【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于復合材料增材制造成形，具體涉及一種基于3d打印與纖維纏繞的內凸臺加筋復合材料構件成形方法。
技術介紹
1、復合材料纖維纏繞是將連續纖維浸潤樹脂后，按照一定規律纏繞到芯模上的復合材料回轉構件的成型工藝方法，其能夠高效快速地實現回轉類殼體的制造。復合材料3d打印是將纖維與樹脂結合，形成打印絲材，按照設定的運動路徑，通過逐層堆積的方式，實現復雜結構一體成型的工藝的方法，能高效制造出傳統工藝難以實現的復雜形狀和結構的復合材料構件。
2、?現有技術中，文獻cn2023117773805?公開了一種大開口復合材料發動機殼體變形可控纏繞組合模具，其包括芯軸、分瓣模和封頭，分瓣模沿周向包裹在芯軸外部，兩端固定在芯軸上，封頭通過緊固螺母，該專利針對內部加強結構的復合材料殼體設計模具，但其無法適用于內部凸臺和加筋的復合材料殼體結構。
3、含有內凸臺加筋的殼體結構/構件廣泛應用于航空航天、交通運輸等行業。采用碳纖維復合材料成型復雜殼體，結構重量輕，相比于鋁合金可減重30%以上，結構強度高，其抗拉強度可以達到3000mpa以上，遠高于普通鋼材。但對于內部含有凸臺與加筋的復雜結構/構件，復合材料殼體難以通過纏繞一次高質量成型，且基于常規技術路線需要配合機械加工實現內部復雜凸臺與加強筋制造，會嚴重破壞結構內部的纖維連續性，降低結構強度。更關鍵的是，對于內部含有凸臺與加筋的復雜結構/構件，如何在其凸臺內以及構件內壁表層2-3mm深的范圍內有效植入纖維絲束一直是本領域面臨的技術難題。
技術實現思
1、本專利技術目的在于一種基于3d打印與纖維纏繞的內凸臺加筋復合材料構件成形方法，用于內部含有凸臺和加筋的復合材料殼體構件高質量成形。
2、本專利技術采用了如下技術方案。
3、一種基于3d打印與纖維纏繞的內凸臺加筋復合材料構件成形方法，步驟包括：
4、步驟1，組裝內凸臺加筋復合材料構件的成形模具，并將其安裝在變位機上；
5、步驟2，采用3d打印設備和纖維纏繞設備在成形模具上成形坯件，其內凸臺加筋區域的纖維纏繞軌跡呈若干層球面輪廓結構；本專利技術中，球面輪廓是指基本呈球面的輪廓狀；
6、步驟3，將所得坯件進行固化，拆模后得內凸臺加筋復合材料構件。
7、作為優選方案，所述的成形模具包括：芯軸，在芯軸外圍設置有芯模包覆組件，在芯模包覆組件上設置有半圓凹槽、橢圓槽、加強筋匹配槽、螺紋筋匹配槽、環形凸臺匹配槽，芯模包覆組件包括分瓣模一、分瓣模二、分瓣模三、分瓣模四、分瓣模五、分瓣模六，由這六個分瓣模的外壁共同構成內凸臺加筋復合材料構件的內成形面；在芯模包覆組件兩端部設置有端蓋和封蓋。
8、作為更優選方案，分瓣模一的內圓弧輪廓寬度大于外圓弧輪廓寬度，其余分瓣模的內圓弧輪廓寬度均小于相應的外圓弧輪廓寬度；芯模包覆組件兩端部呈楔形圓柱結構。
9、進一步地，為了能夠在內凸臺加筋復合材料構件的凸臺內有效植入纖維絲束，采用3d打印設備和纖維纏繞設備在成形模具上成形坯件的步驟包括：
10、步驟21，在芯模包覆組件上且位于半圓凹槽所在部位和橢圓槽所在部位間隔、環向纏繞第一部分纖維絲束，位于半圓凹槽和橢圓槽內的纖維絲束呈弧形結構，第一部分纖維絲束的覆蓋范圍不超過半圓凹槽寬度或橢圓槽寬度的2~3倍；
11、步驟22，在半圓凹槽所在部位和橢圓槽所在部位軸向打印間隔布置的第一線性復合材料，由第一線性復合材料和第一部分纖維絲束共同構成呈球面輪廓的第一網格層；
12、步驟23，在第一網格層的網孔區域繼續打印并填充點狀復合材料，由第一點狀復合材料和第一網格層共同構成第一復合材料層；
13、步驟24，參照步驟21至步驟23，在第一復合材料層上繼續間隔、環向纏繞纖維絲束，打印線性復合材料和點狀復合材料，直到形成目標厚度的第n復合材料層；
14、步驟25，在第n復合材料層上連續打印并填充復合材料，直到復合材料充滿整個半圓凹槽和橢圓槽，并壓實；
15、步驟26，在芯模包覆組件表面先軸向間隔鋪設纖維絲束，然后繼續在芯模包覆組件表面打印復合材料，使芯模包覆組件表面形成厚度為2-3mm的殼體結構；
16、步驟27，設定纖維纏繞設備的張力與纏繞軌跡，采用連續纖維螺旋+環向纏繞殼體的方式成形剩下厚度的結構。
17、為了能夠更穩定地在構件凸臺內定向植入纖維絲束，步驟21中，在間隔、環向纏繞纖維絲束的過程中，借助于工具頭壓入半圓凹槽和橢圓槽內使纏繞的纖維絲束能夠貼靠在槽的半圓凹槽內壁和橢圓槽內壁。
18、為了更方便的在凸臺內定向植入纖維絲束，工具頭由若干個可拆卸的工具單體拼接構成，每個工具單體能夠下壓1~3條纖維絲束。
19、作為優選方案，第一部分纖維絲束的相鄰絲束間距控制為5mm。
20、進一步地，為了能夠在構件內壁表層2-3mm深的范圍內有效植入纖維絲束，步驟26中在芯模包覆組件表面先軸向間隔鋪設纖維絲束的具體步驟為：先將設定長度且繃直的纖維絲束兩端卡嵌在端蓋和封蓋上的卡槽內，并在步驟27結束后去掉端部的纖維絲束余料。
21、作為優選方案，卡槽的寬度為纖維絲束直徑的0.9倍。
22、進一步地，為了能夠更方便的在構件內壁表層2-3mm深的范圍內有效植入纖維絲束，卡槽沿著端蓋和封蓋的側壁和外端壁布置。
23、有益效果：本專利技術提出了一種含有內凸臺加筋復合材料構件的專用成形方法，不僅能夠實現這類構件的高質量成型，能夠顯著提高構件內凸臺的抗剪切性能和強度，而且能夠在構件的凸臺內以及構件內壁表層2-3mm深的范圍內有效植入纖維絲束。
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1.一種基于3D打印與纖維纏繞的內凸臺加筋復合材料構件成形方法，其特征在于步驟包括：
2.根據權利要求1所述的內凸臺加筋復合材料構件成形方法，其特征在于，所述的成形模具包括：芯軸（1），在芯軸（1）外圍設置有芯模包覆組件（3），在芯模包覆組件（3）上設置有半圓凹槽（3021）、橢圓槽（3022）、加強筋匹配槽（3023）、螺紋筋匹配槽（3024）、環形凸臺匹配槽（3025），芯模包覆組件（3）包括分瓣模一（301）、分瓣模二（302）、分瓣模三（303）、分瓣模四（304）、分瓣模五（305）、分瓣模六（306），由這六個分瓣模的外壁共同構成內凸臺加筋復合材料構件的內成形面；在芯模包覆組件（3）兩端部設置有端蓋（2）和封蓋（4）。
3.根據權利要求2所述的內凸臺加筋復合材料構件成形方法，其特征在于：分瓣模一（301）的內圓弧輪廓寬度大于外圓弧輪廓寬度，其余分瓣模的內圓弧輪廓寬度均小于相應的外圓弧輪廓寬度；芯模包覆組件（3）兩端部呈楔形圓柱結構。
4.根據權利要求3所述的內凸臺加筋復合材料構件成形方法，其特征在于，采用3D打印設備和纖維纏繞設備在
5.根據權利要求4所述的內凸臺加筋復合材料構件成形方法，其特征在于：步驟21中，在間隔、環向纏繞纖維絲束的過程中，借助于工具頭（9）壓入半圓凹槽（3021）和橢圓槽（3022）內使纏繞的纖維絲束能夠貼靠在槽的半圓凹槽（3021）內壁和橢圓槽（3022）內壁。
6.根據權利要求5所述的內凸臺加筋復合材料構件成形方法，其特征在于：工具頭（9）由若干個可拆卸的工具單體（11）拼接構成，每個工具單體（11）能夠下壓1~3條纖維絲束。
7.根據權利要求6所述的內凸臺加筋復合材料構件成形方法，其特征在于：第一部分纖維絲束的相鄰絲束間距控制為5mm。
8.根據權利要求7所述的內凸臺加筋復合材料構件成形方法，其特征在于，步驟26中在芯模包覆組件（3）表面先軸向間隔鋪設纖維絲束的具體步驟為：先將設定長度且繃直的纖維絲束兩端卡嵌在端蓋（2）和封蓋（4）上的卡槽（7）內，并在步驟27結束后去掉端部的纖維絲束余料。
9.根據權利要求8所述的內凸臺加筋復合材料構件成形方法，其特征在于：卡槽（7）的寬度為纖維絲束直徑的0.9倍。
10.根據權利要求9所述的內凸臺加筋復合材料構件成形方法，其特征在于：卡槽（7）沿著端蓋（2）和封蓋（4）的側壁和外端壁布置。
...【技術特征摘要】
1.一種基于3d打印與纖維纏繞的內凸臺加筋復合材料構件成形方法，其特征在于步驟包括：
2.根據權利要求1所述的內凸臺加筋復合材料構件成形方法，其特征在于，所述的成形模具包括：芯軸（1），在芯軸（1）外圍設置有芯模包覆組件（3），在芯模包覆組件（3）上設置有半圓凹槽（3021）、橢圓槽（3022）、加強筋匹配槽（3023）、螺紋筋匹配槽（3024）、環形凸臺匹配槽（3025），芯模包覆組件（3）包括分瓣模一（301）、分瓣模二（302）、分瓣模三（303）、分瓣模四（304）、分瓣模五（305）、分瓣模六（306），由這六個分瓣模的外壁共同構成內凸臺加筋復合材料構件的內成形面；在芯模包覆組件（3）兩端部設置有端蓋（2）和封蓋（4）。
3.根據權利要求2所述的內凸臺加筋復合材料構件成形方法，其特征在于：分瓣模一（301）的內圓弧輪廓寬度大于外圓弧輪廓寬度，其余分瓣模的內圓弧輪廓寬度均小于相應的外圓弧輪廓寬度；芯模包覆組件（3）兩端部呈楔形圓柱結構。
4.根據權利要求3所述的內凸臺加筋復合材料構件成形方法，其特征在于，采用3d打印設備和纖維纏繞設備在成形模具上成形坯件的步驟包括：
5.根據權利要求4所述的內凸臺加...
【專利技術屬性】
技術研發人員：冉旭東，周少蘭，雷偉，黃樹海，陶健全，陳強，向林，萬元元，吳洋，張菲玥，
申請(專利權)人：中國兵器裝備集團西南技術工程研究所，
類型：發明
國別省市：
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