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CN110481058B - 内埋于缠绕壳体内的轻质电缆罩成型方法 - Google Patents

内埋于缠绕壳体内的轻质电缆罩成型方法 Download PDF

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CN110481058B CN201910892417.6A CN201910892417A CN110481058B CN 110481058 B CN110481058 B CN 110481058B CN 201910892417 A CN201910892417 A CN 201910892417A CN 110481058 B CN110481058 B CN 110481058B
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Abstract

本发明公开了一种内埋于缠绕壳体内的轻质电缆罩成型方法，机加轻质泡沫材料‑计算下铺层和上铺层的层数，根据电缆罩的截面尺寸及长度尺寸裁剪纤维预浸料‑按照纤维预浸料纤维方向交替的顺序进行下结构层铺层铺至所需层数‑将轻质泡沫层粘接到电缆罩两端对应位置上‑按照纤维预浸料纤维方向交替的顺序进行上结构层铺层，铺至所需层数形成电缆罩预制件‑固化。与传统的铝合金电缆罩相比，本发明采用纤维预浸料铺层及泡沫夹心的结构，在保证了电缆罩结构强度满足使用要求的前提下，大大降低了电缆罩的消极质量；采用纤维预浸料铺层的方法，操作简单、灵活，具有较高的工艺可行性，实用性强，并且产品净尺寸成型，降低了加工成本。

Description

内埋于缠绕壳体内的轻质电缆罩成型方法
技术领域
本发明涉及固体火箭发动机壳体成型技术领域，具体涉及一种内埋于缠绕壳体内的轻质电缆罩成型方法。
背景技术
固体火箭发动机工作时，通过电缆线为弹内各组件的连接提供电气接口和信息传输通道，由于导弹飞行速度快，工作环境严酷，为保证电缆线能够可靠工作，需通过电缆罩对其进行保护。传统的纤维缠绕发动机壳体通常采用铝合金材料加工电缆罩，然后通过预埋在壳体上的电缆罩支座安装在壳体表面，这种方法具有加工简单，操作便捷的优点，但仍然存在消极质量大，隔热和抗冲刷能力差，电缆罩固定不可靠的问题。
近几年来，固体火箭发动机壳体成型技术领域出现了将电缆罩内埋入纤维缠绕发动机壳体内的新技术，该技术使得固体火箭发动机具有更加良好的气动外形，电缆罩固定可靠，且可通过纤维缠绕壳体表面的外防热层同时为纤维缠绕壳体及电缆线提供防隔热和抗冲刷功能。该技术方案通常采用碳纤维复合材料或玻璃纤维复合材料制作电缆罩，虽然比传统的铝合金材料密度低，但仍然具有一定的质量，考虑到降低消极质量对提升固体火箭发动机运载能力及射程的重要性，因此，需要进一步降低电缆罩的消极质量。
发明内容
本发明的目的就是针对上述技术的不足，提供一种消极质量低的内埋于缠绕壳体内的轻质电缆罩成型方法。
为实现上述目的，本发明所设计的内埋于缠绕壳体内的轻质电缆罩成型方法，所述电缆罩截面包括结构层和两个夹心层，其中，所述结构层包括上结构层和两个对称布置在上结构层两端的下结构层，且每个所述下结构层的外表面与上结构层端部的内表面围合形成供夹心层安装的封闭腔，两个所述下结构层之间的区域与上结构层内表面形成中空区域，两个所述下结构层的内型面的弧面半径与缠绕壳体的外径相同；电缆罩成型方法具体如下：
1)对轻质泡沫材料进行机加，机加后的轻质泡沫层横向截面与夹心层结构尺寸相同；
2)根据下结构层的厚度和单层纤维预浸料的厚度计算下铺层的层数、根据上结构层的厚度和单层纤维预浸料的厚度计算上铺层的层数，然后根据电缆罩的截面尺寸及电缆罩长度尺寸裁剪纤维预浸料；
3)在电缆罩铺制模具表面涂刷脱模剂，然后按照纤维预浸料纤维方向0°、90°交替的顺序进行下结构层铺层，铺至所需层数；
4)在机加好的轻质泡沫层表面涂刷胶粘剂，然后将轻质泡沫层粘接到电缆罩两端对应位置上；
5)按照纤维预浸料纤维方向0°、90°交替的顺序进行上结构层铺层，铺至所需层数形成电缆罩预制件；
6)在电缆罩预制件表面铺上一层聚四氟乙烯脱模布，脱模布平整无褶皱，然后再铺上一层透气毡，打上真空袋，采用抽真空的方式加压，放入烘箱中加热固化成型；固化制度按照所采用的纤维预浸料的固化制度执行。
进一步地，所述步骤1)中，夹心层的纵向长度为200～300mm，轻质泡沫层的数量为电缆罩长度/机加后的轻质泡沫层长度×2；当计算出的轻质泡沫层数量含有小数时，轻质泡沫层数量为去掉小数加一。
进一步地，所述步骤2)中，由于电缆罩按照纤维预浸料纤维方向0°、90°的顺序交替铺层，所以下料时需根据纤维预浸料纤维方向进行裁剪；当电缆罩长度较长时，为便于纤维预浸料裁剪及铺层操作，每一层纤维预浸料分为多段进行裁剪，保证总长度，在后续铺层操作时，0°方向的纤维预浸料拼接缝需错开。
进一步地，所述步骤4)中，胶粘剂采用环氧树脂类胶粘剂。
进一步地，所述电缆罩铺制模具根据电缆罩内型面尺寸及电缆罩长度制作，且电缆罩铺制模具材质为金属。
进一步地，所述夹心层采用轻质泡沫材料，轻质泡沫材料为PMI泡沫。
进一步地，所述上结构层和下结构层均由多层纤维预浸料构成，纤维预浸料为碳纤维增强环氧树脂预浸料或玻璃纤维增强环氧树脂预浸料。
本发明与现有技术相比，具有以下优点：
1)与传统的铝合金电缆罩相比，本发明采用纤维预浸料铺层及泡沫夹心的结构，在保证了电缆罩结构强度满足使用要求的前提下，大大降低了电缆罩的消极质量；采用纤维预浸料铺层的方法，操作简单、灵活，具有较高的工艺可行性，实用性强，并且产品净尺寸成型，降低了加工成本；
2)加压固化成型采用真空袋加压、烘箱加热固化的方法，与模压的方法相比，电缆罩铺制模具无需制作凹模，只需加工凸模，模具设计及加工简单，成本低，且无需依赖大型压力设备。
附图说明
图1为本发明电缆罩截面示意图。
其中：内型面1、外型面2、夹心层3、结构层4(其中：下结构层4a、上结构层4b)、中空区域5、封闭腔6。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。
内埋于缠绕壳体内的轻质电缆罩成型方法，电缆罩截面包括结构层4和两个夹心层3，其中，结构层4包括上结构层4b和两个对称布置在上结构层4b两端的下结构层4a，且每个下结构层4a的外表面与上结构层4b端部的内表面围合形成供夹心层3安装的封闭腔6，两个下结构层4a之间的区域与上结构层4b内表面形成中空区域5；另外，两个下结构层4a的内型面1的弧面半径与缠绕壳体的外径相同，电缆罩安装到缠绕壳体上后，上结构层4b的外型面2与缠绕壳体平滑过渡，避免电缆罩与电缆罩外缠绕层之间有架空。本实施例中，夹心层3为减重结构，采用轻质泡沫材料，轻质泡沫材料为PMI泡沫；上结构层4b和下结构层4a均由多层纤维预浸料构成，纤维预浸料为碳纤维增强环氧树脂预浸料或玻璃纤维增强环氧树脂预浸料。电缆罩成型方法具体如下：
1)根据电缆罩内型面尺寸及电缆罩长度制作电缆罩铺制模具，且电缆罩铺制模具材质为金属；
2)对轻质泡沫材料进行机加，机加后的轻质泡沫层横向截面与夹心层3结构尺寸相同，夹心层3的纵向长度为200～300mm，轻质泡沫层的数量为电缆罩长度/机加后的轻质泡沫层长度×2；当计算出的轻质泡沫层数量含有小数时，轻质泡沫层数量为去掉小数加一；
3)根据下结构层4a的厚度和单层纤维预浸料的厚度计算下铺层的层数、根据上结构层4b的厚度和单层纤维预浸料的厚度计算上铺层的层数，然后根据电缆罩的截面尺寸及电缆罩长度尺寸裁剪纤维预浸料，由于电缆罩按照纤维预浸料纤维方向0°、90°的顺序交替铺层，所以下料时需根据纤维预浸料纤维方向进行裁剪；当电缆罩长度较长时，为便于纤维预浸料裁剪及铺层操作，每一层纤维预浸料分为多段进行裁剪，保证总长度即可，在后续铺层操作时，0°方向的纤维预浸料拼接缝需错开；
4)在电缆罩铺制模具表面涂刷脱模剂，然后按照纤维预浸料纤维方向0°、90°交替的顺序进行下结构层铺层，铺至所需层数；
5)在机加好的轻质泡沫层表面涂刷胶粘剂，然后将轻质泡沫层粘接到电缆罩两端对应位置上，胶粘剂采用环氧树脂类胶粘剂；
6)按照纤维预浸料纤维方向0°、90°交替的顺序进行上结构层铺层，铺至所需层数形成电缆罩预制件；
7)在电缆罩预制件表面铺上一层聚四氟乙烯脱模布，要求脱模布平整无褶皱，然后再铺上一层透气毡，打上真空袋，采用抽真空的方式加压，放入烘箱中加热固化成型；固化制度按照所采用的纤维预浸料的固化制度执行；
8)固化结束后，将电缆罩预制件从电缆罩铺制模具上取出，对表面毛刺进行打磨修整，得到电缆罩产品。
与传统的铝合金电缆罩相比，本发明采用纤维预浸料铺层及泡沫夹心的结构，在保证了电缆罩结构强度满足使用要求的前提下，大大降低了电缆罩的消极质量；采用纤维预浸料铺层的方法，操作简单、灵活，具有较高的工艺可行性，实用性强，并且产品净尺寸成型，降低了加工成本；另外，加压固化成型采用真空袋加压、烘箱加热固化的方法，与模压的方法相比，电缆罩铺制模具无需制作凹模，只需加工凸模，模具设计及加工简单，成本低，且无需依赖大型压力设备。
实施例1
某型号内埋于缠绕壳体内的轻质电缆罩结构参数见表1：
表1
序号 项目 结构参数
1 内型面弧面半径 600mm
2 中空区域型腔宽度 150mm
3 中空区域型腔高度 8mm
4 电缆罩宽度 300mm
5 电缆罩长度 1535mm
6 泡沫下结构层厚度 1.5mm
7 泡沫上结构层厚度 1.5mm
该轻质电缆罩成型方法包括以下步骤：
1)根据该电缆罩内型面结构尺寸及电缆罩长度尺寸制作电缆罩铺制模具，电缆罩铺制模具采用Q235结构钢加工。
2)对PMI泡沫进行机加，机加后的PMI泡沫层横向截面与电缆罩夹心层结构尺寸相同，夹心层纵向长度为250mm，即PMI泡沫层的数量为(1535/250)×2＝12.28≈13。
3)该电缆罩采用厚度为0.3mm的碳纤维增强改性环氧树脂预浸料，下铺层层数为1.5/0.3＝5，上铺层层数为1.5/0.3＝5，根据电缆罩的截面尺寸及电缆罩长度尺寸裁剪纤维预浸料，具体如下：
下纤维预浸料下料尺寸及数量：320mm×1535mm尺寸预浸料3张，1535mm×320mm尺寸预浸料2张；
上纤维预浸料下料尺寸及数量：305mm×1535mm尺寸预浸料2张，1535mm×305mm尺寸预浸料3张；
以上下料尺寸皆为平行于纤维预浸料纤维方向尺寸×垂直于纤维预浸料纤维方向尺寸；
由于纤维预浸料幅宽限制，并且为便于后续手工铺层操作，可将1535mm尺寸分为3段进行裁剪，保证总长不小于1535mm即可。
4)在电缆罩铺制模具表面涂刷脱模剂，然后按照纤维预浸料纤维方向90°、0°、90°、0°、90°的顺序进行泡沫下结构层铺层，共铺5层，其中90°铺层采用320mm×1535mm尺寸预浸料，0°铺层采用1535mm×320mm尺寸预浸料，第二层0°铺层与第四层0°铺层的预浸料拼接缝需错开；
5)在机加好的PMI泡沫层表面涂刷环氧树脂胶粘剂，然后将PMI泡沫层粘接到电缆罩对应位置上；
6)按照纤维预浸料纤维方向0°、90°、0°、90°、0°的顺序进行泡沫上结构层铺层，共铺5层，其中90°铺层采用305mm×1535mm尺寸预浸料，0°铺层采用1535mm×305mm尺寸预浸料，第一、三、五层0°铺层的预浸料拼接缝需错开；
7)在电缆罩预制件表面铺上一层聚四氟乙烯脱模布，脱模布平整无褶皱，然后再铺上一层透气毡，打上真空袋，采用抽真空的方式加压，放入烘箱中130℃加热固化2h成型。
8)固化结束后，电缆罩随炉冷却至50℃以下，然后将电缆罩预制件从模具上取出，对表面毛刺进行打磨修整，得到电缆罩产品。
上述工艺得到的电缆罩，产品质量约2.3Kg，与玻璃纤维复合材料电缆罩相比，重量减轻了约1.6Kg，与碳纤维复合材料电缆罩相比，重量减轻了约1.2Kg。
实施例2
某型号内埋于缠绕壳体内的轻质电缆罩结构参数见表1：
表1
序号 项目 结构参数
1 内型面弧面半径 400mm
2 中空区域型腔宽度 80mm
3 中空区域型腔高度 8mm
4 电缆罩宽度 225mm
5 电缆罩长度 3300mm
6 泡沫下结构层厚度 1.2mm
7 泡沫上结构层厚度 1.2mm
该轻质电缆罩成型方法包括以下步骤：
1)根据该电缆罩内型面结构尺寸及电缆罩长度尺寸制作电缆罩铺制模具，电缆罩铺制模具采用Q235结构钢加工。
2)对PMI泡沫进行机加，机加后的PMI泡沫层横向截面与电缆罩夹心层结构尺寸相同，夹心层纵向长度为300mm，即PMI泡沫层的数量为(3300/300)×2＝22。
3)该电缆罩采用厚度为0.3mm的碳纤维增强改性环氧树脂预浸料，下铺层层数为1.2/0.3＝4，上铺层层数为1.2/0.3＝4，根据电缆罩的截面尺寸及电缆罩长度尺寸裁剪纤维预浸料，具体如下：
下纤维预浸料下料尺寸及数量：245mm×3300mm尺寸预浸料2张，3300mm×245mm尺寸预浸料2张；
上纤维预浸料下料尺寸及数量：230mm×3300mm尺寸预浸料2张，3300mm×230mm尺寸预浸料3张；
以上下料尺寸皆为平行于纤维预浸料纤维方向尺寸×垂直于纤维预浸料纤维方向尺寸；
由于纤维预浸料幅宽限制，并且为便于后续手工铺层操作，可将3300mm尺寸分为6段进行裁剪，保证总长不小于3300mm即可。
4)在电缆罩铺制模具表面涂刷脱模剂，然后按照纤维预浸料纤维方向90°、0°、90°、0°的顺序进行泡沫下结构层铺层，共铺4层，其中90°铺层采用245mm×3300mm尺寸预浸料，0°铺层采用3300mm×245mm尺寸预浸料，第二层0°铺层与第四层0°铺层的预浸料拼接缝需错开；
5)在机加好的PMI泡沫层表面涂刷环氧树脂胶粘剂，然后将PMI泡沫层粘接到电缆罩对应位置上；
6)按照纤维预浸料纤维方向90°、0°、90°、0°的顺序进行泡沫上结构层铺层，共铺4层，其中90°铺层采用230mm×3300mm尺寸预浸料，0°铺层采用3300mm×230mm尺寸预浸料，第二层0°铺层与第四层0°铺层的预浸料拼接缝需错开；
7)在电缆罩预制件表面铺上一层聚四氟乙烯脱模布，脱模布平整无褶皱，然后再铺上一层透气毡，打上真空袋，采用抽真空的方式加压，放入烘箱中130℃加热固化2h成型。
8)固化结束后，电缆罩随炉冷却至50℃以下，然后将电缆罩预制件从模具上取出，对表面毛刺进行打磨修整，得到电缆罩产品。
上述工艺得到的电缆罩，产品质量约3.4Kg，与玻璃纤维复合材料电缆罩相比，重量减轻了约3.3Kg，与碳纤维复合材料电缆罩相比，重量减轻了约2.5Kg。

Claims (5)

1.一种内埋于缠绕壳体内的轻质电缆罩成型方法，所述电缆罩截面包括结构层(4)和两个夹心层(3)，其中，所述结构层(4)包括上结构层(4b)和两个对称布置在上结构层(4b)两端的下结构层(4a)，且每个所述下结构层(4a)的外表面与上结构层(4b)端部的内表面围合形成供夹心层(3)安装的封闭腔(6)，两个所述下结构层(4a)之间的区域与上结构层(4b)内表面形成中空区域(5)，两个所述下结构层(4a)的内型面(1)的弧面半径与缠绕壳体的外径相同；其特征在于：电缆罩成型方法具体如下：
1)对轻质泡沫材料进行机加，机加后的轻质泡沫层横向截面与夹心层(3)结构尺寸相同；夹心层(3)的纵向长度为200～300mm，轻质泡沫层的数量为电缆罩长度/机加后的轻质泡沫层长度×2；当计算出的轻质泡沫层数量含有小数时，轻质泡沫层数量为去掉小数加一；
2)根据下结构层(4a)的厚度和单层纤维预浸料的厚度计算下铺层的层数、根据上结构层(4b)的厚度和单层纤维预浸料的厚度计算上铺层的层数，然后根据电缆罩的截面尺寸及电缆罩长度尺寸裁剪纤维预浸料；由于电缆罩按照纤维预浸料纤维方向0°、90°的顺序交替铺层，所以下料时需根据纤维预浸料纤维方向进行裁剪；当电缆罩长度较长时，为便于纤维预浸料裁剪及铺层操作，每一层纤维预浸料分为多段进行裁剪，保证总长度，在后续铺层操作时，0°方向的纤维预浸料拼接缝需错开；
3)在电缆罩铺制模具表面涂刷脱模剂，然后按照纤维预浸料纤维方向0°、90°交替的顺序进行下结构层铺层，铺至所需层数；
4)在机加好的轻质泡沫层表面涂刷胶粘剂，然后将轻质泡沫层粘接到电缆罩两端对应位置上；
5)按照纤维预浸料纤维方向0°、90°交替的顺序进行上结构层铺层，铺至所需层数形成电缆罩预制件；
6)在电缆罩预制件表面铺上一层聚四氟乙烯脱模布，脱模布平整无褶皱，然后再铺上一层透气毡，打上真空袋，采用抽真空的方式加压，放入烘箱中加热固化成型；固化制度按照所采用的纤维预浸料的固化制度执行。
2.根据权利要求1所述内埋于缠绕壳体内的轻质电缆罩成型方法，其特征在于：所述步骤4)中，胶粘剂采用环氧树脂类胶粘剂。
3.根据权利要求1所述内埋于缠绕壳体内的轻质电缆罩成型方法，其特征在于：所述电缆罩铺制模具根据电缆罩内型面尺寸及电缆罩长度制作，且电缆罩铺制模具材质为金属。
4.根据权利要求1所述内埋于缠绕壳体内的轻质电缆罩成型方法，其特征在于：所述夹心层(3)采用轻质泡沫材料，轻质泡沫材料为PMI泡沫。
5.根据权利要求1所述内埋于缠绕壳体内的轻质电缆罩成型方法，其特征在于：所述上结构层(4b)和下结构层(4a)均由多层纤维预浸料构成，纤维预浸料为碳纤维增强环氧树脂预浸料或玻璃纤维增强环氧树脂预浸料。
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