CN104227879B - 一种用于软模辅助rtm成型中金属预埋件的定位方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种用于软模辅助RTM成型中金属预埋件的定位方法，通过在软模上加工安装金属预埋件的凹槽、加工定位孔、金属预埋件的定位部分通过胶膜安装在凹槽中、定位棒穿入金属预埋件定位孔和软模定位孔、干态纤维丝缠绕、浸胶等步骤实现金属预埋件定位。本发明通过本发明利用软模上使用定位棒定位以及纤维缠绕金属预埋件等措施，保证了金属预埋件的定位精度稳定在1mm以内。

Description

一种用于软模辅助RTM成型中金属预埋件的定位方法

技术领域

本发明涉及一种用于软模辅助RTM成型中金属预埋件的定位方法，属于复合材料成型技术领域。

背景技术

软模辅助RTM工艺是纤维预成型体通过RTM系统注射树脂、在闭合刚性阴模中通过阳模(芯模和软模)的热膨胀来实现对复合材料预成型体加压固化的成型工艺方法。软模辅助RTM成型工艺集传统RTM工艺和热涨成型工艺的技术优点于一体，在树脂基复合材料制备领域具有广阔的应用前景。

采用软模辅助RTM成型工艺制备产品时，在复合材料增强体与刚性芯模间增加了软模。软模可以依据产品内表面的形面由热膨胀系数很大的弹性材料浇铸而成。在软模上铺放干态纤维制成预成型体，然后再将阴模闭合，进行RTM注射。在注射结束后，对模具进行加热。软模受热后能够产生很大的膨胀力，复合材料预成型体在软模的膨胀压力作用下固化成型。

软模辅助RTM工艺的技术特点是：1、软模在树脂加热过程中膨胀，从而对纤维预成型体均匀施加压力，达到挤胶、压实、提高制品纤维体积含量的目的，从而实现了材料性能的提高；2、软模可以很方便地从模腔中脱去，可简化模具结构，避免复杂的分模及密封等问题，从而能够成型复杂形状的材料构件。

复合材料用于制备结构件时，通常需要在复合材料上连接或固定其他设备。金属材料的连接、固定通常是通过机械加工实现的，但是复合材料的加工性能较差，形位、尺寸公差不易保证，而且对复合材料进行机械加工会破坏复合材料基体的连续性，影响使用性能。因此，为了保证复合材料结构件的性能，可以在连接处设置金属预埋件，通过后机加的方式在金属预埋件上加工连接孔，从而实现复合材料连接、固定等功能。一旦金属预埋件的位置出现偏差，就会影响设备的安装。为了保证后续安装的尺寸精准，需要在复合材料的成型过程中实现金属预埋件的精确定位。因此金属预埋件的定位成为了复合材料成型过程中的一个关键问题。

在现有的技术中，为了实现金属预埋件的精确定位，一般是先将金属预埋件定位在金属模具上，复合材料固化成型后，再将复合材料及金属预埋件一同从金属模具上取下。然而由于软膜辅助RTM成型工艺的特殊性，金属预埋件不能直接定位在金属模具上，如果将金属预埋件直接放在软模上，随着温度身高，软模受热膨胀会导致金属预埋件发生偏移，偏离铺放时的位置，根据不同橡胶内模的设计，位置偏移普遍大于1.5mm，难以保证金属预埋件的定位精度。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术不足，提供了一种用于软模辅助RTM成型、能保证金属预埋件定位精度的定位方法。

本发明的技术解决方案：一种用于软模辅助RTM成型中金属预埋件的定位方法，其特征在于包括以下步骤：

准备金属预埋件，金属预埋件由定位部分和预埋部分组成，预埋部分是预埋在纤维织物中，一般来说金属预埋件的预埋部分为圆柱结构，定位部分为方形结构，具体结构根据实际需要进行设计；

准备金属芯模和金属阴模，根据要成型的复合材料件的具有结构和尺寸进行设计；

制备软模，根据要成型的复合材料件内部结构进行软模成型；

上述步骤均为本领域公知技术，本领域技术人员可以根据具体实际进行设计或加工。

在软模上加工安装金属预埋件的凹槽；

凹槽的形状和尺寸根据金属预埋件定位部分的结构和尺寸进行加工。

在金属预埋件的定位部分的边缘均匀加工n个贯通的金属预埋件定位孔，在软模上加工与金属预埋件定位孔对应的软模定位孔；

金属预埋件定位孔的数量n≥3，金属预埋件定位孔的数量一般不少于3个，具体数量根据定位孔尺寸和金属预埋件定位部分端面面积来设计，一般来说，金属预埋件定位部分端面面积越大，其所需定位孔数量越多。设计定位孔位置时要确保定位孔边缘具有一定的强度。以金属预埋件定位部分为方形为例，一般在方形的四角各加工一个定位孔，如图3、4所示。为保证软模与金属预埋件的定位精度，本发明给出了最佳定位设计，具体如下：

(1)n个金属预埋件定位孔的总面积S₀＝ξS，S为金属预埋件的定位部分的端面面积，ξ为面积定位系数，优选取值范围为ξ∈[0.01，0.02]。定位面积太小(面积定位系数太小)，会导致定位棒材料发生弯折，失去了定位作用，无法保证定位精度；定位面积太大(面积定位系数太大)，一方面会导致插入硅橡胶困难，并破坏硅橡胶的本体结构，工艺实施难度大，另一方面会导致金属预埋件定位孔过大，对预埋件破坏较大。定位面积(面积定位系数)在上述要求范围内选择，不影响定位精度，仅影响工艺难度。

(2)软模定位孔的深度h₀＝ζh，h为软模在凹槽处的厚度，ζ为深度定位系数，优选取值范围为ζ∈[0.1，0.3]。若定位太浅(深度定位系数太小)，起不到定位作用，无法保证定位精度；若定位太深(深度定位系数太大)，增大工艺难度。定位深度(深度定位系数)在上述要求范围内选择，定位深浅不影响定位精度。

金属预埋件的定位部分通过胶膜安装在凹槽中；

定位棒穿入金属预埋件定位孔和软模定位孔，将金属预埋件固定在软模上；定位棒可以是金属或复合材料制成，材料要保证有一定的强度。

在预成型体制备的过程中，每铺覆一层纤维织物，采用一束1～3K的干态碳纤维或芳纶纤维对金属预埋件的预埋部分进行缠绕，缠绕一周后干态纤维丝两端搭在纤维织物上，在每层纤维织物靠近金属预埋件的预埋部分进行浸胶，将干态纤维丝两端与纤维织物粘接在一起，重复本步骤直到纤维织物的厚度与金属件预埋部分的高度一致。纤维织物的种类根据所需制备的产品设计而定，可以是碳纤维织物、芳纶纤维织物、玻璃纤维织物等。

本发明采用干态纤维丝对金属预埋件的预埋部分进行缠绕，防止了RTM成型过程中金属预埋件转动，同时干态纤维丝两端与纤维织物粘接在一起，进一步限制了金属预埋件的移动，提高了金属预埋件的定位精度。

纤维织物浸胶位置为金属预埋件的预埋部分向外扩展宽度Δd，如图6所示，优选取值范围为Δd∈[2mm，6mm]。若浸胶太小，不能保证纤维紧密粘接在一起，起不到定位作用，影响定位精度；浸胶太大会影响后续的注胶，影响最终产品质量。若扩展宽度Δd在上述要求范围内选择，浸胶面积大小不影响定位精度。

纤维织物铺层完成后，安装芯模、金属阴模等，采用RTM成型工艺制备复合材料产品，固化后依次拆去金属芯模、软模和金属阴模，得到含有金属预埋件的复合材料产品。

本发明与现有技术相比的有益效果：

(1)本发明利用软模上使用定位棒定位以及纤维缠绕金属预埋件等措施，保证了金属预埋件的定位精度稳定在1mm以内；

(2)本发明确定了软模和金属预埋件的定位孔最佳定位面积和最佳定位深度，有效防止了软模受热膨胀使金属预埋件偏移的发生；

(3)本发明确定了纤维缠绕金属预埋件方式(包括预埋部分周围浸渍树脂)，防止看金属预埋件在RTM成型时转动，进一步固定金属预埋件的位置，增加定位精度；

(4)本发明具有良好的工艺性和可操作性，有效地提高了产品质量和可靠性，同时提高了生产效率，降低了产品的生产成本，具有良好的推广应用价值。

说明书附图

图1为本发明成型工艺流程图；

图2为本发明金属预埋件定位示意图；

图3为本发明金属预埋件结构示意图，图3a为主视图，图3b为仰视图；

图4为含金属预埋件复合材料结构示意图；

图5为本发明软模定位孔结构示意图；

图6为本发明预埋部分周围浸渍树脂示意图，图6a为方形截面，图6b为圆形截面。

具体实施方式

以预埋图3所示金属预埋件为例来详细说明本发明，具体步骤如图1、2所示：

1、制备软模

如图2所示在金属芯模1表面以硅橡胶为原料制备硅橡胶软模2，如图5所示在软模2放置金属预埋件6的位置预留尺寸为40mm*40mm*4mm的凹槽21；

2、定位孔设计和加工

如图3所示，在金属预埋件定位部分61的四角处分别开一个定位孔62，金属预埋件的定位部分61的端面面积S为40mm*40mm＝1600mm²，面积定位系数ξ为0.018，金属预埋件定位孔的总面积S₀＝ξS＝28.8mm²，定位孔设计为直径φ3mm。

如图5所示，在软模2上根据金属预埋件定位孔62对应加工软模定位孔22，软模在凹槽21处的厚度h为35mm，深度定位系数ζ为0.171，软模定位孔22的深度h₀＝ζh＝6mm。

3、在硅橡胶软模凹槽21处涂刷胶液，室温晾置20min后，在凹槽21处贴一层胶膜3，将金属预埋件6放入凹槽21处，通过胶膜3粘接在硅橡胶软模2上。

4、将直径为φ3mm，长度为10mm的定位棒4通过金属预埋件的定位孔61插入硅橡胶软模定位孔22中，以定位棒顶端与金属预埋件的定位孔61平齐为宜，将金属预埋件6固定在硅橡胶软模凹槽21中。

5、在进行预成型体制备的过程中，采用碳纤维布进行铺层。金属预埋件预埋部分63为一直径为φ20mm，高度为3mm的圆柱体，铺覆时将圆柱体处的碳纤维布剪掉，将圆柱体穿过碳纤维布。每铺覆一层碳纤维布，采用一束长度为200mm干态碳纤维丝束对圆柱体进行缠绕，缠绕一周后干态纤维丝两端搭在纤维织物上。如图6b所示，在每层纤维织物靠近金属预埋件的预埋部分63的位置51上进行浸胶，将干态纤维丝两端与纤维织物粘接在一起，纤维织物浸胶位置为金属预埋件的预埋部分向外扩展宽度Δd为5mm，即以内径为φ20mm，外径为φ30mm的圆环上浸胶。碳纤维布的厚度为0.2mm，铺覆第15层碳纤维布时不再对碳纤维布进行裁剪。

6、铺层结束后安装金属阴模7，合上金属阴模7，采用RTM法进行注胶，加热固化，自然冷却至室温。脱模后制得预埋金属预埋件6的复合材料产品8(如图4所示)，采用三坐标对预埋金属件的定位精度进行测试，金属预埋件的定位精度为0.3mm。

本发明未详细说明部分为本领域技术人员公知技术。

Claims (5)

1.一种用于软模辅助RTM成型中金属预埋件的定位方法，其特征在于包括以下步骤：

在软模(2)上加工安装金属预埋件(6)的凹槽(21)；

在金属预埋件的定位部分(61)的边缘均匀加工n个贯通的金属预埋件定位孔(62)，在软模(2)上加工与金属预埋件定位孔(62)对应的软模定位孔(22)；

金属预埋件的定位部分(61)通过胶膜(3)安装在凹槽(21)中；

定位棒(4)穿入金属预埋件定位孔(62)和软模定位孔(22)，将金属预埋件(6)固定在软模(2)上；和

在预成型体制备的过程中，每铺覆一层纤维织物，采用一束干态纤维丝对金属预埋件的预埋部分(63)进行缠绕，干态纤维丝两端搭在纤维织物上，在纤维织物靠近金属预埋件的预埋部分(63)进行浸胶，直到纤维织物的厚度与金属件预埋部分的高度一致。

2.根据权利要求1所述的一种用于软模辅助RTM成型中金属预埋件的定位方法，其特征在于：所述n个金属预埋件定位孔(62)的总面积S₀＝ξS，S为金属预埋件的定位部分(61)的端面面积，ξ为面积定位系数，取值范围为ξ∈[0.01，0.02]。

3.根据权利要求1或2所述的一种用于软模辅助RTM成型中金属预埋件的定位方法，其特征在于：所述金属预埋件定位孔(62)的数量n≥3。

4.根据权利要求1所述的一种用于软模辅助RTM成型中金属预埋件的定位方法，其特征在于：所述软模定位孔(22)的深度h₀＝ζh，h为软模(2)在凹槽(21)处的厚度，ζ为深度定位系数，取值范围为ζ∈[0.1，0.3]。

5.根据权利要求1所述的一种用于软模辅助RTM成型中金属预埋件的定位方法，其特征在于：所述纤维织物浸胶位置为金属预埋件的预埋部分(63)向外扩展宽度Δd，取值范围为Δd∈[2mm，6mm]。