí)現(xiàn)沿橫向的抽真空作用，結(jié)構(gòu)設(shè)置復(fù)雜。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種高速超高速砂輪基體用真空灌注成型裝置，從而解決現(xiàn)有真空灌注成型裝置結(jié)構(gòu)設(shè)置復(fù)雜問(wèn)題。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的高速超高速砂輪基體用真空灌注成型裝置所采用的技術(shù)方案是：

高速超高速砂輪基體用真空灌注成型裝置，包括底板，設(shè)于底板上的用于樹(shù)脂在橫縱向?qū)Я鞯南聦?dǎo)流結(jié)構(gòu)，以及底板上內(nèi)外設(shè)置的內(nèi)膜、外膜，所述內(nèi)膜連接有樹(shù)脂注入管道，內(nèi)膜、外膜的頂部之間設(shè)有用于真空在橫縱向?qū)Я鞯纳蠈?dǎo)流結(jié)構(gòu)，外膜的頂部設(shè)有與上導(dǎo)流結(jié)構(gòu)連通的頂面抽真空口，外膜的與樹(shù)脂注入管道相對(duì)一側(cè)的側(cè)面上設(shè)有至少一個(gè)側(cè)面抽真空口，在抽真空時(shí)位于側(cè)面抽真空口一側(cè)的內(nèi)膜、外膜的側(cè)壁相互貼合，以隔開(kāi)頂面抽真空口和側(cè)面抽真空口。

本發(fā)明提供的高速超高速砂輪基體用真空灌注成型裝置，不需要設(shè)置側(cè)部導(dǎo)流網(wǎng)，而是分別設(shè)置側(cè)面抽真空口和頂面抽真空口，將氣體沿橫向和縱向方向抽出，結(jié)構(gòu)設(shè)置簡(jiǎn)單，也避免了內(nèi)部氣體沿斜向上方向從側(cè)部導(dǎo)流網(wǎng)抽出，降低了抽真空設(shè)備的損耗。

優(yōu)選的，所述上導(dǎo)流結(jié)構(gòu)包括設(shè)置有抽真空口的接頭板，接頭板的一側(cè)板面上設(shè)置有與所述抽真空口相連通的板面抽吸口，接頭板的各側(cè)面上設(shè)置有與所述抽真空口相連通的側(cè)面抽吸口。

板面抽吸口、側(cè)面抽吸口通過(guò)設(shè)置于接頭板上的同一連通腔與所述抽真空口相連通。

接頭板包括間隔平行設(shè)置的第一板體和第二板體以及至少兩個(gè)沿周向分布于第一板體、第二板體邊緣之間的支撐，第一板體、第二板體之間的間隙形成所述連通腔，抽真空口設(shè)置于第一板體上，板面抽吸口設(shè)置于第二板體上，相鄰支撐及相鄰支撐之間的第一板體、第二板體圍成所述側(cè)面抽吸口。優(yōu)選的，所述制成為墊塊。采用該種形式的上導(dǎo)流結(jié)構(gòu)，更換便捷，重復(fù)利用性好。

上導(dǎo)流結(jié)構(gòu)與內(nèi)膜之間還設(shè)有無(wú)紡絲綿布層。通過(guò)在上導(dǎo)流結(jié)構(gòu)下方鋪設(shè)無(wú)紡絲綿布，可使上導(dǎo)流結(jié)構(gòu)在使用后不用清理，重復(fù)使用性較好。

所述下導(dǎo)流結(jié)構(gòu)為導(dǎo)流網(wǎng)。優(yōu)選的，下導(dǎo)流結(jié)構(gòu)與內(nèi)膜之間設(shè)有上下設(shè)置的用于包圍纖維預(yù)成型體的上脫模布層、下脫模布層。

所述側(cè)面抽真空口有至少兩個(gè)，各側(cè)面抽真空口沿外膜的寬度方向均勻設(shè)置。

本發(fā)明的真空灌注成型裝置，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，主要部件免于清理，重復(fù)利用性好；通過(guò)對(duì)抽真空條件的優(yōu)化，可最大程度減少制品中氣泡，使膠液在橫向和縱向上均勻滲透，增加碳纖維復(fù)合材料的密度均勻性，可用于高速超高速磨削砂輪基體的制作。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明的高速超高速砂輪基體用真空灌注成型裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為圖1的俯視圖；

圖3為圖1中上導(dǎo)流結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為圖3的左視圖；

圖5為圖3的右視圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式作進(jìn)一步說(shuō)明。本發(fā)明中，超高速磨削是指磨削速度大于150m/s，高速磨削是指磨削速度大于45m/s，不大于150m/s。

本發(fā)明的高速超高速砂輪基體用真空灌注成型裝置的具體實(shí)施例，如圖1至圖5所示，包括底板1，及依次鋪設(shè)在底板1上的導(dǎo)流網(wǎng)2、下脫模布3、碳纖維編織物4、上脫模布5、單向透氣膜6、無(wú)紡絲綿布7、上導(dǎo)流結(jié)構(gòu)8及真空袋膜9，單向透氣膜的邊緣通過(guò)密封膠帶粘結(jié)在底板1上，形成包圍內(nèi)部上脫模布、碳纖維編制物、下脫模布和導(dǎo)流網(wǎng)的密封空間，真空袋膜的邊緣通過(guò)密封膠帶粘結(jié)在底板1上，形成內(nèi)部密封；上導(dǎo)流結(jié)構(gòu)包括接頭板，接頭板包括間隔平行設(shè)置的第一板體10、第二板體11及四塊沿周向分布于第一板體10、第二板體11之間的墊鐵12，抽真空口14設(shè)置于第一板體10，多個(gè)板面抽吸口110設(shè)置于第二板體11上，墊鐵之間形成供橫向氣流通過(guò)的側(cè)面抽吸口，第一板體、第二板體之間的間隙形成供抽真空口與板面抽吸口和側(cè)面抽吸口相連通的連通腔；真空袋膜9的頂部中心設(shè)有與上導(dǎo)流結(jié)構(gòu)的抽真空口14相連通的頂面抽真空口15，真空袋膜9的一側(cè)面與底板接觸的位置設(shè)有樹(shù)脂注入口16，用于連接注膠管，注膠管穿過(guò)真空袋膜及單向透氣膜，其出口靠近導(dǎo)流網(wǎng)(圖中未示出)；真空袋膜9上位于與樹(shù)脂注入口相對(duì)的側(cè)面上還設(shè)有沿纖維編織物的寬度方向間隔設(shè)置的兩個(gè)側(cè)面抽真空口17。

上述真空灌注成型裝置在工作時(shí)，膠液由樹(shù)脂注入口流向?qū)Я骶W(wǎng)，在橫向抽真空和縱向抽真空作用下，膠液沿橫向和縱向?qū)w維編織物進(jìn)行浸漬，利用單向透氣膜只透氣不透樹(shù)脂的特性，可將內(nèi)部氣體抽出，促進(jìn)浸漬過(guò)程的進(jìn)行；本發(fā)明的真空灌注成型裝置利用上導(dǎo)流結(jié)構(gòu)增加了負(fù)壓層厚度和透氣空間，使沿多元平板的截面方向抽氣均勻，促進(jìn)灌注過(guò)程膠液流動(dòng)均勻，最大程度排除制品內(nèi)的氣泡，提高碳纖維制品的密度均勻性。

以對(duì)長(zhǎng)700mm、寬700mm、厚度70mm的碳纖維復(fù)合材料真空灌注成型為例，選擇多軸向碳纖維編織物作為復(fù)合材料的增強(qiáng)體，選擇低粘度環(huán)氧樹(shù)脂浸潤(rùn)碳纖維編織物，纖維體積分?jǐn)?shù)為65％；真空灌注成型裝置通過(guò)以下步驟進(jìn)行制作：

1)清理剛性底板。該底板材料可為不銹鋼或玻璃，厚度為15～20mm，表面粗糙度ra為0.8，在鋼板上傾倒適量酒精，用刀片刮鋼板上表面，然后用棉布將鋼板表面的酒精擦拭干凈；

2)用無(wú)紡絲棉布將脫模劑均勻的涂在底板表面，在涂抹脫膜劑的底板表面依次鋪放2層導(dǎo)流網(wǎng)(2層導(dǎo)流網(wǎng)更便于樹(shù)脂的浸潤(rùn)，導(dǎo)流網(wǎng)的長(zhǎng)寬與纖維編織物的長(zhǎng)寬相同)和下脫模布(下脫模布的長(zhǎng)寬比導(dǎo)流網(wǎng)大10～20mm)，用雙面壓敏膠帶將脫膜布與底板粘結(jié)在一起(只粘樹(shù)脂注入口和側(cè)面抽真空口端)；

3)在下脫模布上鋪放纖維增強(qiáng)體，碳纖維增強(qiáng)體對(duì)稱(chēng)鋪放，鋪放時(shí)保證纖維排放整齊，剪去編織物邊上脫落的纖維；

4)布置樹(shù)脂注入口。依照纖維編織物的長(zhǎng)或?qū)捜∠嗟乳L(zhǎng)度的纏繞管，將其分為3段，分別插在三通氣孔快速接頭對(duì)通的兩端，放置在粘接脫模布的雙面壓敏膠帶的上表面，盡可能的靠近鋪放的纖維編織物；

5)在纖維編織物上鋪放上脫模布，上脫模布的大小應(yīng)將纖維編織物全部蓋住；

6)在距離下脫模布的外周20～30mm的位置粘密封膠帶，按照密封膠帶的位置向外推移50～60mm裁剪單向透氣膜，將裁剪好的單向透氣膜鋪設(shè)在上脫模布上，邊緣在密封膠帶處壓緊密封，在粘接單向透氣膜時(shí)，預(yù)留樹(shù)脂注入管道；

7)在單向透氣膜上鋪3層無(wú)妨絲綿布，將上導(dǎo)流結(jié)構(gòu)放在無(wú)妨絲綿布上，頂面抽真空口的氣孔接頭布置在上導(dǎo)流結(jié)構(gòu)的中央，側(cè)面抽真空口與樹(shù)脂注入口相對(duì)設(shè)置，將側(cè)面抽真空口用雙面膠帶粘在靠近單向透氣膜的位置；

8)在距離單向透氣膜的邊緣10～20mm的位置粘密封膠帶，按照密封膠帶的位置向外推移50～60mm裁剪真空袋膜，將裁剪好的真空袋膜粘在密封膠帶處與底板壓緊密封，即得上述真空灌裝成型裝置。

在本發(fā)明的高速超高速砂輪基體用真空灌注成型裝置的其他實(shí)施例中，上導(dǎo)流結(jié)構(gòu)可以使用導(dǎo)流網(wǎng)替代；上導(dǎo)流結(jié)構(gòu)的第一板體、第二板體、墊鐵可以為一體結(jié)構(gòu)，板面通道、側(cè)面通道可以為不同內(nèi)腔，抽真空口與相應(yīng)內(nèi)腔連通即可；可不設(shè)置無(wú)妨絲綿布層；可依據(jù)碳纖維編織物的長(zhǎng)或?qū)挼某叽鐏?lái)確定注膠口和側(cè)面抽真空口的位置和數(shù)量。

本發(fā)明的真空灌注成型裝置在應(yīng)用于超高速砂輪基體用碳纖維復(fù)合材料的制作時(shí)，可采用以下步驟：

1)將上述實(shí)施例的真空灌注成型裝置放置在加熱平臺(tái)上，啟動(dòng)加熱系統(tǒng)，溫度設(shè)為50℃，加熱0.5h后關(guān)閉加熱系統(tǒng)；用密封膠帶粘住樹(shù)脂注入管口，對(duì)真空灌注成型裝置進(jìn)行抽真空，抽真空時(shí)間為2.5～3h，確保真空袋膜中的真空度以使纖維編織物被壓密實(shí)；

2)用精度為0.01g的電子秤稱(chēng)量樹(shù)脂和固化劑，用液體攪拌器攪拌混合液體30min，攪勻后抽出混合液體中的氣泡，抽氣時(shí)間為20～30min；觀察膠液內(nèi)是否還有氣泡，如果仍有氣泡應(yīng)延長(zhǎng)抽氣泡的時(shí)間；抽氣后灌注樹(shù)脂，灌注時(shí)樹(shù)脂溫度保持在25～45℃，模具溫度保持在40～50℃，灌注時(shí)間保持在90～120min；

3)灌注完畢后不需要密封樹(shù)脂注入口，打開(kāi)加熱系統(tǒng)，在50℃下保溫10h進(jìn)行預(yù)固化；

4)預(yù)固化后卸模，取出制品，清理制品表面和模具；將預(yù)固化料放置在烘箱中，在80℃下保溫10h或在100℃下保溫8h，即完成碳纖維復(fù)合材料制備。

上述步驟中，灌注樹(shù)脂溫度、模具溫度以及灌注時(shí)間與樹(shù)脂特性有關(guān)，可根據(jù)樹(shù)脂粘度-時(shí)間曲線和粘度-溫度曲線確定；后固化溫度與樹(shù)脂的固化溫度保持一致即可。

上述實(shí)施例制得的碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的力學(xué)性能檢測(cè)數(shù)據(jù)顯示其拉伸強(qiáng)度為400mpa，拉伸彈性模量為35gpa，彎曲強(qiáng)度為700mpa，彎曲彈性模量為45gpa，通過(guò)動(dòng)平衡試驗(yàn)和回轉(zhuǎn)強(qiáng)度試驗(yàn)，碳纖維復(fù)合材料滿足高速超高速砂輪對(duì)基體的要求，且動(dòng)平衡檢驗(yàn)顯示碳纖維復(fù)合材料砂輪基體動(dòng)不平衡量小于鋼基體，說(shuō)明該真空灌注成型裝置制作的碳纖維復(fù)合材料的密度均勻性較好，適于制作碳纖維復(fù)合材料超高速砂輪基體。