某種復(fù)合材料輕量化機(jī)載設(shè)備支架的研制

季陳 姬婉婷

摘 要：本文根據(jù)某種復(fù)合材料機(jī)載設(shè)備的技術(shù)要求，圍繞其輕量化及結(jié)構(gòu)指標(biāo)以及其它的使用要求，給出了一種用于某種復(fù)合材料輕量化機(jī)載設(shè)備支架的研制方案。

關(guān)鍵詞：復(fù)合材料機(jī)載設(shè)備;總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì);強(qiáng)度設(shè)計(jì);輕量化

在當(dāng)前節(jié)能減排的大背景下，輕量化是承載構(gòu)件的發(fā)展趨勢(shì)之一，特別是在對(duì)結(jié)構(gòu)質(zhì)量敏感的航空航天、軌道交通車體框架等領(lǐng)域中。碳纖維復(fù)合材料機(jī)載設(shè)備既有箱形截面慣性矩大、抗扭性能好的特點(diǎn)，又能發(fā)揮復(fù)合材料輕質(zhì)高強(qiáng)、可設(shè)計(jì)性強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)。

本項(xiàng)目主要根據(jù)復(fù)合材料材質(zhì)，重量輕、比強(qiáng)度高、荷重比高、耐腐蝕、耐鹽霧、環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)、耐沖擊和高性價(jià)比等特點(diǎn)，給出了一種用于某種復(fù)合材料輕量化機(jī)載設(shè)備支架的研制方案。

1 復(fù)合材料輕量化機(jī)載設(shè)備支架總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

復(fù)合材料輕量化機(jī)載設(shè)備支架外形尺寸為670×570×403mm，由支架外殼、支架蓋及密封條三部分組成。

機(jī)載設(shè)備支架外殼和支架蓋均為2mm的殼體結(jié)構(gòu)，整體重量約3.25kg，十分輕便，所有零件所用碳纖維復(fù)合材料模壓成型。初步設(shè)計(jì)成型的機(jī)載設(shè)備支架外殼復(fù)雜的整體結(jié)構(gòu)，給模具設(shè)計(jì)制造和產(chǎn)品制造帶來很大困難，也使生產(chǎn)成本大幅度提高，因此需要對(duì)支架外殼結(jié)構(gòu)優(yōu)化處理

在保證外形尺寸的前提下，將整體式的箱外殼拆成均厚，厚度仍為2mm的支架外殼1和支架外殼2兩個(gè)部分，結(jié)構(gòu)如下圖1所示。

同時(shí)對(duì)于支架外殼1與支架外殼2之間采用膠鉚連接，既能滿足力學(xué)性能要求，又保證了外觀質(zhì)量。

優(yōu)化設(shè)計(jì)后的復(fù)合材料輕量化機(jī)載設(shè)備支架在外形上為對(duì)稱結(jié)構(gòu)，要求設(shè)備支架內(nèi)表面光滑平整。同時(shí)要求支架蓋與支架外殼之間配合準(zhǔn)確，裝配階差不大于0.2mm;支架外殼1與支架外殼2之間配合準(zhǔn)確，外形公差滿足±0.2mm。

1.1 機(jī)載設(shè)備支架材料及相關(guān)要求

復(fù)合材料記載設(shè)備支架蓋、支架外殼1和支架外殼2采用高溫環(huán)氧樹脂碳纖維預(yù)浸料7901-33%-12KT700-U-200gsm和7901-40%-3KT300-T-200gsm，其中7901-40%-3KT300-T-200gsm 鋪貼在產(chǎn)品內(nèi)外表面。

1.2 機(jī)載設(shè)備支架模具設(shè)計(jì)及相關(guān)要求

為達(dá)到產(chǎn)品質(zhì)量和工藝成型要求，機(jī)載設(shè)備支架外殼模具和支架蓋模具具有以下特征：1）閉模結(jié)構(gòu)，保證產(chǎn)品尺寸;2）模具型面精加工處理，保證產(chǎn)品表面精度;3）碳鋼材質(zhì)，滿足中溫成型要求。

機(jī)載設(shè)備支架外殼1模具（詳見圖2）外形尺寸為672×668×132mm，模具重量為420kg（其中上模166kg，下模249kg），材質(zhì)為45#鋼;箱外殼2模具外形尺寸為668×503×132mm，模具重量為330kg（其中上模115kg，下模200kg），材質(zhì)為45#鋼。箱蓋模具外形尺寸為664×483×135mm，模具重量為260kg。

對(duì)于設(shè)備支架蓋、支架外殼1和支架外殼2模具工作面上均有相關(guān)位置刻度線，用于產(chǎn)品外形修剪定位。所有模具按照工作狀態(tài)，在模壓機(jī)內(nèi)于固化溫度下進(jìn)行試驗(yàn)，真空度符合要求。

1.3 機(jī)載設(shè)備支架的固化要求

安放熱電偶：在模具上安放1個(gè)熱電偶監(jiān)控固化周期。設(shè)定固化程序：以≤3℃/min的升溫速率從室溫→80℃，并在（80±5）℃下保溫30min;以≤3℃/min的升溫速率從80℃→130℃，并在（130±5）℃下保溫180min;以≤3℃/min的降溫速率從130℃→50℃;手動(dòng)預(yù)壓，預(yù)壓過程合?？p隙控制在5-7mm。預(yù)壓結(jié)束10Mpa保壓，補(bǔ)壓壓力設(shè)置為8Mpa，詳見圖3固化溫度圖。最后移除產(chǎn)品上、下模，按照切割線進(jìn)行修剪，對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行外形尺寸、外觀質(zhì)量和內(nèi)部質(zhì)量檢測(cè)。

2 結(jié)束語

通過模擬可得，該復(fù)合材料輕量化機(jī)載設(shè)備支架相對(duì)于原金屬機(jī)箱減重70%，比PP塑料箱減重50%，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度高，吸震性能好，隔音減噪，外觀設(shè)計(jì)性強(qiáng)。可應(yīng)用于通信設(shè)備、軍事、戶外和衛(wèi)星車載等行業(yè)。該項(xiàng)目研制是我司在輕量化設(shè)計(jì)方面進(jìn)行的一個(gè)科研項(xiàng)目，通過該項(xiàng)目的研制對(duì)我司在輕量化技術(shù)方面進(jìn)行一定的技術(shù)積累，同時(shí)可以通過該項(xiàng)目研制的產(chǎn)品對(duì)外進(jìn)行輕量化業(yè)務(wù)拓展，獲得航空機(jī)載設(shè)備、軌道交通等輕量化產(chǎn)品的生產(chǎn)機(jī)會(huì)，具有戰(zhàn)略性意義。

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作者簡(jiǎn)介

季陳（1995-），男，本科，主要從事復(fù)合材料項(xiàng)目拓展工作。