CN105082723A - 一种纤维增强热塑性树脂铝合金层板零件成形方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种纤维增强热塑性树脂铝合金层板零件成形方法，包括如下步骤：(1)将纤维增强热塑性树脂铝合金层板放置于凹模与凸模之间；(2)铝合金层加热，加热纤维增强热塑性树脂铝合金层板中的铝合金层至纤维增强热塑性树脂熔化温度并保温一定时间；(3)合模保压，合模后保持一定的压力，并持续一定时间；(4)脱模冷却。本发明通过铝合金电流自阻加热熔化纤维增强热塑性树脂，并对成形后的零件进行保压固化，解决了成形过程中铝合金层与纤维热塑性树脂层间的分层问题；通过在熔化纤维增强热塑性树脂之前对纤维增强热塑性树脂进行软化，提高纤维增强热塑性树脂层的变形能力。

Description

一种纤维增强热塑性树脂铝合金层板零件成形方法
技术领域
本发明涉及纤维金属层板的成形方法技术领域，尤其涉及一种纤维增强热塑性树脂铝合金层板零件成形方法。
背景技术
纤维金属层板是一种由高强度铝合金薄板与纤维预浸料相互交替铺层，经一定固化工艺成形后得到的超混杂结构材料。与单一铝合金板材相比，纤维金属层板具有轻质、高强、良好的导电性、优良的抗冲击和损伤容限性能；而且还可通过改变层板中铝合金层和复合材料层的铺层厚度、铺层数量及纤维的方向来最大限度地实现结构的优化设计。
纤维金属层板各层之间性能差异较大，且纤维的变形能力有限，使得采用常规金属板材成形方法难于成形层板零件；其中纤维金属层板的界面分层是层板成形过程中最容易出现的缺陷，且难于克服。界面分层是由于纤维树脂层与铝合金板材二者之间的韧性、硬度、弯曲强度等力学性能差别较大，在变形过程中当界面的剪切应力增加，将出现层与层之间的开胶或脱层。层板的界面分层问题已成为制约纤维金属层板塑性成形方法的“瓶颈”问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种纤维增强热塑性树脂铝合金层板零件成形方法，以解决成形过程中铝合金板材与纤维热塑性树脂层间的分层问题。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
一种纤维增强热塑性树脂铝合金层板零件成形方法，包括如下步骤：
(1)将纤维增强热塑性树脂铝合金层板放置于凹模与凸模之间；
(2)铝合金层加热，加热纤维增强热塑性树脂铝合金层板中的铝合金层至纤维增强热塑性树脂熔化温度并保温一定时间；
(3)合模保压，合模后保持一定的压力，并持续一定时间；
(4)脱模冷却。
进一步的，在执行所述步骤(2)之前，将压边圈及凸模分别接触纤维增强热塑性树脂铝合金层板，然后采用加热棒对模具以及纤维增强热塑性树脂铝合金层板整体加热至纤维增强热塑性树脂软化温度并保温一定时间，。
进一步的，所述步骤(2)中，使压边圈和凸模均不接触纤维增强热塑性树脂铝合金层板，然后采用电加热的方式加热纤维增强热塑性树脂铝合金层板中的铝合金层，且可通过热电偶或红外测温仪实时测量铝合金层的温度，根据检测到的温度调整电源的输出电流。
进一步的，所述纤维增强热塑性树脂的厚度为0.1mm～0.5mm。
进一步的，所述纤维增强热塑性树脂的增强体为碳纤维或玻璃纤维；所述纤维增强热塑性树脂的基体为聚苯硫醚、聚醚醚酮、聚苯酰亚胺或聚醚酮酮中的一种。
进一步的，所述纤维增强热塑性树脂的增强体为单向纤维、平纹织物、斜纹织物或缎纹织物中的一种。
进一步的，所述铝合金层由2K系或6K系铝合金板材或铝锂合金板材制成，其厚度为0.1mm～0.5mm。
进一步的，所述步骤(2)中加热铝合金层290℃～350℃，保温时间为1min～3min。
进一步的，所述步骤(3)中所述压力为0.1MPa～0.5MPa，保持该压力的时间为5min～15min。
进一步的，加热模具整体至200℃～250℃，保温时间为15min～25min。
本发明的有益效果：本发明通过铝合金电流自阻加热熔化纤维增强热塑性树脂，并对成形后的零件进行保压固化，解决了成形过程中铝合金层与纤维热塑性树脂层间的分层问题；通过在熔化纤维增强热塑性树脂之前对纤维增强热塑性树脂进行软化，提高纤维增强热塑性树脂层的变形能力；同时，由于铝合金温度升高后强度降低，塑性变形能力提高，弹性模量降低，有利于降低成形后层板零件的回弹，提高零件尺寸精度。
附图说明
图1是对铝合金层进行加热的过程示意图；
图2是纤维增强热塑性树脂铝合金层板零件成形用模具的合模过程示意图；
图3是纤维增强热塑性树脂铝合金层板零件在一定压力下固化过程示意图；
图4是开模过程示意图；
图5是对模具以及纤维增强热塑性树脂铝合金层板整体加热过程示意图。
图中：1、凸模；2、压边圈；3、加热棒；4、支架；5、凹模；6、电源；7、纤维增强热塑性树脂铝合金层板。
具体实施方式
下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
本实施例中所用的纤维增强热塑性树脂铝合金层板7采用2/1结构，其厚度约为1mm；其中铝合金材料为2024-T3，厚度约为0.4mm；纤维增强热塑性树脂的基体为聚苯硫醚，增强体为碳纤维T300，其纤维铺层方式为编织，即为平纹织物、斜纹织物或缎纹织物中的任一种，纤维增强热塑性树脂的厚度约为0.2mm。
一种纤维增强热塑性树脂铝合金层板零件成形方法，具体包括如下步骤：如图1所示，将纤维增强热塑性树脂铝合金层板7放置于凹模5与凸模1之间，利用支架4将纤维增强热塑性树脂铝合金层板7托起；接通电源6，电源6与纤维增强热塑性树脂铝合金层板7形成电流回路，进而通过铝合金电流自阻加热对纤维增强热塑性树脂铝合金层板7中的铝合金层加热，并在加热过程中通过热电偶或红外测温仪实时测量铝合金层的温度，根据检测到的温度调整电源的输出电流；当铝合金层温度达到热塑性树脂熔化温度290℃-350℃后，保温2分钟，使纤维增强热塑性树脂熔化；如图2所示，向下移动支架4，使纤维增强热塑性树脂铝合金层板7置于凹模5上，向下移动压边圈2及凸模1，使压边圈2及凸模1分别接触纤维增强热塑性树脂铝合金层板7，继续向下移动凸模1实现合模，将纤维增强热塑性树脂铝合金层板7压成纤维增强热塑性树脂铝合金层板零件；如图3所示，合模后保持模具压力0.3MPa，持续10分钟，冷却模具，并使铝合金层之间的纤维增强热塑性树脂逐渐固化；如图4所示，开启模具，取出纤维增强热塑性树脂铝合金层板零件，冷却至室温，获得所需的零件。
本实施例利用了铝合金电流自阻加热快的优点，使得热塑性纤维铝合金层板沿厚度方向温度呈非均匀分布，在软化层间界面使得铝合金层板与纤维增强热塑性复合材料界面形成一层熔融状态热塑性树脂薄膜的同时，纤维增强树脂层内部仍能保持一定的强度，避免了成形过程层板厚度的大幅减薄。
成形过程中当铝合金层与纤维增强热塑性树脂层间产生剪应力时，该层热塑性树脂熔融薄膜发生剪切变形，释放了剪应力，在纤维金属层板成形后，使凸模保持一定压力，随着模具的逐渐冷却，层间熔融状态的热塑性树脂逐渐固化，最终得到无层间开裂缺陷的热塑性纤维层板零件。
同时，由于铝合金温度升高后强度降低，塑性变形能力提高，弹性模量降低，有利于降低成形后层板零件的回弹，提高零件尺寸精度。
实施例2
本实施例在实施例1的基础上做了进一步的改进，在所述步骤(1)之后，如图5所示，向下移动压边圈2及凸模1，使压边圈2及凸模1分别接触纤维增强热塑性树脂铝合金层板7，通过加热棒3对模具和纤维增强热塑性树脂铝合金层板7整体进行加热，即加热纤维增强热塑性树脂铝合金层板7、凹模5、压边圈2及凸模1至热塑性树脂软化温度200～250℃，保温15分钟，使热塑性树脂层软化，提高了纤维增强热塑性树脂层的变形能力；然后向上移动压边圈2及凸模1，同时利用支架4将纤维增强热塑性树脂铝合金层板7托起，然后经过铝合金层加热，合模保压，脱模冷却，形成纤维增强热塑性树脂铝合金层板零件。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为了清楚说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。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，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种纤维增强热塑性树脂铝合金层板零件成形方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)将纤维增强热塑性树脂铝合金层板放置于凹模与凸模之间；
(2)铝合金层加热，加热纤维增强热塑性树脂铝合金层板中的铝合金层至纤维增强热塑性树脂熔化温度并保温一定时间；
(3)合模保压，合模后保持一定的压力，并持续一定时间；
(4)脱模冷却。
2.根据权利要求1所述的纤维增强热塑性树脂铝合金层板零件成形方法，其特征在于，在执行所述步骤(2)之前，采用加热棒对模具以及纤维增强热塑性树脂铝合金层板整体加热至纤维增强热塑性树脂软化温度并保温一定时间。
3.根据权利要求1所述的纤维增强热塑性树脂铝合金层板零件成形方法，其特征在于，所述步骤(2)中采用电加热的方式对纤维增强热塑性树脂铝合金层板中的铝合金层进行加热，且可通过热电偶或红外测温仪实时测量铝合金层的温度，根据检测到的温度调整电源的输出电流。
4.根据权利要求1所述的纤维增强热塑性树脂铝合金层板零件成形方法，其特征在于，所述纤维增强热塑性树脂的厚度为0.1mm～0.5mm。
5.根据权利要求1所述的纤维增强热塑性树脂铝合金层板零件成形方法，其特征在于，所述纤维增强热塑性树脂的增强体为碳纤维或玻璃纤维；所述纤维增强热塑性树脂的基体为聚苯硫醚、聚醚醚酮、聚苯酰亚胺或聚醚酮酮中的一种。
6.根据权利要求1所述的纤维增强热塑性树脂铝合金层板零件成形方法，其特征在于，所述纤维增强热塑性树脂的增强体为单向纤维、平纹织物、斜纹织物或缎纹织物中的一种。
7.根据权利要求1所述的纤维增强热塑性树脂铝合金层板零件成形方法，其特征在于，所述铝合金层由2K系或6K系铝合金板材或铝锂合金板材制成，其厚度为0.1mm～0.5mm。
8.根据权利要求1所述的纤维增强热塑性树脂铝合金层板零件成形方法，其特征在于，所述步骤(2)中加热铝合金层290℃～350℃，保温时间为1min～3min。
9.根据权利要求1所述的纤维增强热塑性树脂铝合金层板零件成形方法，其特征在于，所述步骤(3)中所述压力为0.1MPa～0.5MPa，保持该压力的时间为5min～15min。
10.根据权利要求2所述的纤维增强热塑性树脂铝合金层板零件成形方法，其特征在于，加热模具整体至200℃～250℃，保温时间为15min～25min。
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