CN103831980B - 一种带缺口曲面纤维管的制备方法及模具 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种带缺口的曲面纤维管的制备方法，其包括如下步骤，S10、根据产品形状制作金属内芯，在所述内芯的两侧设置有夹紧装置；将裁切好的纤维布缠绕在金属内芯上，将纤维布的两端缠绕在夹紧装置上；并旋紧夹紧装置使纤维布绷紧；S20、准备模具，将缠绕有绷紧的纤维布的金属内芯放入模具中，合模并压紧纤维布；S30、合模后加温加压成型，冷却定型；开模后得到具有缺口的曲面的纤维管；先脱离金属内芯，对纤维管进行切割，除去多余法兰，得到成品；本发明提供的制备方法，增加了夹紧步骤，使得纤维布在成型时纹路整齐，厚度均匀，产品结构强度高。本发明还提供了一种结构简单，操作方便，成本低的模具。

Description

一种带缺口曲面纤维管的制备方法及模具

技术领域

本发明属于纤维复合材料技术领域，尤其涉及一种带缺口曲面纤维管的制备方法及模具。

背景技术

目前纤维管成型的方法主要有以下方式：（1）采用气袋作为内芯，制作时将纤维材料包覆在充满气的气袋外面，将包裹有纤维材料的气袋至于模具内，并加热成型，最后取出气袋；但是由于气袋在缠绕纤维材料时容易发生形变，在对其进行固化成型时，容易导致纤维管发生形变，使产品报废。（2）采用实心的材料制成内芯，虽然这种内芯可以避免在成型时，产品发生形变，但是缠绕在内芯上的纤维材料始终处于松弛状态，导致纤维材料与内芯之间、纤维材料之间有很多空隙，在成型的阶段容易导致纤维的滑移，纹路不整齐，制作的成品厚度不均匀等问题，进而降低了纤维产品的结构强度。

而同时现有的制作纤维管的模具具有结构复杂，不易于操作，成本高的缺点。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：纤维管在成型时易发生形变且纤维材料缠绕松弛以降低纤维管的结构强度，且产率低；同时制作纤维管的模具结构复杂的技术问题。

据此，本发明提供了一种带缺口曲面纤维管的制备方法，包括以下步骤：

S10、根据产品形状制作金属内芯，在所述内芯的两侧设置有夹紧装置；将裁切好的纤维布缠绕在金属内芯上，将纤维布的两端缠绕在夹紧装置上；并旋紧夹紧装置使纤维布绷紧；

S20、准备模具，将缠绕有绷紧的纤维布的金属内芯放入模具中，合模并压紧纤维布；

S30、合模后加温加压成型，冷却成型；开模后得到具有缺口的曲面的纤维管；先脱离金属内芯，对纤维管进行精加工，得到成品。

本发明提供的制备方法，通过在内芯缠绕纤维材料时，增加了夹紧步骤，纤维材料在缠绕内芯时被夹紧，使得纤维材料与内芯或者纤维材料与纤维材料紧密的贴合，且无间隙；进而在成型时可以保证纤维管的纹路整齐，纤维管的厚度一致；提高了纤维管的结构强度。

附图说明

图1是本发明提供的带缺口的曲面纤维管的制备方法的流程图。

图2是本发明提供的制备带缺口的曲面纤维管的模具开模图。

图3是本发明提供的制备带缺口的曲面纤维管的模具合模图。

图4是本发明提供的夹紧装置的局部剖视图。

图5是带有带缺口的曲面纤维管的示意图。

具体实施方式

为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明提供了一种带缺口曲面纤维管的制备方法，其流程如图1所示，具体包括如下步骤：

S10、根据产品形状制作金属内芯，在所述内芯的两侧设置有夹紧装置；将裁切好的纤维布缠绕在金属内芯上，将纤维布的两端缠绕在夹紧装置上；并旋紧夹紧装置使纤维布绷紧；

S20、准备模具，将缠绕有绷紧的纤维布的金属内芯放入模具中，合模并压紧纤维布；

S30、合模后加温加压成型，冷却成型；开模后得到具有缺口的曲面的纤维管；先脱离金属内芯，对纤维管进行精加工，得到成品。

本发明提供的制备方法，通过在内芯缠绕纤维材料时，增加了夹紧步骤，纤维材料在缠绕内芯时被夹紧，使得纤维材料与内芯或者纤维材料与纤维材料紧密的贴合，且无间隙；进而在成型时可以保证纤维管的纹路整齐，纤维管的厚度一致；提高了纤维管的结构强度。

如图2-5所示；具体的，根据产品所需要的形状，先制作金属内芯24；本发明的金属内芯24，可以为不锈钢、模具钢或者铜合金；对于金属内芯24可以采用CNC数控加工方法制得；

本发明的纤维布41可以为玻璃纤维布、碳纤维布、劳伦纤维布中的一种或者两种的混合；缠绕在金属内芯24上，可以为单层，也可以为多层叠加，根据制备的产品所需的结构强度来选择纤维布的层数。

本发明提供夹紧装置；所述夹紧装置包括：压紧件42、压紧垫片43、拉紧件44、滚筒；拉紧件44与金属内芯24转动连接并设置在金属内芯24的两端；滚筒与拉紧件44固定连接并与拉紧件44同步运动；在滚筒上设有压紧垫片43；在压紧垫片43上设有用于提供将纤维布41压紧在滚筒上的压力的压紧件42。其夹紧过程为：先将纤维布41缠绕在金属内芯24上，将纤维布41的两端分别伸入到夹紧装置的滚筒与压紧垫片43之间的间隙中，旋动压紧件42，使压紧垫片43与滚筒紧密贴合，纤维布41与压紧垫片43和滚筒无相对运动；可随着滚筒转动而被拉伸；固定之后旋转拉紧件44；使得纤维布41逐渐被拉直、拉紧；并与金属内芯24紧密贴合；或者与其他纤维布紧密贴合，他们之间无间隙，在成型时不会发生纹路不齐、厚度不一致的问题。

其中，优选地，拉紧件44为具有阶梯凸台的螺栓；分别用于连接金属内芯24和滚筒；且拉紧件44设置在金属内芯24的两端；金属内芯24与拉紧件44为可转动连接，即拉紧件44可相对于金属内芯24沿其轴线转动，拉紧件44与滚筒固定连接，即拉紧件44转动时可以带动滚筒同步转动。

本发明对压紧垫片43的材质不做特殊要求，可以为金属材质，也可以为非金属材质，只要可以垫在伸入到夹紧装置上的纤维布41上，防止纤维布41被压紧件42戳坏即可；为了使压紧垫片43可以与纤维布41可以更加紧密的接触，在压紧垫片43上设有压紧件42，一般的压紧件为3-4个。当将纤维布41伸入到压紧垫片43与滚筒之间时，旋紧压紧件42，压紧垫片43与滚筒固定住纤维布41，使纤维布41随着滚动转动，达到逐步拉紧纤维布41，并使纤维布41与金属内芯24、纤维布与纤维布之间无间隙，便于后续成型工艺的进行的目的；优选的，压紧件42为螺栓，螺栓为本领域技术人员所公知的零部件，在此不再赘述。

通过夹紧装置的夹紧后，纤维布41与金属内芯24或者纤维布与纤维布之间的间隙被消除，准备模具，将缠绕了纤维布41的金属内芯24放入模具中，合模并压紧纤维布41；对模具内的金属内芯24以及缠绕在金属内芯24上的纤维布41进行加温加压，使其固化成型；冷却定型；开模后得到带有缺口的曲面的纤维管6，利用CNC数控加工方法或者激光切割方法对已定型的纤维管进行精加工，得到成品；其中固化成型的温度为130℃~150℃；压力为1.5~3Mpa；恒温恒压时间为：20~30min；模具冷却温度为55℃~65℃；冷却时间为：2~5min。

本发明还包括了一种用于制备带缺口的曲面纤维管的模具；其包括上模21、下模25；在所述上模21、下模25之间还设有第一滑动件22和第二滑动件26；所述上模21、下模25与第一滑动件22、第二滑动件26之间形成有成型腔；所述模具还包括活动设置在成型腔内的金属内芯24；在金属内芯24上设置有夹紧装置23；所述夹紧装置23为本发明提供的夹紧装置23。

其中，在上模21与下模25之间设有的第一滑动件22；第一滑动件22包括用于与上、下模形成成型腔的第一侧滑块；用于连接第一侧滑块并为第一侧滑块提供弹性回复力的第一活动件；以及用于固定第一活动件的第一定位件；第一侧滑块可相对于下模水平移动；其中模具的上、下模为本领域技术人员所公知的模具，在此不再赘述。

在上模21与下模25之间设有的第二滑动件26；第二滑动件26包括用于与上、下模形成成型腔的第二侧滑块；用于连接第二侧滑块并为第二侧滑块提供弹性回复力的第二活动件；以及用于固定第二活动件的第二定位件；第二侧滑块可相对于下模25水平来回移动。

其中第一侧滑块、第二侧滑块为具有圆弧面的滑块，其圆弧面的形状根据产品所需的圆弧形状相适配；上模21、下模25、第一侧滑块、第二侧滑块的圆弧面形成了成型腔；在第一侧滑块与上模21接触的位置设有第一楔形斜面，在上模21上与第一侧滑块上第一楔形斜面接触的部位设有与第一楔形斜面相滑动配合的第三楔形斜面；在第二侧滑块与上模接触的位置设有第二楔形斜面，在上模21上与第二侧滑块上第二楔形斜面接触的部位设有第二楔形斜面相滑动配合的第四楔形斜面；当上模21向成型腔方向运动时，第一楔形斜面与第三楔形斜面接触；第二楔形斜面与第四楔形斜面接触；并带动第一侧滑块和第二侧滑块向金属内芯24方向移动；从而使，上模21、下模25、第一侧滑块和第二侧滑块共同对金属内芯24作用；使金属内芯24上的纤维布41初步定型。

本发明提供的模具的工作原理为：

首先，上模21与下模25之间是分开的，第一侧滑块和第二侧滑块在初始位置；将缠绕了纤维布41的金属内芯24放入到成型腔内，上模21向金属内芯24方向移动并靠近金属内芯24，这时第一侧滑块的第一楔形斜面与上模的第三楔形斜面接触，在上模21的带动下，并且第一楔形斜面相对于第三楔形斜面向着金属内芯24滑动并逐渐与金属内芯24贴合，第二侧滑块的第二楔形斜面与上模的第四楔形斜面接触，在上模21的带动下，相对于第四楔形斜面向着金属内芯24滑动并逐渐与金属内芯24贴合；当上模21、第一侧滑块、第二侧滑块、下模25与金属内芯24完全贴合时，就可以得到初步定型的纤维管6；再对模具进行加热加压使其热压成型，再对模具进行冷却固定成型；开模时，拉动第一滑动件22和第二滑动件26；第一侧滑块、第二侧滑块向远离金属内芯的方向滑动；第一楔形斜面与第三楔形斜面相互作用，第二楔形斜面与第四楔形斜面相互作用，第一楔形斜面、第二楔形斜面同时顶起第三楔形斜面和第四楔形斜面，进而顶起上模21；上模21向远离金属内芯24的方向移动，并最终金属内芯24分开，第一滑动件22和第二滑动件26回到原始位置；取出已经定型了的金属内芯24；将成型的纤维管6从金属内芯24和夹紧装置中取下来，对纤维管6进行精加工，从而得到合格的产品。

本发明提供的带缺口的曲面的纤维管的制备方法如下：

根据产品的形状制备金属内芯24，在金属芯材上设置夹紧装置；裁切纤维布41，将裁切好的纤维布41缠绕在金属内芯24上，并将纤维布41的两端分别固定在夹紧装置上，通过夹紧装置拉紧纤维布41，使其与金属内芯24或者其他纤维布紧密贴合；将金属内芯24放入到已经开好的模具中，上模21下移逐渐靠近金属内24芯，上模21的移动带动第一滑动件22、第二滑动件26向金属内芯24移动，直至上模21、下模26、第一滑动件22、第二滑动件26与金属内芯24紧密贴合。

合模后，对模具进行加热、加压使纤维布41成型，然后冷却，使纤维管6定型；开模，取出金属内芯24；取下成型的纤维管6，利用CNC数控加工或者激光切割对纤维管做精加工；从而得到产品。

通过本发明的制备方法制备的纤维管6，其纤维之间的不会发生滑移，且纹路整齐；成型的纤维管6的各个位置的厚度一致，这样的纤维管6其结构强度高；同时，可以避免圆弧分模线的产生，避免了披锋的出现，使得纤维管的曲面平滑；采用发明的方法制备的纤维管，可以一次成型带缺口的曲面的纤维管，避免了克服了先成型整体的纤维管然后再切割缺口的工艺，大大的提高的制备纤维管的效率；还可以避免在纤维管上进行其他的工艺，从而破坏纤维管本身的结构，降低其结构强度。

同时，本发明提供的制备带缺口的曲面纤维管的模具，其结构简单，操作简单，且成本低；适用于大规模生产纤维管的工业生产中。

为了更加直观的说明采用本发明提供的方法和设备制得的带缺口的纤维管相对于现有技术中的纤维管具有显著的进步，采用如下实施例和对比例进行说明；其中实施例1和实施例2为采用本发明提供的方法和设备制得的带缺口的纤维管，对比例1和对比例2为采用现有方法和设备制得的纤维管；具体如下：

实施例1

根据产品的形状制备金属内芯24，在金属芯材上设置夹紧装置；裁切纤维布41，将裁切好的纤维布41缠绕在金属内芯24上，并将纤维布41的两端分别固定在夹紧装置上，通过夹紧装置拉紧纤维布41，使其与金属内芯24或者其他纤维布紧密贴合；将金属内芯24放入到已经开好的模具中，上模21下移逐渐靠近金属内24芯，上模21的移动带动第一滑动件22、第二滑动件26向金属内芯24移动，直至上模21、下模26、第一滑动件22、第二滑动件26与金属内芯24紧密贴合。

合模后，对模具进行加热，加压使纤维布41成型，其中加热温度为130℃，压力为1.5MPa，恒温恒压时间为20min；然后冷却，使纤维管6定型，模具冷却温度为55℃；开模，取出金属内芯24；取下成型的纤维管6，利用CNC数控加工或者激光切割对纤维管做精加工；得到产品1。

实施例2

根据产品的形状制备金属内芯24，在金属芯材上设置夹紧装置；裁切纤维布41，将裁切好的纤维布41缠绕在金属内芯24上，并将纤维布41的两端分别固定在夹紧装置上，通过夹紧装置拉紧纤维布41，使其与金属内芯24或者其他纤维布紧密贴合；将金属内芯24放入到已经开好的模具中，上模21下移逐渐靠近金属内24芯，上模21的移动带动第一滑动件22、第二滑动件26向金属内芯24移动，直至上模21、下模26、第一滑动件22、第二滑动件26与金属内芯24紧密贴合。

合模后，对模具进行加热，加压使纤维布41成型，其中加热温度为150℃，压力为3MPa，恒温恒压时间为30min；然后冷却，使纤维管6定型，模具冷却温度为65℃；开模，取出金属内芯24；取下成型的纤维管6，利用CNC数控加工或者激光切割对纤维管做精加工；得到产品2。

对比例1

将纤维布缠绕在金属内芯上，并将缠绕好纤维布的内芯放入模具中；合模后，对模具进行加热，加压使纤维布成型，其中加热温度为130℃，压力为1.5MPa，恒温恒压时间为20min；然后冷却，使纤维管6定型，模具冷却温度为55℃；开模，取出金属内芯；取下成型的纤维管，利用CNC数控加工或者激光对纤维管切割，切割出缺口，得到产品3。

对比例2

将纤维布缠绕在气袋上，并将缠绕好纤维布的气袋内芯放入模具中；合模后，对模具进行加热，加压使纤维布成型，其中加热温度为150℃，压力为3MPa，恒温恒压时间为30min；然后冷却，使纤维管定型，模具冷却温度为65℃；开模，取出气袋内芯；取下成型的纤维管，利用CNC数控加工或者激光对纤维管切割，切割出缺口，得到产品4。

分别对产品1，产品2，产品3，产品4；进行弹性模量和拉伸强度测试；其中测试弹性模量的仪器为现有技术中通用的弹性模量测试仪；拉伸强度测试采用现有技术中通用的拉伸强度测试仪或者拉伸强度试验机；测得的数据如下表所示：

表1

从表1中，可以得出，相对于现有技术采用的方法和设备制的的纤维管，采用本发明提供的方法及设备制得的带缺口的纤维管，其弹性模量和拉伸强度都有了明显的提高，使纤维管本身的强度等机械性能得到了很明显的提升；这样可以延长纤维管的的使用寿命。

表2

从表2中可以看出，采用现有技术中的制备方法和设备制得的纤维管，其表面或者有不均匀凸起，或者表面不平整，这样在影响产品的外观效果的同时，由于不平整或者凸起，有些部位的厚度不一致，会使相应的部位发生应力集中现象，使纤维管的整体的机械性能降低，严重影响其使用寿命；而采用发明提供的方法和设备制得的带缺口的纤维管，其表面和圆弧的部位都很光滑平整，这样就会避免出现应力集中的现象，提高了带缺口纤维管的机械性能，延长了其使用寿命。

同时采用本发明的方法和设备制的的纤维管在其圆弧面没有合模线的产生，这样就可以避免了再对相应的部位做其他后续的工艺处理，例如打磨等工艺；在节约了工艺的同时，使的其强度或者其他机械性能不会被破坏，从而提高的纤维管的性能。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种带缺口的曲面纤维管的制备方法，其特征在于：其包括如下步骤，

S10、根据产品形状制作金属内芯，在所述内芯的两侧设置有夹紧装置；将裁切好的纤维布缠绕在金属内芯上，将纤维布的两端缠绕在夹紧装置上；并旋紧夹紧装置使纤维布绷紧；

S20、准备模具，将缠绕有绷紧的纤维布的金属内芯放入模具中，合模并压紧纤维布；

S30、合模后加温加压成型，冷却定型；开模后得到具有缺口的曲面的纤维管；先脱离金属内芯，对纤维管进行精加工，得到成品。

2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤S10中，所述纤维布为单层或者多层叠加。

3.如权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于：步骤S10中，所述纤维布为玻璃纤维布、碳纤维布、劳伦纤维布中的一种或两种混编而成。

4.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤S10中，金属内芯采用CNC数控加工法制得；所述金属为不锈钢、模具钢或铜合金。

5.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤S30中，固化成型的温度为130℃~150℃；压力为1.5~3MPa；恒温恒压时间为：20~30min。

6.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤S30中，模具冷却温度为55℃~65℃；冷却时间为：2-5min。

7.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤S10中，所述夹紧装置包括：压紧件、压紧垫片、滚筒、拉紧件；所述拉紧件与所述金属内芯转动连接并设置在金属内芯的两端；所述滚筒与所述拉紧件固定连接并与拉紧件同步运动；在所述滚筒上设有压紧垫片；在所述压紧垫片上设有用于提供将纤维布压紧在滚筒上的压力的压紧件。

8.一种用于权利要求1所述制备方法的模具，其特征在于：所述模具包括上模、下模；在所述上模、下模之间还设有第一滑动件、第二滑动件；所述上模、下模与第一滑动件、第二滑动件之间形成有成型腔；所述模具还包括活动设置在成型腔内的金属内芯；在金属内芯上设置有夹紧装置；所述夹紧装置为权利要求7所述夹紧装置。

9.如权利要求8所述的模具，其特征在于：所述第一滑动件包括用于与上模、下模形成成型腔的第一侧滑块；用于连接第一侧滑块并为第一侧滑块提供弹性回复力的第一活动件；以及用于将所述第一活动件固定在模具上的第一固定件；所述第一侧滑块相对于下模水平来回移动。

10.如权利要求8所述的模具，其特征在于：所述第二滑动件包括用于与上模、下模形成成型腔的第二侧滑块；用于连接第二侧滑块并为第二侧滑块提供弹性回复力的第二活动件；以及用于将所述第二活动件固定在模具上的第二固定件；所述第二侧滑块相对于下模水平来回移动。