本发明涉及航空发动机零件模型试验技术领域，特别地，涉及一种用于航空发动机核心机或技术验证机的定性光弹性试验的环氧树脂模型制作方法。
背景技术：
随着世界上拥有先进航空技术的国家寻找可节约研制经费、缩短研制周期的低风险技术思路和技术途径后，传统的光弹性试验技术没有进行适时革新而不能完全满足航空发动机研制的需要。光弹性试验属于模型试验，需要用到光学性能和力学性能良好的环氧树脂模型，传统基于浇注技术的环氧树脂模型制作方法包括：机械加工木模阳模、浇注硅橡胶阴模、取出阳模、密封阴模、浇注环氧树脂模型以及模型后处理。该方法自动化程度低、周期长、不环保。
在光弹性试验领域相关的模型制作技术中，有一种光敏树脂模型制作技术，它利用激光快速成型技术直接成型光敏树脂模型。这种技术制作的光敏树脂模型质量目前不如环氧树脂模型质量好，主要是关键技术指标光学灵敏度低，其次是也存在一定的初始应力。国内光弹性试验使用模型的主流是环氧树脂模型而不是光敏树脂模型。光弹性试验技术是工程性极强的学科，要适应航空发动机研制的需要，必须发展新技术、新方法。就模型制作而言，它迫切需要自动化程度高、周期短、环保的新方法。
技术实现要素：
本发明提供了一种用于光弹性试验的环氧树脂模型制作方法，以解决传统的基于浇注技术的环氧树脂模型制作方法制作周期长、制作过程对人体有害，自动化程度低；在光弹性试验领域相关的模型制作技术中，激光快速成型技术直接成型光敏树脂模型的主要缺点是光学灵敏度低，其次也存在一定的初始应力，很难适应航空发动机研制的需要的技术问题。
本发明提供一种用于光弹性试验的环氧树脂模型制作方法，包括以下步骤：a、采用光固化立体成型光敏树脂模型阳模；b、在光敏树脂模型阳模上采用全真空浇注技术浇注硅橡胶阴模；c、取出光敏树脂模型阳模获得成型的硅橡胶阴模；d、密封硅橡胶阴模；e、在硅橡胶阴模内通过光弹性模型的真空浇注工艺方法浇注环氧树脂模型；f、对环氧树脂模型进行后处理，得到成型的环氧树脂模型。
进一步地，步骤a中光固化立体成型光敏树脂模型阳模，具体为：基于液态光敏树脂的光聚合原理，液态光敏树脂材料在设定的特定波长和强度的紫外光照射下迅速发生光聚合反应，分子量急剧增大，液态光敏树脂材料从液态转变成固态，形成固态的光敏树脂模型阳模。
进一步地，步骤b中全真空浇注技术浇注硅橡胶阴模，具体为：从硅橡胶原材料搅拌开始到硅橡胶阴模成型的全过程均在真空环境下进行，以在硅橡胶阴模制作过程中充分抽出材料中的气泡和水分，避免硅橡胶阴模缺料和含气泡的现象。
进一步地，步骤c中取出光敏树脂模型阳模，具体为：沿光敏树脂模型阳模的分模线划开硅橡胶阴模；分模线选取模型试验时的非主要受力部位，且分模线采用简单线路；利用硅橡胶阴模的弹性从划开的分模线位置掰开取出光敏树脂模型阳模。
进一步地，步骤d中密封硅橡胶阴模，采用与硅橡胶阴模制作采用相同的材料、相同的设备以及相同的工艺对硅橡胶阴模进行密封，具体为：称量好硅橡胶原料和固化剂；分别倒入制造设备的可控混合料斗和可控料斗中；把预处理好的硅橡胶阴模及薄板围框放置在制造设备的升降平台上；调节平台高度把进料管道套入制造设备的倒流装置，并用扎带扎好；启动制造设备并编制好程序；对制造设备的真空搅拌控温室和模型成型室抽真空；把可控料斗中的固化剂倾倒入可控混合料斗进行混合，同时启动制造设备的搅拌马达，并保持真空以排除混入其中的空气；混合料通过导流装置缓慢注入薄板围框；混合料倾倒完毕，真空搅拌控温室停止抽真空；对制造设备的模型成型室继续抽真空；停止对制造设备的模型成型室抽真空，然后分三个阶段进气；在室温下放置，或者放入烘烤箱内，浇注的硅橡胶即可充分固化，进行硅橡胶固化步骤；完成对硅橡胶阴模的密封。
进一步地，步骤e中光弹性模型的真空浇注工艺方法浇注环氧树脂模型，利用真空浇注成型机及安装在真空成型机内的硅橡胶阴模进行浇注成型，具体为：配料与模具安装，根据需要浇注的光弹性模型的重量按照100：30～35的比例分别称好环氧树脂和顺丁稀二酸酐，把环氧树脂倒入真空浇注成型机的第一可控料斗，把顺丁稀二酸酐倒入第二可控料斗，把硅橡胶阴模放置在固化模具室内，调节升降平台的高度直到方便通过观察窗观看硅橡胶阴模的进料口和出料口后，把导流管插入硅橡胶阴模的进料口；真空自动浇注成型，准备工作全部完成后，启动真空浇注成型机，对真空搅拌控温室和模型成型室抽真空，设定第一可控料斗、第二可控料斗、可控混合料斗和固化模具室的温度值以及保温时间，设定结束时控温装置自动工作，保温时间结束时自动关闭，当第一可控料斗的保温时间结束时，第一可控料斗自动倾倒，环氧树脂通过过滤网流入可控混合料斗，接着第二可控料斗自动倾倒，把其中的顺丁稀二酸酐倒入可控混合料斗，同时启动搅拌马达，直到两种材料混合均匀后，停止搅拌马达，打开密封盖，缓慢倾倒可控混合料斗，混合料通过导流装置缓慢注入硅橡胶阴模，混合料倾倒完毕，各装置自动归位，浇注结束接着再抽真空3-5小时后，固化模具室恒温一直到光弹性模型成型后停止；拆模与固化：将第一次固化后的模型从硅橡胶模具中取出，锯掉飞边和浇冒口，放在恒温箱中进行第二次固化。
进一步地，真空浇注成型机浇注的进料口在环氧树脂模型模具的底部，出料口设置在环氧树脂模型容易出现缺料的部位，以免浇注模型出现缺料现象；真空搅拌控温室与固化模具室的压差不超过20KPa，持续时间不超过5分钟，以免空气进入模型形成气泡；真空浇注成型机的负压不超过80KPa，以避免真空度过高抽走混合料，造成模型缺料和混合料进入真空管道，影响真空系统正常工作；硅橡胶阴模充分预热，内外温度都达到60℃才开始倒混合料；混合料搅拌、浇注和成型的过程必须保持恒温。
进一步地，真空浇注成型机通过在真空搅拌控温室设置隔离防护，以间隔第一可控料斗、第二可控料斗及可控混合料斗，使环氧树脂和顺丁稀二酸酐两种原材料挥发时，吸附在被隔开的隔离防护上；少量的挥发物进入真空浇注成型机的蛇形弯管空腔并粘附于弯管内壁面上，空气中存在的挥发物大部分被过滤，然后进入真空泵，从而达到保护真空泵的目的。
进一步地，步骤f中环氧树脂模型后处理，具体为：环氧树脂模型胶凝至表层固化后，轻轻划开硅橡胶阴模，以不伤害环氧树脂模型为原则；环氧树脂模型充分固化后，切除浇注口和出料口的多余物料，目视检查无缺料现象和气泡存在，对个别不光滑的地方用细砂纸进行打磨，计量环氧树脂模型的关键尺寸，允许最大误差2％。
进一步地，环氧树脂模型制作完毕，按照退火曲线进行一次退火，消除模型的加工应力。
本发明具有以下有益效果：
本发明用于光弹性试验的环氧树脂模型制作方法，相对传统技术具有自动化程度高、周期短、环保并且模型内部初始应力小的特点。有利于缩短光弹性试验的周期、提高试验的精度。光学灵敏度比光敏树脂模型更好。本方法自动化程度高、制作周期较短、环保、内部初始应力较小，适用于航空发动机核心机、技术验证机阶段的定性光弹性试验。
除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。
附图说明
构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1是本发明优选实施例的用于光弹性试验的环氧树脂模型制作方法的流程框图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由下述所限定和覆盖的多种不同方式实施。
图1是本发明优选实施例的用于光弹性试验的环氧树脂模型制作方法的流程框图。如图1所示，本实施例的用于光弹性试验的环氧树脂模型制作方法，包括以下步骤：a、采用光固化立体成型光敏树脂模型阳模；b、在光敏树脂模型阳模上采用全真空浇注技术浇注硅橡胶阴模；c、取出光敏树脂模型阳模获得成型的硅橡胶阴模；d、密封硅橡胶阴模；e、在硅橡胶阴模内通过光弹性模型的真空浇注工艺方法浇注环氧树脂模型；f、对环氧树脂模型进行后处理，得到成型的环氧树脂模型。本发明用于光弹性试验的环氧树脂模型制作方法，相对传统技术具有自动化程度高、周期短、环保并且模型内部初始应力小的特点。有利于缩短光弹性试验的周期、提高试验的精度。光学灵敏度比光敏树脂模型更好。本方法自动化程度高、制作周期较短、环保、内部初始应力较小，适用于航空发动机核心机、技术验证机阶段的定性光弹性试验。
本实施例中，步骤a中光固化立体成型光敏树脂模型阳模，具体为：基于液态光敏树脂的光聚合原理，液态光敏树脂材料在设定的特定波长和强度的紫外光照射下迅速发生光聚合反应，分子量急剧增大，液态光敏树脂材料从液态转变成固态，形成固态的光敏树脂模型阳模。
本实施例中，步骤b中全真空浇注技术浇注硅橡胶阴模，具体为：从硅橡胶原材料搅拌开始到硅橡胶阴模成型的全过程均在真空环境下进行，以在硅橡胶阴模制作过程中充分抽出材料中的气泡和水分，避免硅橡胶阴模缺料和含气泡的现象。
本实施例中，步骤c中取出光敏树脂模型阳模，具体为：沿光敏树脂模型阳模的分模线划开硅橡胶阴模；分模线选取模型试验时的非主要受力部位，且分模线采用简单线路；利用硅橡胶阴模的弹性从划开的分模线位置掰开取出光敏树脂模型阳模。
本实施例中，步骤d中密封硅橡胶阴模，采用与硅橡胶阴模制作采用相同的材料、相同的设备以及相同的工艺对硅橡胶阴模进行密封，具体为：称量好硅橡胶原料和固化剂；分别倒入制造设备的可控混合料斗和可控料斗中；把预处理好的硅橡胶阴模及薄板围框放置在制造设备的升降平台上；调节平台高度把进料管道套入制造设备的倒流装置，并用扎带扎好；启动制造设备并编制好程序；对制造设备的真空搅拌控温室和模型成型室抽真空；把可控料斗中的固化剂倾倒入可控混合料斗进行混合，同时启动制造设备的搅拌马达，并保持真空以排除混入其中的空气；混合料通过导流装置缓慢注入薄板围框；混合料倾倒完毕，真空搅拌控温室停止抽真空；对制造设备的模型成型室继续抽真空；停止对制造设备的模型成型室抽真空，然后分三个阶段进气；在室温下放置，或者放入烘烤箱内，浇注的硅橡胶即可充分固化，进行硅橡胶固化步骤；完成对硅橡胶阴模的密封。工艺流程简单，操作方便，不需要新增加设备和新工艺，采用与硅橡胶阴模相同的原材料作为密封材料，密封层与模型能完好的形成一个整体，避免了浇注液渗漏和大紧固力引起的变形，显著提高了密封的成功率和密封质量，用它作为阴模浇注的光弹性模型几何尺寸准确，误差小。
本实施例中，步骤e中光弹性模型的真空浇注工艺方法浇注环氧树脂模型，利用真空浇注成型机及安装在真空成型机内的硅橡胶阴模进行浇注成型，具体为：配料与模具安装，根据需要浇注的光弹性模型的重量按照100：30～35的比例分别称好环氧树脂和顺丁稀二酸酐，把环氧树脂倒入真空浇注成型机的第一可控料斗，把顺丁稀二酸酐倒入第二可控料斗，把硅橡胶阴模放置在固化模具室内，调节升降平台的高度直到方便通过观察窗观看硅橡胶阴模的进料口和出料口后，把导流管插入硅橡胶阴模的进料口；真空自动浇注成型，准备工作全部完成后，启动真空浇注成型机，对真空搅拌控温室和模型成型室抽真空，设定第一可控料斗、第二可控料斗、可控混合料斗和固化模具室的温度值以及保温时间，设定结束时控温装置自动工作，保温时间结束时自动关闭，当第一可控料斗的保温时间结束时，第一可控料斗自动倾倒，环氧树脂通过过滤网流入可控混合料斗，接着第二可控料斗自动倾倒，把其中的顺丁稀二酸酐倒入可控混合料斗，同时启动搅拌马达，直到两种材料混合均匀后，停止搅拌马达，打开密封盖，缓慢倾倒可控混合料斗，混合料通过导流装置缓慢注入硅橡胶阴模，混合料倾倒完毕，各装置自动归位，浇注结束接着再抽真空3-5小时后，固化模具室恒温一直到光弹性模型成型后停止；拆模与固化：将第一次固化后的模型从硅橡胶模具中取出，锯掉飞边和浇冒口，放在恒温箱中进行第二次固化。自动化程度高，工艺流程简单，操作方便，提高了原材料的纯度，避免了材料的不均匀，恒温浇注和搅拌均匀能有效消除“云雾”和降低浇注的初应力，浇注的光弹性模型内部力学和光学性能好，几何尺寸准确，误差小，浇注过程对人体无损害。
本实施例中，真空浇注成型机浇注的进料口在环氧树脂模型模具的底部，出料口设置在环氧树脂模型容易出现缺料的部位，以免浇注模型出现缺料现象；真空搅拌控温室与固化模具室的压差不超过20KPa，持续时间不超过5分钟，以免空气进入模型形成气泡；真空浇注成型机的负压不超过80KPa，以避免真空度过高抽走混合料，造成模型缺料和混合料进入真空管道，影响真空系统正常工作；硅橡胶阴模充分预热，内外温度都达到60℃才开始倒混合料；混合料搅拌、浇注和成型的过程必须保持恒温。
本实施例中，真空浇注成型机通过在真空搅拌控温室设置隔离防护，以间隔第一可控料斗、第二可控料斗及可控混合料斗，使环氧树脂和顺丁稀二酸酐两种原材料挥发时，吸附在被隔开的隔离防护上；少量的挥发物进入真空浇注成型机的蛇形弯管空腔并粘附于弯管内壁面上，空气中存在的挥发物大部分被过滤，然后进入真空泵，从而达到保护真空泵的目的。
本实施例中，步骤f中环氧树脂模型后处理，具体为：环氧树脂模型胶凝至表层固化后，轻轻划开硅橡胶阴模，以不伤害环氧树脂模型为原则；环氧树脂模型充分固化后，切除浇注口和出料口的多余物料，目视检查无缺料现象和气泡存在，对个别不光滑的地方用细砂纸进行打磨，计量环氧树脂模型的关键尺寸，允许最大误差2％。
本实施例中，环氧树脂模型制作完毕，可按照退火曲线进行一次退火，以消除模型的加工应力。
实施时，一种自动化程度高、制作周期较短、环保、内部初始应力较小的模型制作方法。利用行业内外的多个先进技术对传统的模型制作方法进行革新，加快试验整体进度和提高试验精度。适合航空发动机核心机、技术验证机阶段的定性光弹性试验。
环氧树脂模型制作的新方法分六个阶段，分别为光固化立体成型光敏树脂模型阳模、全真空浇注技术浇注硅橡胶阴模、取出光敏树脂模型、三同密封方法密封硅橡胶阴模、光弹性模型的真空浇注工艺方法浇注模型和模型后处理。
光固化立体成型光敏树脂模型阳模
光固化立体成型(SLA)技术是基于液态光敏树脂的光聚合原理工作的，这种液态材料在一定波长和强度的紫外光(的照射下能迅速发生光聚合反应,分子量急剧增大,材料也就从液态转变成固态。高精度的激光快速成型机成型模型的误差在0.1mm。该技术在快速成型领域得到广泛应用，它快速、环保。利用此先进技术直接成型光敏树脂模型阳模，可达到缩短模型制作周期的目的。
全真空浇注技术浇注硅橡胶阴模
全真空浇注技术从原材料搅拌开始到模型成型的全过程均在真空环境下进行，相对原有部分环节在真空条件下更能有效地抽出气泡和水分，避免硅橡胶模型缺料和有气泡现象，能提高模型浇注的质量和一次成功率。该技术在快速成型领域得到广泛应用，利用它浇注硅橡胶阴模，可达到提高硅橡胶阴模质量和提高模型制作效率的目的。
取出光敏树脂模型
沿分模线用手术刀划开硅橡胶阴模，取出光敏树脂模型，分模线尽量是模型试验时非主要受力部位，而且分模线要以简单为佳，硅橡胶模型有较好的弹性，用手掰开能取出模型即可。
三同密封方法密封硅橡胶阴模
用相同的原材料、设备和工艺对硅橡胶阴模进行密封，密封的质量高并且能一次成功。利用该方法密封硅橡胶阴模的变形小，密封成功率100％。
光弹性模型的真空浇注工艺方法浇注模型
光弹性模型的真空浇注工艺方法，自动化程度高，工艺流程简单，操作方便，提高了原材料的纯度，避免了材料的不均匀，恒温浇注和搅拌均匀能有效消除“云雾”和降低浇注的初应力，浇注的光弹性模型内部力学和光学性能好，几何尺寸准确，误差小，浇注过程对人体无损害。利用本方法及其真空浇注成型机能提高环氧树脂模型的质量，浇注过程绿色环保。
模型后处理
环氧树脂模型胶凝，到表层固化后，轻轻划开硅橡胶阴模，以不伤害环氧树脂模型为原则，需要特别小心。硅橡胶阴模为一次性使用，不重复使用的目的是确保不出现开模造成模型微小的现象，此时的微小损伤或外部微小应力进入模型会在二次固化时造成模型出现裂纹。模型充分固化后，切除浇注口和出料口的多余物，目视检查无缺料现象和气泡存在，对个别不光滑的地方用细砂纸进行打磨，计量模型的关键尺寸，允许最大误差2％。模型制作完毕必要时可按照退火曲线进行一次退火，消除模型的加工应力。
以3齿梯形榫头、榫槽模型制作为例，具体实施如下：
a)先设计3齿梯形榫头、榫槽UG图纸。按照激光快速成型技术的要求转换成激光快速成型机的格式。在激光快速成型机中放入光敏树脂原材料，启动设备编制程序后直接成型模型。
b)把制作好的阳模做好支撑放入一个薄硬纸板围框中并一起放置到真空浇注成型机中，按照RTV硅橡胶988#：固化剂＝100：1.8的比例称量好模型浇注所需的原材料，利用真空浇注成型机及硅橡胶真空浇注工艺实现全真空自动浇注。浇注结束后、自动停机，让硅橡胶阴模自然固化。
c)硅橡胶阴模自然固化后，撤除薄硬纸板围框。根据试验技术要求，选取试验的非受力面或次要受力面设置分模线，用手术刀沿分模线划开硅橡胶阴模，阴模不全部划开，只划到阴模型整体长度的2/3左右，两个人配合，一个人用手掰开硅橡胶阴模，另一个人取出光敏树脂模型。
d)在硅橡胶阴模底部做一个比较粗的进料口，两边各作一个比较细的出料口，顶部做一个比较细的出料口，重新合好硅橡胶阴模。一个人轻轻按住硅橡胶阴模，另一个用订书针订好分模线。
用硬纸板制作一个比硅橡胶阴模略大的薄围框，硅橡胶阴模的四个料口插好导管后固定在薄围框中。放置薄围框时，四个料口应避开真空浇注成型机的浇注口以避免浇注液进入料口。按照RTV硅橡胶988#：固化剂＝100：1.8的比例称量好模型密封所需的原材料，利用真空浇注成型机和硅橡胶真空浇注工艺实现全真空自动浇注，密封层比硅橡胶阴模高约3mm,不得高于出料口的高度。浇注结束后、自动停机，让硅橡胶阴模密封层自然固化。
e)硅橡胶阴模密封层自然固化后，撤除薄硬纸板围框并检查硅橡胶阴模密封质量。确认密封完好后把进料口导管的一端对接在真空浇注成型机的浇注口上并用扎带固定。三个出料口的高度比硅橡胶阴模略高。
根据要浇注的环氧树脂模型的重量按照100：30～35的重量比例分别称好环氧树脂(128)和顺丁烯二酸酐，分别倒入真空浇注成型机的可控料斗。利用真空浇注成型机及光弹性模型的真空浇注工艺方法实现全真空自动浇注。浇注结束后、自动停机，让环氧树脂模型等温固化。
f)环氧树脂模型等温固化到表层全部固化，内部未完全固化时，停止第一次固化，两人协作，一人拿模具，另一人轻轻划开硅橡胶阴模，取走绝大部分硅橡胶，保留固定支撑作用的部分进行第二次固化。模型充分固化后，切除浇注口和出料口的多余物，目视检查无缺料现象和气泡存在，对个别不光滑的地方用细砂纸进行打磨，计量模型的关键尺寸，允许实物与设计图纸的尺寸最大误差为2％。
本发明利用行业内外的先进技术对传统的模型制作方法的主要环节进行全面革新。改变了传统制作方法自动化程度低、周期长、不环保的缺点。用行业内外的先进技术对传统技术的相应环节进行改造，取得了显著进步，从而使新方法具有自动化程度高、周期短、环保并且模型内部初始应力小的特点。相对传统技术取得了显著进步，使新方法具有自动化程度高、周期短、环保并且模型内部初始应力小的特点。有利于缩短光弹性试验的周期、提高试验的精度。相对于正在发展的光敏树脂模型制作技术，它成熟可靠，与已有的技术匹配性好，环氧树脂模型使用的单位多，占据主导地位；它的光学灵敏度比光敏树脂模型好很多。当前的技术各有优缺点，不同行业进行光弹性试验时，根据各自条件选用合适的模型制作方法。
本发明用于光弹性试验的环氧树脂模型制作方法适合用于光弹性定性试验研究的模型制作。环氧树脂模型目前在国内仍然占据主导地位，其它材料制作的模型使用范围均没有它广阔。对精度要求高的定量光弹性试验研究不宜采用本方法。激光快速成型机推荐使用西安交通大学开发的设备，同等精度的产品也可以。模型退火曲线可以按照光弹性模型的真空浇注工艺方法的二次固化曲线进行。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。