[发明专利]飞机及航空器的碳纤维复合材料壳体的制备模具及其成形方法

权利要求书

1.一种飞机及航空器的碳纤维复合材料壳体的制备模具，其特征在于：它由模芯(1)、内模(2)、外模(3)、上盖板(5)、下盖板(6)和轴(7)组成，

模芯(1)具有圆台式外表面，并为中空结构，内模(2)套在模芯(1)的外表面的侧面上，并紧密固定，内模(2)的外环表面上具有多个环形卡槽(2-1)，所述多个环形卡槽(2-1)相互平行，且均与模芯(1)的底面相平行，

内模(2)外设置有外模(3)，外模(3)与内模(2)同轴，加压套(4)具有圆台式侧壁，上端面为向内突出的圆环，下端面为向外突出的圆环，加压套(4)套在外模(3)的外表面上，且其内表面与所述外模(3)的外表面紧密接触，

上盖板(5)为带有中心孔的圆盘，罩在模芯(1)与内模(2)的上端，并且其侧壁与外模(3)的内壁紧密接触，加压套(4)的上端面与上盖板(5)和模芯(1)通过连接件固定连接，加压套(4)的外侧壁上均匀分布12个纵向肋板(4-1)；

下盖板(6)为带有中心孔的圆盘，并且上表面具有环形内卡槽和环形外卡槽，外模(3)的底端和加压套(4)的底端嵌入所述环形外卡槽内，模芯(1)的底端和内模(2)的底端嵌入所述环形内卡槽内，加压套(4)的下端面和模芯(1)的下端面与下盖板(6)固定连接；

外模(3)、上盖板(5)、下盖板(6)和内模(2)之间的空间为成形空间；

轴(7)穿过上盖板(5)和下盖板(6)的中心孔，轴(7)的上端的侧壁上具有环形台肩(7-1)，环形台肩(7-1)与上盖板(5)固定连接。

2.根据权利要求1所述的飞机及航空器的碳纤维复合材料壳体的制备模具，其特征在于：所述内模(2)由12片相同的纵向内模组片拼装而成。

3.根据权利要求1所述的飞机及航空器的碳纤维复合材料壳体的制备模具，其特征在于：所述外模(3)的材质为铝合金。

4.根据权利要求1所述的飞机及航空器的碳纤维复合材料壳体的制备模具，其特征在于：所述内模(2)的材质为钢。

5.根据权利要求1所述的飞机及航空器的碳纤维复合材料壳体的制备模具，其特征在于：所述外模(3)由3片相同的纵向外模组片拼装面成，所述外模(3)的壳体由下至上为逐渐变厚。

6.一种基于权利要求1、2、3、4或5所述的飞机及航空器的碳纤维复合材料壳体的制备模具的壳体成形方法，其特征在于：它包括以下步骤：

步骤一、将内模(2)、模芯(1)、上盖板(5)、下盖板(6)及轴(7)的位置相对固定后，在缠绕机上进行所述壳体纵向肋和环向肋的缠绕成形，缠绕完毕，将其从缠绕机上卸下；

步骤二、分别在上盖板(5)和下盖板(6)的相应位置处将壳体纵向肋割断，拆掉轴(7)，再将外模(3)和加压套(4)在相应位置处安装固定好，将加压套(4)与下盖板(6)紧固以实现对已缠绕成形的纵向肋和环向肋的压实压平，然后拆掉外模(3)和加压套(4)；

步骤三、在内模(2)的外环表面上的环形卡槽(2-1)处分别固定相应的工装模具，再在纵向肋和环向肋的缠绕处填加补强预浸料进行补强，并压实压平；

步骤四、将轴(7)再穿入上盖板(5)和下盖板(6)的中心孔内并固定后，再在缠绕机上进行纵向、环向及螺旋向的缠绕，直至达到壳体所要求的厚度，将其从缠绕机上卸下，并拆掉轴(7)；

步骤五、再次将外模(3)和加压套(4)在相应位置处安装固定好，以对所成形壳体进行加压，压实压平后，采用固化炉进行固化；

步骤六、固化完结，先将加压套(4)、外模(3)、上盖板(5)和下盖板(6)拆掉，在所述壳体上开孔并取出工装模具，然后卸掉模芯(1)，再将内模(2)脱下，即得到所述碳纤维复合材料壳体。

7.根据权利要求6所述的飞机及航空器的碳纤维复合材料壳体的成形方法，其特征在于：步骤三中所述的填加补强预浸料进行补强，并压实压平，需反复进行补强和压实压平，直至达到填加补强预浸料和外模(3)的内表面同曲面且内部密实。

8.根据权利要求6所述的飞机及航空器的碳纤维复合材料壳体的成形方法，其特征在于：所述步骤五中采用固化炉进行固化的条件为：首先将固化炉内的温度从室温升至100℃，保温2h；再升温至140℃，保温3h；再升温至160 ℃，保温2h；然后降至室温，固化过程结束。