复合材料成型压力釜的设计与研究

摘要

复合材料的研究水平和应用程度是一个国家科技发展水平的重要体现，尤其在航空工业，各种先进的飞机无不与先进的复合材料技术紧密联系在一起，是一项具有战略意义的关键技术。航空航天工业的高速发展对复合材料提出了越来越高的要求，越来越多的零部件将被替换成复合材料产品。因此对复合材料的质量要求也越来越高。热压成型是复合材料构件的主要制造方法之一，复合材料成型压力釜是一种针对聚合物基复合材料成型工艺特点的工艺设备，材料成型时，利用压力釜内同时提供的均匀温度和均布压力而固化，所以可得到表面与内部质量高、形状复杂、面积巨大的复合材料制件。
　　 压力釜成形工艺是将复合材料毛坯、蜂窝夹芯结构或胶接结构用真空袋密封在模具上，置于压力釜中，在真空(或非真空)状态下，经过升温、加压、保温(中温或高温)、降温和卸压等过程，使其成为所需要的形状和质量的成形工艺方法。本文基于对复合材料成型压力釜的工作原理及其应用的比较与分析，提出了复合材料成型压力釜的总体设计思路。
　　 (1)总体设计。在总体设计部分主要提出压力釜的组成部分。系统主要由工作釜体系统、参数测控与操纵系统和气源辅助系统。文中对工作原理、技术要求、温度及压力的设定进行了讨论。
　　 (2)釜体设计。在釜体设计部分，主要是确定压力釜结构的基本参数。其中包括：釜体结构的设计、盖门的设计、密封结构的设计、压力釜附件的设计及选型、提出开口补强结构的要求。
　　 (3)传动设计。传动设计包括小车传动方案设计、轨道选定、釜体外轨道升降机构设计等。采用电机带动卷筒，卷筒牵引小车的方式使小车工作。升降台系统中采用叉式升降台，并由液压缸推动升降台。
　　 最后利用Pro/E软件，建立了复合材料成型压力釜的三维模型，并进行运动仿真。再利用ANSYS软件对釜体进行分析，建立有限元模型做应力分析校核釜体壁厚变形程度，获得釜体的位移变形图和应力分布图并对结果进行分析和评定。