一種複合材料法蘭的成型工藝的製作方法
2023-06-25 22:16:41 2
專利名稱：一種複合材料法蘭的成型工藝的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種用於傳動軸與電機連接用的法蘭成型工藝，具體講是一種複合材料法蘭的成型工藝，屬於法蘭成型的技術領域。
背景技術：
傳動系統是冷卻塔的關鍵部件之一，其性能對整個設備的效率有較大影響。目前，我國傳動軸製造領域主要採用合金鋼、鋁合金、鎂合金或鈦合金等金屬材料製作，為滿足先進冷卻塔的性能要求，碳纖維複合材料傳動軸的研究和應用成為發展趨勢。與金屬傳動軸相比，複合材料傳動軸具有重量輕、跨度大、使用壽命長和噪聲係數低等許多優點。在大型冷卻塔、汽車、船舶中電機功率的傳遞中應用到傳動軸，而法蘭則是傳動軸與電機間聯繫的紐帶。現有技術中多應用金屬法蘭，具有質量重，在耐腐蝕、耐酸鹼方面較差，本發明則利用了複合材料輕質高強、耐腐蝕、耐酸鹼的特性，有效地克服了金屬法蘭這些方面的不足。目前複合材料法蘭已有用到玻璃纖維編織、RTM (樹脂傳遞模塑)成型的工藝，該工藝要求玻璃纖維編織物與模具配合度高，編織複雜，效率較低。
發明內容
為了解決上述現有技術中存在的問題，本發明的目的是提供一種工藝簡單，易於操作，保證質量且成本低的複合材料法蘭的成型工藝。為了實現上述目的，本發明採用如下技術方案:一種複合材料法蘭的成型工藝，包括步驟如下:
1)預製法蘭成型模具，清理其表面並塗抹一層脫模劑；
2)在塗有脫模劑的模具上，手糊複合材料預成型為法蘭形體；
3)將步驟2)預成型的法蘭形體連同模具送入液壓機內，經液壓機合模加壓、加熱至70 120°C後，保溫2 4h固化成型為複合材料法蘭坯體；冷卻至室溫後脫模；
4)在步驟3)脫模後的複合材料法蘭坯體的周邊等角度開通有若干個銷孔；該銷孔為兩種直徑不同的大小銷孔，大銷孔與小銷孔數量相同，且互為間隔設置；將其外表打磨後成型為所述複合材料法蘭。上述步驟I)所用的脫模劑為汽車蠟或液態脫模劑。上述步驟2)中的手糊複合材料包括多層玻纖布層和樹脂混合物；玻纖布層由細密玻纖布和方格布複合而成；其中，方格布為20 50層,每層厚度為0.4mm ;細密玻纖布為4 20層，每層厚度為0.2mm。上述每層細密玻纖布的規格為:單重180g/m2，經向5.0根/釐米，緯向4.2根/釐米；每層方格布的規格為:單重400g/m2，經向為3.6根/釐米，緯向為3.2根/釐米。上述步驟2)手糊複合材料的具體操作為:A)在步驟I)的模具表面以褡包方式鋪覆2 10層細密玻纖布，在最外層的細密玻纖布外表面纏繞玻璃纖維紗；用樹脂塗覆其表面並手糊均勻；B)用2層褡包和2層環包交錯方式鋪覆20 50層方格布，每鋪4層方格布用玻璃纖維紗纏繞固定，用樹脂塗覆其外表面且手糊均勻；c)重複步驟A);成型為所述法蘭形體。上述玻璃纖維紗的纏繞方式為一個方向間隔均勻纏繞，一層纏繞至少15圈，將細密玻纖布或方格布各層裹緊。上述的樹脂混合物由樹脂和固化劑以100:2的比例混合而成；其中，樹脂選用乙烯基酯環氧樹脂或環氧樹脂或不飽和聚酯樹脂中任一種；固化劑選用過氧化甲乙酮或三乙烯四氨或DMP30或聚醯胺中任一種。上述步驟3)中液壓機合模加壓的壓力為7 lOMpa。
上述步驟4)中的銷孔開設有4 8個，最佳為開設有6個；其中，大銷孔和小銷孔的數量相等，最佳各設3個，；相鄰2個大銷孔和小銷孔之間的間隔角度為60度，大銷孔直徑Φ為20 32mm ;小銷孔直徑Φ為10 18mm。由於採用了上述技術方案，本發明的有益效果如下::1)本發明採用手糊操作可以保證鋪設玻纖布的浸膠效果，從而大大減少了產品的浸潰不良的缺陷，質量的可控性強。2)與玻璃纖維編織相比，本發明可直接使用玻纖布鋪層，選用的玻纖布均為市售產品，可直接購買使用；一次成型，外觀漂亮，節省了後續加工，可降低加工成本。3)本發明的成型工藝採用玻璃鋼製品中最成熟、應用最廣泛的手糊鋪布，對人員及設備要求較低；將手糊的產品鋪放預成型後，通過液壓機一次加壓模壓成型，與現有的編織成型和採用RTM真空灌注工藝相比，工藝簡單，便於操作，可提高生產效率。4)手糊人工操作，液壓機加壓排除氣泡，底層和頂層鋪覆細密玻纖布可保證該複合材料法蘭外表的細密整潔，保證並可提高其製品的質量；易於推廣實施。
圖1為本發明法蘭結構的軸向`截面圖。圖2為圖1A-A向結構示意圖。圖3為複合材料法蘭與傳動軸的軸向連接結構示意圖。
具體實施例方式本發明提供了一種操作簡單，質量可控性強，成本低廉的複合材料法蘭的成型工藝。複合材料法蘭的成型工藝採用如下步驟實現:
一種複合材料法蘭的成型工藝，包括步驟如下:
1)預製法蘭成型模具，清理其表面並塗抹一層脫模劑；
2)在塗有脫模劑的模具上，手糊複合材料預成型為法蘭形體；
3)將步驟2)預成型的法蘭形體連同模具送入液壓機內，經液壓機合模加壓、加熱至70 120°C後，保溫2 4h固化成型為複合材料法蘭坯體；冷卻至室溫後脫模；
4)在步驟3)脫模後的複合材料法蘭坯體的周邊等角度開有若干個銷孔；所述銷孔為兩種直徑不同的大小銷孔，大銷孔與小銷孔交叉設置；將其外表打磨後成型為所述複合材料法蘭。其中步驟I)所用的脫模劑為市售的任一種汽車蠟或液態脫模劑；本實施方式中選用由德國漢高集團(化工)有限公司生產，型號為Frekote 55-NC，商品名稱為漢高-樂泰脫模劑。步驟2)中，手糊複合材料包括玻纖布和樹脂混合物；
所用的玻纖布為多層方格布和多層細密玻纖布複合而成，其中，方格布和細密玻纖布均為具有較高強度的無鹼玻璃纖維織物，方格布一般可鋪覆20 50層，最佳鋪覆32層，每層厚度為0.4mm ;細密玻纖布一般可鋪覆4 20層，最佳鋪覆8層，每層厚度為0.2mm ;每鋪覆4層細密玻纖布或4層方格布後，要在其上纏繞有玻璃纖維紗，用玻璃纖維紗捆綁固定細密玻纖布或固定方格布，將各層裹緊；所用的玻璃纖維紗應與所用的細密玻纖布和方格布的材質相同，均為無鹼玻璃纖維紗與乙烯基酯環氧樹脂有良好的浸潤性；
所用的樹脂混合物由樹脂和固化劑以100:1 3的比例混合而成；其中，樹脂採用具有良好的耐腐蝕性、耐酸性、良好的韌性及對玻璃纖維浸潤性強的乙烯基酯環氧樹脂；除此之外，可採用其他環氧類或不飽和類的樹脂，如二酚基丙烷型環氧樹脂或鄰苯二甲酸型(簡稱鄰苯型)、間苯二甲酸型(簡稱間苯型)、雙酚A型和乙烯基酯型不飽和聚酯樹脂中任一種；固化劑為過氧化甲乙酮，還可根據選用的樹脂不同選擇胺類或其他種類的固化劑，如三乙烯四氨、DMP30、聚醯胺等中任一固化劑市售產品。上述0.2mm厚的細密玻纖布，其規格為:單重180g/m2，經向5.0根/釐米，緯向4.2根/釐米；0.4mm厚的方格布，其規格為:單重400g/m2，經向3.6根/釐米，緯向3.2根/釐米。以鋪覆40層玻纖布製備複合材料法蘭為例，上述步驟2)手糊複合材料的具體操作為:A)先在步驟I)的模具表面以褡包方式鋪覆4層細密玻纖布，在鋪好的細密玻纖布外表面纏繞玻璃纖維紗；用樹脂塗覆其表面並手糊均勻將其固定；B)再用2層褡包和2層環包交錯方式鋪覆32層方格布，每鋪4層方格布用玻璃纖維紗纏繞，用樹脂塗覆其外表面且手糊均勻固定；C)再重複步驟A);完成該複合材料法蘭形體的成型。上述玻璃纖維紗的纏繞方式為一個方向間隔均勻纏繞，一層纏繞至少15圈，將細密玻纖布或方格布各層裹緊。其中，底層和頂層鋪覆細密玻纖布可保證該複合材料法蘭外表的細密整潔。上述步驟3)中液壓機合模加壓的壓力為7 lOMpa。
上述步驟4)中的銷孔開設有4 8個，最佳為開設有6個；其中，大銷孔和小銷孔開設的數量相等，銷孔開設的數量由與其連接的傳動軸直徑大小決定；最佳各設3個；相鄰2個大銷孔和小銷孔之間間隔角度為60度，大銷孔直徑Φ為20 32mm ;小銷孔直徑Φ為10 18mm。大銷孔和小銷孔互為交叉設置；最後將大銷孔和小銷孔的外表打磨後成型為本發明的複合材料法蘭。以下通過附圖對本發明技術方案作進一步詳細說明。如圖1所示，為本發明複合材料法蘭結構的軸向截面圖。法蘭由環體1、圓筒體段2和頂盤3 —體成型；環體I位於圓筒體段2的底端且與圓筒體段2底端的外周水平相接，頂盤3位於圓筒體段2的頂端且與該圓筒體段2頂端周邊水平相接；環體1、圓筒體段2和頂盤3在預成型模具上一體成型為所述複合材料法蘭。手糊複合材料的具體操作中，採用兩層褡包和兩層環包交錯的鋪層方式進行手糊鋪布的目的是為了保證法蘭整體的連續性；
其中，褡包是指將一塊四方形的方格布由該法蘭的頂盤3褡下，將頂盤3、圓筒體段2和圓環I 一起包覆，人工用毛刷將已混好的樹脂混合物塗覆在方格布上並將布層間的氣泡趕出。環包是指將一長方形的方格布環繞圓筒體段2和環體1，人工用毛刷將已混好的樹脂混合物塗覆在方格布上並將布層間的氣泡趕出。為保證細密玻纖布和方格布層與層之間能夠貼緊，每隔4層鋪放的細密玻纖布或方格布之間還需用玻璃纖維紗一個方向間隔均勻的纏繞一層至少15圈，將細密玻纖布和方格布各層裹緊，將細密玻纖布和方格布定型。採用玻璃纖維紗對所用玻纖布進行定型能夠保證該法蘭使用材料的一致性。所用的樹脂混合物由乙烯基酯環氧樹脂和固化劑，其配比為:乙烯基酯環氧樹脂:固化劑為100:1 3 ;其中固化劑選用過氧化甲乙酮。本實施方式中所用的液壓機為315噸四柱液壓機加壓合模，加壓範圍為7 lOMPa，根據產品要求還可選用其它常規的液壓機；加熱採用電熱管，將其放入模具上預留的電熱管孔內，接通電源加熱；也可根據需要選用其它常規的加熱方式；在液壓機內保溫後固化成型。該複合材料法蘭脫模、打孔打磨成型後，為了提高其使用壽命，防腐蝕，還可在其上塗漆，本實施方式中塗有黑色耐腐蝕環氧漆；除此之外，也可以塗具有耐腐蝕性能的其它漆塗料。如圖2所示，整個複合材料法蘭環體I的表面部位等角度開設有6個銷孔，3個大銷孔4和3個小銷孔5，大銷孔4與小銷孔5交叉開設，在大銷孔4和小銷孔5內車有螺距，通過螺栓將傳動軸與電機連接。除此之外，本發明開設的銷孔還可為4 8個孔，大銷孔4和小銷孔5開設的數量相等，均為交叉開設。如圖3所示，帶有頂盤3的圓筒體段2 —端嵌入傳動軸6的直徑內，通過乙烯基環氧樹脂和傳動軸6的內徑黏結裝配固定；在傳動軸6和圓筒體段2黏結部位的中段沿其徑向相對開設有銷孔，插入銷釘以加強傳動軸6與本發明複合材料法蘭的固定連接，再通過環體I上的大銷孔端和小銷孔端與連接電機的法蘭對接螺栓固定，完成傳動軸6與電機的安全連接。
權利要求
1.一種複合材料法蘭的成型工藝，包括步驟如下: 1)預製法蘭成型模具，清理其表面並塗抹一層脫模劑； 2)在塗有脫模劑的模具上，手糊複合材料預成型為法蘭形體； 3)將步驟2)預成型的法蘭形體連同模具送入液壓機內，經液壓機合模加壓、加熱至70 120°C後，保溫2 4h固化成型為複合材料法蘭坯體；冷卻至室溫後脫模； 4)在步驟3)脫模後的複合材料法蘭坯體的周邊等角度開通有若干個銷孔；該銷孔為兩種直徑不同的大小銷孔，大銷孔與小銷孔數量相同，且互為交叉設置；將其外表打磨後成型為所述複合材料法蘭。
2.如權利要求1所述的複合材料法蘭的成型工藝，其特徵在於:步驟I)所述的脫模劑為汽車蠟或液態脫模劑。
3.如權利要求2所述的複合材料法蘭的成型工藝，其特徵在於:步驟2)所述手糊複合材料包括玻纖布層和樹脂混合物；所述玻纖布層由多層細密玻纖布和多層方格布複合而成；其中，方格布為20 50層，每層厚度為0.4mm ;細密玻纖布為4 20層，每層厚度為0.2mm。
4.如權利要求3所述的複合材料法蘭的成型工藝，其特徵在於:每層所述細密玻纖布的規格為:單重180g/m2，經向5.0根/釐米，緯向4.2根/釐米；每層所述方格布的規格為:單重400g/m2，經向為3.6根/釐米，緯向為3.2根/釐米。
5.如權利要求4所述的複合材料法蘭的成型工藝，其特徵在於:所述手糊複合材料的具體操作為:A)在所述模具表面以褡包方式鋪覆2 10層細密玻纖布，在最外層的細密玻纖布外表面纏繞玻璃纖維紗；用樹脂塗覆其表面並手糊均勻；B)用2層褡包和2層環包交錯方式鋪覆20 50層所述方格布，每鋪4層所述方格布在其外表面用玻璃纖維紗纏繞固定；用樹脂塗覆表面手糊均勻；C)重複步驟A);成型為所述法蘭形體。
6.如權利要求5所述的複合材料法蘭的成型工藝，其特徵在於:所述玻璃纖維紗的纏繞方式為一個方向間隔均勻纏繞，一層纏繞至少15圈，將所述細密玻纖布或所述方格布各層裹緊。
7.如權利要求6所述的複合材料法蘭的成型工藝，其特徵在於:所述樹脂混合物由樹脂和固化劑以100:2的比例混合而成；其中，樹脂選用乙烯基酯環氧樹脂或還氧樹脂或不飽和聚酯樹脂中任一種；固化劑選用過氧化甲乙酮或三乙烯四氨或DMP30或聚醯胺中任一種。
8.如權利要求7所述的複合材料法蘭的成型工藝，其特徵在於:步驟3)所述合模加壓的壓力為7 lOMpa。
9.如權利要求1-8任一項所述的複合材料法蘭的成型工藝，其特徵在於:步驟4)所述銷孔開設有4 8個，所述大銷孔和所述小銷孔的數量相等；相鄰2個大銷孔和小銷孔之間的間隔角度為60度，大銷孔直徑Φ為20 32mm ;小銷孔直徑Φ為10 18mm。
10.如權利要求9所述的複合材料法蘭的成型工藝，其特徵在於:所述銷孔開設有6個，所述大銷孔和所述小銷孔各為3個。
全文摘要
本發明公開一種複合材料法蘭的成型工藝，包括步驟如下1)預製法蘭成型模具，其上塗脫模劑；2)在步驟1)的模具上，手糊複合材料預成型為法蘭形體；3)將步驟2)的法蘭形體連同模具送入液壓機內，經其合模加壓、加熱至70～120℃後，保溫2～4h固化成型為複合材料法蘭坯體；冷卻至室溫後脫模；4)在脫模後的複合材料法蘭坯體的周邊等角度開設若干銷孔；該銷孔為兩種直徑不同的大小銷孔，大銷孔與小銷孔數量相同，且互為交叉設置；將其外表打磨後成型為所述複合材料法蘭。該工藝簡單、易於操作；手糊浸膠能夠保證玻纖布浸潤的均勻，減少產品殘缺率，保證產品的質量；且一次成型，外觀漂亮，不用後續加工；其成本低，有益於推廣實施。
文檔編號B29C70/34GK103144311SQ20131009306
公開日2013年6月12日 申請日期2013年3月22日 優先權日2013年3月22日
發明者肖永棟, 肖文剛, 包冰國, 董青海, 仙寶君, 王嶸 申請人:北京玻鋼院複合材料有限公司