大尺寸复合材料绝缘滑环轴筒及其制备方法与成型模具与流程

1.本发明涉及复合材料结构件成型工艺技术领域，特别涉及一种大尺寸复合材料绝缘滑环轴筒及其制备方法与成型模具。


背景技术：

2.导电滑环是由环体组件及电刷组件等组成，实现两个相对转动机构之间信号及动力传递的精密输电装置。绝缘滑环轴筒，是环体组件中的重要组成部分，绝缘滑环轴筒外侧壁上设计有多条均匀间隔的矩形截面凹槽，用于安装铜带，使得电刷组件中的金属刷丝束能在凹槽内滑动接触铜带而不跳出。
3.大尺寸导电滑环，主要应用于航空、航天及风电等领域大口径设备的电传输系统中。大尺寸的绝缘滑环轴筒，既需要在其使用工况下具有足够的强度，又需要满足较轻的设计重量指标。
4.连续碳纤维、玻璃纤维/氰酸酯树脂复合材料具有较高的比强度，在航空航天领域得到了广泛的应用。同时玻璃纤维/氰酸酯树脂复合材料，具有优异的绝缘性、良好的耐高低温性及机加工性。但是，将复合材料作为主体材料应用到大尺寸绝缘滑环轴筒上，当前还没有成熟的产品经验，因此，迫切需要研究切实可行的制备工艺方法。


技术实现要素：

5.本发明的目的是为了克服已有技术的缺陷，提出一种大尺寸复合材料绝缘滑环轴筒及其制备方法与成型模具，能够使加工的大尺寸绝缘滑环轴筒强度高、重量轻，满足较高的设计尺寸公差要求。
6.为实现上述目的，本发明采用以下具体技术方案：
7.本发明提供的大尺寸复合材料绝缘滑环轴筒的成型模具，包括阳模主体和阳模分瓣组，阳模主体为圆环形结构，阳模分瓣组安装在阳模主体的外侧；阳模分瓣组由至少四个阳模分瓣拼接组合而成，每个阳模分瓣均可单独拆卸安装，便于产品脱模。
8.本发明提供的大尺寸复合材料绝缘滑环轴筒的制备方法，包括如下步骤：
9.s1、制作并组装上述的成型模具；
10.s2、制备包含基体材料和增强材料的加强层预浸料；制备包含基体材料和绝缘材料的绝缘层预浸料；
11.s3、在阳模分瓣组上铺放加强层预浸料形成内加强层；
12.s4、在内加强层表面铺放绝缘层预浸料形成外绝缘层；
13.s5、使用真空袋对铺放外绝缘层后的绝缘滑环轴筒进行封装，并放入热压罐进行抽真空加热固化，制得绝缘滑环轴筒毛坯；
14.s6、使用数控铣床对绝缘滑环轴筒毛坯进行加工形成上下端面以及外侧壁凹槽，制得大尺寸复合材料绝缘滑环轴筒。
15.进一步地，步骤s2中，基体材料选用氰酸酯树脂，增强材料选用碳纤维，绝缘材料
选用玻璃纤维。
16.进一步地，步骤s3中，在阳模分瓣组上铺放加强层预浸料形成内加强层包括如下步骤：
17.以绝缘滑环轴筒的轴线方向为0
°
铺层方向，使用加强层预浸料在阳模分瓣组上进行铺放，形成内加强层，内加强层的铺层方式为[0/+45/90/-45]
ns
，其中n为正整数。
[0018]
进一步地，步骤s4中，在内加强层表面铺放绝缘层预浸料形成外绝缘层包括如下两个步骤：
[0019]
第一步，以绝缘滑环轴筒的轴线方向为0
°
铺层方向，使用绝缘层预浸料在内加强层外侧进行铺放，形成第一绝缘层，第一绝缘层的铺层方式为[0/+45/90/-45/0]
ns
，其中n为正整数；
[0020]
第二步，使用绝缘层预浸料在第一绝缘层的表面继续铺放，形成第二绝缘层，第二绝缘层的铺层方式为[90/0/90/0/90]
ns
，其中n为正整数。
[0021]
进一步地，步骤s5中，使用真空袋对铺放外绝缘层后的绝缘滑环轴筒进行封装包括如下步骤：
[0022]
在外绝缘层的表面依次包覆高温有孔隔离膜、吸胶毡、高温无孔隔离膜、透气毡、高温真空袋，使用高温胶条对真空袋四周进行封边。
[0023]
进一步地，步骤s5中，热压罐真空加热固化的工艺条件为：
[0024]
固化压力0.5～1.0mpa，在150
±
5℃下加热2
±
0.5h后升温至190
±
5℃加热3
±
0.5h。
[0025]
本发明提供的大尺寸复合材料绝缘滑环轴筒，由上述制备方法制备而成。
[0026]
本发明能够取得如下技术效果：
[0027]
1、本发明提供的制备方法制备的大尺寸复合材料绝缘滑环轴筒由内加强层和外绝缘层组成，内加强层采用高强度的碳纤维/氰酸酯复合材料制得，外绝缘层采用优异绝缘性的玻璃纤维/氰酸酯复合材料制得，并采用热压罐固化一体成型，满足大尺寸结构强度高、重量轻的要求；
[0028]
2、采用数控铣床对一体成型的绝缘滑环轴筒毛坯件进行加工，通过对其上下端面以及外侧壁凹槽进行整体铣加工，使其满足较高的设计尺寸公差要求。
附图说明
[0029]
图1是根据本发明实施例提供的大尺寸复合材料绝缘滑环轴筒成型模具的结构示意图。
[0030]
图2是根据本发明实施例提供的大尺寸复合材料绝缘滑环轴筒的结构示意图。
[0031]
图3是根据本发明实施例提供的大尺寸复合材料绝缘滑环轴筒的截面示意图。
[0032]
图4是根据本发明实施例提供的大尺寸复合材料绝缘滑环轴筒制备方法的流程图。
[0033]
其中的附图标记包括：
[0034]
阳模主体1、阳模分瓣组2、内加强层3、外绝缘层4。
具体实施方式
[0035]
在下文中，将参考附图描述本发明的实施例。在下面的描述中，相同的模块使用相同的附图标记表示。在相同的附图标记的情况下，它们的名称和功能也相同。因此，将不重复其详细描述。
[0036]
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，而不构成对本发明的限制。
[0037]
图1示出了本发明实施例提供的大尺寸复合材料绝缘滑环轴筒成型模具的结构。
[0038]
如图1所示，成型模具包括阳模主体1和阳模分瓣组2，阳模主体1为圆环形，阳模分瓣组2安装在阳模主体的外侧；阳模分瓣组2由多个阳模分瓣拼接组合而成，每个部件均可单独拆卸安装，便于产品脱模。
[0039]
下面结合具体的实施例对大尺寸复合材料绝缘滑环轴筒的制备方法进行介绍。
[0040]
图2示出了本实施例制得的大尺寸复合材料绝缘滑环轴筒的结构，图3示出了本实施例提供的绝缘滑环轴筒的截面结构。
[0041]
如图2和图3所示，本实施例中的绝缘滑环轴筒外径φ2400mm，总高140mm，内加强层3厚度2mm，外绝缘层4厚度2mm，外绝缘层4侧壁凹槽宽3mm，凹槽深度4mm。
[0042]
图4示出了本实施例提供的大尺寸复合材料绝缘滑环轴筒的制备方法。
[0043]
如图4所示，大尺寸复合材料绝缘滑环轴筒的制备方法，包括如下步骤：
[0044]
s1、制作并组装上述成型模具，其中阳模分瓣组2由30块部件组成。
[0045]
s2、制备包含基体材料和增强材料的加强层预浸料，制备包含基体材料和绝缘材料的绝缘层预浸料。
[0046]
基体材料选用氰酸酯树脂，增强材料选用t800碳纤维，制得高强度t800碳纤维/氰酸酯树脂预浸料，单层厚度0.125mm。
[0047]
绝缘材料选用玻璃纤维ht469lb，制得高强玻璃纤维ht469lb/氰酸酯树脂预浸料，单层厚度0.2mm。
[0048]
s3、在阳模分瓣组上铺放加强层预浸料形成内加强层。
[0049]
以产品轴线方向为0
°
铺层方向，使用高强度t800碳纤维/氰酸酯树脂预浸料，在成型模具上整体铺放内加强层3共2mm，铺层方式为：[0/+45/90/-45]
2s
。
[0050]
s4、在内加强层表面铺放绝缘层预浸料形成外绝缘层。
[0051]
以产品轴线方向为0
°
铺层方向，使用高强玻璃纤维ht469lb/氰酸酯树脂预浸料，铺放外绝缘层4。
[0052]
其中，外绝缘层包括两部分，即第一绝缘层与第二绝缘层；第一绝缘层厚度2mm，在内加强层3上整体铺放，铺层方式为：[0/+45/90/-45/0]s；第二绝缘层厚度4mm，在第一绝缘层表面上继续铺放，用于后续凹槽铣加工，铺层方式为：[90/0/90/0/90]
2s
。
[0053]
s5、使用真空袋对铺放外绝缘层后的绝缘滑环轴筒进行封装，并放入热压罐进行抽真空加热固化，制得绝缘滑环轴筒毛坯。
[0054]
对铺放完成内加强层3和外绝缘层4的绝缘滑环轴筒制作真空袋进行包覆，做袋顺序为：一层高温有孔隔离膜、一层薄吸胶毡、一层高温无孔隔离膜、一层透气毡、一层高温真空袋，真空袋的四周用高温胶条封边。将真空袋包覆后的产品放入热压罐，抽真空并打压
0.8mpa，根据氰酸酯的固化制度：150℃/2h-190℃/3h，在150℃下加热2h后升温至190℃加热3h，加热固化得到一体成型的绝缘滑环轴筒毛坯。
[0055]
s6、使用数控铣床对绝缘滑环轴筒毛坯进行加工形成上下端面以及外侧壁凹槽，制得大尺寸复合材料绝缘滑环轴筒。
[0056]
采用三轴数控铣床，机加工出绝缘滑环轴筒的上下法兰端面，再以上下法兰端面为基准，按照设计要求的尺寸公差，整体机加工外绝缘层4侧壁上多条均匀间隔的矩形截面凹槽，最终完成复合材料绝缘滑环轴筒的制备。
[0057]
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
[0058]
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
[0059]
以上本发明的具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何根据本发明的技术构思所作出的各种其他相应的改变与变形，均应包含在本发明权利要求的保护范围内。

技术特征：
1.一种大尺寸复合材料绝缘滑环轴筒的成型模具，其特征在于，包括阳模主体和阳模分瓣组，所述阳模主体为圆环形结构，所述阳模分瓣组安装在所述阳模主体的外侧；所述阳模分瓣组由至少四个阳模分瓣拼接组合而成，每个阳模分瓣均可单独拆卸安装，便于产品脱模。2.一种大尺寸复合材料绝缘滑环轴筒的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：s1、制作并组装如权利要求1所述的成型模具；s2、制备包含基体材料和增强材料的加强层预浸料；制备包含基体材料和绝缘材料的绝缘层预浸料；s3、在所述阳模分瓣组上铺放所述加强层预浸料形成内加强层；s4、在所述内加强层表面铺放所述绝缘层预浸料形成外绝缘层；s5、使用真空袋对铺放外绝缘层后的绝缘滑环轴筒进行封装，并放入热压罐进行抽真空加热固化，制得绝缘滑环轴筒毛坯；s6、使用数控铣床对所述绝缘滑环轴筒毛坯进行加工形成上下端面以及外侧壁凹槽，制得所述大尺寸复合材料绝缘滑环轴筒。3.根据权利要求2所述的大尺寸复合材料绝缘滑环轴筒的制备方法，其特征在于，步骤s2中，所述基体材料选用氰酸酯树脂，所述增强材料选用碳纤维，所述绝缘材料选用玻璃纤维。4.根据权利要求2所述的大尺寸复合材料绝缘滑环轴筒的制备方法，其特征在于，步骤s3中，在所述阳模分瓣组上铺放所述加强层预浸料形成内加强层包括如下步骤：以绝缘滑环轴筒的轴线方向为0
°
铺层方向，使用所述加强层预浸料在阳模分瓣组上进行铺放，形成内加强层，内加强层的铺层方式为[0/+45/90/-45]
ns
，其中n为正整数。5.根据权利要求2所述的大尺寸复合材料绝缘滑环轴筒的制备方法，其特征在于，步骤s4中，在所述内加强层表面铺放所述绝缘层预浸料形成外绝缘层包括如下两个步骤：第一步，以绝缘滑环轴筒的轴线方向为0
°
铺层方向，使用所述绝缘层预浸料在内加强层外侧进行铺放，形成第一绝缘层，所述第一绝缘层的铺层方式为[0/+45/90/-45/0]
ns
，其中n为正整数；第二步，使用所述绝缘层预浸料在所述第一绝缘层的表面继续铺放，形成第二绝缘层，所述第二绝缘层的铺层方式为[90/0/90/0/90]
ns
，其中n为正整数。6.根据权利要求2所述的大尺寸复合材料绝缘滑环轴筒的制备方法，其特征在于，步骤s5中，使用真空袋对铺放外绝缘层后的绝缘滑环轴筒进行封装包括如下步骤：在外绝缘层的表面依次包覆高温有孔隔离膜、吸胶毡、高温无孔隔离膜、透气毡、高温真空袋，使用高温胶条对真空袋四周进行封边。7.根据权利要求2所述的大尺寸复合材料绝缘滑环轴筒的制备方法，其特征在于，步骤s5中，热压罐真空加热固化的工艺条件为：固化压力0.5～1.0mpa，在150
±
5℃下加热2
±
0.5h后升温至190
±
5℃加热3
±
0.5h。8.一种大尺寸复合材料绝缘滑环轴筒，其特征在于，由权利要求2-7中任意一项所述的制备方法制备而成。

技术总结
本发明涉及复合材料结构件成型工艺技术领域，特别涉及一种大尺寸复合材料绝缘滑环轴筒及其制备方法与成型模具。成型模具包括阳模主体和阳模分瓣组；制备方法包括制作并组装成型模具、制备加强层预浸料、制备绝缘层预浸料、在阳模分瓣组上铺放形成内加强层、在内加强层外侧铺放形成外绝缘层、真空袋封装加热固化、铣床加工上下端面及侧壁凹槽。本发明提供的绝缘滑环轴筒采用热压罐固化一体成型，满足大尺寸结构强度高、重量轻的要求；通过对其上下端面以及外侧壁凹槽进行整体铣加工，满足较高的设计尺寸公差要求。设计尺寸公差要求。设计尺寸公差要求。


技术研发人员：刘永琪 白皓 李玉龙 杨鹏 侯博才
受保护的技术使用者：长春长光宇航复合材料有限公司
技术研发日：2023.06.05
技术公布日：2023/8/28