具有变径功能的模具的设计及应用研究

摘要

碳纤维管状立体织物复合材料是一种新型复合材料，以碳纤维管状立体织物作为增强体使得它不会出现普通碳纤维管状复合材料的层间破坏问题，且结构相对紧密，材料整体性能更加优良，因此正被广泛应用到航空航天、汽车、运动器材等领域。但是，目前碳纤维管状立体织物复合材料的制备工艺存有立体织物向模具套装困难、材料复合后脱模困难和复合材料的内表面易损坏等缺陷。经分析发现，问题的关键在于所使用的圆柱或圆筒形模具对织物管径的自适应能力差。
　　本文将研究制备碳纤维管状立体织物复合材料的可变径模具，其直径可根据织物的直径大小进行调整，自适应能力强。研究内容主要包括可变径模具的功能分析、可变径模具的设计、可变径模具的结构优化及可变径模具的应用试验四大部分:
　　一，详细分析研究可变径模具的功能要求。通过分析现有的纤维管状立体织物复合材料成型工艺缺点，得出模具的功能需求。
　　二，进行可变径模具的方案设计。首先，分析现有的机构变径形式、可变径类模具的实际应用以及微动机构，得出模具的大概设计方案；然后，根据机械设计相关知识，提出三种变径方案，经过对比，选择其中之一；最后初步确定可变径模具的材料和详细参数。
　　三，对可变径模具结构进行优化。首先通过力学计算与运动仿真，确定所设计模具是否能较好的满足功能需求；然后根据模具加工制造、装配等过程中出现的问题，逐个提出相应的解决方案。
　　四，进行可变径模具的应用试验。以东华大学生产的外径为45mm的碳纤维管状立体织物为复合对象，对设计加工的可变径模具进行应用实验，验证所设计研究的可变径模具的可行性，并且通过试验，总结出基于可变径模具的碳纤维管状复合材料生产工艺。

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1 绪论

1.1 碳纤维管状立体织物复合材料的应用

1.2 碳纤维管状立体织物复合材料成型工艺现状

1.3 碳纤维管状立体织物复合材料成型工艺缺点

1.3 本课题的研究内容

2 模具变径工作原理的研究

2.1 变径方式的类型

2.2 可变径类机构研究现状

2.3 微动机构的选择

2.4 本章小结

3 可变径模具的详细设计

3.1 方案一

3.2 方案二

3.3 方案三

3.4 确定方案

3.5 可变径模具各部分的主要尺寸确定

3.6 本章小结

4 可变径模具的分析计算、加工制造、优化

4.1 模具的力学分析

4.2 螺纹连接的自锁性分析及强度校核

4.3 模具的强度及刚度分析

4.4 模具的变径功能仿真

4.5 模具加工制造、装配过程中出现的问题

4.6 本章小结

5 可变径模具的应用实验

5.1 增强材料的选择

5.2 基体材料的选择

5.3 外壁侧隙问题的解决

5.4 脱模剂的选择

5.5 缠绕膜的选择

5.6 可变径模具的实验

5.7 本章小结

6 总结与展望

6.1 课题研究工作总结

6.2 研究展望

参考文献

致谢