一种大型复合材料锥管的制造方法与流程
1.本发明涉及复合材料的制备技术领域，具体涉及一种大型复合材料锥管的制造方法。
背景技术：
2.复合材料由于具有比刚度和比强度高、质量轻等一系列优势，在航空航天、轨道交通等多个领域得到了广泛地应用。特别的，随着纤维复合材料的飞速发展，其在无人机领域的应用越来越广泛。其核心结构部件也开始采用复合材料进行制作。面对无人机结构轻量化的发展要求，大幅采用复合材料轻质结构是必由之路。对于某些大型无人机，选用大型的管梁作为主体结构，利用其结构刚度高、质量轻的特点，可大幅减轻整机的重量。
3.目前，常用的大型锥管复合材料的制造方法主要包括：缠绕成型方法、内胀(气囊)处理方法以及卷管制造等三种方法。然而对于内胀(气囊)的方法，其存在采用内胀(气囊)袋的处理工艺，整个制造过程工时较长，工作效率得不到保障。对于缠绕成型的方法，其存在孔隙率较高以及需要大型缠绕设备等问题，设备要求高、成本高。对于卷管制造的方法，其存在生产过程中因厚度不均而导致的压实问题，同时卷管制造方法也需要大型卷管设备，其设备购置成本高。
技术实现要素：
4.本发明的目的在于针对现有大型复合材料锥管生产工艺存在的种种不足，而提供一种新的大型复合材料椎管的制造方法，解决了现有大型锥管复合材料制造方法所面临的制造工时长，效率低，成本高，以及质量得不到保障等问题。
5.本发明是通过如下技术方案实现的：
6.一种大型复合材料锥管的制造方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：
7.一、锥体模具的制作：
8.s1、将若干段直径渐变的圆管拼接形成锥体模具雏形；
9.s2、将所述锥体模具雏形进行粗加工，然后再进行调质处理；
10.s3、调质处理后进行精加工，保证模具表面光滑度和锥度，获得锥体模具；
11.二、循环铺层、缠带：
12.s1、将所述锥体模具表面清洗干净，裁剪预浸料；
13.s2、在所述锥体模具表面按照铺层设计进行循环铺设所述预浸料及缠带，每完成铺设若干层预浸料后进行一次大张力缠带，缠带用于压实所述预浸料，压实后再去除缠带；所述的缠带为热收缩带；
14.s3、待循环铺层及缠带完成后，在铺设的预浸料上再进行缠带；
15.三、固化、脱模：
16.s1、铺设完成后将模具置于烘箱中或热压罐中进行固化，固化后脱模，获得大型复合材料锥管。
17.本发明提出的大型复合材料锥管的制造方法不同于以往常用的缠绕成型、内胀(气囊)处理以及卷管制造等三种方法，本发明以相对较低的成本实现高质量大型复合材料锥管的制造，目前未见类似案例。本发明提供的制造方法通过阳模锥体模具设计，组合铺层+缠带+固化，有效的完成了大型复合材料锥管的制作，并且制作的锥管内部无缺陷，圆度高、无变形，外观美观，其产品质量高。
18.具体的，在本发明的方法中采用了调质处理工艺，调质处理是指淬火加高温回火的双重热处理方法，本发明采用调质处理的目的是使模具具有良好的机械性能。本发明通过调质处理工艺可以使模具的性能，材质得到很大程度的调整，其强度、塑性和韧性都较好，使其达到具有良好的综合机械性能。
19.进一步的，一种大型复合材料锥管的制造方法：一、锥体模具的制作：步骤s1、若干直径渐变的圆管通过坡口焊接进行连接。
20.进一步的，一种大型复合材料锥管的制造方法：一、锥体模具的制作：还包括步骤s4、在获得的锥体模具的两端分别设置封头和转轴，便于后续预浸料铺贴及缠带。
21.进一步的，一种大型复合材料锥管的制造方法：二、循环铺层、缠带：步骤s2中每完成铺设2-6层的预浸料后进行一次大张力缠带，缠带用于压实所述预浸料，压实5-10分钟后再去除缠带。其中：循环铺层，不限铺层组合形式、可局部增厚或减薄，可设计性强。
22.进一步的，一种大型复合材料锥管的制造方法：二、循环铺层、缠带：步骤s2中所述的热收缩带选自bopp、pvc、pet膜中的一种。
23.进一步的，一种大型复合材料锥管的制造方法：二、循环铺层、缠带：步骤s3、待循环铺层及缠带完成后，在铺设的预浸料上再缠2-4层的热收缩带。
24.进一步的，一种大型复合材料锥管的制造方法：三、固化、脱模：步骤s1、铺设完成后将模具竖直悬挂于烘箱中进行固化，固化后采用脱芯机进行脱模，获得大型复合材料锥管。
25.进一步的，一种大型复合材料锥管的制造方法：三、固化、脱模：步骤s1、铺设完成后在缠带后的模具表面依次铺放透气毡、真空袋，密封后进入热压罐中加压固化，固化后脱模，获得大型复合材料锥管。
26.本发明的有益效果：
27.(1)本发明提供的一种大型复合材料锥管的制造方法，采用了阳模锥体模具设计，组合铺层+缠带+固化，有效的完成了大型复合材料锥管的制作，其制作的锥管内部无缺陷，圆度高、无变形，外观美观，且一次性成本低。
28.(2)本发明提供的大型复合材料锥管的制造方法，其相对于组合阴模内胀(气囊)的方法，本发明的制造方法设计的阳模锥体模具结构形式简单，且在阳模上直接铺贴复合材料预浸料，铺贴效率及质量能够得到有效保证；并且无合模及内胀(气囊)袋的处理工作，使得本发明方法的整个制造过程工时大幅减少，工作效率得到大幅提高。
29.(3)本发明提供的大型复合材料锥管的制造方法，其相对于缠绕成型方法而言，本发明制备的大型复合材料锥管零件的内部质量较高(孔隙率更低)，无铺层(大型缠绕机)设备要求，成本低。
30.(4)本发明提供的大型复合材料锥管的制造方法，其相对于卷管制造方法而言，本发明的方法可分段铺层设计、局部加强，能够避免卷管过程中因厚度不均而产生的压实问
题；同时本发明的方法无需大型卷管设备，能有效降低设备购置及使用成本。
31.(5)在本发明的制造方法中采用了缠带压实预浸料的工艺，以此替代了传统的真空袋压方法进行压实，工艺简单且成本更低。
附图说明
32.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。
33.图1为本发明制作的锥体模具的结构示意图；
34.图2为本发明制造的大型复合材料锥管的结构示意图。
35.图中标记：1转轴、2封头。
具体实施方式
36.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
37.实施例1
38.一种大型复合材料锥管的制造方法，以大端直径250mm、小端直径70mm、长度7000mm的纤维复合材料大型锥管为例，采用环氧体系的预浸料进行制造；预浸料铺层厚度由大端2.7mm，逐渐过渡到小端0.85mm，铺层逐步递减；该大型复合材料锥管的制造方法，包括如下具体步骤：
39.一、锥体模具的制作：
40.s1、将锥体模具分成多段直径渐变的圆管拼接设计，按照每隔约1m分段一次，总共分7段，将这7段直径渐变的圆管通过坡口焊接形成锥体模具雏形；
41.s2、将所述锥体模具雏形进行粗加工，然后再进行调质处理，通过调质处理使模具具有良好的机械性能；
42.s3、调质处理后进行精加工，保证模具表面光滑度和锥度，获得锥体模具；
43.s4、在获得的锥体模具的两端分别设置封头2和转轴1，便于后续预浸料铺贴及缠带；如图1所示；
44.二、循环铺层、缠带：
45.s1、将所述锥体模具表面清洗干净，裁剪预浸料；
46.s2、在所述锥体模具表面按照铺层设计进行循环铺设环氧体系的预浸料及缠带，每完成铺设4-6层的预浸料后使用缠带机进行一次大张力缠带，缠带一层，并保持5-10分钟，缠带用于压实铺设的预浸料，压实后再去除缠带；所述的缠带为热收缩带；以缠带方式替代常规的真空袋压方法进行压实；
47.s3、待循环铺层及缠带完成后，在大直径端头部进行环向增厚处理，方便后续脱模；同时在铺层的最外面大张力往复缠绕2层bopp带(热收缩带)，缠绕带间距为1-2mm；
48.三、固化、脱模：
49.s1、铺设完成后在热压罐中进行固化，依次在缠带后的零件表面铺放透气毡、真空袋，密封后在热压罐中加压固化，并且制件在热压罐中采用平放的方式放置在平板上，平板提前垫上缓冲材料，增大模具的受力面积，减少模具自重对零件的影响，固化完成后利用脱芯机及行吊完成锥管脱模，获得大型复合材料锥管，该大型复合材料锥管的结构如图2所示。
50.上述为本发明的较佳实施例仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。凡由本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。
技术特征：
1.一种大型复合材料锥管的制造方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：一、锥体模具的制作：s1、将若干段直径渐变的圆管拼接形成锥体模具雏形；s2、将所述锥体模具雏形进行粗加工，然后再进行调质处理；s3、调质处理后进行精加工，保证模具表面光滑度和锥度，获得锥体模具；二、循环铺层、缠带：s1、将所述锥体模具表面清洗干净，裁剪预浸料；s2、在所述锥体模具表面按照铺层设计进行循环铺设所述预浸料及缠带，每完成铺设若干层预浸料后进行一次大张力缠带，缠带用于压实所述预浸料，压实后再去除缠带；所述的缠带为热收缩带；s3、待循环铺层及缠带完成后，在铺设的预浸料上再进行缠带；三、固化、脱模：s1、铺设完成后将模具置于烘箱中或热压罐中进行固化，固化后脱模，获得大型复合材料锥管。2.根据权利要求1所述的一种大型复合材料锥管的制造方法，其特征在于，一、锥体模具的制作：步骤s1、若干直径渐变的圆管通过坡口焊接进行连接。3.根据权利要求1所述的一种大型复合材料锥管的制造方法，其特征在于，一、锥体模具的制作：还包括步骤s4、在获得的锥体模具的两端分别设置封头和转轴，便于后续预浸料铺贴及缠带。4.根据权利要求1所述的一种大型复合材料锥管的制造方法，其特征在于，二、循环铺层、缠带：步骤s2中每完成铺设2-6层的预浸料后进行一次大张力缠带，缠带用于压实所述预浸料，压实5-10分钟后再去除缠带。5.根据权利要求1所述的一种大型复合材料锥管的制造方法，其特征在于，二、循环铺层、缠带：步骤s2中所述的热收缩带选自bopp、pvc、pet膜中的一种。6.根据权利要求1所述的一种大型复合材料锥管的制造方法，其特征在于，二、循环铺层、缠带：步骤s3、待循环铺层及缠带完成后，在铺设的预浸料上再缠2-4层的热收缩带。7.根据权利要求1所述的一种大型复合材料锥管的制造方法，其特征在于，三、固化、脱模：步骤s1、铺设完成后将模具竖直悬挂于烘箱中进行固化，固化后采用脱芯机进行脱模，获得大型复合材料锥管。8.根据权利要求1所述的一种大型复合材料锥管的制造方法，其特征在于，三、固化、脱模：步骤s1、铺设完成后在缠带后的模具表面依次铺放透气毡、真空袋，密封后进入热压罐中加压固化，固化后脱模，获得大型复合材料锥管。
技术总结
本发明公开一种大型复合材料锥管的制造方法，方法：一、锥体模具的制作：S1、将若干段直径渐变的圆管拼接形成锥体模具雏形；S2、将锥体模具雏形进行粗加工，再进行调质处理；S3、调质处理后进行精加工，保证模具表面光滑度和锥度，获得锥体模具；二、循环铺层、缠带：S1、将锥体模具表面清洗干净，裁剪预浸料；S2、在锥体模具表面按照铺层设计进行循环铺设预浸料及缠带，每完成铺设若干层预浸料后进行一次大张力缠带，缠带用于压实预浸料，压实后再去除缠带；缠带为热收缩带；S3、待循环铺层及缠带完成后，在铺设的预浸料上再进行缠带；三、固化、脱模：S1、铺设完成后将模具置于烘箱中或热压罐中进行固化，固化后脱模，获得大型复合材料锥管。获得大型复合材料锥管。获得大型复合材料锥管。
