[发明专利]一种共固化结构飞轮轮体及其制造加工方法

说明书

本发明公开了一种共固化结构飞轮轮体及其制造加工方法，包含如下步骤：制备飞轮轮体；对制备的飞轮轮体进行精密修调，依次包含：对轮毂内孔复材进行镗削加工；对轮毂轴承安装端面进行车削加工；对轮缘的殷钢环进行车削加工；对轮缘共固化端面超声辅助加工；金属端面环槽加工；对飞轮轮体调平衡。本发明由具有轻质高强、可剪裁设计性强的碳纤维复合材料实现对结构的承力连接，由金属材料实现极端工作环境下对结构的功能、性能的要求，两部分通过共固化方式一次成型制造飞轮轮体；通过成型后为进一步实现精准化结构的切削加工工艺，提高了飞轮的表面质量，充分减小了加工表面缺陷。

技术领域

本发明涉及复合材料技术领域，具体涉及一种金属和碳纤维复合材料共固化结构飞轮轮体及其制造加工方法。

背景技术

碳纤维复合材料金属共固化结构是一种较为理想的一体化结构形式，其优势是结构轻量化、功效极端化、服役高可靠化，是未来结构件发展趋势之一。碳纤维复合材料金属共固化结构是由轻质高强、可剪裁设计性强的碳纤维复合材料实现结构的承力连接部分，由金属材料实现极端工作环境下对结构的功能、性能的要求，两部分通过共固化方式一次成型制造。近年来已出现碳纤维复合材料与钛合金的共固化结构，如转子为碳纤维复合材料、轮毂为钛合金的储能飞轮，轮缘为不锈钢、轮辐为碳纤维复合材料、轮毂为铝合金的大动量卫星姿控飞轮，碳纤维复合材料波纹梁与钛合金接头的共固化结构，这种结构形式的共通特点是精准化，将金属和碳纤维复合材料分别布置在了最优化合理的位置，这样的结构在保证整体轻量化的同时，实现了复合结构功能、性能等的定制化。

但是，在碳纤维复合材料金属共固化结构制造过程中，由于碳纤维复合材料的各向异性，表面质量较难保证，极易发生缺陷，进而导致产品失效。如何提高碳纤维复合材料的表面质量已成为一个亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提高金属和碳纤维复合材料共固化结构飞轮轮体的表面质量，减少加工表面缺陷。

为了达到上述目的，本发明提供了一种共固化结构飞轮轮体的制造加工方法，该飞轮轮体包含：轮毂、轮缘、辐条，该方法包含以下步骤：

S1，制备飞轮轮体：

S1.1，提供一成型模具，其包含：作为阴模的上瓣成型模具、作为阳模的下瓣成型模具；

S1.2，将成型模具划分为五个区域：飞轮辐条区域、飞轮轮毂区域、飞轮辐条下蒙皮区域、飞轮辐条上蒙皮区域和飞轮轮缘区域；将泡沫材料辐条置于飞轮辐条区域，铝合金轮毂置于飞轮轮毂区域，殷钢环轮缘置于飞轮轮缘区域；

S1.3，由高模碳纤维通过热熔法处理得到单向预浸料，使用该单向预浸料在树脂作用下在所述的五个区域进行铺层，铺层后的单向预浸料形成碳纤维复合材料；

S1.4，将所述的碳纤维复合材料与所述的泡沫材料辐条、铝合金轮毂、殷钢环经共固化一体成型，成型压力为0.2-0.5MPa，温度为150-200℃，形成共固化飞轮轮体；

S2，对步骤S1制造的飞轮进行精密修调，依次包含：

S2.1，对轮毂内孔进行镗削加工，使轮毂内孔的表面光滑，便于飞轮轴承工装对轮毂内孔装配；

S2.2，对轮毂轴承安装端面进行车削加工，使其在与飞轮轴承工装安装后同轴度小于0.02mm；

S2.3，对轮缘进行车削加工，使其与轮毂内孔同轴度在0.02mm以内，并将动平衡控制在3.6gcm2以内；

S2.4，使用超声系统，对轮缘的共固化端面超声辅助车削加工，达到轮缘外圈上下端面直径尺寸要求、并将动平衡控制在3.6gcm2以内；

S2.5，对轮缘的金属端面进行环槽加工：在轮缘外圈金属环上下两端面车90°环槽；

S3，对飞轮轮体调平衡。