一种复合材料法兰的制作方法

1.本实用新型属于复合材料加工领域，尤其涉及一种复合材料法兰。


背景技术：

2.法兰，又叫法兰凸缘盘或突缘，是轴与轴之间相互连接的零件。目前，法兰部件主要有两种，一种是传统的法兰部件，采用钢制备，此种法兰的缺点是重量大，不利于能量的充分利用；另一种法兰部件由复合材料制成，该种法兰具有重量轻，可设计性强，节约能源等优点。
3.中国专利cn 202158100 u公开了一种复合材料法兰，法兰体用玻璃纤维编织，rtm注胶成型。该复合材料法兰的缺点是法兰盘的通孔位置上强度弱，在承受扭矩时孔周围容易发生撕裂，且成型该法兰需要专门的纤维编织机，成本高。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的在于提供了一种重量轻、耐腐蚀、比刚度高、成本低的复合材料法兰。
5.本实用新型的技术方案是：一种复合材料法兰，包括底座、侧壁和顶板构成，底座厚度方向设置有螺栓孔，其特征在于：该复合材料法兰由包覆层和法兰预成型体构成；所述包覆层，由热固性树脂制成，外部结构与复合材料法兰一致，内部设置有空腔；所述法兰预成型体，包括法兰状缝合织物和加强筋；法兰状缝合织物，由纤维缝合的多层纤维布制成的一体式回转体结构，包括底座和侧壁，外部结构与包覆层内部空腔相匹配，底座内部设置有空腔；所述加强筋，圆环结构，与法兰状缝合织物底座内部空腔相匹配；所述加强筋位于法兰状缝合织物内部空腔中，法兰预成型体位于包覆层的内部空腔中；所述螺栓孔穿过包覆层、法兰状缝合织物和加强筋。
6.本实用新型涉及的复合材料法兰，其特征在于：所述法兰预成型体轴向总高度不小于包覆层轴向总高度的50%。
7.本实用新型涉及的复合材料法兰，其特征在于：所述加强筋（3）厚度不小于法兰预成型体底板厚度的1/3。
8.本实用新型涉及的复合材料法兰，其特征在于：所述法兰预成型体底板厚度不小于法兰底板厚度的1/2。
9.本实用新型涉及的复合材料法兰，其特征在于：所述法兰状缝合织物（2）还包括顶板。
10.本实用新型涉及的复合材料法兰的有益效果为：预成型体制作工艺简单，先将长方形的纤维布围绕圆环加强筋卷绕成圆筒，再将圆筒向内翻边并穿过圆环加强筋内圆，直至纤维布圆筒的首尾两端平齐，整形并缝合颈部，可得到预成型体，这样只用纤维布就可以制作预成型体，无需专门的编织机，生产成本低。该法兰盘内还设置了圆环加强筋，法兰盘的孔周围不易发生撕裂，使用寿命长。
附图说明
11.附图1和图2位复合材料法兰的剖视图
12.其中：1
‑
包覆层，2
‑
法兰状缝合织物，3
‑
加强筋。
具体实施方式
13.下面结合附图和具体实施方式对本实用新型技术方案做进一步详细说明，但不作为对本实用新型技术方案的限制。
14.实施例1
15.本实施例的复合材料法兰，其侧壁为阶梯状圆筒结构，顶板和侧壁的厚度都为20mm，底座壁厚30mm，轴向总高度为120mm，底座均布四个螺栓孔，直径为27mm，如图1所示，包括法兰预成型体和包覆层1。
16.法兰预成型体由法兰状缝合织物2和加强筋3构成。其中，法兰状缝合织物2，截面为l形的回转体结构，由高强玻璃纤维纱缝合ewr200无碱玻璃纤维布增强环氧树脂基复合材料制成的一体式结构，其圆筒壁厚为10mm，底板厚度为15mm，轴向总高度为60mm；底板厚度方向的中心位置设置有截面尺寸为5mm
×
47mm的圆环状空腔。加强筋3，截面尺寸为5mm
×
47mm的圆环结构，由5mm厚的玻璃纤维增强环氧树脂基复合材料制成。加强筋3，位于法兰状缝合织物2的底板空腔内，被法兰状缝合织物2包覆。
17.包覆层1，由环氧树脂制成，外形与复合材料法兰一致，内部设置截面为l形的回转体空腔，形状尺寸与法兰预成型体一致。其中，底座处，空腔位于厚度方向的中心位置。
18.法兰预成型体位于包覆层1的内部空腔中，底座的螺栓孔位于加强筋3径向的中心位置。
19.本实施例的复合材料法兰制备过程是这样的：
20.1、先制备法兰预成型体
21.将5mm厚的玻璃纤维增强环氧树脂基复合材料板，按照尺寸要求加工成加强筋3。
22.将ewr200无碱玻璃纤维布围绕加强筋3卷绕成6层玻璃纤维圆筒，再将玻璃纤维圆筒下端向内翻边并上拉穿过圆环加强筋3的内圆，直至与玻璃纤维圆筒的上端平齐，整理成规整的法兰形状后，将颈部的12层玻璃纤维布缝合，得到法兰预成型体用织物；
23.2、模具内表面涂抹脱模剂，将法兰预成型体用织物放入模具的阴模，合模后，注入环氧树脂胶液，经固化、脱模、修正后得到复合材料法兰；
24.3、车加工复合材料法兰颈部粘接面至设计外径，并在法兰底部钻螺栓孔。
25.实施例2
26.与实施例1的区别之处在于：
27.本实施例的复合材料法兰，其侧壁为圆筒结构。
28.法兰状缝合织物2，外形与复合材料法兰一致，由碳纤维纱缝合碳纤维布增强酚醛树脂基复合材料制成的一体式结构，其顶板和圆筒壁厚为6mm，底板厚度为20mm，轴向总高度108mm；底板厚度方向的中心位置设置有截面尺寸为14mm
×
51mm圆环状空腔。加强筋3，截面尺寸为14mm
×
51mm的圆环结构，由酚醛树脂基碳纤维增强复合材料制成。
29.包覆层1，由酚醛树脂制成，外形与复合材料法兰一致，内部设置空腔，形状尺寸与法兰预成型体一致，该空腔在底座、侧壁及顶板处，都位于厚度方向的中心位置。


技术特征：
1.一种复合材料法兰，包括底座、侧壁和顶板构成，底座厚度方向设置有螺栓孔，其特征在于：该复合材料法兰由包覆层（1）和法兰预成型体构成；所述包覆层（1），由热固性树脂制成，外部结构与复合材料法兰一致，内部设置有空腔；所述法兰预成型体，包括法兰状缝合织物（2）和加强筋（3）；法兰状缝合织物（2），由纤维缝合的多层纤维布增强热固性树脂基复合材料制成的一体式回转体结构，包括底座和侧壁，外部结构与包覆层（1）内部空腔相匹配，底座内部设置有空腔；所述加强筋（3），圆环结构，由纤维增强热固性树脂基复合材料制成，与法兰状缝合织物（2）底座内部空腔相匹配；所述加强筋（3）位于法兰状缝合织物（2）内部空腔中，法兰预成型体位于包覆层（1）的内部空腔中；所述螺栓孔穿过包覆层（1）、法兰状缝合织物（2）和加强筋（3）。2.根据权利要求1所述复合材料法兰，其特征在于：所述法兰预成型体轴向总高度不小于包覆层（1）轴向总高度的50%。3.根据权利要求1所述复合材料法兰，其特征在于：所述加强筋（3）厚度不小于法兰预成型体底板厚度的1/3。4.根据权利要求1所述复合材料法兰，其特征在于：所述法兰预成型体底板厚度不小于法兰底板厚度的1/2。5.根据权利要求1所述复合材料法兰，其特征在于：所述法兰状缝合织物（2）还包括顶板。

技术总结
本实用新型公开了一种复合材料法兰，由包覆层和法兰预成型体构成，法兰预成型体由法兰状缝合织物和加强筋构成，法兰的螺栓孔穿过法兰状缝合织物和加强筋，明显改善了法兰该处位置的强度，在承受扭矩时不易发生撕裂，使用寿命长，另外，本实用新型的复合材料法兰还具有制作工艺简单，生产成本低等优点。生产成本低等优点。生产成本低等优点。


技术研发人员：常燕 朱涛 王兆增 孙士祥 段力峰 孟祥武 陈青香 李军
受保护的技术使用者：山东非金属材料研究所
技术研发日：2021.05.08
技术公布日：2021/11/21