CN114536809A - 一种复合材料无人艇艇体成型方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种复合材料无人艇艇体成型方法，包括：1）模具与设备准备，艇体结构包括九大复合材料零件；2）复材零件铺贴；3）热压罐固化成型；4）切边开孔；5）艇体装配；6）舾装。本发明采用预浸料铺贴热压罐固化成型工艺将艇体分为九大零件，减少的零件数量的制造；利用自动裁片机裁切随型预浸料铺贴各零件，有效提高原材料的利用率，原材料利用率和生产效率均显著提高。
Description
技术领域
本发明涉及一种艇体成型方法，特别涉及一种复合材料无人艇艇体成型方法。
背景技术
我国复合材料船艇发展于60年代，目前市场的小型船艇基本都是复合材料制作而成。传统复合材料船艇的制造工艺主要分为两种，一种是手工糊制，另一种是真空导入工艺成型。手糊工艺操作简单，但生产周期长，固化后的层间易存在大量气泡，且树脂含量高、力学性能离散系数大。真空导入工艺生产周期短、效率高，但其操作复杂，对铺层厚度有一定要求，同样树脂含量高、力学性能离散系数大。
热压罐成型是指将预浸料（树脂和纤维预先复合好）按铺层设计角度要求铺放于模具上，并密封在真空袋中后放入热压罐经过高温高压，完成材料固化反应，使预浸料坯件成为所需形状和满足质量要求的构件的工艺方法。
想要优化现有复合材料成型工艺带来的树脂含量高（以上两种成型工艺制造的艇体树脂含量在38-45%）、易产生气泡、力学性能离散系数大等缺点。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术缺陷，提供一种复合材料无人艇艇体成型方法，能够有效降低艇体复合材料的树脂含量，减轻艇体重量。
本发明的目的是这样实现的：一种复合材料无人艇艇体成型方法，包括以下步骤：
1）模具与设备准备：模具与设备包括艇体结构所有零件成型模具和装配工装，所有铺贴模具在使用前进行除油、除灰、除毛刺的清理，然后在模具铺贴面涂覆5遍770NC脱模剂，每一遍之间间隔时间不少于15分钟；所述艇体结构包括九大复合材料零件，所述九大复合材料零件包括艇底、前隔仓板、第一中隔仓板、第二中隔仓板、后隔仓板、前甲板、中间舱室、后甲板和上层建筑；
2）复材零件铺贴：所述九大复合材料零件有各自专属成型模具，九大复合材料零件类型包括蒙皮加帽形筋结构型和蒙皮加泡沫夹心加筋结构型；艇体结构的九大复合材料零件的蒙皮均采用单向玻纤预浸料与平纹玻纤预浸料按6:4的铺贴比率铺贴；单向预浸料铺层角度比率为：0°：90°：±45°=6：2：2；平纹预浸料铺层角度比率为：0°或90°：±45°=1:1；艇体结构的九大复合材料零件的冒型筋均采用0°平纹预浸料铺贴；
3）预浸料热压罐固化成型：九大复合材料零件铺贴完成后进入热压罐，通过高温高压固化成型，树脂选用的是中低温环氧树脂，在80℃下4小时完成最终固化；
4）切边开孔：成型后的复合材料零件安装边都留有一定的加工余量，利用手工切边的方式切除余量后在指定安装螺栓位置手工开孔，用于后期装配；
5）艇体装配：切边开孔后的九大复合材料零件按照装配图纸将各零件利用装配工装定位，装配面涂抹结构密封胶后，用螺栓连接锁死，待结构密封胶固化后方可拆除装配工装；
6）舾装：艇体结构部分已全部安装到位，后期将舾装部门安装到位、喷漆完成，最终完成整个艇体结构。
作为本发明的进一步限定，所述艇底包括船底、侧舷和尾封板；所述中间舱室包括中间甲板和驾驶舱室。
作为本发明的进一步限定，所述蒙皮加帽形筋结构型的铺贴过程具体包括：采用自动裁片机根据下料图净尺寸裁切预浸料片；将裁切好的预浸料片依据铺层角度设计逐层铺贴与模具表面，每铺贴四层料片制作真空预抽袋预压实铺贴的料片，直至铺贴结束；然后在蒙皮表面定位安放泡沫芯，泡沫芯外侧裹铺一层环氧胶膜，并制作真空预抽袋预压实；接着在泡沫芯外侧根据铺层角度设计逐层铺贴冒型筋蒙皮，同样每铺贴四层制作真空预抽袋预预压实；最后制作最终真空袋准备进热压罐固化。
作为本发明的进一步限定，所述蒙皮加泡沫加筋结构型的铺贴过程具体包括：首采用自动裁片机根据下料图净尺寸裁切预浸料片；将裁切好的预浸料片依据铺层角度设计逐层铺贴与模具表面，每铺贴四层料片制作真空预抽袋预压实铺贴的料片，直至外蒙皮铺贴结束；然后在外蒙皮表面定位安放泡沫芯和加强筋，安放好后在其外表面整体铺贴一层环氧胶膜，并制作真空预抽袋预压实；接着在泡沫与加强筋表面铺贴按照铺层设计铺贴内蒙皮，同样每铺贴四层制作真空预抽袋预预压实；最后制作最终真空袋准备进热压罐固化。
本发明采用以上技术方，与现有技术相比，有益效果为：采用预浸料铺贴热压罐固化成型工艺来制造艇体九大复材零件，后将九大零件采用螺栓连接加胶接的方式组装成整个艇体；热压罐内的压力和温度均匀，可以保证成型构件的质量稳定，热压罐成型工艺制造的构件孔隙率较低、树脂含量均匀，相对其他成型工艺热压罐制备构件的力学性能稳定可靠；有效降低了艇体复合材料的树脂含量；提高了船艇体材料复合后的力学性能以及离散系数；减少了成型过程中的气泡以及孔隙率；大大减轻了艇体重量。
附图说明
图1本发明无人艇艇体整体结构示意图。
图2本发明无人艇艇体各部分结构示意图。
其中，1艇底，2前隔仓板，3第一中隔仓板，4第二中隔仓板，5后隔仓板，6前甲板，7中间舱室，8后甲板，9上层建筑。
具体实施方式
如图1所示，本实施例中无人艇技术参数为船体结构长度为12.8米，宽3.2米，高3.5米，满载水量13吨，最高航速36节；材料选型为此型号无人艇选用1200Tex无碱玻璃纤维纱和300g/m2无碱玻璃纤维平纹编织布作为增强材料，树脂选用中温固化环氧树脂。将树脂分别与玻璃纤维纱与平纹布制作成面密度为373 g/m2的单向纤维预浸料和461g/m2平纹预浸料，其树脂含量分别为33%与35%。
采用300g/m2无碱玻璃纤维平纹编织布分别与同体系的两种环氧树脂复合，一种制作成预浸料采用热压罐工艺，另一种采用真空导入工艺分别制作力学性能试板测试其力学性能如表1所示：
表1 真空导入工艺与热压罐工艺力学性能对照表
由表1可见，预浸料热压罐工艺的力学性能比真空导入总体高25%以上。因此在设计艇体时可依据仿真计算得出原材料能减少使用22%左右，艇体重量即可减轻22%。因此选择预浸料热压罐工艺对九大复合材料零件进行固化成型。
一种复合材料无人艇艇体成型方法，包括以下步骤：
1）模具与设备准备：模具与设备包括艇体结构所有零件成型模具和装配工装，艇体结构包括九大复合材料零件，九大复合材料零件包括艇底、前隔仓板、第一中隔仓板、第二中隔仓板、后隔仓板、前甲板、中间舱室、后甲板和上层建筑；艇底包括船底、侧舷和尾封板；所述中间舱室包括中间甲板和驾驶舱室。所有铺贴模具在使用前需要对其进行除油、除灰、除毛刺的清理，然后在模具铺贴面涂覆5遍770NC脱模剂，每一遍之间间隔时间不少于15分钟；
如图2所示，本实施例中是一种单体艇，其结构长度为12.8米，宽3.2米，高3.5米；整艘艇体结构部分由九大复合材料零件组合而成，每个零件均采用预浸料铺贴热压罐整体成型。
表2复合材料无人艇9大复材零件列表
2）复材零件铺贴：九大复合材料零件有各自专属成型模具，九大复合材料零件类型包括蒙皮加帽形筋结构型和蒙皮加泡沫夹心加筋结构型；艇体结构的九大复合材料零件的蒙皮均采用单向玻纤预浸料与平纹玻纤预浸料按6:4的铺贴比率铺贴；单向预浸料铺层角度比率为：0°：90°：±45°=6：2：2；平纹预浸料铺层角度比率为：0°（90°）：±45°=1:1；艇体结构的九大复合材料零件的冒型筋均采用0°平纹预浸料铺贴；从表2中可知，除上层建筑9的结构类型为泡沫夹心加筋结构，其余艇体结构均为蒙皮加帽形筋结构；
蒙皮加帽形筋结构型的铺贴过程具体包括：采用自动裁片机根据下料图净尺寸裁切预浸料片；将裁切好的预浸料片依据铺层角度设计逐层铺贴与模具表面，每铺贴四层料片制作真空预抽袋预压实铺贴的料片，直至铺贴结束；然后在蒙皮表面定位安放泡沫芯，泡沫芯外侧裹铺一层环氧胶膜，并制作真空预抽袋预压实；接着在泡沫芯外侧根据铺层角度设计逐层铺贴冒型筋蒙皮，同样每铺贴四层制作真空预抽袋预预压实；最后制作最终真空袋准备进热压罐固化；
蒙皮加泡沫加筋结构型的铺贴过程具体包括：首采用自动裁片机根据下料图净尺寸裁切预浸料片；将裁切好的预浸料片依据铺层角度设计逐层铺贴与模具表面，每铺贴四层料片制作真空预抽袋预压实铺贴的料片，直至外蒙皮铺贴结束；然后在外蒙皮表面定位安放泡沫芯和加强筋，安放好后在其外表面整体铺贴一层环氧胶膜，并制作真空预抽袋预压实；接着在泡沫与加强筋表面铺贴按照铺层设计铺贴内蒙皮，同样每铺贴四层制作真空预抽袋预预压实；最后制作最终真空袋准备进热压罐固化。
3）热压罐固化成型：九大复合材料零件铺贴完成后进入热压罐，通过高温高压固化成型，树脂选用的是中低温环氧树脂，在80℃下4小时完成最终固化；
4）切边开孔：成型后的复合材料零件安装边都留有一定的加工余量，利用手工切边的方式切除余量后在指定安装螺栓位置手工开孔，用于后期装配；
5）艇体装配：切边开孔后的九大复合材料零件按照装配图纸将各零件利用装配工装定位，装配面涂抹结构密封胶后，用螺栓连接锁死，待结构密封胶固化后方可拆除装配工装；
6）舾装：艇体结构部分已全部安装到位，后期将舾装部门安装到位、喷漆完成，最终完成整个艇体结构。
本发明采用一种复合材料艇的新型制造工艺，减薄了艇体蒙皮厚度，从而有效的减轻了艇体重量；采用预浸料铺贴热压罐固化成型工艺将艇体分为九大零件，减少的零件数量的制造；利用自动裁片机裁切随型预浸料铺贴各零件，有效提高原材料的利用率，原材料利用率和生产效率均显著提高。
本发明并不局限于上述实施例，在本发明公开的技术方案的基础上，本领域的技术人员根据所公开的技术内容，不需要创造性的劳动就可以对其中的一些技术特征作出一些替换和变形，这些替换和变形均在本发明的保护范围内。
Claims (4)
1.一种复合材料无人艇艇体成型方法，其特征在于，包括以下步骤：
1）模具与设备准备：模具与设备包括艇体结构所有零件成型模具和装配工装，所有铺贴模具在使用前进行除油、除灰、除毛刺的清理，然后在模具铺贴面涂覆5遍770NC脱模剂，每一遍之间间隔时间不少于15分钟；所述艇体结构包括九大复合材料零件，所述九大复合材料零件包括艇底、前隔仓板、第一中隔仓板、第二中隔仓板、后隔仓板、前甲板、中间舱室、后甲板和上层建筑；
2）复材零件铺贴：所述九大复合材料零件有各自专属成型模具，九大复合材料零件类型包括蒙皮加帽形筋结构型和蒙皮加泡沫夹心加筋结构型；艇体结构的九大复合材料零件的蒙皮均采用单向玻纤预浸料与平纹玻纤预浸料按6:4的铺贴比率铺贴；单向预浸料铺层角度比率为：0°：90°：±45°=6：2：2；平纹预浸料铺层角度比率为：0°或90°：±45°=1:1；艇体结构的九大复合材料零件的冒型筋均采用0°平纹预浸料铺贴；
3）预浸料热压罐固化成型：九大复合材料零件铺贴完成后进入热压罐，通过高温高压固化成型，树脂选用的是中低温环氧树脂，在80℃下4小时完成最终固化；
4）切边开孔：成型后的复合材料零件安装边都留有一定的加工余量，利用手工切边的方式切除余量后在指定安装螺栓位置手工开孔，用于后期装配；
5）艇体装配：切边开孔后的九大复合材料零件按照装配图纸将各零件利用装配工装定位，装配面涂抹结构密封胶后，用螺栓连接锁死，待结构密封胶固化后方可拆除装配工装；
6）舾装：艇体结构部分已全部安装到位，后期将舾装部门安装到位、喷漆完成，最终完成整个艇体结构。
2.根据权利要求1所述的一种复合材料无人艇艇体成型方法，其特征在于，所述艇底包括船底、侧舷和尾封板；所述中间舱室包括中间甲板和驾驶舱室。
3.根据权利要求1所述的一种复合材料无人艇艇体成型方法，其特征在于，所述蒙皮加帽形筋结构型的铺贴过程具体包括：采用自动裁片机根据下料图净尺寸裁切预浸料片；将裁切好的预浸料片依据铺层角度设计逐层铺贴与模具表面，每铺贴四层料片制作真空预抽袋预压实铺贴的料片，直至铺贴结束；然后在蒙皮表面定位安放泡沫芯，泡沫芯外侧裹铺一层环氧胶膜，并制作真空预抽袋预压实；接着在泡沫芯外侧根据铺层角度设计逐层铺贴冒型筋蒙皮，同样每铺贴四层制作真空预抽袋预预压实；最后制作最终真空袋准备进热压罐固化。
4.根据权利要求1所述的一种复合材料无人艇艇体成型方法，其特征在于，所述蒙皮加泡沫加筋结构型的铺贴过程具体包括：首采用自动裁片机根据下料图净尺寸裁切预浸料片；将裁切好的预浸料片依据铺层角度设计逐层铺贴与模具表面，每铺贴四层料片制作真空预抽袋预压实铺贴的料片，直至外蒙皮铺贴结束；然后在外蒙皮表面定位安放泡沫芯和加强筋，安放好后在其外表面整体铺贴一层环氧胶膜，并制作真空预抽袋预压实；接着在泡沫与加强筋表面铺贴按照铺层设计铺贴内蒙皮，同样每铺贴四层制作真空预抽袋预预压实；最后制作最终真空袋准备进热压罐固化。
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