CN106891511B - 金属与碳纤维预浸料复合材料构件的温热成形装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种轻量化复合材料成型及加工领域中的金属与碳纤维预浸料复合材料构件的温热成形装置及方法，凹模和凸模之间是外压边圈，外压边圈正中间设有向下凹陷的台阶定位槽，台阶定位槽的顶部能放置钢板、底部置放有内压边圈，内压边圈上表面上能放置碳纤维预浸料坯，凸模正下方是推板，第一、第二外压边圈推杆顶端能向上顶住外压边圈、底端固定连接于推板；第一、第二内压边圈推杆顶端能向上顶起内压边圈、底端各连接一个液压缸，推板正下方连接第三液压缸，对钢板施加较大的可调约束阻力，对碳纤维预浸料坯作用较小的可调约束阻力，使两种异质组分材料具有相互匹配的成形能力，在一次冲压行程中分别完成温成形和热成型。

Description

金属与碳纤维预浸料复合材料构件的温热成形装置及方法

技术领域

本发明属于轻量化复合材料成型及加工领域，具体是一种金属与碳纤维预浸料复合材料构件的制造方法及装置，适用于金属钢板和碳纤维预浸料构成的金属钢板与碳纤维预浸料复合材料构件（简称Steel/CFRP构件）的批量化制造。

背景技术

目前得到广泛应用的两类轻量化材料，一是高/超高强度钢板，因为存在成形工艺复杂、制造成本高、所需成形力大、回弹严重、厚度减薄有限等问题，限制了其轻量化潜能的发挥；二是碳纤维复合材料（Carbon Fiber Reinforced Plastic, CFRP），虽然具有较高的比强度、比刚度及低密度，但其延伸率低、断裂韧性差、生产周期长及原材料成本高，在很大程度上限制了其在轻量化领域的应用，尤其是在汽车车身承力构件中的应用。因此，将钢板和碳纤维预浸料坯组合成复合材料板坯，并进行一体化成形以制造新型轻量化Steel/CFRP承力构件，以期通过两种异质组分材料的匹配设计和优势互补，在满足刚度、强度要求的同时充分挖掘各自的轻量化潜能。

现有的由异质材料组成的复合材料及构件制造工艺技术有中国专利申请号为200710087145.X的文献中公开的双金属复合板材及其加工工艺以及中国专利申请号为201210364111.1的文献中公开的双金属复合板材及其制造工艺，主要是针对异质金属复合材料层合板常温辊压和加热辊压加工，面层与底层材料中间需要涂抹黏胶层，因而工艺复杂、效率低，并且没有涉及加工成复杂形状异质复合材料构件的问题，且在轻量化方面不具有明显优势。

发明内容

本发明的目的是提供一种金属钢板与碳纤维预浸料复合材料构件的温热成形装置以及该装置的温热成形方法，使金属钢板和碳纤维预浸料在一体冲压成形过程中具有相互匹配的成形能力，在克服钢板成形抗力大、回弹严重缺陷的同时，保证碳纤维预浸料坯的剪切变形能够顺利进行，不至于被过早拉断。

为实现上述目的，本发明金属与碳纤维预浸料复合材料构件的温热成形装置所采用的技术方案是：包括凹模和凸模，凹模和凸模之间是外压边圈，外压边圈正中间设有向下凹陷的台阶定位槽，台阶定位槽的顶部能放置钢板，台阶定位槽的底部置放有内压边圈，内压边圈上表面上能放置碳纤维预浸料坯，内压边圈的上表面低于外压边圈的上表面，碳纤维预浸料坯的外形尺寸与内压边圈的上表面的外形尺寸一致，外压边圈的台阶定位槽的顶部的外形尺寸与钢板的外形尺寸一致，台阶定位槽的顶部的外形尺寸大于台阶定位槽的底部的外形尺寸，钢板与碳纤维预浸料坯相接触，钢板叠放在碳纤维预浸料坯的正上方，钢板放置后，钢板的上表面与外压边圈的上表面平齐；凸模正下方是推板，凸模上段向上有间隙地穿过外压边圈和内压边圈的中心通孔，凸模顶端能向上顶住碳纤维预浸料坯；外压边圈与推板之间设有垂直的四个推杆，第一、第二外压边圈推杆相对于凸模中心对称布置，第一、第二外压边圈推杆的中间段分别有间隙地穿过凸模上对应的通孔、顶端能向上顶住外压边圈、底端固定连接于推板；第一、第二内压边圈推杆相对于凸模中心对称布置，第一、第二内压边圈推杆中间段分别有间隙地穿过凸模上对应的通孔、顶端分别向上穿过外压边圈上的对应通孔且顶端能向上顶起内压边圈、底端分别向下有间隙地穿过推板上的对应通孔后各连接一个液压缸，推板正下方连接第三液压缸。

进一步地，三个液压缸均连接一个液压系统，该液压系统包括电动机、液压泵和油缸，电动机带动液压泵，油缸依次连接第一换向阀左位、第一单向阀、第二换向阀左位、第八单向阀和第三液压缸下腔；第八单向阀的两端并联第一背压阀；第三液压缸上腔依次连接第四背压阀、第二换向阀右位、第一换向阀右位和油缸，第四背压阀的两端并联第五单向阀；第一换向阀左位还依次连接第二单向阀、减压阀、第三换向阀左位、第三单向阀和第一液压缸下腔，第三单向阀的两端并联第二背压阀；第一换向阀右位还依次连接第三换向阀右位、第六单向阀和第一液压缸上腔，第六单向阀的两端并联第五背压阀；减压阀还依次连接第四换向阀左位、第四单向阀和第二液压缸下腔，第四单向阀的两端并联第三背压阀，第一换向阀右位还依次连接第四换向阀右位、第七单向阀和第二液压缸上腔，第七单向阀的两端并联第六背压阀。

本发明金属与碳纤维预浸料复合材料构件的温热成形方法所采用的技术方案是：其特征是包括以下步骤：

A、将钢板加热至温成形温度，碳纤维预浸料坯加热至基体树脂玻璃化转变以上温度，将加热好的碳纤维预浸料坯转移至内压边圈上，钢板转移至外压边圈上并与碳纤维预浸料坯接触；

B、向下移动凹模直至与钢板相接触后停止，第三液压缸向上伸出，推板带动第一、第二外压边圈推杆同步运动，推动外压边圈向上移动，将钢板压紧；同时第一、第二液压缸同步向上伸出，第一、第二内压边圈推杆同步运动，推动内压边圈向上移动，将碳纤维预浸料坯压紧，钢板和碳纤维预浸料坯受到的压紧力不同；

C、凹模带动外压边圈和内压边圈下移，推动第一、第二外压边圈推杆、推板、第一、第二内压边圈推杆同步下移，使三个液压缸收缩，完成钢板和碳纤维预浸料坯的同步冲压成形。

本发明的有益效果是：

（1）本发明通过将钢板和碳纤维预浸料坯加热到不同成形温度（即钢板达到其温成形温度而碳纤维预浸料坯达到其基体树脂熔融以上温度），同时对钢板施加较大的可调约束阻力，而对碳纤维预浸料坯作用较小的可调约束阻力，使两种异质组分材料具有相互匹配的成形能力、在一次冲压行程中分别完成温成形和热成型，既克服了钢板和碳纤维预浸料坯在同一成形温度下所带来的钢板成形抗力大、回弹严重带来的应力积累效应问题，又在促使钢板发生较大程度塑性变形的同时，使碳纤维预浸料坯剪切变形能顺利进行、防止纤维被过早拉断，最大程度保证了构件的成形质量和力学性能。可广泛用于各种新能源汽车、轿车、货车、高铁等道路交通运载工具主、次承力件构件的制造，也可用于抗震抗扭大跨距桥架、桥梁、支吊架等主承力件的制造。

（2）本发明采用差温非等约束一体冲压成形工艺，以“差温”代替“等温”，避免了钢板和碳纤维预浸料坯成形能力不匹配的问题，使钢板在温成形过程中发生充分的塑性变形、有效降低成形难度、减少回弹；使碳纤维预浸料坯能够顺利变形，防止其过早拉断。

（3）本发明将钢板的温成形与碳纤维预浸料坯的热成形在一次冲压行程中同时完成，当用于热塑性树脂基碳纤维预浸料时，大幅度缩短生产周期、减少能源消耗、降低材料及工艺成本。

（4）本发明除充分继承Steel/CFRP构件等温冲压成形工艺的优点外，还利用基体树脂传热慢的特点，通过一次同步冲压和强制冷却，有效解决等温冲压成形所面临的钢板成形性能改善与基体树脂过热损伤之间的矛盾。

附图说明

图1为本发明金属与碳纤维预浸料复合材料构件的温热成形装置中的冲压成形单元示意图；

图2 为带动图1中液压缸工作的液压系统结构示意图；

图3为对图1中钢板预加热结构示意图；

图4为对图1中碳纤维预浸料坯预加热结构示意图；

图5为成形构件结构示意图；

图中：1、第一外压边圈推杆，2、凸模，3、第一液压缸，4、第一内压边圈推杆, 5、外压边圈，6、第一电加热管，7、内压边圈，8、碳纤维预浸料坯，9、钢板，10、凹模，11、柔性局部加压圈，12、第二电加热管，13、第二内压边圈推杆，14、第二液压缸，15、第三电加热管，16，第三液压缸，17、碳纤维预浸料坯加热单元，18、钢板加热单元，19、电动机，20、液压泵，21、油缸，22、溢流阀，23、第一换向阀，24、第一单向阀，25、第二单向阀，26、减压阀，27、第二换向阀，28、第三换向阀，29、第四换向阀，30、第八单向阀，31、第三单向阀，32、第四单向阀，33、第一背压阀，34、第二背压阀，35、第三背压阀，36、第五单向阀，37、第六单向阀，38、第七单向阀，39、第四背压阀，40、第五背压阀，41、第六背压阀，42、第二外压边圈推杆，43、推板，44、上模固定板，45、模柄，46、压延筋，47、压延筋槽，48、内压边圈通气孔，49、外压边圈通气孔，50、下模固定板。

具体实施方式

参见图1，本发明金属与碳纤维预浸料复合材料构件的温热成形装置具有上模部分和下模部分，上模部分和下模部分构成冲压成形单元。其中，上模部分包括上模固定板44、模柄45、凹模10。凹模10的下表面是压料面，压料面处设置有向下凸出的压延筋46。凹模10的正上方固定连接上模固定板44，上模固定板44上固定连接模柄45，模柄45与压力机滑块（图1中省略掉压力机滑块）相连接，由压力机带动模柄45和上模固定板44上下垂直移动，从而带动凹模10上下垂直移动。

下模部分在凹模10的正下方，下模部分包括：凸模2、外压边圈5、内压边圈7和下模固定板50。凹模10的正下方是外压边圈5，外压边圈5的正中间设有向下凹陷的台阶定位槽，台阶定位槽的底部用于置放内压边圈7，内压边圈7的上表面低于外压边圈5的上表面。内压边圈7的上表面上能放置碳纤维预浸料坯8，碳纤维预浸料坯8的外形尺寸与内压边圈7的上表面的外形尺寸一致。外压边圈5的台阶定位槽的顶部能放置钢板9，外压边圈5的台阶定位槽的顶部的外形尺寸与钢板9的外形尺寸一致，使钢板9与碳纤维预浸料坯8相接触，钢板9叠放在碳纤维预浸料坯8的正上方，钢板9放置后，钢板9的上表面与外压边圈5的上表面平齐。

在外压边圈5的上表面设有向下凹的压延筋槽47，压延筋槽47位于压延筋46的正下方，结构和尺寸与压延筋46相匹配，并且压延筋46和压延筋槽47位于内压边圈7和碳纤维预浸料坯8的外围，与内压边圈7和碳纤维预浸料坯8不干涉。

外压边圈5的正下方是凸模2，外压边圈5在凹模10和凸模2之间，凸模2的正下方是推板43，推板43水平布置，与凸模2具有一定的上下距离并且与凸模2底面平行。凸模2的上段向上有间隙地穿过外压边圈5和内压边圈7的中心通孔，且凸模2的顶端能与碳纤维预浸料坯8的下表面相接触，能向上顶住碳纤维预浸料坯8，凸模2的上段能在外压边圈5和内压边圈7的中心通孔中上下移动。

在外压边圈5与推板43之间设有垂直四个推杆，其中，第一外压边圈推杆1和第二外压边圈推杆42相对于凸模2中心对称布置，第一外压边圈推杆1和第二外压边圈推杆42的中间段分别有间隙地穿过凸模2上对应的通孔，第一外压边圈推杆1和第二外压边圈推杆42的顶端伸在外压边圈5的对应盲孔中，能向上顶起外压边圈5，第一外压边圈推杆1和第二外压边圈推杆42的底端都固定连接于推板43。第一内压边圈推杆4和第二内压边圈推杆13相对于凸模2中心对称布置，第一内压边圈推杆4和第二内压边圈推杆13的中间段分别有间隙地穿过凸模2上对应的通孔，第一内压边圈推杆4和第二内压边圈推杆13的顶端分别向上穿过外压边圈5上的对应通孔并且顶端均能与内压边圈7的下表面相接触，能向上顶起内压边圈7。第一内压边圈推杆4和第二内压边圈推杆13的底端分别向下有间隙地穿过推板43上的对应通孔，第一内压边圈推杆4和第二内压边圈推杆13的下方各设一个液压缸，第一内压边圈推杆4的底端下方是第一液压缸3，第一内压边圈推杆4的底端连接第一液压缸3，由第一液压缸3带动第一内压边圈推杆4上下垂直移动；第二内压边圈推杆13的底端下方是第二液压缸14，由第二液压缸14带动第二内压边圈推杆13上下垂直移动。第一液压缸3和第二液压缸14同时工作，带动第一内压边圈推杆4和第二内压边圈推杆13同时向上运动，从而推动内压边圈7和碳纤维预浸料坯8向上运动，此时推板43和外压边圈5不动。

在推板43的正下方是第三液压缸16，推板43连接于第三液压缸16，第三液压缸16从推板43的正下方向上推动推板43，带动与推板43固定连接的第一外压边圈推杆1和第二外压边圈推杆42运动，从而带动第一外压边圈推杆1和第二外压边圈推杆42顶端上方的外压边圈5整体向上运动。

在内压边圈7中间开有加压圈槽和内压边圈通气孔48，加压圈槽位于内压边圈7的中心通孔外侧，加压圈槽中安装柔性局部加压圈11，柔性局部加压圈11与凸模2的外圈紧相接触，柔性局部加压圈11由装有0.3~0.5mm微型耐磨钢球的钢丝网构成，紧密包裹住凸模2的外壁，其作用是在冲压加工过程中对位于凹模10圆角部位的碳纤维预浸料坯8施加柔性压力，在冲压加工过程中，柔性局部加压圈11始终包住凸模2。加压圈槽和内压边圈通气孔48相连通，内压边圈通气孔48的正下方连接且连通设在外压边圈5上的外压边圈通气孔49，外压边圈通气孔49与外部大气相通，内压边圈通气孔48和外压边圈通气孔49用于使碳纤维预浸料坯8中卷入的空气依次通过内压边圈通气孔48和外压边圈通气孔49排出。

在外压边圈5内还安装电加热管，电加热管通过盲孔伸在外压边圈5内部，分别是第一电加热管6和第二电加热管12，两个电加热管相对于外压边圈5的中心对称布置，分别从外压边圈5的两侧面伸入外压边圈5内，能对外压边圈5均匀加热。在凸模2的中间内部安装第三电加热管15，第三电加热管15从凸模2底部中间伸入凸模2内，对凸模2进行加热。

凸模2固定于下模固定板50上，第一液压缸3、第二液压缸14和第三液压缸16这三个液压缸的缸体均固定连接于下模固定板50上。下模固定板50具有一个容腔，容腔中是三个液压缸和推板43。

第一液压缸3、第二液压缸14和第三液压缸16这三个液压缸均连接一个液压系统，由该液压系统推动液压缸工作。参见图2，该液压系统包括电动机19、液压泵20、油缸21以及换向阀、单向阀、背压阀等。在液压泵20的输出端连接溢流阀22，起超载保护作用。

电动机19带动液压泵20工作，液压泵20对油缸21中的油液施加泵压，油缸21连接第一换向阀23，第一换向阀23左位依次经第一单向阀24、第二换向阀27左位、第八单向阀30连接第三液压缸16下腔，油缸21中的油液也依次经第一单向阀24、第二换向阀27左位、第八单向阀30进入第三液压缸16下腔。在第八单向阀30的两端并联第一背压阀33，第三液压缸16上腔依次连接第四背压阀39、第二换向阀27右位、第一换向阀23右位和油缸21，第三液压缸16上腔的油液依次流经第四背压阀39、第二换向阀27、第一换向阀23后流回油缸21，在第四背压阀39的的两端并联第五单向阀36，如此构成外压边圈压边力调节回路。

外压边圈压边力调节回路工作时，将第一背压阀33、第四背压阀39的阀压调至设定的压力；启动电动机19带动液压泵20工作，油缸21中的油液依次经第一换向阀23、第一单向阀24、第二换向阀27、第八单向阀30进入第三液压缸16下腔，此时第三液压缸16上腔中的油液依次流经第四背压阀39、第二换向阀27、第一换向阀23流回油缸21，实现内压边圈7、外压边圈5的复位及钢板坯料9的压紧。冲压加工进行时，将第二换向阀27打向右位，液压泵20带动油缸21中的油液依次经第一换向阀23、第一单向阀24、第二换向阀27、第五单向阀36进入第三液压缸16上腔，此时第三液压缸16下腔中的油液依次流经第一背压阀33、第二换向阀27、第一换向阀23流回油缸21，由第三液压缸16带动推板43运动。

第一换向阀23左位还依次连接第二单向阀25和减压阀26，减压阀26依次连接第三换向阀28左位、第三单向阀31和第一液压缸3下腔，在第三单向阀31的两端并联第二背压阀34。第一换向阀23右位还依次连接第三换向阀28右位、第六单向阀37和第一液压缸3上腔，在第六单向阀37的两端并联第五背压阀40，如此构成第一内压边圈压边力调节回路。减压阀26还依次连接第四换向阀29左位、第四单向阀32和第二液压缸14下腔，在第四单向阀32的两端并联第三背压阀35。第一换向阀23右位还依次连接第四换向阀29右位、第七单向阀38和第二液压缸14上腔，在第七单向阀38的两端并联第六背压阀41，如此构成第二内压边圈压边力调节回路。

第一内压边圈压边力调节回路和第二内压边圈压边力调节回路工作时，将第二背压阀34、第三背压阀35、第五背压阀40、第六背压阀41的阀压调至设定的压力值，由电动机19带动液压泵20工作使油缸21中的油液流经第一换向阀23、第二单向阀25、减压阀26后，一方面依次通过第三换向阀28、第三单向阀31进入第一液压缸3下腔，此时第一液压缸3上腔中的油液依次流经第五背压阀40、第三换向阀28、第一换向阀23流回油缸21，同时另一方面依次通过第四换向阀29、第四单向阀32进入第二液压缸14下腔，此时第二液压缸14上腔中的油液依次流经第六背压阀41、第四换向阀29、第一换向阀23流回油缸21，实现对碳纤维预浸料坯8的压紧。冲压加工进行时，分别将第三换向阀28、第四换向阀29打向右位，液压泵20带动油缸21中的油液流经第一换向阀23、第二单向阀25、减压阀26后，一方面依次通过第三换向阀28、第六单向阀37进入第一液压缸3上腔，此时第一液压缸3下腔中的油液依次流经第二背压阀34、第三换向阀28、第一换向阀23流回油缸21；同时另一方面，依次通过第四换向阀29、第七单向阀38进入第二液压缸14上腔，此时第二液压缸14下腔中的油液依次流经第三背压阀35、第四换向阀29、第一换向阀23流回油缸21。

本发明金属与碳纤维预浸料复合材料构件的温热成形装置工作时，首先将钢板9和碳纤维预浸料坯8进行快速加热，参见图3所示，采用钢板加热单元18，用电磁感应方法对钢板9进行快速加热，将钢板9加热至其温成形温度。参见图4所示，采用碳纤维预浸料坯加热单元17，用近红外加热方法对碳纤维预浸料坯8进行快速非接触、透入式加热，将碳纤维预浸料坯8加热至其基体树脂玻璃化转变以上温度。钢板9的加热温度一般要比碳纤维预浸料坯8的加热温度高，这两个温度分别与钢板牌号和预浸料树脂基体牌号有关。然后，开启图1中的第一电加热管6、第二电加热管12和第三电加热管15分别将外压边圈5及凸模2预热，预热温度不低于80℃，不高于碳纤维预浸料坯8的加热温度。然后将加热好的碳纤维预浸料坯8迅速转移至内压边圈7上，再将钢板9迅速转移至外压边圈5上，使钢板9位于碳纤维预浸料坯8的正上方，并与之相接触。启动压力机，通过模柄45带动上模固定板44和与之固定连接的凹模10向下移动，直至凹模10上的压延筋46与钢板9相接触后停止下移，使上模部分保持固定不动。

启动液压系统，将液压系统中所有换向阀均打向左位，将第一背压阀33和第四背压阀39的初始背压力均调为设定的压力值F1，将第二背压阀34、第三背压阀35、第五背压阀40、第六背压阀41的初始背压力均调为设定的压力值F2，F2不大于F1。液压系统工作，使第三液压缸16向上伸出，通过与其连接的推板43带动第一外压边圈推杆1和第二外压边圈推杆42同步运动，推动外压边圈5向上移动，将钢板9压紧；同时使第一液压缸3和第二液压缸14也同步向上伸出，分别通过与其连接的第一内压边圈推杆4和第二内压边圈推杆13同步运动，推动内压边圈7向上移动，将碳纤维预浸料坯8压紧，钢板9和碳纤维预浸料坯8受到的压紧力不同，从而使金属钢板9和碳纤维预浸料坯8获得各自所需的不同的约束力。

再分别将液压系统中的第二换向阀27、第三换向阀28、第四换向阀29切换至右位，再次启动压力机，通过凹模10带动外压边圈5和内压边圈7下移，分别推动第一外压边圈推杆1、第二外压边圈推杆42、推板43、第一内压边圈推杆4、第二内压边圈推杆13同步下移，使第三液压缸16和第一液压缸3、第一液压缸14发生收缩，凸模2固定不动，从而完成金属钢板9和碳纤维预浸料坯8的同步冲压成形。三个液压缸的伸缩行程与所成形Steel/CFRP构件的最大深度相同。再次将液压系统中的第二换向阀27、第三换向阀28、第四换向阀29切换至左位，由压力机带动上模部分回程、卸载，液压系统和模具的内压边圈7、外压边圈5复位，经脱模、取件、冷却后，获得如图5所示的Steel/CFRP构件。凸模2成形部分与内压边圈7、外压边圈5内孔侧壁间留有0.5-1mm的间隙。

以上所述仅为本发明的一个实施例，以便有助于本领域技术人员进一步理解本发明，不以任何形式限制本发明。在不脱离本发明构思前提下，对本发明所做的各种非实质性改进和替换，如所使用金属板材及预浸料种类的拓展或装备结构的改造等，均属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种金属与碳纤维预浸料复合材料构件的温热成形装置，包括凹模（10）和凸模（2），其特征是：凹模（10）和凸模（2）之间是外压边圈（5），外压边圈（5）正中间设有向下凹陷的台阶定位槽，台阶定位槽的顶部能放置钢板（9），台阶定位槽的底部置放有内压边圈（7），内压边圈（7）上表面上能放置碳纤维预浸料坯（8），内压边圈（7）的上表面低于外压边圈（5）的上表面，碳纤维预浸料坯（8）的外形尺寸与内压边圈（7）的上表面的外形尺寸一致，外压边圈（5）的台阶定位槽的顶部的外形尺寸与钢板（9）的外形尺寸一致，台阶定位槽的顶部的外形尺寸大于台阶定位槽的底部的外形尺寸，钢板（9）与碳纤维预浸料坯（8）相接触，钢板（9）叠放在碳纤维预浸料坯（8）的正上方，钢板（9）放置后，钢板（9）的上表面与外压边圈（5）的上表面平齐；凸模（2）正下方是推板（43），凸模（2）上段向上有间隙地穿过外压边圈（5）和内压边圈（7）的中心通孔，凸模（2）顶端能向上顶住碳纤维预浸料坯（8）；外压边圈（5）与推板（43）之间设有垂直的四个推杆，第一、第二外压边圈推杆（1、42）相对于凸模（2）中心对称布置，第一、第二外压边圈推杆（1、42）的中间段分别有间隙地穿过凸模（2）上对应的通孔、顶端能向上顶住外压边圈（5）、底端固定连接于推板（43）；第一、第二内压边圈推杆（4、13）相对于凸模（2）中心对称布置，第一、第二内压边圈推杆（4、13）中间段分别有间隙地穿过凸模（2）上对应的通孔、顶端分别向上穿过外压边圈（5）上的对应通孔且顶端能向上顶起内压边圈（7）、底端分别向下有间隙地穿过推板（43）上的对应通孔后各连接一个液压缸（3、14），推板（43）正下方连接第三液压缸（16）。

2.根据权利要求1所述金属与碳纤维预浸料复合材料构件的温热成形装置，其特征是：三个液压缸均连接一个液压系统，该液压系统包括电动机（19）、液压泵（20）和油缸（21），电动机（19）带动液压泵（20），油缸（21）依次连接第一换向阀（23）左位、第一单向阀（24）、第二换向阀（27）左位、第八单向阀（30）和第三液压缸（16）下腔；第八单向阀（30）的两端并联第一背压阀（33）；第三液压缸（16）上腔依次连接第四背压阀（39）、第二换向阀（27）右位、第一换向阀（23）右位和油缸（21），第四背压阀（39）的两端并联第五单向阀（36）；第一换向阀（23）左位还依次连接第二单向阀（25）、减压阀（26）、第三换向阀（28）左位、第三单向阀（31）和第一液压缸（3）下腔，第三单向阀（31）的两端并联第二背压阀（34）；第一换向阀（23）右位还依次连接第三换向阀（28）右位、第六单向阀（37）和第一液压缸（3）上腔，第六单向阀（37）的两端并联第五背压阀（40）；减压阀（26）还依次连接第四换向阀（29）左位、第四单向阀（32）和第二液压缸（14）下腔，第四单向阀（32）的两端并联第三背压阀（35），第一换向阀（23）右位还依次连接第四换向阀（29）右位、第七单向阀（38）和第二液压缸（14）上腔，第七单向阀（38）的两端并联第六背压阀（41）。

3.根据权利要求1所述金属与碳纤维预浸料复合材料构件的温热成形装置，其特征是：外压边圈（5）内和凸模（2）内各装有电加热管。

4.根据权利要求1所述金属与碳纤维预浸料复合材料构件的温热成形装置，其特征是：内压边圈（7）上设有安装柔性局部加压圈（11）的加压圈槽，柔性局部加压圈（11）包裹凸模（2）的外壁，加压圈槽通过气孔与外部大气相通。

5.根据权利要求1所述金属与碳纤维预浸料复合材料构件的温热成形装置，其特征是：凹模（10）的下表面设置有向下凸出的压延筋（46），外压边圈（5）的上表面设有向下凹的压延筋槽（47），压延筋槽（47）位于压延筋（46）的正下方且与压延筋（46）相匹配。

6.一种如权利要求1所述金属与碳纤维预浸料复合材料构件的温热成形装置的温热成形方法，其特征是包括以下步骤：

A、将钢板（9）加热至温成形温度，碳纤维预浸料坯（8）加热至基体树脂玻璃化转变以上温度，将加热好的碳纤维预浸料坯（8）转移至内压边圈（7）上，钢板（9）转移至外压边圈（5）上并与碳纤维预浸料坯（8）接触；

B、向下移动凹模（10）直至与钢板（9）相接触后停止，第三液压缸（16）向上伸出，推板（43）带动第一、第二外压边圈推杆（1、42）同步运动，推动外压边圈（5）向上移动，将钢板（9）压紧；同时第一、第二液压缸（3、14）同步向上伸出，第一、第二内压边圈推杆（4 、13）同步运动，推动内压边圈（7）向上移动，将碳纤维预浸料坯（8）压紧，钢板（9）和碳纤维预浸料坯（8）受到的压紧力不同；

C、凹模（10）带动外压边圈（5）和内压边圈（7）下移，推动第一、第二外压边圈推杆（1、42）、推板（43）、第一、第二内压边圈推杆（4、13）同步下移，使三个液压缸（16、3、4）收缩，完成钢板（9）和碳纤维预浸料坯（8）的同步冲压成形。

7.根据权利要求6所述金属与碳纤维预浸料复合材料构件的温热成形装置的温热成形方法，其特征是：在外压边圈（5）内和凸模（2）内各装有电加热管，步骤A中，开启电加热管，分别将外压边圈（5）及凸模（2）预热。

8.根据权利要求6所述金属与碳纤维预浸料复合材料构件的温热成形装置的温热成形方法，其特征是：步骤A中，用钢板加热单元（18）采用电磁感应方式对钢板（9）加热，用碳纤维预浸料坯加热单元（17）采用近红外加热方式对碳纤维预浸料坯（8）加热。