本發(fā)明涉及一種復(fù)合材料成型技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種用于制備碳纖維增強(qiáng)褶皺夾芯圓柱殼的組合模具。

背景技術(shù)：

夾層結(jié)構(gòu)應(yīng)用于飛機(jī)機(jī)身承力筒、整流罩、發(fā)動機(jī)外殼、級間段等航空航天結(jié)構(gòu)時，都需要將其制備成曲面或者圓柱殼結(jié)構(gòu)。目前，應(yīng)用于大型航天結(jié)構(gòu)的圓柱殼主要是加筋圓柱殼、蜂窩夾芯圓柱殼等。但其存在著不可避免的缺點：(1)復(fù)合材料加筋圓柱殼的成型工藝主要是纖維纏繞法，制備工藝復(fù)雜，成型質(zhì)量不可控，工藝成本較高；(2)封閉的內(nèi)部結(jié)構(gòu)容易積聚冷凝水，且不利于熱量的傳輸，將導(dǎo)致結(jié)構(gòu)過早破壞降低其使用壽命。褶皺夾芯結(jié)構(gòu)因其優(yōu)異的力學(xué)性能、開放的內(nèi)部通道以及簡單的制備工藝，近年來得到了科學(xué)家們的廣泛研究。由于褶皺芯子相對復(fù)雜的幾何構(gòu)型，目前關(guān)于其制備工藝研究主要集中于平板結(jié)構(gòu)，褶皺夾芯圓柱殼結(jié)構(gòu)的制備鮮有研究。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明為解決目前尚未有制備褶皺夾芯圓柱殼工藝的問題，而提出一種用于制備碳纖維增強(qiáng)褶皺夾芯圓柱殼的組合模具。

本發(fā)明的一種用于制備碳纖維增強(qiáng)褶皺夾芯圓柱殼的組合模具，所述組合模具包括芯子成型模具、面板成型模具和固化模具；

芯子成型模具包括陽模和五個陰模，所述陽模為四分之一圓環(huán)，陽模的內(nèi)壁設(shè)置有多個相等的四邊形單元，多個四邊形單元陣列布置，多個四邊形單元沿陽模的軸向方向設(shè)置五個，多個四邊形單元沿陽模的環(huán)向方向設(shè)置三個，每個陰模的軸向方向設(shè)置一個四邊形單元，每個陰模的環(huán)向方向設(shè)置三個四邊形單元，五個陰模并排設(shè)置且陰模上的四邊形單元與陽模上的四邊形單元完全咬合；

面板成型模具包括內(nèi)模、中模和底座，所述內(nèi)模為半圓柱體，所述中模為二分之一圓環(huán)，所述底座的上端設(shè)有凹弧，中模和內(nèi)模由內(nèi)至外依次設(shè)置在凹弧中；

固化模具包括內(nèi)支撐和外支撐，所述內(nèi)支撐包括中空圓筒和定位圓盤，定位圓盤設(shè)置在中空圓筒的任意端面，所述外支撐為兩個相同的半圓環(huán)扣合而成，每個半圓環(huán)的環(huán)向圓心角為170°，外支撐的半徑與凹弧的半徑相同；

芯子成型模具、面板成型模具和固化模具依次順序設(shè)置。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下有益效果：

一、本發(fā)明的制備碳纖維增強(qiáng)褶皺夾芯圓柱殼的組合模具，與現(xiàn)有的復(fù)合材料加筋圓柱殼、蜂窩夾芯圓柱殼等結(jié)構(gòu)的成型工藝相比，成型工藝簡單、精度高、質(zhì)量可控，大大提高了生產(chǎn)效率，有利于實現(xiàn)碳纖維增強(qiáng)褶皺夾芯圓柱殼結(jié)構(gòu)的大批量工業(yè)化生產(chǎn)。

二、本發(fā)明的碳纖維增強(qiáng)褶皺圓柱芯子為折線形，與波紋夾芯結(jié)構(gòu)相比，褶皺芯子對內(nèi)面板和外面板約束能力要比波紋芯子強(qiáng)。因此，褶皺結(jié)構(gòu)在彎曲載荷作用下抵抗面板起皺的能力更強(qiáng)。

三、利用本發(fā)明制備的碳纖維增強(qiáng)褶皺夾芯圓柱殼的芯層沿著軸線方向為開放通道，流體可以通過夾芯殼的芯層，即冷凝水或者熱量可以及時地從芯層流出，保證了碳纖維增強(qiáng)褶皺夾芯圓柱殼的力學(xué)性能和使用壽命。

附圖說明

圖1是組合模具中芯子成型模具1的立體圖(圖中只標(biāo)出了一個陰模1-2；

圖2是陽模1-1的立體圖；

圖3是陰模1-2的立體圖；

圖4是組合模具中面板成型模具2的立體圖；

圖5是內(nèi)模2-1的立體圖；

圖6是中模2-2和放置座2的俯視圖；

圖7是底座2-3的立體圖；

圖8是組合模具中固化模具3的立體圖；

圖9是中空圓筒3-1-1的立體圖；

圖10是外支撐3-2的立體圖；

圖11是具體實施方式七中步驟g中兩個內(nèi)面板扣合設(shè)置組成內(nèi)圓筒6的立體圖；

圖12是具體實施方式七中步驟i中兩個外面板扣合設(shè)置組成外圓筒8的立體圖；

圖13是具體實施方式七中步驟h中四個四分之一圓弧狀褶皺增強(qiáng)碳纖維組裝成褶皺增強(qiáng)碳纖維圓筒7的立體圖；

圖14是具體實施方式七中步驟k中得到的碳纖維增強(qiáng)褶皺夾芯圓柱殼9的立體圖。

具體實施方式

具體實施方式一：結(jié)合圖1～圖10說明本實施方式，本實施方式為制備碳纖維增強(qiáng)褶皺夾芯圓柱殼的組合模具，該組合模具包括芯子成型模具1、面板成型模具2和固化模具3；

芯子成型模具1包括陽模1-1和五個陰模1-2，所述陽模1-1為四分之一圓環(huán)，陽模1-1的內(nèi)壁設(shè)置有多個相等的四邊形單元1-3，多個四邊形單元1-3陣列布置，多個四邊形單元1-3沿陽模1-1的軸向方向設(shè)置五個，多個四邊形單元1-3沿陽模1-1的環(huán)向方向設(shè)置三個，每個陰模1-2的軸向方向設(shè)置一個四邊形單元1-3，每個陰模1-2的環(huán)向方向設(shè)置三個四邊形單元1-3，五個陰模1-2并排設(shè)置且陰模1-2上的四邊形單元1-3與陽模1-1上的四邊形單元1-3完全咬合；

面板成型模具2包括內(nèi)模2-1、中模2-2和底座2-3，所述內(nèi)模2-1為半圓柱體，所述中模2-2為二分之一圓環(huán)，所述底座2-3的上端設(shè)有凹弧2-3-1，中模2-2和內(nèi)模2-1由內(nèi)至外依次設(shè)置在凹弧2-3-1中；

固化模具3包括內(nèi)支撐3-1和外支撐3-2，所述內(nèi)支撐3-1包括中空圓筒3-1-1和定位圓盤3-1-2，定位圓盤3-1-2設(shè)置在中空圓筒3-1-1的任意端面，且定位圓盤3-1-2與中空圓筒3-1-1通過連接元件相互連接，所述外支撐3-2為兩個相同的半圓環(huán)扣合而成，且兩個半圓環(huán)通過連接元件相互連接，每個半圓環(huán)的環(huán)向圓心角為170°，外支撐3-2的半徑與凹弧2-3-1的半徑相同；

芯子成型模具1、面板成型模具2和固化模具3依次順序設(shè)置。

具體實施方式二：結(jié)合圖2和圖5說明本實施方式，本實施方式為內(nèi)模2-1的半徑與陽模1-1的內(nèi)壁半徑相同。其它組成及連接關(guān)系與具體實施方式一相同。

具體實施方式三：結(jié)合圖4說明本實施方式，本實施方式為中模2-2的內(nèi)壁半徑為內(nèi)模2-1的半徑加內(nèi)面板預(yù)浸料4的厚度，中模2-2的外壁半徑與陽模1-1的外壁半徑相同。其它組成及連接關(guān)系與具體實施方式二相同。

具體實施方式四：結(jié)合圖4和圖7說明本實施方式，本實施方式為凹弧2-3-1的半徑為中模2-2的外壁半徑加外面板預(yù)浸料5的厚度。其它組成及連接關(guān)系與具體實施方式三相同。

具體實施方式五：結(jié)合圖5和圖9說明本實施方式，本實施方式為中空圓筒3-1-1的外壁半徑與內(nèi)模2-1的半徑相同。其它組成及連接關(guān)系與具體實施方式四相同。

具體實施方式六：結(jié)合圖9說明本實施方式，本實施方式為中空圓筒3-1-1從截面看被分割為三部分，分別為第一部分3-1-1-1、第二部分3-1-1-2和第三部分3-1-1-3。這樣設(shè)計以方便脫模。其它組成及連接關(guān)系與具體實施方式五相同。

利用本發(fā)明的組合模具制備碳纖維增強(qiáng)褶皺夾芯圓柱殼的方法，該方法是通過以下步驟實現(xiàn)：

一、碳纖維增強(qiáng)褶皺圓柱芯子的制備：

步驟a、清洗芯子成型模具1：采用洗模劑清洗芯子成型模具1的內(nèi)外表面，涂上脫模劑置于通風(fēng)處晾干；

步驟b、折疊碳纖維預(yù)浸料：將鋪層好的碳纖維預(yù)浸料和芯子成型模具1置于30℃的加熱臺，待碳纖維預(yù)浸料軟化后將其置于陽模1-1表面，對陰模1-2施加壓力，壓力范圍為0.5mpa～1mpa，直至陰模1-2全部壓入陽模1-1形成的空間內(nèi)，至此完成碳纖維預(yù)浸料壓成所需的褶皺圓弧狀；

步驟c、固化碳纖維預(yù)浸料：將步驟b得到的圓弧狀褶皺纖維預(yù)浸料及芯子成型模具1一起封裝于真空袋內(nèi)，置于熱壓罐中固化，固化溫度范圍為100℃～200℃，固化壓力為0.5mpa～2mpa，固化時間為1小時～3小時，至此完成圓弧狀碳纖維增強(qiáng)褶皺芯子的制備；

重復(fù)步驟a、b、c三次，得到四個完全相同的圓弧狀褶皺增強(qiáng)碳纖維。

二、碳纖維增強(qiáng)褶皺夾芯圓柱殼面板的制備：

步驟d、清洗模具：采用洗模劑清洗面板成型模具2的內(nèi)外表面，涂上脫模劑置于通風(fēng)處晾干；

步驟e、鋪設(shè)碳纖維預(yù)浸料：將鋪層好的半圓弧內(nèi)面板預(yù)浸料4置于面板成型模具2中的內(nèi)模2-1與中模2-2之間，將鋪層好的半圓弧外面板預(yù)浸料5置于面板成型模具2中的底座2-3與中模2-2之間，對內(nèi)模2-1施加壓力，壓力范圍為0.5mpa～1mpa，直至內(nèi)面板預(yù)浸料4和外面板預(yù)浸料5厚度達(dá)圖紙要求，即h值，至此完成內(nèi)面板預(yù)浸料4和外面板預(yù)浸料5的制備；

步驟f、固化內(nèi)面板預(yù)浸料4和外面板預(yù)浸料5：將步驟e得到的內(nèi)面板預(yù)浸料4和外面板預(yù)浸料5封裝于真空袋內(nèi)，置于熱壓罐中固化，固化溫度范圍為100℃～200℃，固化壓力為0.5mpa～2mpa，固化時間為1小時～3小時，固化后得到內(nèi)面板和外面板；

重復(fù)步驟d、e、f一次，得到兩個完全相同的內(nèi)面板和外面板；

三、碳纖維增強(qiáng)褶皺夾芯圓柱殼的組裝、膠結(jié)和二次固化：

步驟g、將步驟二得到的兩個內(nèi)面板扣合設(shè)置組成內(nèi)圓筒6(見圖11)，將內(nèi)圓筒6貼合在內(nèi)支撐3-1的外表面上，并在內(nèi)圓筒6的外表面上貼一層膠膜；

步驟h、將步驟一中的四個四分之一圓弧狀褶皺增強(qiáng)碳纖維依次粘接在內(nèi)圓筒6的外表面上，四個四分之一圓弧狀碳纖維增強(qiáng)褶皺芯子組裝成一個完整的碳纖維增強(qiáng)褶皺芯子圓筒7，見圖13；

步驟i、將步驟二得到的兩個外面板扣合設(shè)置組成外圓筒8(見圖12)，將外圓筒8的內(nèi)表面貼一層膠膜，并將外圓筒8粘接在碳纖維增強(qiáng)褶皺芯子圓筒7的外表面上；

步驟j、將外支撐3-2的兩個半圓環(huán)貼合在外圓筒8的外表面上，通過連接元件將兩個半圓環(huán)固定連接；

步驟k、將裝有內(nèi)圓筒6、碳纖維增強(qiáng)褶皺芯子圓筒7和外圓筒8的固化模具3置于120℃～150℃的烘箱中加熱固化2小時～3小時，冷卻后拆模，即可得到碳纖維增強(qiáng)褶皺夾芯圓柱殼9。