[发明专利]一种采用卧式安装的复合材料筒壳的成形方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种采用卧式安装的复合材料筒壳的成形方法，属于复合材料结构设计和复合材料加工工艺领域。

背景技术

空间遥感器系统向着更宽谱段范围、更高谱分辨率、更高空间分辨率、更高辐射分辨率，以及多极化、多视角、多方向、多时相、多模式的方向发展。其结构形式也随之变得更加复杂和多样化。无论从材料的性能还是工艺技术的角度来讲，传统的金属材料远不能满足目前空间遥感器的需求。先进复合材料具有质量轻、比强度和比模量高、耐疲劳、阻尼减震性能好、性能可设计等优点，正逐步替代原有的金属材料成为空间遥感器结构的关键材料。

空间遥感器系统的筒壳类零部件，例如镜筒、遮光罩等，传统上多采用垂直安装方式与主体连接，如图1和图2所示，即通过端部或者外表面的法兰、耳片等与主体连接，连接面与镜筒或遮光罩的轴线互相垂直。但是垂直安装方式使得遥感器结构布局受限。而且在很多情况下，镜筒或遮光罩等部件的长度比较长，这会使得其自身刚性变差，一阶振动频率降低。此外，垂直安装方式连接面较小，连接强度较低。从工程应用效果来看，对于这一类筒壳结构，采用卧式安装具有更大的优势。一方面使得遥感器结构布局更加优化。另一方面，卧式安装方式增加了连接面积，改善了连接强度；筒壳与连接面之间的筋(肋)提高了结构刚度，符合遥感器系统对振动频率的要求。

复合材料产品的制造技术迥异于金属材料，复合材料的成型通常要在模具中完成。对于采用卧式安装的复合材料筒壳而言，其结构形式比采用垂直安装的复合材料筒壳复杂，因而其成形方法始终是工程化应用中的一大难题。

发明内容

本发明的目的是针对空间遥感器筒壳结构传统上采用垂直安装方式，存在遥感器结构布局受限、刚性较差、连接强度较低等不足，提出一种采用卧式安装的复合材料筒壳的成形方法。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的。

本发明的一种采用卧式安装的复合材料筒壳的成形方法，该复合材料筒壳包括圆筒、两条以上的加强肋、连接面、两条以上的立筋和光阑；光阑安装在圆筒的内部，连接面的中间部分通过立筋与圆筒固定连接，连接面的两边部分通过加强肋与圆筒固定连接；除光阑外，其他部分即圆筒、加强肋、连接面和立筋为一体成型，该四部分组合体简称筒体；相邻的两条立筋之间形成空腔；相邻的两条加强肋之间形成空腔；

该方法的步骤为：

第一步，模具设计与制造

采用卧式安装的复合材料筒壳结构的模具包含两部分，筒体成形模具和光阑成形模具。

筒体成形模具采用组合模具，该组合模具包括芯轴、底座、镶条、镶块、侧板、端盖和工艺均压板；

芯轴外形及尺寸与圆筒内腔一致；底座上表面形状及尺寸与连接面一致；镶条外形及尺寸与相邻的两条立筋之间形成的空腔一致；

镶块外形及尺寸与相邻的两条加强肋之间形成的空腔一致；

镶块的数量与两条加强肋之间形成的空腔数量相同；

侧板安装在镶块的外侧，与筒体侧面贴合，其贴合形状及尺寸与筒体侧面一致；

端盖共计两件，分别安装在底座的两端，端盖中部依据镶条的形状开槽，用于镶条的限位；

工艺均压板为外形与筒体上表面形状一致的薄板。

光阑成形模具采用阴模，其内腔形状及尺寸与光阑一致。

第二步，模具预处理

在筒体成形模具和光阑成形模具的表面涂刷一层脱模剂，脱模剂耐受温度一般不低于140℃，并晾干；

第三步，预浸料制备

制备所需的预浸料，依据树脂基体的具体类型进行预浸料B阶化处理，即加热使树脂软化但又不完全熔融，具有一定的粘性，便于后面工序的铺贴；

第四步，预浸料裁剪

根据筒体和光阑的外形尺寸计算所需坯料的数量，裁剪预浸料。

第五步，铺叠

筒体部分按照如下方法进行铺叠：

1)在底座上铺叠预浸料，形成连接面部分。

2)在底座的上方铺叠T型预浸料，形成中间立筋部分。

3)在镶条外表面铺叠预浸料，形成立筋部分；铺叠密实后连同镶条放置于底座上方第2)步所铺叠T型预浸料的两侧；

4)沿芯轴外表面铺叠预浸料，形成圆筒部分，压实后将其放置于镶条的上方；

5)沿芯轴外表面铺叠预浸料，两侧向下翻至镶条的外侧面。

6)在镶块的外表面铺叠预浸料，形成加强肋部分，铺叠密实后连同镶块放置于第5)步所铺叠预浸料的两侧；

7)上述各步预浸料的铺叠层数皆不尽相同，需要分别依据产品厚度和单层预浸料的厚度确定。

光阑部分按照如下方法进行铺叠：