一种复合材料压力框的制备方法与流程

本发明属于复合材料工艺制造领域，具体为一种复合材料压力框的制备方法。

背景技术：

目前应用较为广泛的压力框为金属材质压力框。复合材料先进技术的成熟使其性能最优和低成本成为可能，从而大大推动了复合材料在航空航天上的应用。一些大的航空航天制造商在零件设计制造中，正逐步减少传统金属加工的比例，优先发展复合材料制造。碳纤复合材料压力框强度高、质量轻，较传统金属材质压力框优势渐渐明显。压力框大多用于航空航天领域零件开口处结构补强。特定使用条件下（高压强、高载荷），如作为压力筒型件开口补强压力框，需长时间承受较大压强和载荷，重复使用多次依然维持较高的力学性能，而传统的金属压力框已经不能轻易满足这些使用条件的要求。需要强度更高、重量更轻、循环使用次数更多，耐疲劳性能更强同时保持耐化学腐蚀性能的压力框。

技术实现要素：

本发明为了克服上述问题，提供了一种一次整体固化，尺寸稳定的碳纤复合材料压力框的制备方法，具体技术方案如下：

步骤一：预浸料分切，将碳纤维预浸料分切成预定幅宽的预浸丝，将预浸丝披裹pe膜后缠绕在丝束卷上；

步骤二：铺丝，将压力框成型工装装配在铺丝机上，将丝束卷进行放卷，丝束卷上的预浸丝牵引至铺丝头，pe膜牵引至pe膜回收装置，将预浸丝铺放在压力框成型工装上，形成制件；

步骤三：热压罐固化，将步骤二中的制件放入热压罐中加热保温固化，固化完成后停止加热，待制件降温冷却至常温时，将制件移出热压罐，准备脱模；

步骤四：脱模，分解压力框成型工装，将制件取出，得到压力框毛坯；

步骤五：加工，对压力框毛坯进行加工，加工顺序为：圆孔粗加工→圆孔精加工→清除毛边。

一般加工步骤中，利用柔性夹具系统，将压力框毛坯放置在柔性夹具真空吸盘上，按照制件实际尺寸干态加工，圆孔粗加工之后预留1mm余量，然后进行圆孔精加工，其中精加工的进刀速度为30-50mm/min。

作为进一步的改进，其特征在于：所述步骤三的固化温度为180℃±5℃，保温120-135min。

作为进一步的改进，其特征在于：开始固化时的升温速率1-3℃/min,停止加热后降温速率1-2.5℃/min。

作为进一步的改进，其特征在于：所述步骤三的固化压力为0.60-0.65mpa。

作为进一步的改进，其特征在于：所述步骤二中，铺放好第一层预浸丝时，采用真空袋进行冷压，然后再继续铺丝。

作为进一步的改进，其特征在于：所述步骤二中，制件厚度为5-15mm。

通过该方法获得的压力框是一体成型的结构。

本发明的有益效果：本发明的碳纤复合材料压力框的制备方法，采用自动铺丝技术进行预浸丝的铺丝，后采用热压罐固化成型技术，能够一体成型制得压力框，无需采用分层固化工艺，能够减少能耗、提高生产效率，同时最大程度保留结构性能；制得的压力框，由于采用碳纤维制成，压力框具有耐高压、高载荷、耐疲劳、耐化学腐蚀的优点。

附图说明

图1为实施例中制备的压力框的结构示意图。

具体实施方式

为了加深对本发明的理解，下面将结合附图和实施例对本发明做进一步详细描述，该实施例仅用于解释本发明，并不对保护范围构成限定。

实施例

如图1所示，为一种复合材料压力框，包括皮球面1、圆孔2、多个结构丢层区3，结构丢层区3为矩形凹槽结构。

以附图1结构为示例，假定制件皮球面厚度为15mm，最大圆半径为1500mm，圆孔贯通整个压力框，铺层设计为（0/45/90）ns,纤维采用t800级碳纤维，树脂及固化剂为环氧体系，模具提前准备好，制件内圆弧面由模具赋型决定。一种复合材料压力框的制备方法，包括如下步骤：

步骤一：预浸料分切，将300mm幅宽碳纤维预浸料从-18℃冷库取出，常温放置8h至包装袋外无冷凝水。利用自动分切设备将150mm预浸料分切成20条6.35mm规定规格幅宽的预浸丝，废边预料留存，将6.35mm预浸丝披裹pe膜后缠绕在丝束卷上，接头用胶带纸固定；

步骤二：自动铺丝，在恒温恒湿且洁净环境中，将压力框成型工装装配在自动铺丝机定位器上，提前准备好自动铺丝机铺丝程序，将丝束卷进行放卷，丝束卷上的预浸丝牵引至铺丝头，pe膜牵引至pe膜回收装置，将预浸丝铺放在压力框成型工装上，然后按照铺丝程序进行自动铺丝，铺丝范围包括皮球面1和结构丢层区3，形成制件，首层需要制作真空袋进行一次冷压，其中皮球面1厚度为15mm，结构丢层区3的厚度为10mm；

步骤三：热压罐固化，自动铺丝完成后将制件放置在热压罐中加热，开始固化，升温速率为3℃/min，固化温度为180℃，然后保温120min，固化完成后关闭加热，制件随炉冷却，冷却速率为2.5℃/min，待热压罐温度降至40℃，打开热压罐，制件继续降温冷却，待制件降温至常温时，将制件移出热压罐，准备脱模；

步骤四：脱模，利用行车等辅助分解压力框成型工装，将制件取出；

步骤五：加工，利用柔性夹具系统，将复合材料压力框毛坯放置在柔性夹具真空吸盘上面，提前准备好柔性夹具编程程序和cnc加工程序，按照制件实际尺寸干态加工，加工的顺序依次为，圆孔粗加工→圆孔精加工→清除毛边。

本实施例中的方法制备压力框，抛弃了传统帽型长绗等结构加强方式，其特别设计有结构丢层区，结构丢层区为矩形凹槽结构，结构丢层区不仅有效降低结构总体厚度，还能使得结构受力均匀向四周分散。同时，采用一体化全碳纤复合材料自动铺丝热压罐成型压力框，能够最大限度保留结构的承载能力，提高生产效益，保证质量均一性，降低生产总体成本。