芯模是纤维缠绕工艺中的关键部件之一。按照是否是产品的组成部分可分为内衬和芯模两种。一般将气瓶、离子罐等内压容器中用来起密
封和骨架作用的部分称为内衬。内衬要求气密性好、耐腐蚀、耐高低温，材料多为铝、钢、橡胶及塑料等。为了制作出一定形状和结构的的纤维
缠绕制品，通常采用与制品内腔形状一致，在制品固化后被脱出的部件称为芯模。芯模并非制品的组成部分，只是在产品成型过程中起到骨架
的作用。以下针对这种缠绕芯模作以详细介绍。
    节芯模的材料
    要制造出理想的芯模，如何选材至关重要。芯模可以由单一的材料制造，也可以由多种材料组合而成。通常需根据制品技术要求、成型工
艺等各种因素综合考虑，选用的芯模材料必须满足以下要求：
    一、强度要求
    要求芯模在使用过程中能够承受缠绕工艺过程中的工作载荷、本身自重以及加工时的机械载荷等强度要求。
    二、刚度要求
  要求芯模材料在受缠绕张力等外力作用后变形越小越好。
    三、尺寸精度要求
    当缠绕制品内腔尺寸精度要求较高时，必须选用尺寸稳定性好、加工性能好的材料制作芯模。一般选用金属或塑料，石膏、橡胶等刚度低、
变形大的材料不宜选用。
    四、耐温性要求
    在缠绕过程结束后，芯模要与缠绕制品一起固化，根据所采用的树脂体系不同，固化温度从常温到近2000℃不等，所以要求芯模在高温条
件下不但能够保持足够的强度、刚度，同时也不能分解或逸出大量水分等。
 五、工艺性要求
    要求用于制作芯模的材料来源广泛，有良好的加工工艺性，并且能满足缠绕工艺实施过程中的各种要求，好能就地取材，价格低廉。
    生产中常用的纤维缠绕芯模材料有石膏、木材、砂浆、金属、复合材料等。除此之外，也有应用低熔点盐类和低熔点金属的实例。根据缠绕芯模所采用的材料不同，可以分为石膏芯模、木芯模、砂芯模、金属芯模、塑料芯模等。
    石膏芯模制作方便，费用少，一般应用于数量较少、结构尺寸较大且精度要求不高的产品。制作石膏芯模时应先制作一个刚性很好的芯轴，然后再在芯轴上利用钢材或木材制作出构架，在构架上糊制石膏层，后将石膏层修整成所需要的形状。石膏芯模在使用前必须进行加工和封孔处理。
    制作木芯模用的木材要求质均、无节、不易收缩变形，常用的木材有红松、银杏、衫木、枣木等，木材在使用前应进行干燥，含水量一般要小于10％，以减少变形和裂纹。木芯模不耐久、不耐高温、表面需要进行加工和封孔处理。它适用于一些形状简单的大型制品及几何形状较复杂的小型制品的成型。
    制作砂芯模时，通常是将聚乙烯醇和砂子按一定的比例混合均匀后，装入事先加工好的模腔内捣实并加温固化，成型后脱模加工，即可得到满足一定尺寸要求的砂芯模。当缠绕结束，产品固化成型后可用热水将砂浆冲出，从而达到脱模的目的。由于砂浆模都是一次性使用，所以这种模具一般适合批量小、中间直径比两端大、脱模困难制品的成型。
    金属模具常用铸铁、铸铝、铸铝合金、碳素钢等制作。金属模具耐久不变形，精度高，但加工复杂，成本高，制造周期长。通常适用于批 量较大、精度要求较高的定型产品。
   对于一种具体的产品究竟采用哪种材料去制作缠绕芯模，一般应从以下方面考虑：
    （一）根据制品的生产批量、尺寸形状及性能要求来确定；
    （二）芯模材料应既能耐树脂腐蚀，又不影响树脂系统的固化；
    （三）多孔性材料有吸湿性，无论是初次使用还是经过一定的存放时间，使用前都需烘干和封孔处理；
      （四）为保证缠绕制品的尺寸准确与稳定，所用芯模材料的成分应 均匀一致。[-page-]

        缠绕芯模按照其结构不同可分为整体式芯模和组合装配式芯模两大类。
    整体式芯模
        一、整体式芯模
    多采用易敲碎、易溶或易熔的材料，如可溶或易熔盐类、低熔点合金等材料制造。在制造芯模时，先将其加热熔化铸造成空心或实心的壳体（取决于模具的尺寸要求），脱模时加入热水或蒸气使之溶解即可。
        二、组合装配式芯模
    可分为分瓣式、隔板式、捆扎式、框架装配式等。
    分瓣式图3-10采用弓形铝合金片构成回转体，外表面涂刮一层石膏层，后进行机械加工。
    隔板式图3-2。采用石膏隔板支撑金属细管，捆扎后外表面刮石膏。捆扎式图3-3，用金属管捆扎成芯模，外表层刮石膏。
    框架装配式全部采用金属构件装配，外表层刮石膏。

             3-1分瓣式芯模                    3-2隔板式示意图           3-3捆扎式芯模示意图
   
    由于组合装配式芯模是缠绕芯模的主要形式，以下结合石膏隔板组合式芯模、管道芯模来做详细的说明。 
（一）石膏隔板组合式芯模
    石膏隔板组合式芯模由芯轴、预制石膏板、铝管及石膏面层等部分构成，详细结构图3-4a由于石膏本身的特性，在产品需高温固化时，会因石膏脱水而对产品的质量产生一定的影响。

 1一芯轴2一螺母3一金属嘴4一金属环（不锈钢）5一封头 6一圆筒（石膏）7一隔板（GRP）8一铝管9一石膏板10一销钉11一纸绳12一封头（石膏）13一轴套（不锈钢）14一金属嘴（铝）15一加紧盘16一螺母
                                          图3-4石膏隔板组合式芯模结构示意图
    （二）管道芯模
    这类芯模通常有三种结构形式。
  一1、无封头的整体式结构（图3-5)，这种模具一般由芯轴、副板、外筒体三部分组成，适用于较大角度的常用复合材料管道的缠绕。 

                                                    1一芯轴2一副板3一筒体
                                                    图3-5无封头整体式芯模结构示意图
2、带封头的整体式结构（图3-6）。这种结构除中间芯轴、副板、外筒体之外，为满足缠绕工艺实施需要，模具两端还安装有可拆卸的封头。这种结构的芯模一般适用于有小角度缠绕要求的复合材料管道的缠绕成型，封头部分只是为了实现缠绕线形而设置，通常在制品固化后需要加工掉，所以封头的尺寸要求不严格，可根据产品批量的大小采用金属或非金属材料，封头和筒体之间应便于拆装且定位可靠。   

                                         1一芯轴2一封头3一筒体4一副板5一固定环
                                            图3-6带封头整体式芯模结构示意图
    3、组合式结构。这种结构视具体情况可带封头，也可不带封头，一般适用于脱模设备局限（如对于较长管道，脱管机行程不够）或脱模困难（产品内腔有影响脱模的结构）等情况。根据产品的具体形式可设计为轴向拆分，径向拆分等。图3-7就是一个因脱管机行程不够而设计的轴向拆分式管道缠绕芯模。

            1一芯轴2一封头3一筒体4一联结块5一锁紧螺杆 6一固定环7一螺母
                                             图3-7组合式结构芯模示意图[-page-] 

    要制作出满足生产要求的合格芯模，先必须根据缠绕制品的几何尺寸、成型工艺、固化制度、生产批量等因素进行芯模的设计。有了合理可行的设计，才能制作出满足实际生产需要的芯模。
      一、芯模的设计
    芯模设计时应综合考虑以下因素：
      （一）、根据缠绕制品的几何尺寸、成型工艺、脱模方式、生产批量等因素确定缠绕芯模的材料与结构形式；
      （二）、芯模与缠绕设备及固化设备、脱模设备等的连接与匹配；
      （三）、大型组装式芯模需事先制订好脱模方法及脱模程序；
      （四）、芯模总体结构与零部件的设计（包括强度和刚度计算）；
    （五）、对于大型厚壁制品，需进行内部加热系统的设计；
      （六）、芯模价格及加工周期的计算。
    二、芯模的制作
      （一）、金属芯模的制作
    一般情况下，当产品的内径在SOOmm以下时，可以选用外径比复合材料管的内径略大的无缝钢管作为芯模的毛坯，经热处理后，机加工制成合适的芯模。当复合材料管的内径在30mm以下时，可以选用铝棒或圆钢经机加工制成芯模。当复合材料管的内径较大时，可以考虑钢板卷焊毛坯或铸造毛坯再加工的方案。钢板卷焊毛坯要求所用的钢板应有良好的变形性能、焊接性能和切削加工性能，常用碳素钢板中的20#, 30#钢等。筒体焊接好后必须进行退火处理，然后再进行机加工。
    金属芯模加工时一般先在车床上车削外圆，再用外圆磨床磨削芯模外表面，对于内表面要求较高的复合材料制品，芯模外表面还需进行抛光处理。缠绕芯模的表面粗糙度一般为0.8}1.6o另外，为了便于脱模，对于较长的整体式缠绕芯模应在长度方向设计一定的锥度，锥度的大小要根据缠绕制品的几何尺寸、缠绕纤维和树脂体系的种类等因素来确定。
    （二）、石膏芯模的制作
    石膏芯模一般均设计支撑结构，石膏刮制层只做外层，尤其是筒身段，很少有采用独立的石膏壳。端头部分有时设计成有支撑的复合结构，也有时刮制成独立的石膏壳。
    1、筒体部分的刮制
    图3-4,金属芯轴上装有石膏隔板，在隔板外周凹口处装铝合金管，用麻绳环向缠绕捆紧。在麻绳外周浇稀石膏浆糊，刮出所需要尺寸的圆筒形石膏外壳芯模。所刮圆柱直径尺寸精度均由刮刀控制。金属刮刀靠支杆调整尺寸。

                                                     图3-8石膏芯模筒体刮刀装置
    利用这种机构，刮制的芯模精度高，因为刮刀和芯轴联在一起同步运动，可以消除旋转装置本身产生的同轴度偏差。
    筒身石膏挂层刮制速度要快，配石膏浆量要适宜，要很快刮满筒身。后，再浇更稀的石膏浆刮光石膏模表面。
    2、端部封头部分刮制
    装配式石膏端头是在阳模上预制的，如图3-9，先立垂直芯轴，再砌阳模基台，在基台外面刮制石膏水泥层，干燥后再刮制石膏端头。  

    在石膏水泥阳模上涂浓肥皂水做为脱模剂。先在垂直芯轴上装好端头定位圈，再装刮刀套，上刮刀定位后拧紧螺丝。如同刮圆筒一样，刮端头也用稀石膏浆糊，用量得当，尽快刮满阳模表面。后，以更稀的石膏浆湖刮制找平。
    端头脱模一定要等石膏充分硬化并具有一定强度时方可实施脱模作
业。
    3、整体芯模刮制
    由于全石膏芯模整体强度差，缠绕后由于纤维张力作用，使芯模变形较大，对缠绕壳体性能有影响，也影响壳体内腔尺寸精度。因此要尽量减小石膏层厚度，如2-3mm厚。
    这种芯模要求有个整体的内支撑结构，这种支撑多由金属零件装配而成，有很高的强度和刚度，能承担全部纤维缠绕张力。外表面石膏层主要起找平和提高芯模外表尺寸的作用。
    石膏层刮制和前面两种情况相同，只是内部支撑结构金属件要考虑到防锈问题。[-page-]

    合理的维护和保管能够保证缠绕芯模的质量、延长芯模的使用寿命。在车间搬运芯模时，要注意轻拿轻放，特别要避免成型部分的磕碰。在
芯模不用时合理的保管尤为重要。芯模要在室内存放，一般遵循的原则是：防止生锈一防止潮湿一合理支撑一整齐堆放。
    特别是对于金属芯模，一定要注意防潮防锈，常用的方法是在芯模表面涂油（比如黄油或机油等），再用包装纸或报纸紧裹在芯模表面，
后用塑料布包好扎紧，对于重要的芯模应制作专用的存放支撑工装。
    常用的芯模放置方法有以下几种：
    一、垂直吊放
    对于小型细长缠绕芯模大多采用金属材料车削或磨削而成，水平放置容易弯曲变形，存放时一般先进行防锈防潮处理，然后利用芯模一端
的轴孔垂直吊放。
    二、两端支撑
    一般容器芯模，长径比不大，形状多为短粗状，自身的刚度较好，多采用两端芯轴支撑平放的方式，两端支撑部位多为滚珠轴承或滑动轴
承，使芯模能自由转动，防止固定在某一位置而引起变形。
    三、就地平放
    一般管道芯模等长径比较大的大型芯模，两端支撑易弯曲变形，一般适宜在平地面就地平放或多点支撑平放。注意放置的地面一定要平，
放置面应垫上软泡沫塑料类垫层。
    以上对芯模维护保管方面做了简单介绍，在实际生产中，根据芯模的具体情况灵活应用。
    复习题
    1．纤维缠绕芯模有几种形式？
    2．试述制作纤维缠绕芯模的几种材质及其优缺点。
    3．纤维缠绕芯模材质的选用原则。
    4.纤维缠绕芯模设计原则。
    5．纤维缠绕芯模的维护与保养办法。