[发明专利]连续纤维复合材料螺栓的制造方法

说明书

本发明公开了一种连续纤维复合材料螺栓的制造方法，在将毛坯件和模具进行不同温度加热处理后，由于温度不同第一毛坯件和第二毛坯件产生不同形变，通过尺寸大小不同的第一冲模和第二冲模，完成螺栓体的加工成型；进一步地，在加热成型过程中通过控制角速度的旋转，精确控制螺栓螺纹成型尺寸和成型倾斜角度，满足在航空航天飞行器零部件中对螺栓使用高质量的需求。

技术领域

本发明涉及一种连续纤维复合材料螺栓的制造方法，涉及航空航天机械加工技术领域。

背景技术

传统的螺纹加工主要采用切削加工，该方法不仅加工效率低，而且加工过程金属的纤维流向被切断，严重降低了螺纹零件的质量，传统螺纹加工方法难以满足生产中对螺纹连接件高精度、高强度的要求，特别是航空航天器中连接螺栓的质量要求，所以，寻找先进有效的螺纹加工方法就显得尤为重要。

目前螺纹加工的方法主要有切削加工、锻压和铸造，切削加工主要分为车削、铣削、铰削、电加工；锻压主要分为滚压、挤压、压制；铸造主要由压铸、浇铸。在公知的航空航天领域，用于航空航天的飞行器热防护系统结构件连接的螺栓螺母，由于飞行器飞行条件十分恶劣，再入大气层时与空气发生摩擦，头锥、机翼前缘和机身襟翼表面最高温度可达1650℃，这就要求螺栓螺母具备优异的热物理化学性能和力学性能；航天用标准螺栓螺母材料有石墨、C/C复合材料以及C/SiC复合材料，但是高温抗氧化性差、强度低，在高空飞行条件下容易发生损坏造成安全事故。

申请号为US15143823的发明专利申请公开了Method and System for ProducingaThreaded Bolt，将毛坯引入螺纹螺栓阴模中，坯料具有螺栓形部分，沿螺栓形部分的纵向排列的纤维嵌入坯料中的塑料材料中；在坯料上施加压力以使负模中的坯料变形，从而在螺栓形状部分的圆周面上形成螺纹结构。此外，该发明还涉及可通过该方法制造的螺纹螺栓，以及设想用于实施该方法的系统，可以通过该发明的方法制造轻质和耐磨的螺纹螺栓。但是采用所述方法制造螺栓，螺栓制造过程无紧密配合，制造工艺简单，造成螺栓成型后螺纹仅通过压力挤压形成，对螺栓体本身压力过大，可能造成螺栓体杆部受压被破坏，抗疲劳强度减弱，使用寿命缩短，同时通过挤压成型的螺栓体对螺纹无精确度控制，无法满足航空航天器中对于螺栓连接精准度的要求。

发明内容

本发明的发明目的在于，针对上述存在的问题，提供一种连续纤维复合材料螺栓的制造方法，在将毛坯件和模具进行不同温度加热处理后，由于温度不同第一毛坯件和第二毛坯件产生不同形变，通过尺寸大小不同的第一冲模和第二冲模，完成螺栓体的加工成型；进一步地，在加热成型过程中通过控制角速度的旋转，精确控制螺栓螺纹成型尺寸和成型倾斜角度，满足在航空航天飞行器零部件中对螺栓使用高质量的需求。

本发明采用的技术方案如下：

本发明公开了一种连续纤维复合材料螺栓的制造方法，包括第一模具和第二模具，其特征在于，包括下述步骤：

(a)将第一毛坯件在烘箱中加热到280℃—340℃的熔化量级温度，将第一模具、第二毛坯件和第二模具加热到380℃—420℃；

(b)将第一毛坯件导入到第二模具中，期间对第一毛坯件持续加热20-30S，待20-30S后加热阶段结束，第一毛坯件外部区域温度保持在380℃以上；

(c)将第一冲模温度加热到300℃，通过温度为300℃的第一冲模加压第一毛坯件，所述第一毛坯件穿过第二毛坯件中空通孔在第二模具内呈紧密压实状态；

(d)将旋转装置固定在第二模具外端，将紧密压实状态的第二模具以一定的角速度旋转，使第一毛坯件的外围纤维顺着第二模具内螺纹槽流动形成螺栓螺纹，期间保持第一冲模对第一毛坯件的加压状态；

(e)将第二冲模加热到400℃，所述第二冲模加压于第一毛坯件，二次加压将第一毛坯件压入第二模具，形成螺栓头部。