标题 | 某种复合材料轻量化机载设备支架的研制 |
范文 | 季陈 姬婉婷 摘 要:本文根据某种复合材料机载设备的技术要求,围绕其轻量化及结构指标以及其它的使用要求,给出了一种用于某种复合材料轻量化机载设备支架的研制方案。 关键词:复合材料机载设备;总体结构设计;强度设计;轻量化 在当前节能减排的大背景下,轻量化是承载构件的发展趋势之一,特别是在对结构质量敏感的航空航天、轨道交通车体框架等领域中。碳纤维复合材料机载设备既有箱形截面惯性矩大、抗扭性能好的特点,又能发挥复合材料轻质高强、可设计性强的优势。 本项目主要根据复合材料材质,重量轻、比强度高、荷重比高、耐腐蚀、耐盐雾、环境适应性强、耐冲击和高性价比等特点,给出了一种用于某种复合材料轻量化机载设备支架的研制方案。 1 复合材料轻量化机载设备支架总体结构设计 复合材料轻量化机载设备支架外形尺寸为670×570×403mm,由支架外壳、支架盖及密封条三部分组成。 机载设备支架外壳和支架盖均为2mm的壳体结构,整体重量约3.25kg,十分轻便,所有零件所用碳纤维复合材料模压成型。初步设计成型的机载设备支架外壳复杂的整体结构,给模具设计制造和产品制造带来很大困难,也使生产成本大幅度提高,因此需要对支架外壳结构优化处理 在保证外形尺寸的前提下,将整体式的箱外壳拆成均厚,厚度仍为2mm的支架外壳1和支架外壳2两个部分,结构如下图1所示。 同时对于支架外壳1与支架外壳2之间采用胶铆连接,既能满足力学性能要求,又保证了外观质量。 优化设计后的复合材料轻量化机载设备支架在外形上为对称结构,要求设备支架内表面光滑平整。同时要求支架盖与支架外壳之间配合准确,装配阶差不大于0.2mm;支架外壳1与支架外壳2之间配合准确,外形公差满足±0.2mm。 1.1 机载设备支架材料及相关要求 复合材料记载设备支架盖、支架外壳1和支架外壳2采用高温环氧树脂碳纤维预浸料7901-33%-12KT700-U-200gsm和7901-40%-3KT300-T-200gsm,其中7901-40%-3KT300-T-200gsm 铺贴在产品内外表面。 1.2 机载设备支架模具设计及相关要求 为达到产品质量和工艺成型要求,机载设备支架外壳模具和支架盖模具具有以下特征:1)闭模结构,保证产品尺寸;2)模具型面精加工处理,保证产品表面精度;3)碳钢材质,满足中温成型要求。 机载设备支架外壳1模具(详见图2)外形尺寸为672×668×132mm,模具重量为420kg(其中上模166kg,下模249kg),材质为45#钢;箱外壳2模具外形尺寸为668×503×132mm,模具重量为330kg(其中上模115kg,下模200kg),材质为45#钢。箱盖模具外形尺寸为664×483×135mm,模具重量为260kg。 对于设备支架盖、支架外壳1和支架外壳2模具工作面上均有相关位置刻度线,用于产品外形修剪定位。所有模具按照工作状态,在模压机内于固化温度下进行试验,真空度符合要求。 1.3 机载设备支架的固化要求 安放热电偶:在模具上安放1个热电偶监控固化周期。设定固化程序:以≤3℃/min的升温速率从室温→80℃,并在(80±5)℃下保温30min;以≤3℃/min的升温速率从80℃→130℃,并在(130±5)℃下保温180min;以≤3℃/min的降温速率从130℃→50℃;手动预压,预压过程合模缝隙控制在5-7mm。预压结束10Mpa保压,补压压力设置为8Mpa,详见图3固化温度图。最后移除产品上、下模,按照切割线进行修剪,对产品进行外形尺寸、外观质量和内部质量检测。 2 结束语 通过模拟可得,该复合材料轻量化机载设备支架相对于原金属机箱减重70%,比PP塑料箱减重50%,结构强度高,吸震性能好,隔音减噪,外观设计性强。可应用于通信设备、军事、户外和卫星车载等行业。该项目研制是我司在轻量化设计方面进行的一个科研项目,通过该项目的研制对我司在轻量化技术方面进行一定的技术积累,同时可以通过该项目研制的产品对外进行轻量化业务拓展,获得航空机载设备、轨道交通等轻量化产品的生产机会,具有战略性意义。 参考文献 [1]《碳纤维复合材料轻量化技术》编委会.碳纤维复合材料轻量化技术[M].科学出版社,2015. [2]钱伯章.破解国产碳纤维复合材料困局[J].合成纤维,2017(9). [3]宋燕利,杨龙,郭巍,华林.面向汽车轻量化应用的碳纤维复合材料关键技术[J].材料导报,2016(17). 作者簡介 季陈(1995-),男,本科,主要从事复合材料项目拓展工作。 |
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