一种耐热头锥的制备方法与流程

本发明属于航空技术领域，特别涉及一种耐热头锥的制备方法。

背景技术

复合材料因其优异的材料性能和工艺特性，在国内外军用方面：飞机机翼、机身、中央翼盒等主承力结构、运载火箭上面级、卫星承力筒、卫星电池阵、导弹壳体等航天结构件；民用方面：火车外壳、混凝土泵车臂架、桥梁建设、建筑补强等均已得到广泛应用。随着近年来我国在军事领域的快速发展，复合材料在军用领域的应用得到快速发展，应用越来越广泛。但在民用高端领域的应用差距仍较大。

耐热头锥作为高速飞机机头整流罩，保证了飞机外形的连续、减小阻力、消除正激波等空气动力学的原因。目前的飞机头锥只能承受100℃左右的温度，当飞机达到更高的飞行速度时，由于头锥与空气剧烈摩擦，使头锥表面温度达到500℃，这时头锥无法承受这么高的表面温度，此时头锥内部的组件容易受损；另外，制备头锥的成本高。

技术实现要素：

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的在于克服上述现有技术中的不足之处，提供一种耐热头锥的制备方法，本发明制备成本低，制备出来的头锥耐高温，质量轻，抗疲劳，性能稳定性好，满足更高飞行速度的要求。

本发明的目的是这样实现的：一种耐热头锥的制备方法，包括以下步骤，

（1）纤维织物下料：使用三维软件绘制每一层纤维织物的外形，并导入到自动下料机的操作系统中，纤维织物放到自动下料机托架上，按照欧程序裁剪每块料片，并用标签纸标识编号；

（2）模具的准备：拆解模具，清理每块部件表面的残留物，清理完残留物后使用干净的布带浸渍丙酮对模具部件进行擦拭，清洗掉残渣及污物，之后用干净的布带浸渍脱模剂擦拭模具内腔，脱模剂晾干后再次擦拭脱模剂，重复擦拭脱模剂5遍，每两遍之间间隔15分钟后再擦拭，擦完最后一遍脱模剂后，将铝制模芯安装在模具底板上，使用螺栓固定；

（3）纤维织物的铺贴：根据碳纤维织物重量计算树脂的用量，并称取备用；将裁剪好的碳纤维织物平铺放置在干净光洁的平台上，使用毛刷将聚酰亚胺树脂涂刷在碳纤维织物表面并浸透，涂刷完成后将碳纤维织物推入干燥箱，升温至80℃，干燥1h，完成后取出备用；在芯模表面刷一层树脂，根据铺层顺序将纤维织物逐层铺贴在芯模表面；

（4）抽真空：糊制真空袋包裹住已经铺贴结束的芯模，在常温下将真空袋抽真空，利用真空的压力将各层纤维织物压实；

（5）合模：纤维织物被压实后，取下真空袋，将两个阴模分别对应合在芯模两侧，并将阴模锁紧在底座上，利用阴模压紧纤维织物；

（6）固化：将模具平躺放置送入烘箱内，按照固化工艺进行固化；

（7）脱模：固化结束后，关闭烘箱，待模具温度下降至低于70℃后，取出模具，卸下底座，逐渐抽出芯模，取下两侧阴模即可得到初步产品；

（8）制孔修边：将步骤（7）中得到的初步产品送至加工中心钻孔，制孔结束后切去余量区，打磨边缘的毛刺和富树脂区至光滑，得到最终的产品。

本发明的制备成本低，制备出来的头锥质量轻，耐高温，强度大，抗弯性能好，满足更高飞行速度的要求；可用于制备飞机头锥的工作中。

为了进一步提高固化效果，其特征在于，所述步骤（6）中，固化工艺具体的为，先将烘箱温度升至80℃，在80℃保温30min，保温30min后，将烘箱温度升至140℃，在140℃保温30min，保温30min后，将烘箱温度升至210℃，在210℃保温30min，保温30min后，将烘箱温度升至260℃，烘箱为260℃时松开模具的螺栓排放气体3min，放气结束后紧固螺栓，将烘箱升温至290℃，烘箱为290℃时松开模具的螺栓排放气体3min，放气结束后紧固螺栓，将烘箱升温至310℃，在310℃保温30min，保温30min后，将烘箱升温至340℃，在340℃保温1h，保温1h后，将烘箱升温至370℃，在370℃保温1h，在保温1h后，将烘箱升温至390℃，在390℃保温2h，固化结束。

为了使纤维织物紧密贴合在芯模上，所述步骤（3）中，每铺贴一层纤维织物，使用毛刷在纤维织物上刷一层树脂，使树脂浸透纤维织物，直至所有的纤维织物铺贴完成。

为了进一步提高产品的强度及抗弯性能，所述步骤（3）中，每四层纤维织物为一组铺贴组件，每组铺贴组件各层的铺层角度依次为45°、0°、-45°、90°。

为了使每层纤维织物之间紧密贴合，所述步骤（3）中，每铺贴4层纤维织物，将芯模放入温度为80℃的烘箱内干燥15min，干燥结束后，取出芯模，继续铺贴纤维织物。

为了实现芯模两个表面的无缝连接，所述步骤（3）中，对芯模铺贴纤维织物时，具体的为，对芯模的两个表面分别铺贴，两个表面的连接处铺贴长条状补片。

为了实现芯模两个表面的无缝连接，所述步骤（3）中，对芯模铺贴纤维织物时，具体的为，对芯模的两个表面分别铺贴，将一个表面上多出表面边缘的纤维织物翻过该表面铺层边缘的连接处与另一个表面的铺层对接，不同铺层之间的接缝相互错开。

为了方便抽出芯模，所述芯模由若干块芯模块组成，底座的凹槽上排布有若干连接销，芯模块的底部开有与连接销位置对应的销孔，将每个芯模块对应安装到底座的凹槽内，在步骤（7）中，只需逐块抽出芯模块即可。

附图说明

图1为本发明中合模后模具的立体结构图。

图2为本发明中模具分模后的立体结构图。

图3为本发明中底座的立体结构图。

图4为本发明中头锥的立体结构示意图。

图5为本发明中的固化曲线图。

图6为本发明中芯模的主视图。

其中，1底座，2阴模，3芯模，4连接销，5凹槽。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行进一步说明。

如图1～图4所示的一种耐热头锥的制备方法，包括以下步骤，

（1）纤维织物下料：使用三维软件绘制每一层纤维织物的外形，并导入到自动下料机的操作系统中，纤维织物放到自动下料机托架上，按照欧程序裁剪每块料片，并用标签纸标识编号；

（2）模具的准备：拆解模具，清理每块部件表面的残留物，清理完残留物后使用干净的布带浸渍丙酮对模具部件进行擦拭，清洗掉残渣及污物，之后用干净的布带浸渍脱模剂擦拭模具内腔，脱模剂晾干后再次擦拭脱模剂，重复擦拭脱模剂5遍，每两遍之间间隔15分钟后再擦拭，擦完最后一遍脱模剂后，将铝制模芯安装在模具底板上，使用螺栓固定；

（3）纤维织物的铺贴：根据碳纤维织物重量计算树脂的用量，并称取备用；将裁剪好的碳纤维织物平铺放置在干净光洁的平台上，使用毛刷将树脂涂刷在碳纤维织物表面并浸透，涂刷完成后将碳纤维织物推入干燥箱，升温至80℃，干燥1h，完成后取出备用；在芯模3表面刷一层树脂，根据铺层顺序将纤维织物逐层铺贴在芯模3表面，具体的为，对芯模3的两个表面分别铺贴，两个表面的连接处铺贴长条状补片；

（4）抽真空：糊制真空袋包裹住已经铺贴结束的芯模3，在常温下将真空袋抽真空，利用真空的压力将各层纤维织物压实；

（5）合模：纤维织物被压实后，取下真空袋，将两个阴模2分别对应合在芯模3两侧，并将阴模2锁紧在底座1上，利用阴模2压紧纤维织物；

（6）固化：将模具平躺放置送入烘箱内，按照固化工艺进行固化；

（7）脱模：固化结束后，关闭烘箱，待模具温度下降至低于70℃后，取出模具，卸下底座1，逐渐抽出芯模3，取下两侧阴模2即可得到初步产品；

（8）制孔修边：将步骤（7）中得到的初步产品送至加工中心钻孔，制孔结束后切去余量区，打磨边缘的毛刺和富树脂区至光滑，得到最终的产品（如图4所示）。

为了进一步提高固化效果，其特征在于，步骤（6）中，固化工艺具体的为（如图5所示），先将烘箱温度升至80℃，在80℃保温30min，保温30min后，将烘箱温度升至140℃，在140℃保温30min，保温30min后，将烘箱温度升至210℃，在210℃保温30min，保温30min后，将烘箱温度升至260℃，烘箱为260℃时松开模具的螺栓排放气体3min，放气结束后紧固螺栓，将烘箱升温至290℃，烘箱为290℃时松开模具的螺栓排放气体3min，放气结束后紧固螺栓，将烘箱升温至310℃，在310℃保温30min，保温30min后，将烘箱升温至340℃，在340℃保温1h，保温1h后，将烘箱升温至370℃，在370℃保温1h，在保温1h后，将烘箱升温至390℃，在390℃保温2h，固化结束。

为了使纤维织物紧密贴合在芯模3上，步骤（3）中，每铺贴一层纤维织物，使用毛刷在纤维织物上刷一层xy5011树脂，使树脂浸透纤维织物，直至所有的纤维织物铺贴完成。

为了进一步提高产品的强度及抗弯性能，步骤（3）中，每四层纤维织物为一组铺贴组件，每组铺贴组件各层的铺层角度依次为45°、0°、-45°、90°，每层纤维织物的厚度为0.2mm；其中，以芯模3在长度方向的向上的中心轴线方向（如图6所示的箭头所指方向）为铺层角度0°，沿着该方向逆时针转动45°为铺层角度45°，沿着该方向顺时针转动45°为铺层角度-45°，沿着该方向逆时针转动90°为铺层角度90°。

为了使每层纤维织物之间紧密贴合，步骤（3）中，每铺贴4层纤维织物，将芯模3放入温度为80℃的烘箱内干燥15min，干燥结束后，取出芯模3，继续铺贴纤维织物。

为了方便抽出芯模3，芯模3由若干块芯模块组成，底座1的凹槽上排布有若干连接销，芯模块的底部开有与连接销位置对应的销孔，将每个芯模块对应安装到底座1的凹槽内，在步骤（7）中，只需逐块抽出芯模块即可。

本实施例中的碳纤维织物优选为t300碳纤维斜纹织物，t300/xy5011复合材料力学性能如表1所示。

表1t300/xy5011复合材料力学性能

从表1中可以看出，t300/xy5011复合材料体系不仅常温下力学性能较好，在中高温环境下力学性能反而高于常温。在500℃环境下力学性能保持率也很高，可以满足头锥在高温环境下的使用条件。

本发明的制备成本低，制备出来的头锥质量轻，耐高温，强度大，抗弯性能好，能满足更高飞行速度的要求；可用于制备飞机头锥的工作中。

实施例2

本实施例与实施例1的不同之处在于，步骤（3）中，对芯模3铺贴纤维织物时，具体的为，对芯模3的两个表面分别铺贴，将一个表面上多出表面边缘的纤维织物翻过该表面铺层边缘的连接处与另一个表面的铺层对接，不同铺层之间的接缝相互错开。

本发明并不局限于上述实施例，在本发明公开的技术方案的基础上，本领域的技术人员根据所公开的技术内容，不需要创造性的劳动就可以对其中的一些技术特征作出一些替换和变形，这些替换和变形均在本发明保护范围内。