本發(fā)明屬于碳纖維復(fù)合材料的成型領(lǐng)域，具體涉及高速超高速砂輪基體成型用抽真空接頭及成型裝置。

背景技術(shù)：

高速/超高速磨削(線速度大于120m/s的磨削)砂輪制造技術(shù)是超高速磨削技術(shù)的關(guān)鍵技術(shù)之一，高速/超高速磨削砂輪基體應(yīng)具有高動平衡精度、機械強度、高剛度和良好的導(dǎo)熱性等特點。傳統(tǒng)材料(合金鋼或鋁合金)基體目前的最高工作速度為160m/s，但是對于更高的磨削速度，目前的基體材料已經(jīng)不能滿足使用要求。碳纖維復(fù)合材料與合金鋼、鋁合金相比，具有比強度高、比模量高、減振性好和耐化學(xué)腐蝕等優(yōu)點，是一種理想的高速砂輪基體材料，能夠滿足超高速磨削技術(shù)對砂輪基體材料的要求。

真空灌注工藝是復(fù)合材料最主要的成型工藝，其具有成型速度快、污染低、低成本和適用于制備大型部件等優(yōu)點，近幾年已被廣泛研究和應(yīng)用。真空灌注成型工藝是在真空狀態(tài)下排除纖維增強體中的氣體，通過樹脂的流動、滲透，實現(xiàn)對纖維及其織物的浸漬，并在一定的加熱條件下進行固化，形成一定纖維含量的復(fù)合材料的工藝方法。

申請公布號為cn103182784a的專利公開了一種碳纖維復(fù)合材料結(jié)構(gòu)件真空灌注成型方法，其是在灌注模具(底板)的表面依次鋪設(shè)底部導(dǎo)流網(wǎng)、下脫模布、纖維增強體、上脫模布、單向透氣膜(內(nèi)膜)、頂部導(dǎo)流網(wǎng)及真空袋膜(外膜)，頂部導(dǎo)流網(wǎng)包括橫向?qū)Я鞫渭芭c橫向?qū)Я鞫芜B接的縱向?qū)Я鞫?；抽真空時，頂部導(dǎo)流網(wǎng)不與樹脂接觸，僅僅起到將真空負壓均勻地分布在單向透氣膜上的作用。現(xiàn)有技術(shù)是利用頂部導(dǎo)流網(wǎng)來實現(xiàn)單向透氣膜上的真空負壓均勻分布，頂部導(dǎo)流網(wǎng)成本較高，不易設(shè)置，經(jīng)常會有因頂部導(dǎo)流網(wǎng)設(shè)置不當(dāng)而使制品的均勻性變差的現(xiàn)象發(fā)生。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種高速超高速砂輪基體成型用抽真空接頭，從而解決真空灌注過程中使用頂部導(dǎo)流網(wǎng)存在的成本高、不易設(shè)置的問題。本發(fā)明同時提供一種高速超高速砂輪基體成型裝置。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的高速超高速砂輪基體成型用抽真空接頭所采用的技術(shù)方案是：

高速超高速砂輪基體成型用抽真空接頭，包括設(shè)置有抽真空口的接頭板，接頭板的一側(cè)板面上設(shè)置有與所述抽真空口相連通的板面抽吸口，接頭板的各側(cè)面上設(shè)置有與所述抽真空口相連通的側(cè)面抽吸口。

本發(fā)明的高速超高速砂輪基體成型用抽真空接頭，結(jié)構(gòu)簡單，成本低，將其壓設(shè)在單向透氣膜上即可實現(xiàn)真空負壓層的均勻布設(shè)，容易獲得均勻性好的制品；同時，抽真空接頭還起到壓板的作用，保證了成型后制品的平整度，減小了材料的后加工余量。

板面抽吸口、側(cè)面抽吸口通過設(shè)置于接頭板上的同一連通腔與所述抽真空口相連通。

優(yōu)選的，接頭板包括間隔平行設(shè)置的第一板體和第二板體及至少兩個沿周向分布于第一板體、第二板體邊緣之間的支撐，第一板體、第二板體之間的間隙形成所述連通腔，抽真空口設(shè)置于第一板體上，板面抽吸口設(shè)置于第二板體上，相鄰支撐及相鄰支撐之間的第一板體、第二板體圍成所述側(cè)面抽吸口。進一步優(yōu)選的，所述支撐為墊塊。采用該種形式的抽真空接頭，更換便捷，重復(fù)利用性好。

本發(fā)明的高速超高速砂輪基體成型裝置所采用的技術(shù)方案是：

高速超高速砂輪基體成型裝置，包括底板及設(shè)于底板上的內(nèi)外設(shè)置的內(nèi)膜和外膜，內(nèi)膜、外膜之間設(shè)有抽真空接頭，所述抽真空接頭包括設(shè)置有抽真空口的接頭板，接頭板的一側(cè)板面上設(shè)置有與所述抽真空口相連通的板面抽吸口，接頭板的各側(cè)面上設(shè)置有與所述抽真空口相連通的側(cè)面抽吸口。

板面抽吸口、側(cè)面抽吸口通過設(shè)置于接頭板上的同一連通腔與所述抽真空口相連通。

優(yōu)選的，接頭板包括間隔平行設(shè)置的第一板體和第二板體以及至少兩個沿周向分布于第一板體、第二板體邊緣之間的支撐，第一板體、第二板體之間的間隙形成所述連通腔，抽真空口設(shè)置于第一板體上，板面抽吸口設(shè)置于第二板體上，相鄰支撐及相鄰支撐之間的第一板體、第二板體圍成所述側(cè)面抽吸口。

優(yōu)選的，抽真空接頭與內(nèi)膜之間還設(shè)有無紡絲綿布層。通過在抽真空接頭下方鋪設(shè)無紡絲綿布，可使抽真空接頭在使用后不用清理，重復(fù)使用性較好。

優(yōu)選的，所述內(nèi)膜連接有樹脂注入管道，外膜上與樹脂注入管道相對的側(cè)面上設(shè)置有橫向抽真空口，橫向抽真空口與樹脂注入管道之間設(shè)有導(dǎo)流網(wǎng)。橫向抽真空口可使膠液在橫向上均勻滲透。

本發(fā)明的高速超高速砂輪基體成型裝置，結(jié)構(gòu)簡單，主要部件免于清理，重復(fù)利用性好；通過對抽真空條件的優(yōu)化，可最大程度減少制品中氣泡，使膠液在橫向和縱向上均勻滲透，增加碳纖維復(fù)合材料的密度均勻性，可用于超高速磨削砂輪基體的制作。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的高速超高速砂輪基體成型裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為圖1的俯視圖；

圖3為圖1中抽真空接頭的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為圖3的左視圖；

圖5為圖3的右視圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的實施方式作進一步說明。本發(fā)明中，超高速磨削是指磨削速度大于150m/s，高速磨削是指磨削速度大于45m/s，不大于150m/s。

本發(fā)明的高速超高速砂輪基體成型裝置的具體實施例，如圖1至圖5所示，包括底板1，及依次鋪設(shè)在底板1上的導(dǎo)流網(wǎng)2、下脫模布3、碳纖維編織物4、上脫模布5、單向透氣膜6、無紡絲綿布7、抽真空接頭8及真空袋膜9，單向透氣膜的邊緣通過密封膠帶粘結(jié)在底板1上，形成包圍內(nèi)部上脫模布、碳纖維編制物、下脫模布和導(dǎo)流網(wǎng)的密封空間，真空袋膜的邊緣通過密封膠帶粘結(jié)在底板1上，形成內(nèi)部密封；抽真空接頭包括接頭板，接頭板包括間隔平行設(shè)置的第一板體10、第二板體11及四塊沿周向分布于第一板體10、第二板體11之間的墊鐵12，抽真空口14設(shè)置于第一板體10，多個板面抽吸口110設(shè)置于第二板體11上，墊鐵之間形成供橫向氣流通過的側(cè)面抽吸口，第一板體、第二板體之間的間隙形成供抽真空口與板面抽吸口和側(cè)面抽吸口相連通的連通腔；真空袋膜9的頂部中心設(shè)有與抽真空接頭的抽真空口14相連通的縱向抽真空口15，真空袋膜9的一側(cè)面與底板接觸的位置設(shè)有樹脂注入口16，用于連接注膠管，注膠管穿過真空袋膜及單向透氣膜，其出口靠近導(dǎo)流網(wǎng)(圖中未示出)；真空袋膜9上位于與樹脂注入口相對的側(cè)面上還設(shè)有沿纖維編織物的寬度方向間隔設(shè)置的兩個橫向抽真空口17。

上述高速超高速砂輪基體成型裝置(真空灌注成型裝置)在工作時，膠液由樹脂注入口流向?qū)Я骶W(wǎng)，在橫向抽真空和縱向抽真空作用下，膠液沿橫向和縱向?qū)w維編織物進行浸漬，利用單向透氣膜只透氣不透樹脂的特性，可將內(nèi)部氣體抽出，促進浸漬過程的進行；本發(fā)明的真空灌注成型裝置利用抽真空接頭增加了負壓層厚度和透氣空間，使沿多元平板的截面方向抽氣均勻，促進灌注過程膠液流動均勻，最大程度排除制品內(nèi)的氣泡，提高碳纖維制品的密度均勻性。

以對長700mm、寬700mm、厚度70mm的碳纖維復(fù)合材料真空灌注成型為例，選擇多軸向碳纖維編織物作為復(fù)合材料的增強體，選擇低粘度環(huán)氧樹脂浸潤碳纖維編織物，纖維體積分數(shù)為65％；真空灌注成型裝置通過以下步驟進行制作：

1)清理剛性底板。該底板材料可為不銹鋼或玻璃，厚度為15～20mm，表面粗糙度ra為0.8，在鋼板上傾倒適量酒精，用刀片刮鋼板上表面，然后用棉布將鋼板表面的酒精擦拭干凈；

2)用無紡絲棉布將脫模劑均勻的涂在底板表面，在涂抹脫膜劑的底板表面依次鋪放2層導(dǎo)流網(wǎng)(2層導(dǎo)流網(wǎng)更便于樹脂的浸潤，導(dǎo)流網(wǎng)的長寬與纖維編織物的長寬相同)和下脫模布(下脫模布的長寬比導(dǎo)流網(wǎng)大10～20mm)，用雙面壓敏膠帶將脫膜布與底板粘結(jié)在一起(只粘樹脂注入口和橫向抽真空口端)；

3)在下脫模布上鋪放纖維增強體，碳纖維增強體對稱鋪放，鋪放時保證纖維排放整齊，剪去編織物邊上脫落的纖維；

4)布置樹脂注入口。依照纖維編織物的長或?qū)捜∠嗟乳L度的纏繞管，將其分為3段，分別插在三通氣孔快速接頭對通的兩端，放置在粘接脫模布的雙面壓敏膠帶的上表面，盡可能的靠近鋪放的纖維編織物；

5)在纖維編織物上鋪放上脫模布，上脫模布的大小應(yīng)將纖維編織物全部蓋??；

6)在距離下脫模布的外周20～30mm的位置粘密封膠帶，按照密封膠帶的位置向外推移50～60mm裁剪單向透氣膜，將裁剪好的單向透氣膜鋪設(shè)在上脫模布上，邊緣在密封膠帶處壓緊密封，在粘接單向透氣膜時，預(yù)留樹脂注入管道；

7)在單向透氣膜上鋪3層無妨絲綿布，將抽真空接頭放在無妨絲綿布上，縱向抽真空口的氣孔接頭布置在抽真空接頭的中央，橫向抽真空口與樹脂注入口相對設(shè)置，將橫向抽真空口用雙面膠帶粘在靠近單向透氣膜的位置；

8)在距離單向透氣膜的邊緣10～20mm的位置粘密封膠帶，按照密封膠帶的位置向外推移50～60mm裁剪真空袋膜，將裁剪好的真空袋膜粘在密封膠帶處與底板壓緊密封，即得上述真空灌裝成型裝置。

在本發(fā)明的真空灌注成型裝置的其他實施例中，第一板體、第二板體、墊鐵可以為一體結(jié)構(gòu)；板面通道、側(cè)面通道可以為不同內(nèi)腔，抽真空口與相應(yīng)內(nèi)腔連通即可；可不設(shè)置無妨絲綿布層；可依據(jù)碳纖維編織物的長或?qū)挼某叽鐏泶_定注膠口和橫向抽真空口的位置和數(shù)量。

本發(fā)明的真空灌注成型裝置在應(yīng)用于超高速砂輪基體用碳纖維復(fù)合材料的制作時，可采用以下步驟：

1)將上述實施例的真空灌注成型裝置放置在加熱平臺上，啟動加熱系統(tǒng)，溫度設(shè)為50℃，加熱0.5h后關(guān)閉加熱系統(tǒng)；用密封膠帶粘住樹脂注入管口，對真空灌注成型裝置進行抽真空，抽真空時間為2.5～3h，確保真空袋膜中的真空度以使纖維編織物被壓密實；

2)用精度為0.01g的電子秤稱量樹脂和固化劑，用液體攪拌器攪拌混合液體30min，攪勻后抽出混合液體中的氣泡，抽氣時間為20～30min；觀察膠液內(nèi)是否還有氣泡，如果仍有氣泡應(yīng)延長抽氣泡的時間；抽氣后灌注樹脂，灌注時樹脂溫度保持在25～45℃，模具溫度保持在40～50℃，灌注時間保持在90～120min；

3)灌注完畢后不需要密封樹脂注入口，打開加熱系統(tǒng)，在50℃下保溫10h進行預(yù)固化；

4)預(yù)固化后卸模，取出制品，清理制品表面和模具；將預(yù)固化料放置在烘箱中，在80℃下保溫10h或在100℃下保溫8h，即完成碳纖維復(fù)合材料制備。

上述步驟中，灌注樹脂溫度、模具溫度以及灌注時間與樹脂特性有關(guān)，可根據(jù)樹脂粘度-時間曲線和粘度-溫度曲線確定；后固化溫度與樹脂的固化溫度保持一致即可。

上述實施例制得的碳纖維增強復(fù)合材料的力學(xué)性能檢測數(shù)據(jù)顯示其拉伸強度為400mpa，拉伸彈性模量為35gpa，彎曲強度為700mpa，彎曲彈性模量為45gpa，通過動平衡試驗和回轉(zhuǎn)強度試驗，碳纖維復(fù)合材料滿足高速超高速砂輪對基體的要求，且動平衡檢驗顯示碳纖維復(fù)合材料砂輪基體動不平衡量小于鋼基體，說明該真空灌注成型裝置制作的碳纖維復(fù)合材料的密度均勻性較好，適于制作碳纖維復(fù)合材料超高速砂輪基體。

本發(fā)明的抽真空接頭的具體實施例，與上述真空灌注成型裝置中的抽真空接頭的結(jié)構(gòu)相同，在此不再詳述。