本发明涉及的是一种复合材料处理领域的技术，具体是一种金属与复合材料飞轮的共固化成型的制备工艺。
背景技术：
近年来，国外对卫星飞轮的研究主要集中在飞轮储能与姿控功能的集成方面，成功开发出了多种储能、姿控一体化飞轮；利用复合材料具有较大拉伸强度的特点，将cfrp材料通过缠绕法制成轮缘，大大提高了轮体的极限转速，使得飞轮的储能密度大为提高；同时，由于实现储能、姿控一体化，节约了大量星体空间和质量。
现有的复合材料和金属组合结构的飞轮中的复合材料作为轮辐起减重作用，外侧金属轮缘为机装可更换式。但由于不锈钢轮缘与碳纤维复合材料轮辐之间采用螺钉连接，连接可靠性差，动平衡性不足，特别是在高低温循环试验之后动平衡出现较大偏离。
现有的铝合金轮毂+碳纤维复合材料轮辐+不锈钢轮缘的改进结构中采用金属-复合材料全包式构型。虽然其轮缘与轮辐采用热紧配－胶接的混合连接模式，没有任何连接螺钉。但金属-复合材料胶接质量较差，肉眼可见的结构和表面质量不高，高低温试验之后动平衡发生了一定程度的漂移。
技术实现要素：
本发明针对现有技术存在的上述不足，提出一种金属与复合材料飞轮的共固化成型的制备工艺，能够满足飞轮对转动惯量误差、动平衡质量及高速旋转稳定性的要求。
本发明是通过以下技术方案实现的：
本发明通过将金属与复合材料共固化飞轮划分为五个区域并在成型模具相应区域分别根据各自铺层方式进行单向预浸料铺层且将环形预制体包裹，铺层完成后与金属轮缘扣合并经固化成型得到金属与复合材料飞轮。
所述的成型模具是指金属-复合材料共固化飞轮成型模具方案，具体采用硅胶软模辅助+金属组合模具的结构形式，其中的金属模具包含：作为阴模的上瓣成型模具、作为阳模的下瓣成型模具。
所述的成型模具优选采用45号钢制成。
所述的五个区域是指：飞轮辐条泡沫区域、飞轮轮毂区域、飞轮辐条下蒙皮区域、飞轮辐条上蒙皮区域和飞轮轮缘区域。
所述的飞轮辐条泡沫区域、飞轮轮毂区域、飞轮辐条下蒙皮区域和飞轮轮缘区域采用各自对应的铺层方式进行单向预浸料铺层，不同区域之间需要进行交叉铺层以保证连接刚度与强度。
所述的飞轮辐条上蒙皮区域采用预制体单向预浸料包裹，当铺至接近泡沫的时候，贴近泡沫的层采用±45°铺层，然后将泡沫填入飞轮辐条泡沫区域中，然后再对飞轮辐条上蒙皮区域进行单向预浸料的铺覆，铺层延续至飞轮轮缘区域上。
所述的硅橡胶模，根据设计飞轮的数模要求选用r10301硅橡胶制备得到。
所述的硅橡胶模，通过以下方式制备得到：首先将硅胶和固化剂组分混合后，室温下固化24h；固化完成后将硅橡胶模坯放入烘箱中进行热处理，热处理温度为150℃，保温6h。要求制完成的硅橡胶模的邵氏硬度为30～40，线膨胀系数为2.5～2.8×10-4/k。
所述的轮毂预制体，通过以下方式制备得到：预先制备轮毂处环形预制体，铺层厚度20mm，铺制完成后包覆吸胶并预压实，然后对预制体表面进行清理、修边，并测量厚度，对局部厚度偏差较大的区域进行修补得到。
所述的固化成型是指：通过压力罐施加0.2mpa压力，温度保持在160℃，保温4小时。
所述的复合材料为m40jb/602热熔法预浸料。
本发明涉及一种通过上述方法制备得到的金属与复合材料飞轮，为金属与复合材料为整体共固化一体成型，可避免飞轮的动平衡漂移，成型面精度高，主要指标飞轮动不平衡质量＜1gcm2；轮体转动惯量0.078±0.0015kg·m2；转速在±1500r/min范围内不发生颤振和失效。
技术效果
与现有技术相比，本发明采用组合模具设计方案，并利用内腔软模辅助加压，从而提高飞轮复合材料相关型面的成型精度，避免后续对飞轮复合材料部分的机加工步骤；另外飞轮采用整体共固化一体成型，采用内腔软模辅助加压，在高温的状态下使复合材料与金属一体成型，可以保证粘接面的性能，可避免飞轮的动平衡漂移。同时本发明可使复合材料固化完全，保证在真空条件下无挥发物，满足其适应太空工作环境要求。
附图说明
图1为本发明金属-复合材料共固化飞轮结构示意图；
图中：101复合材料辐条、102金属轮毂、103金属轮缘；
图2a和图2b为本发明复合材料铺层示意图；
图中：201飞轮辐条泡沫区域、202飞轮轮毂区域、203飞轮辐条下蒙皮区域、204飞轮辐条上蒙皮区域、205飞轮轮缘区域；
图3a为辐条铺层方式，图3b为蒙皮和轮辐接触处铺层方式，图3c为轮辐与轮缘接触面处铺层方式示意图。
具体实施方式
本实施例包括以下步骤：
步骤1)原材料采用m40jb/602热熔法预浸料，单层厚度0.1mm。按铺层设计进行下料排版，排版要求尺寸准确，保证预浸料具有较高的利用率。
步骤2)硅橡胶选用r10301硅橡胶。硅橡胶软膜制备过程中，首先将硅橡胶a、b组分混合后，室温下固化24h；固化完成后将硅橡胶模坯放入烘箱中进行热处理，热处理温度为150℃，保温6h。要求制完成的硅橡胶模的邵氏硬度为30～40，线膨胀系数为2.5～2.8×10-4/k。
步骤3)预先制备轮毂处环形预制体，铺层厚度20mm，铺制完成后包覆吸胶并预压实。而后，对预制体表面进行清理、修边，并测量厚度，对局部厚度偏差较大的区域进行修补，完成后将预制体放置待用。
步骤4)如图3a～图3c所示，首先在成型阳模上对飞轮辐条泡沫区域201、飞轮轮毂区域202、飞轮辐条下蒙皮区域203、飞轮轮缘区域205根据各自铺层方式进行单向预浸料铺层，不同区域之间需要进行交叉铺层以保证连接刚度与强度，轮毂区域需要将预制体用单向预浸料包裹；当铺至接近泡沫的时候，贴近泡沫的层采用±45°铺层，然后将泡沫填入模具的飞轮辐条泡沫区域201中。之后对飞轮辐条上蒙皮区域204、进行单向预浸料的铺覆，铺层延续至飞轮轮缘区域205上。
步骤5)将机加工完成的金属轮缘扣在下瓣成型模具上，保证金属轮缘与轮缘内侧的复合材料接触面有一定的压力以使金属和复合材料充分接触，排出气泡。而后，扣上阴模，完成模具工装。
步骤6)将共固化飞轮整体置于压力罐中，施加0.2mpa压力，温度保持在160℃，保温4小时。
步骤7)产品脱模后，打磨产品边缘飞边，测量产品基本尺寸，送探伤。
本实施例通过上述方法制备得到的产品的实验参数、技术指标、功能效果为：飞轮动不平衡质量＜1gcm2；轮体转动惯量0.078±0.0015kg·m2；转速在±1500r/min范围内不发生颤振和失效。轮体的一阶固有频率不小于180hz。金属与复合材料为整体共固化一体成型，可避免飞轮的动平衡漂移，成型面精度高。
上述具体实施可由本领域技术人员在不背离本发明原理和宗旨的前提下以不同的方式对其进行局部调整，本发明的保护范围以权利要求书为准且不由上述具体实施所限，在其范围内的各个实现方案均受本发明之约束。