碳纤维缠绕壳体芯模及成型工装设计

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1、复夸材抖加工2011年2月$1期9碳纤维缠绕壳体芯模及成型工装设计陈高杨江渡江北机械工程有限心司，孝感432000摘要：对某撞绕壳体芯模彤制的选择及芯模成型工装的设计进行7分析和探讨，提出7壹属骨架石膏面屡可拆卸芯模成型设计方案。通过对芯模金属骨架和刮刀的精心设计，重点考虑芯模骨架组装和可拆卸以及装配制造精度，解决j石膏芯模刮制成型技术问题，实现7粒绕壳体内型面及尺寸的精确控制。关键词：鞋绕壳体：芯模；工装设计CarbonFiberWindingShellCoreMoldandFormingFixtureDes

2、ignChertGaoYangJiangboJiangheiMachineryEngineeringCo，Lid，Xiaogan432000Abstract：B拍ed012theanalysisofselectionofacertainwindingshellanditsformingfixturedesignschemeisproposedtoformthedemounlablecoremoldofmelalskeletongypsumsurfacelayerlAssembly,dismountability

3、，andassemblingmanufaeturitlgaccuracyareinvesbgatedbydesigningmetalskeletonandscraperofcoremoldItsolvesthelechnologmalproblemsofgypsumcoremoldformingandachievestheprecisecontrolofinnerCOlllOllranddimensionKeywords：windingshe／l：o]mmold：fixturedesign引言固体火箭发动机的壳

4、体结构质量是构成发动机消极质量的最主要部分．对发动机性能影响极大。我公司承担研制的某J二程级问段壳体属于碳纤维缠绕复合材料发动机壳体，碳纤维复合材料具有高比强度、火比模量、耐高温等性能。当前制约级『日J段壳体研制的因素有很多，作为缠绕工艺设计的基础和必要步骤，芯模的成型首当其冲。芯模的成型直接关系到后续的缠绕、固化、脱模以及机加等工序，本文结台缎问段缠绕壳体芯模形制的选择及芯模成型工装的设计进行了分析和探讨．提出了种可拆卸、刚性高、易加工、成本低的石膏芯模成型设计方案，2缠绕壳体成型工艺图1缠绕成型工艺示意缠绕

5、成型工艺是在控制纤维张力和预定线型的条件下，将浸过树脂胶液的连续纤维(或布带、预浸纱)按照一定规律连续地缠绕到相应于制品内腔尺寸的芯模或内村上。然后在章温或加热条件下使之固化、脱模，获得一定形状复台材料制品的工艺，其工艺见圈1。作为缠绕成型硬件条件三要素(缠绕机、芯模、固化加热炉)之一的芯模制备在整个缠绕壳体的工艺流程中起着基础和支撑的作用，是缠绕壳体成糯眦q自耽々蝴％脯日璃"H●十m黼靴Ⅲ骱，聃懈他蠕轭it夺村抖如j航丸制造技术型的首要和必要条件之3芯模的制备芯模是壳体缠绕成型的模具，壳体成型主要靠芯模保证。

6、芯模一般应满足下列条件：几何形状、尺寸耩度、尺寸稳定性和表面质量应满足壳体内型面的要求：强度、剐度、整体性应能满足缠绕工艺使用要求，即能承受缠绕张力、外载荷等：能满足树脂固化温度及固化方式的要求：具有量好的制造工艺性及可拆性，成本低。31芯模材料的选择在复合材料的缠绕制造过程中．通常选用金属材料作为芯模材料．除此以外．还有可溶性苍摸、可破碎性芯模两大娄(主要为石膏芯模)。金属材料有高的热导率和良好的刚度，而且金届材料可以加工出良好的表面粗糙度．这样制造出的复台材料也具有较好的表面光洁度，但是，金属材料作为芯模材

7、料也存在一转缺点，对于大尺寸构件而言，模具重量太大难以操作，加工条件高，耗时长，成本也高。可溶性芯模材料由粘结剂和陶瓷填料组成，粘结剂具有脱水固化、遇水溶解的可逆特性，陶瓷填料采用氧化铝车口高岭土，陶瓷料浆的固相体积分数使该粘结剂具有良好的可溶性和高的热分解温度(一>350'C)，可溶性芯横制备工艺流程包括配料、制浆、浇铸、崮化、烘干和修饰等过程。相对于可溶性芯模来说石膏芯模就简单些，石膏芯模材料由石膏、水泥和水按适当比例配制，水泥能保证芯模具有一定的刚度．而石膏作为一种功能材料脆保证其具有适当的粘接性．既能很

8、好成型又便于后续敲碎拆除，其制各工艺流程包括配料、制蒙、刮制、固化、烘干和机加等过程。综上所述，石膏芯模不仅满足碳纤维复合材料的缠绕成型要求，叉能在复合材料成型完成后完全脱除，同时具有良好的成型性、可加工性和可拆除性以及成本低廉、重量轻和工艺稳定性好等优点，为此选择了石膏芯模。32芯模毛坯确定图2缠绕壳体级间段壳体外形见田2，属于典型的大尺寸锥形中空薄壁结构，相对应地其成型芯模与其内壁