一种六面一次成型轻量化方舱及其制备方法

技术领域

本发明涉及方舱制造领域，具体涉及一种六面一次成型轻量化方舱及其制备方法。

背景技术

目前大板式方舱是现有方舱结构形式之一，主要采用了复合材料作为舱壁板，其内置的铝合金骨架在重量方面仍占了较大一部分比例，通过螺栓、铆钉、密封板等联接构成的一个整体结构。拼接所采用的铝合金包边、包角及铝制的角件虽对方舱提供了较大的强度，但其对带入的重量也相当之大，且拼接时需在包边包角上开密集的铆钉孔铆接，并需对拼接面需做密封处理。板材成型过程中的应力变形及在使用过程中可能的外力造成的应力都会对密封面产生影响，甚至造成局部渗水的情况。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足之处，提供一种六面一次成型轻量化方舱及其制备方法。

本发明解决上述问题的技术方案为：一种六面一次成型轻量化方舱，包括方舱主体，六面一次成型轻量化方舱专用模具，前门，后门，窗体，开设于方舱主体上的前门通孔，后门通孔，窗户孔。

所述方舱主体为六面体中空结构，所述方舱主体包括6个壁板，所述壁板包括上壁板、下壁板、前壁板、后壁板、左壁板、右壁板。所述上壁板、下壁板、前壁板、后壁板、左壁板、右壁板为一次固化成型结构。

所述方舱主体壁板与壁板之间内部与外部均设置有增强筋，所述增强筋截面为“┌”型。所述壁板内部预埋有金属增强板。

所述六面一次成型轻量化方舱专用模具包括外置模具、内置模具。所述外置模具、内置模具之间形成的模胚内腔即为成型后方舱的壁板厚度。

所述外置模具包括顶板、底板、固定设置于底板前端的前板、固定设置于底板后端的后板、固定设置于底板左端的左侧板、固定设置于底板右端的右侧板，用于定位的定销，用于固定的螺栓，用于密封的密封压条和垫块。所述内置模具通过螺栓与底板固定。

所述前板、后板固定设置于底板的前、后两端。

所述左侧板和右侧板固定设置于底板的左、右两端。

所述前板、左侧板、右侧板的连接处设置有密封压条，所述后板、左侧板、右侧板的连接处设置有密封压条，所述前板、后板、左侧板和右侧板组成的方框顶部与顶板之间设置有密封压条。所述垫块设置于前板、后板、左侧板和右侧板组成的方框顶部。所述顶板通过密封压条与垫块进行螺接密封，形成工装模具的模胚内腔。

所述后板开设有预留孔，所述内置模具从后板预留孔移入外置模具内腔进行组合填充。

所述外置模具为阴模。所述外置模具和内置模具均采用金属材料。

优选的，所述方舱主体采用高强度碳纤维及增强高性能环氧树脂材料。

优选的，所述前门通孔开设于前壁板，所述后门通孔开设于后壁板，所述窗户孔开设于左壁板和右壁板。

优选的，所述前板、后板通过定位销定位，所述前板、后板通过螺栓垂直紧固于底板的前、后两端。

优选的，所述前板、后板通过定位销定位，所述左侧板、右侧板通过螺栓垂直紧固于底板的左、右两端。

优选的，所述外置模具内表面设置有窗框预制件。

优选的，所述外置模具内腔表面依次铺设有外蒙皮层、电磁屏蔽层、夹芯层、内置骨架、电磁屏蔽层和内蒙皮层。

一种六面一次成型轻量化方舱制备方法，包括以下步骤：

S1：模具设计：按照方舱的舱体外形设计组合式方舱一体成型制作工装模具，包括外置模具和内置模具，两组模具之间形成的模胚内腔即为成型后方舱的壁板厚度。内、外置模具均采用为金属材料标准模块，镜面处理，其中外置模具为阴模，内腔尺寸按照舱体实际尺寸设计为负公差，一般为-2～0mm。工装模具可根据方舱外形尺寸大小进行组合，实现通用方舱标准化、批量化和快速成型。

S2：模具预处理：将模具表面打磨处理，去除锈迹、油渍等，用TP01等脱模剂处理表面。

S3：清洁模具：对用六面矩形舱体成型的模具表面进行清洁处理，首先用清洗剂清洗除去模具上的杂物，并用腻子涂覆填充模具内表面的凹陷处直至模具内表面平整光滑无杂物，凹陷处涂覆完成后再向模具内表面均匀涂覆脱模介质，其中脱模介质涂覆2～4次，每一次完成脱模介质的涂覆后，等待自然晾干之后再进行下一次涂覆。清洁处理使得模具内部表面光滑平整，提高成型效果，同时涂覆脱模介质降低了后续脱模步骤的难度。

S4：前期准备原材料：裁剪出符合需要制备的六面矩形舱体的形状尺寸的纤维织物，并对所述纤维织物进行预处理，即将纤维织物放置于105℃的烘箱中，进行保温2小时，去除纤维织物的定型剂和水分，利于纤维织物的后期成型。骨架为碳纤维方管制品，采用热压罐工艺成型，组合拼接时采用下料机进行切割，精度误差在±0.5m以内。依次根据骨架尺寸配置定尺夹心层材料和电磁屏蔽导电金属网准备好门框、窗框组件。

S5：成型组装：在外置模具内腔表面进行铺层，依次为外蒙皮层、电磁屏蔽层、夹芯层、内置骨架、电磁屏蔽层和内蒙皮层；外蒙皮所用的预浸料逐层铺贴在模具上，各拐角处搭接宽度在5cm左右，各层搭接区域互不重叠。电磁屏蔽导电铜网共2-3层，注意相邻搭接面搭接宽度，一般为30mm-50mm。按设计尺寸要求位置摆放门框、窗框预制件；将内置模具从舱后壁板门框中移入外置模具内腔进行组合填充，并通过固定螺栓，调整周圈预留内腔间隙尺寸公差；外蒙皮平整紧贴外置模具内表面，内蒙皮平整紧贴内置模具外表面，使得制备出的舱体表面平整光滑，形成六面一体。

S6：制备前准备：将六面一次成型轻量化方舱专用模具和方舱主体同时包覆脱模布、分隔薄膜真空袋等真空固化辅助材料，依次在模具中铺放脱模系统、导流系统注胶系统和密封系统。导流系统中设有多个导流网，各个导流网之间的拼接处搭接尺寸小于3cm，导流网用于注胶过程中的导流，有利于将注胶过程中需要注入的物质引入到指定的位置。注胶系统中设有多个注胶座，各个注胶座间距大于50cm，有利于注胶的操作。

S7：抽空模具内气体：利用模具内的密封系统对模具内部进行抽空，即采用密封胶条将模具与真空袋紧密粘接，抽空后模具内部真空度达到-0.95M，真空度保持15分钟后模具内部压力不低于-0.75Ma，利用真空负压将需要添加的物质注入到模具内。

S8：注入树脂和固化剂：将树脂与固化剂进行均匀混合后通过注胶系统注入模具内漫润预制件。

S9：固化处理：对模具内的加工后的预制件依次进行常温固化和高温固化，加快六面矩形舱体的成型速度。其中常温固化的温度为15～35℃，高温固化的温度为60～180℃。

S10：脱模：用模具内的脱模系统对预制件进行脱模，将内置模具取出，放置在工作平台上，依次拆除真空袋、隔离膜、脱模布，得到制备完成的六面矩形舱体。

S11：产品安装：舱门板门、窗体成型采用相同工艺固化成型，成型后与方舱主体通过铰链螺接装配，军用方舱角件使用标准螺钉带胶固定安装，得到一种六面一体成型轻量化方舱采用六面一体成型制备方法，工艺方案简单，相较于传统金属方舱、包边型大板拼接方舱等较大程度的发挥出复合材料的轻质化、高比强度、整体性等优势。另外，所制备的舱体成型速度快，产品具有质量轻、强度高、稳定性强等优点，大幅度降低了传统大板方舱技术难以突破的重量指标，同时也提高了方舱的整体性和密闭性。

本发明具有有益效果：

本发明提供了一种六面一次成型轻量化方舱及其制备方法，该六面一次成型轻量化方舱基于结构强度的基础上，大幅度的降低了舱体重量，同时，可缩短产品成型时间，可优化舱体拼接的繁冗工序，节省大量人力；该六面一次成型轻量化方舱采用屏蔽材料、高强度碳纤维及增强高性能环氧树脂以“六面体一次成型结构”工艺硏制而成。摒弃了原有大板式方舱的连接结构和连接方式多为包边和包角的技术形态，利用一次成型轻量化方舱专用模具，舱体除门窗体外，采用一体化成型方式，各舱面无接缝、粘接强度髙，整体性高，充分发挥了复合材料的轻质高强性能，成型后具有无应力集中，变形量小等特点，具备轻质、高强、保温性能兼顾的优点，各棱角无需铆接进行防水密封处理即可保证舱体的水密性。各壁板分别针对不同的受力承载范围，相应预埋采用不同材料及厚度金属增强板，每片增强板和舱体都做由“工”型树脂铆钉结构，使预埋件和芯材结合为一体植在方舱壁板内；方舱外内部所有面结合对接处设计有成拐角增强筋，并一次固化成型，利于提高方舱整体结构强度，进一步满足方舱载荷、吊运、跌落等性能指标的匹配度。

该六面一次成型轻量化方舱制备方法工艺方案简单，发挥出复合材料的轻质化、高比强度、整体性等优势。另外，所制备的舱体成型速度快，产品具有质量轻、强度高、稳定性强等优点，大幅度降低了传统大板方舱技术难以突破的重量指标，提高了方舱的整体性，实现了树脂对预制件的良好浸润，解决了分件制作，再拼接成型工艺存在的缺点，而且大大降低方舱的模具成本，将若干个原来一种方舱对应一套模具，通过合理化的设计集成与一套多功能组对模具上。实现了模具设备的最大利用，降低了制作成本，缩短模具制造周期，是模具效益放大器的真实体现。制造出的舱体具有良好的密闭性和整体性，成型时间短，后期加工工序少，生产周期大幅度缩短，舱体性能大幅提高，自重降低，节能减排。

附图说明

图1为六面一次成型轻量化方舱的示意图；

图2为六面一次成型轻量化方舱专用模具的示意图；

图3为方舱制备方法流程图。

图中：100-方舱主体，101-上壁板，102-后壁板，103-左壁板，104-增强筋，105-后门，106-窗体，200-外置模具，201-顶板，202-底板，203-前板，204-后板，205-左侧板，206-右侧板，207-垫块，208-密封压条，209-预留孔口，210-窗框预制件。

具体实施方式

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

如图1-2中所示，一种六面一次成型轻量化方舱，包括方舱主体100，六面一次成型轻量化方舱专用模具，前门，后门105，窗体106，开设于方舱主体100上的前门通孔，后门通孔，窗户孔。

如图1中所示，所述方舱主体100为六面体中空结构，所述方舱主体100包括6个壁板，所述壁板包括上壁板101、下壁板、前壁板、后壁板102、左壁板103、右壁板。所述上壁板101、下壁板、前壁板、后壁板102、左壁板103、右壁板为一次固化成型结构。

所述前门通孔开设于前壁板，所述后门通孔开设于后壁板102，所述窗户孔开设于左壁板103和右壁板。

所述方舱主体100壁板与壁板之间内部与外部均设置有增强筋104，所述增强筋104截面为“┌”型。

所述方舱主体100采用高强度碳纤维及增强高性能环氧树脂材料。

所述壁板内部预埋有金属增强板，所述金属增强板与壁板之间通过“工”型树脂铆钉结构连接。

如图2中所示，所述六面一次成型轻量化方舱专用模具包括外置模具200、内置模具。所述外置模具200、内置模具之间形成的模胚内腔即为成型后方舱的壁板厚度。

所述外置模具200包括顶板201、底板202、固定设置于底板202前端的前板203、固定设置于底板202后端的后板204、固定设置于底板202左端的左侧板205、固定设置于底板202右端的右侧板206，用于定位的定销，用于固定的螺栓，用于密封的密封压条208和垫块207。所述内置模具通过螺栓与底板202固定。

所述前板203、后板204固定设置于底板202的前、后两端；所述前板203、后板204通过定位销定位，所述前板203、后板204通过螺栓垂直紧固于底板202的前、后两端。

所述左侧板205和右侧板206固定设置于底板202的左、右两端；所述前板203、后板204通过定位销定位，所述左侧板205、右侧板206通过螺栓垂直紧固于底板202的左、右两端。

所述前板203、左侧板205、右侧板206的连接处设置有密封压条208；所述后板204、左侧板205、右侧板206的连接处设置有密封压条208；所述前板203、后板204、左侧板205和右侧板206组成的方框顶部与顶板201之间设置有密封压条208。所述垫块207设置于前板203、后板204、左侧板205和右侧板206组成的方框顶部。所述顶板201通过密封压条208与垫块207进行螺接密封，形成工装模具的模胚内腔。

所述后板204开设有预留孔，所述内置模具从后板204预留孔移入外置模具200内腔进行组合填充。

所述外置模具200和内置模具均采用金属材料。

所述外置模具200为阴模。所述外置模具200内表面设置有窗框预制件210。

所述外置模具200内腔表面依次铺设有外蒙皮层、电磁屏蔽层、夹芯层、内置骨架、电磁屏蔽层和内蒙皮层。

如图3中所示：一种六面一次成型轻量化方舱制备方法，包括以下步骤：

S1：模具设计：按照方舱的舱体外形设计六面一次成型轻量化方舱专用模具，包括外置模具200和内置模具，两组模具之间形成的模胚内腔即为成型后方舱的壁板厚度。内置模具、外置模具200均采用为金属材料标准模块，镜面处理，其中外置模具200为阴模，内腔尺寸按照舱体实际尺寸设计为负公差，一般为-2～0mm。六面一次成型轻量化方舱专用模具可根据方舱外形尺寸大小进行组合，实现通用方舱标准化、批量化和快速成型。

S2：模具预处理：将六面一次成型轻量化方舱专用模具表面打磨处理，去除锈迹、油渍等，用TP01等脱模剂处理表面。

S3：清洁模具：对六面一次成型轻量化方舱专用模具表面进行清洁处理，首先用清洗剂清洗除去模具上的杂物，并用腻子涂覆填充模具内表面的凹陷处直至模具内表面平整光滑无杂物，凹陷处涂覆完成后再向模具内表面均匀涂覆脱模介质，其中脱模介质涂覆2～4次，每一次完成脱模介质的涂覆后，等待自然晾干之后再进行下一次涂覆。清洁处理使得模具内部表面光滑平整，提高成型效果，同时涂覆脱模介质降低了后续脱模步骤的难度。

S4：前期准备原材料：裁剪出符合需要制备的六面一次成型轻量化方舱的形状尺寸的纤维织物，并对所述纤维织物进行预处理，即将纤维织物放置于105℃的烘箱中，进行保温2小时，去除纤维织物的定型剂和水分，利于纤维织物的后期成型。骨架为碳纤维方管制品，采用热压罐工艺成型，组合拼接时采用下料机进行切割，精度误差在±0.5m以内。依次根据骨架尺寸配置定尺夹心层材料和电磁屏蔽导电金属网准备好门框、窗框组件。

S5：成型组装：在外置模具200内腔表面进行铺层，依次为外蒙皮层、电磁屏蔽层、夹芯层、内置骨架、电磁屏蔽层和内蒙皮层；外蒙皮所用的预浸料逐层铺贴在模具上，各拐角处搭接宽度在5cm左右，各层搭接区域互不重叠。电磁屏蔽导电铜网共2-3层，注意相邻搭接面搭接宽度，一般为30mm-50mm。按设计尺寸要求位置摆放门框、窗框预制件210；将内置模具从预留孔210中移入外置模具200内腔进行组合填充，并通过固定螺栓，调整周圈预留内腔间隙尺寸公差；外蒙皮平整紧贴外置模具200内表面，内蒙皮平整紧贴内置模具外表面，使得制备出的舱体表面平整光滑，形成六面一体。

S6：制备前准备：将六面一次成型轻量化方舱专用模具和方舱主体100同时包覆脱模布、分隔薄膜真空袋等真空固化辅助材料，依次在模具中铺放脱模系统、导流系统注胶系统和密封系统。导流系统中设有多个导流网，各个导流网之间的拼接处搭接尺寸小于3cm，导流网用于注胶过程中的导流，有利于将注胶过程中需要注入的物质引入到指定的位置。注胶系统中设有多个注胶座，各个注胶座间距大于50cm，有利于注胶的操作。

S7：抽空模具内气体：利用六面一次成型轻量化方舱专用模具内的密封系统对专用模具内部进行抽空，即采用密封胶条将模具与真空袋紧密粘接，抽空后模具内部真空度达到-0.95M，真空度保持15分钟后模具内部压力不低于-0.75Ma，利用真空负压将需要添加的物质注入到模具内。

S8：注入树脂和固化剂：将树脂与固化剂进行均匀混合后通过注胶系统注入六面一次成型轻量化方舱专用模具内漫润预制件。

S9：固化处理：对模具内的加工后的预制件依次进行常温固化和高温固化，加快六面矩形舱体的成型速度。其中常温固化的温度为15～35℃，高温固化的温度为60～180℃。

S10：脱模：用模具内的脱模系统对预制件进行脱模，将内置模具取出，放置在工作平台上，依次拆除真空袋、隔离膜、脱模布，得到制备完成的六面矩形舱体。

S11：产品安装：舱门板门、窗体成型采用相同工艺固化成型，成型后与方舱主体100通过铰链螺接装配，军用方舱角件使用标准螺钉带胶固定安装。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例应用于其它领域，但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。