[发明专利]一种编织复合材料中空构件无损一体化制孔方法

说明书

本发明涉及一种编织复合材料中空构件无损一体化制孔方法，其包括如下工艺步骤：根据所需要制备结构件的几何特点，设计可抽取的金属芯，制造芯轴模具，根据钻孔的位置以及形状设计相应的预埋孔和形控塞，将金属轴芯置入模具，然后注入熔融状态下的蜡或是高分子聚合物，使该金属芯上覆盖上蜡或高分子聚合物，成为复合芯轴，该芯轴将随后被夹持到编织装置的抽取机构上，得到表面覆有增强体的编织芯轴，最后置入结构件内表面模具，注入树脂，冷却固化，加热除尽内部蜡或者高分子聚合物后抽出金属轴芯得到中空带孔的编织纤维增强结构件。本发明具有制造工艺简单，制孔参数可调，一次成型，强度高等诸多优点。

【技术领域】

本发明涉及一种制孔方法，具体涉及一种编织复合材料中空构件无损一体化制孔方法，属于复合材料加工方法技术领域。

【背景技术】

随着高性能机电装备的快速发展，具有高比强度、低惯量的复合材料管件获得了日益广泛的应用，其整体性能可设计，且易于整体形状同步成型制造，被广泛应用于航空航天、车辆等领域的构件，常用来制造核心承力构件。

但在机械结构中，通常需要在这类管件上打孔，通过机械连接将管件组装成为目标框架。常见的机械加工方法中，通常使用普通麻花钻的高速钢或硬质合金刀具进行复合材料单向带钻孔，制孔方式至少需要四道工序完成，即钻孔-扩孔-粗铰孔-精铰孔，此种方法不仅生产效率低下，而且还存在诸多问题:如制孔质量不稳定，制孔会出现劈裂和缩孔，由此产生的报废率高达30%以上。

同时，碳纤维增强复合材料主要是由碳纤维增强相以及树脂基体相构成的混合形态，宏观上呈现明显的各向异性和层叠特征，其层间结合强度远低于其他方向。钻孔时由于入口和出口位置约束作用弱，钻尖极易产生较大的轴向力，顶开最外面几层材料，产生分层损伤，并因无法切断纤维导致纤维弯曲，引发撕裂和毛刺等损伤。另外，复合材料的优异性能是由连续纤维提供，然而机械钻孔需要切断纤维，极易损伤纤维材料的一体性，造成强度下降，而且，由于碳纤维增强相极硬，易加剧刀具磨损，导致刃口不锋利，难以切断纤维，极易造成严重的出口和入口毛刺。

因此，为解决上述技术问题，确有必要提供一种创新的编织复合材料中空构件无损一体化制孔方法，以克服现有技术中的所述缺陷。

【发明内容】

为解决上述技术问题，本发明的目的在于一种编织复合材料中空构件无损一体化制孔方法，其制造工艺简单，制孔参数可调，一次成型，强度高。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：一种编织复合材料中空构件无损一体化制孔方法，其包括如下工艺步骤：

（1）根据所需制备的复合材料结构件的几何特点，设计可自由抽取的金属轴芯以及芯轴模具；

（2）根据复合材料结构件制孔的位置以及几何形状的要求，在芯轴模具上设计满足位置、方向和数量要求并尺寸略大于制孔的预埋孔；根据制孔的形状要求，设计可自由放入预埋孔并与芯轴模具呈过盈配合的形控塞，通过更改形控塞内表面形状制作多种形状的开孔；

（3）将金属轴芯放入芯轴模具，并注入熔融状态下的蜡，静置冷却；

（4）将该复合芯轴夹持到三维编织装置的抽取机构上进行三维编织，得到表面覆有增强体的编织芯轴；

（5）在改性不饱和聚酯树脂中添加一定剂量的促进剂和固化剂，搅拌均匀并静置等待无明显气泡；

（6）准备结构件内表面模具，涂上脱模膏，置入编织芯轴，合上模具并检验模具的气密性后注入调制好的树脂，然后固化；

（7）将固化的复合材料结构件置于热箱中加热，使蜡液化流出，抽出金属轴芯，得到中空带孔的编织纤维增强结构件。

本发明的编织复合材料中空构件无损一体化制孔方法进一步为：步骤（1）中，所述金属轴芯为圆柱形轴芯。