[发明专利]一种用于无内衬复合材料贮箱制造的可拆卸组合式工装

说明书

本发明一种用于无内衬复合材料贮箱制造的可拆卸组合式工装，包括复合材料前段工装，复合材料中段工装，复合材料后段工装，连接桁条，金属连接法兰；复合材料前段工装、复合材料中段工装、复合材料后段工装之间通过连接桁条进行连接，连接成具有整体外型面的复合材料工装通过金属连接法兰与外部芯轴进行连接，金属连接法兰、连接桁条与复合材料工装之间通过螺栓连接。本发明实现贮箱结构的轻量化，工装热膨胀系数与复合材料体系相匹配，可以配合铺放及缠绕工艺，实现无内衬复合材料贮箱的高质量成型。

技术领域

本发明一种用于无内衬复合材料贮箱制造的可拆卸组合式工装，属于结构设计领域。

背景技术

复合材料贮箱是以碳纤维为增强材料，环氧树脂为基体材料的新型贮箱结构，以往的复合材料贮箱都以金属层(铝合金或钛合金)为内衬层，外部缠绕或铺放复合材料层，其中金属内衬起到防渗漏和复合材料缠绕工装的作用，外层的复合材料起到承受内压载荷的作用，成型工艺采用缠绕工艺或铺放工艺，多用于高压气体或低温液体的贮存。

随着材料技术和成型工艺的进步，无内衬复合材料贮箱成为复合材料贮箱的发展方向，无内衬复合材料贮箱大部分主结构都采用复合材料，不需要金属内衬或内部防渗漏层，复合材料同时作为防渗漏结构和受力结构，这种无内衬复合材料贮箱可以大大减轻结构的重量，缩短成型的工序和时间，配合先进的预浸料铺放工艺可以实现高质量复合材料铺层结构。而无内衬复合材料贮箱的成型需要内部支撑工装，这种工装必须具备可拆卸的功能，在箱体固化成型之后，可以通过连接件的拆除将整体工装分为多个单体工装，从箱体的开孔取出，这样才能保证复合材料箱体重量轻于相同结构的金属贮箱。这种工装用作外层复合材料贮箱主结构的缠绕或铺放，与复合材料结构一起固化成型，需要经历常温到高温的温度变化，对工装材料提出了几点性能要求：(1)工装的热膨胀系数要与复合材料箱体材料体系相匹配，在加温固化的过程不会发生热变形不匹配的情况；(2)工装的总体重量要轻，减少附加工装的投入，工装本身的重量不能过大而增加缠绕运动机构的负担，单体工装的质量要控制在单个工人可以操作的范围内，否则组合和拆卸都不具备操作空间。(3)连接组合件可以从工装内部拆卸，工装的铺放面不能有凸起物，拆卸过程中不会对复合材料贮箱内部产生损伤；(4)工装内部需要保证工人操作空间，不能有较大的突起物或连接架，要与真空袋压和热压罐成型工艺相匹配。

综合以上无内衬复合材料贮箱制造工装的性能和结构要求，工装的材料和结构都面临了巨大挑战。

发明内容

本发明解决的技术问题：克服现有技术的不足，提出一种无内衬复合材料贮箱的组合式成型工装，在复合材料贮箱制造完成后可以拆卸取出，实现贮箱结构的轻量化，工装热膨胀系数与复合材料体系相匹配，可以配合铺放及缠绕工艺，实现无内衬复合材料贮箱的高质量成型。

本发明的技术方案是：一种用于无内衬复合材料贮箱制造的可拆卸组合式工装，包括复合材料前段工装，复合材料中段工装，复合材料后段工装，连接桁条，金属连接法兰；复合材料前段工装、复合材料中段工装、复合材料后段工装之间通过连接桁条进行连接，连接成具有整体外型面的复合材料工装通过金属连接法兰与外部芯轴进行连接，金属连接法兰、连接桁条与复合材料工装之间通过螺栓连接。

复合材料前段工装、复合材料中段工装、复合材料后段工装由碳纤维增强树脂基复合材料制成。

复合材料前段工装、复合材料中段工装、复合材料后段工装的厚度均为10mm-15mm。

复合材料前段工装、复合材料中段工装、复合材料后段工装的重量均不超过20kg。

复合材料前段工装、复合材料中段工装、复合材料后段工装的铺层结构采用准各向同性铺层。

复合材料前段工装、复合材料中段工装、复合材料后段工装的制备工艺采用铺放成型工艺。

复合材料前段工装、复合材料中段工装、复合材料后段工装的型面分别为为球面、椭球面、样条曲面。