CN107097435A - 一种复合材料的真空成型机及复合材料的成型方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开的一种复合材料的真空成型机，包括真空室，所述真空室内设有加热板，所述加热板连接导热管路和温度传感器，所述真空室外设有加热系统和冷却系统，所述加热系统和冷却系统分别与所述导热管路连接；所述加热板设有N层，每两层加热板之间放置一成型模具，每一成型模具连接脉冲气管，所述真空室的外部设有脉冲气压系统、液压动力系统、抽真空系统和PLC控制器，所述脉冲气压系统通过所述脉冲气管与所述成型模具连接，所述脉冲气管内进行脉冲式地进气和抽气，使成型的复合材料贴合度高，表面光滑无气泡，刚性强，质量轻，品质更好。
Description
技术领域
本发明涉及复合材料的成型设备技术领域，尤其涉及复合材料的真空成型设备与方法。
背景技术
复合材料由于其优异的性能得到了越来越广泛的使用，而其制备技术也正在不断发展，复合材料成型技术种类较多，可以满足不同要求构件的制备。复合材料是指由两种或以上的不同性质的材料通过复合工艺制备的多相固体材料。其具有密度小、强度高、耐高温、抗腐蚀等诸多优点，因此越来越受到重视，在航空航天领域已经开始大规模使用。传统的手糊方法已经无法满足生产需要，复合材料的大规模使用得益于高效快速的自动成型技术的发展。自动成型技术可以成型复杂零件、降低生产成本，也降低了产品的废品率。目前常用的复合材料成型技术有树脂传递模塑成型技术(RTM技术)、袋压法(压力袋法)成型技术、真空袋压成型技术、热压罐成型技术、液压釜法成型技术、热膨胀模塑法成型技术、夹层结构成型技术、ZMC模压料注射技术、模压成型技术、卷制管成型技术、纤维缠绕制品成型技术等。本发明是对现有的模压成型技术的改进，对于碳纤维、玻璃纤维、凯夫拉纤维、玄武岩纤维以及多种纤维复合的模压产品成型过程中，容易出现层与层之间空气无法排出，产品与模具之间的空气也无法排除，使所做出来的产品表面不光滑，出现针孔，产品角与角无法压到位和产品多处出现多个气泡的问题，从成型设备和成型方法上提出改进的方案。本发明提出脉冲式气压系统，所谓脉冲式气压，是指在成型模具连接脉冲气管，在成型模具的温度持续升高的过程中，根据成型产品的需要，通过PLC控制器设定多段不同的脉冲气压和脉冲次数，每段脉冲气压即在脉冲气管内按照设定的气压值反复进行充气、放气、充气、放气……，达到预设的次数。
发明内容
本发明旨在解决现有技术中存在的复合材料在成型过程中容易出现的表面缺料、泡纱、针孔和层与层之间的气泡排出等问题，提供一种复合材料的真空成型机，使成型的复合材料层与层之间贴合更牢靠，表面更光滑，该复合材料的真空成型机包括真空室，真空室内设有N层(N≥2)加热板，加热板连接导热管路、温度传感器，每两层加热板之间放置一成型模具，每一成型模具连接脉冲气管，所述真空室的外部设有脉冲气压系统、液压动力系统、抽真空系统、加热系统、冷却系统和PLC控制器，所述加热板连接导热管路、温度传感器和脉冲气管，所述真空室外设有加热系统和冷却系统，所述加热系统和冷却系统分别与所述导热管路连接；所述脉冲气压系统通过所述脉冲气管与所述成型模具的内腔连接，所述脉冲气管内进行脉冲式地进气和抽气；所述液压动力系统包括加热板动力系统、正门液压动力系统、左侧门液压动力系统和右侧门液压动力系统；所述真空室的前壁设有正门，所述真空室的左壁和右壁分别设有左侧门和右侧门，所述正门、左侧门和右侧门分别在正门液压动力系统、左侧门液压动力系统和右侧门液压动力系统的驱动下上下移动；所述正门、左侧门和右侧门的周边均镶有耐高温密封条，当正门、左侧门和右侧门移动至某一位置时，分别与前壁、左壁和右壁形成密封连接；所述PLC控制器控制液压动力系统、脉冲气压系统、抽真空系统、加热系统和冷却系统完成自动化真空成型过程。
所述正门液压动力系统包括设置于真空室顶部的正门驱动油缸和设置于正门的左右两侧的一对链条，PLC控制器通过控制正门驱动油缸伸缩带动链条活动，从而使正门能够在一定范围内上下移动。
所述前壁设有一对沿竖直方向平行的正门滑槽，所述正门滑槽包括上段和下段，所述正门的高度大于上段与下段的高度，所述上段与下段的上端均设有凸块，在所述前壁上与凸块相对应的位置设有限位凹槽；在所述正门的两侧四个角位置，设有第一轴承、第二轴承、第三轴承和第四轴承，四个轴承的外径与所述正门滑槽的宽度配合，当四个轴承沿着正门滑槽的侧壁和前壁向上滚动至四个轴承刚好位于限位凹槽和凸块之间形成的限位空间时，所述正门紧贴在前壁形成密封连接。
在所述正门的两侧四个角位置，设有第五轴承、第六轴承、第七轴承和第八轴承，所述第五轴承、第六轴承、第七轴承和第八轴承的中心轴与所述第一轴承、第二轴承、第三轴承和第四轴承的中心轴垂直。
所述左壁沿竖直方向设有一对左侧门滑槽，所述左侧门的两侧四个角位置设有左侧门轴承，左侧门轴承的外径与左侧门滑槽的宽度匹配，左侧门轴承能够沿着左壁上下滚动，在所述左壁的上端和中部设有左侧门限位凹槽，所述左侧门滑槽上对应设有锁紧气缸，当左侧门向上移动至四个左侧门轴承进入所述左侧门限位凹槽时，锁紧气缸施加压力使左侧门与左壁形成密封连接。
所述右壁沿竖直方向设有一对右侧门滑槽，所述右侧门的两侧四个角位置设有右侧门轴承，右侧门轴承的外径与右侧门滑槽的宽度匹配，右侧门轴承能够沿着右壁上下滚动，在所述右壁的上端和中部设有右侧门限位凹槽，所述右侧门滑槽上对应设有锁紧气缸，当右侧门向上移动至四个右侧门轴承进入所述右侧门限位凹槽时，锁紧气缸施加压力使右侧门与右壁形成密封连接。
本发明还提供一种复合材料的成型方法，采用上述复合材料的真空成型机，包括以下步骤：
S1：加热系统给加热板加热；
S2：将成型模具推入真空室；
S3：在加热板和成型模具上接入温度传感器；
S4：在成型模具上接入脉冲气管；
S5：液压动力系统关闭正门、左侧门和右侧门；
S6：抽真空系统对真空室内进行抽真空；
S7：加热板动力系统驱动加热板渐渐上升，对成型模具渐进式加压；
S8：按照预设的N段脉冲气压和脉冲次数进行预成型；
S9：在预设的一定气压值下保持一定时间稳定固化成型；
S10：冷却系统使加热板冷却，或者使模具冷却；
S11：脉冲气管排气，打开真空排阀，放空气进入真空室；
S12：正门液压动力系统打开正门，左侧门液压动力系统和右侧门液压动力系统分别打开左门和右门；
S13：加热板动力系统驱动加热板下降；
S14：把成型模具拉出。
所述步骤S8中1≤N≤10。
所述步骤S9中的一定气压值大于N段脉冲气压中任意一段的气压值。
所述步骤S1、S5—S13均由PLC控制器控制实现。
有益效果：本发明提供的一种复合材料的真空成型机，包括脉冲气压系统，通过脉冲气管与成型模具的内腔连接，复合材料成型时，启动脉冲气压系统，对成型模具的膜腔进行脉冲式地充气和放气，通过PLC控制器预设M(1≤M≤10)段脉冲气压值，每段脉冲气压的压力和脉冲次数均可根据需要预先设置，通过分段的脉冲式地充气和放气使成型的复合材料能够把层与层之间的空气排出，使复合材料与模具贴合的更紧，通过抽真空和配合脉冲吹气，制作出来的产品表面更光滑，层与层之间贴合的更牢靠，可使产品更轻，刚性和强度更好，成型产品的品质更高。复合材料的真空成型机通过活动密封门的结构改良，使得活动密封门不仅能够实现很好的密封效果，而且结构简单制造成本低，当真空室内气压超过安全值时，活动密封门能够自动打开，起到防爆的作用。
附图说明
图1是复合材料的真空成型机的立体结构示意图；
图2是复合材料的真空成型机另一视角的立体结构示意图(图中隐藏了部分正门滑槽和左侧门滑槽)；
图3是复合材料的真空成型机的主视图(图中隐藏了部分正门滑槽)；
图4是图3中A部分的局部放大图；
图5是复合材料的真空成型机的左视图(图中隐藏了部分左侧门滑槽)；
图6是图5中B部分的局部放大图。
具体实施方式
本发明提供了一种复合材料的真空成型机，采用脉冲气压成型复合材料，使复合材料各层之间能够紧密贴合，成型的复合材料质量高。本发明提供的复合材料的真空成型机的真空室设置了活动密封的正门、侧门，不仅便于成型模具进出和安装管路，还有防爆的作用。本发明还提供了一种复合材料的真空成型方法，实现自动化成型，且成型产品质量高。下面结合具体实施例和说明书附图对本发明作进一步说明：
请参照图1，本实施例提供的一种复合材料的真空成型机，包括真空室10，该真空室 10内设有加热板11，加热板11设有N层(N≥2)，每层加热板11连接导热管路和温度传感器，每两层加热板之间放置一成型模具，每一成型模具连接一脉冲气管，真空室10外设有脉冲气压系统12、液压动力系统、加热系统、冷却系统、抽真空系统和PLC控制器，由 PLC控制器控制脉冲气压系统12、液压动力系统、抽真空系统、加热系统和冷却系统工作，完成复合材料的自动化真空成型过程。加热系统和冷却系统分别与导热管路连接，脉冲气压系统12通过脉冲气管与成型模具连接，复合材料成型时，启动脉冲气压系统，对成型模具的内腔进行脉冲式地充气和放气，通过PLC控制器预设M(1≤M≤10)段脉冲气压值，每段脉冲气压的压力和脉冲次数均可根据需要预先设置，通过分段的脉冲式地充气和放气使成型的复合材料能够很好地贴合，把层与层之间的空气排出，使复合材料与模具贴合的更紧，通过抽真空和配合脉冲吹气，制作出来的产品表面更光滑，层与层之间贴合的更牢靠，可使产品更轻，刚性和强度更好，成型产品的品质更高。
液压动力系统包括加热板动力系统、正门液压动力系统、左侧门液压动力系统和右侧门液压动力系统，加热板动力系统、正门液压动力系统、左侧门液压动力系统和右侧门液压动力系统为独立工作的液压动力系统，分别由PLC控制器控制。
加热板动力系统包括设置于复合材料的真空成型机底座上的加热板升降油缸，加热板升降油缸的活动端与加热板11中最底层的一块连接，加热板升降油缸渐进式加压驱动加热板11的升降从而实现成型模具的合模和开模。
请参照图1——图6，真空室的前壁设有正门13，成型模具从正门13进出真空室。真空室的左壁和右壁分别设有左侧门14和右侧门15，便于导热管路、温度传感器、脉冲气管等的安装。正门13、左侧门14和右侧门15分别在正门液压动力系统、左侧门液压动力系统和右侧门液压动力系统的驱动下上下移动。正门13、左侧门14和右侧门15的周边均镶有耐高温密封条，使正门13、左侧门14和右侧门15能够分别与前壁、左壁和右壁形成密封连接。正门液压动力系统包括设置于真空室顶部的一对正门驱动油缸16，以及设置于正门13的左右两侧的一对能够沿竖直方向活动的链条131，PLC控制器通过控制正门驱动油缸16伸缩带动链条131活动，从而使正门13能够上下移动。
进一步地，在正门13的两侧四个角位置，对称设有第一轴承、第二轴承、第三轴承和第四轴承，在真空室的前壁配合设有一对沿竖直方向平行的正门滑槽132，四个轴承的外径与正门滑槽132的宽度配合。正门滑槽132包括上段和下段，正门13的高度大于上段或下段的高度，上段与下段的上端均设有由下至上逐渐增厚的凸块1321，该凸块1321设置于正门滑槽132的侧壁，在真空室的前壁上与凸块1321相对应的位置设有限位凹槽1322；当四个轴承沿着正门滑槽132的侧壁和真空室的前壁向上滚动至四个轴承刚好位于限位凹槽1322和凸块1321之间形成的限位空间时，正门13紧贴在真空室的前壁形成密封连接。
进一步地，在正门的两侧四个角位置，还设有第五轴承、第六轴承、第七轴承和第八轴承，第五轴承、第六轴承、第七轴承和第八轴承的中心轴分别与第一轴承、第二轴承、第三轴承和第四轴承的中心轴垂直，沿着正门滑槽132的底壁滚动。
具体地，请参照图4，在正门13的左上角的第一轴承133和第五轴承134，中心轴互相垂直，当链条131拉动正门13上下移动时，第一轴承1331沿着真空室的前壁滚动，第五轴承134沿着正门滑槽132滚动，当第一轴承133滚动到限位凹槽1322内，被限位凹槽 1322和凸块1321之间形成的限位空间限制，不能继续向上滚动时，第二轴承、第三轴承和第四轴承也分别陷入各自对应的限位凹槽1322和凸块1321之间形成的限位空间，此时，正门13紧贴在真空室的前壁形成密封连接。
请参照图1、图2、图3、图5，左侧门液压动力系统和右侧门液压动力系统分别包括设置于左侧门14上的左侧门升降油缸17和设置于右侧门15上的右侧门升降油缸18，左侧门升降油缸17和右侧门升降油缸18分别用于驱动左侧门14和右侧门15上下移动。
请参照图6，具体地，在真空室的左壁沿竖直方向设有一对左侧门滑槽141，左侧门14 的两侧四个角位置设有四个左侧门轴承142，左侧门轴承142的外径与左侧门滑槽141的宽度匹配，左侧门轴承142能够沿着左壁上下滚动，在左壁的上端和中部设有左侧门限位凹槽143，左侧门滑槽上对应设有锁紧气缸，当左侧门向上移动至四个左侧门轴承142进入左侧门限位凹槽143时，四个左侧门限位凹槽143对应的四个锁紧气缸144施加压力使左侧门14与左壁形成密封连接。
同理，在真空室的右壁沿竖直方向设有一对右侧门滑槽，右侧门的两侧四个角位置设有右侧门轴承，右侧门轴承的外径与右侧门滑槽的宽度匹配，右侧门轴承能够沿着右壁上下滚动，在所述右壁的上端和中部设有右侧门限位凹槽，右侧门滑槽上对应设有锁紧气缸，当右侧门向上移动至四个右侧门轴承进入右侧门限位凹槽时，锁紧气缸施加压力使右侧门与右壁形成密封连接。
本复合材料的真空成型机通过活动密封门的结构改良，使得活动密封门不仅能够实现很好的密封效果，而且结构简单制造成本低，当真空室内气压超过安全值时，活动密封门能够自动打开，起到防爆的作用。
一种复合材料的成型方法，采用本发明提供的复合材料真空成型机，包括以下步骤：
S1：加热系统给加热板加热；
S2：将成型模具推入真空室；
S3：在加热板和成型模具上接入温度传感器；
S4：在成型模具上接入脉冲气管；
S5：液压动力系统关闭正门、左侧门和右侧门；
S6：抽真空系统对真空室内进行抽真空；
S7：加热板动力系统驱动加热板渐渐上升，对成型模具渐进式加压；
S8：按照预设的N段脉冲气压和脉冲次数进行预成型；
S9：在预设的一定气压值下保持一定时间稳定固化成型；
S10：冷却系统使加热板冷却，或者使模具冷却；
S11：脉冲气管排气，打开真空排阀，放空气进入真空室；
S12：正门液压动力系统打开正门，左侧门液压动力系统和右侧门液压动力系统分别打开左门和右门；
S13：加热板动力系统驱动加热板下降；
S14：把成型模具拉出。
步骤S8中1≤N≤10，使用者可根据需要成型对的复合材料的需求设定N值。
步骤S9中的一定气压值大于N段脉冲气压中任意一段的气压值。
步骤S6、S10中的脉冲气压系统包括比例控制阀、电磁阀、手动开关和气压表，与脉冲气管连接。
步骤S1、S5—S13均由PLC控制器控制实现。
PLC控制器预设M(1≤M≤10)段脉冲气压值，每段脉冲气压的压力和脉冲次数均可根据需要预先设置，再通过PLC控制器气压比例控制阀、脉冲电磁阀和脉冲排气阀工作，实现对成型模具的膜腔进行脉冲式地充气和放气，通过分段的脉冲式地充气和放气使成型的复合材料能够很好地贴合，成型产品的品质高。
根据上述说明书的揭示和教导，本发明所属领域的技术人员还可以对上述实施方式进行变更和修改。因此，本发明并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对发明的一些修改和变更也应当落入本发明的权利要求的保护范围内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制。
Claims (10)
1.一种复合材料的真空成型机，包括真空室，所述真空室内设有加热板，所述加热板连接导热管路和温度传感器，所述真空室外设有加热系统和冷却系统，所述加热系统和冷却系统分别与所述导热管路连接，其特征在于：所述加热板设有N层(N≥2)，每两层加热板之间放置一成型模具，每一成型模具连接脉冲气管，所述真空室的外部设有脉冲气压系统、液压动力系统、抽真空系统和PLC控制器，所述脉冲气压系统通过所述脉冲气管与所述成型模具的内腔连接，所述脉冲气管内进行脉冲式地进气和抽气；所述液压动力系统包括加热板动力系统、正门液压动力系统、左侧门液压动力系统和右侧门液压动力系统；所述真空室的前壁设有正门，所述真空室的左壁和右壁分别设有左侧门和右侧门，所述正门、左侧门和右侧门分别在正门液压动力系统、左侧门液压动力系统和右侧门液压动力系统的驱动下上下移动；所述正门、左侧门和右侧门的周边均镶有耐高温密封条，当正门、左侧门和右侧门移动至某一位置时，分别与前壁、左壁和右壁形成密封连接；所述PLC控制器控制液压动力系统、脉冲气压系统、抽真空系统、加热系统和冷却系统完成自动化真空成型过程。
2.根据权利要求1所述的复合材料的真空成型机，其特征在于：所述正门液压动力系统包括设置于真空室顶部的正门驱动油缸和设置于正门的左右两侧的一对链条，PLC控制器通过控制正门驱动油缸伸缩带动链条活动，从而使正门能够在一定范围内上下移动。
3.根据权利要求2所述的复合材料的真空成型机，其特征在于：在所述前壁的左右两边设有一对沿竖直方向平行的正门滑槽，所述正门滑槽包括上段和下段，所述正门的高度大于上段与下段的高度，所述上段与下段的上端均设有凸块，在所述前壁上与凸块相对应的位置设有限位凹槽；在所述正门的两侧四个角位置，设有第一轴承、第二轴承、第三轴承和第四轴承，四个轴承的外径与所述正门滑槽的宽度配合，当四个轴承沿着正门滑槽的侧壁和前壁向上滚动至四个轴承刚好位于限位凹槽和凸块之间形成的限位空间时，所述正门紧贴在前壁形成密封连接。
4.根据权利要求3所述的复合材料的真空成型机，其特征在于：在所述正门的两侧四个角位置，设有第五轴承、第六轴承、第七轴承和第八轴承，所述第五轴承、第六轴承、第七轴承和第八轴承的中心轴与所述第一轴承、第二轴承、第三轴承和第四轴承的中心轴垂直。
5.根据权利要求1所述的复合材料的真空成型机，其特征在于：所述左壁沿竖直方向设有一对左侧门滑槽，所述左侧门的两侧四个角位置设有左侧门轴承，左侧门轴承的外径与左侧门滑槽的宽度匹配，左侧门轴承能够沿着左壁上下滚动，在所述左壁的上端和中部设有左侧门限位凹槽，所述左侧门滑槽上对应设有锁紧气缸，当左侧门向上移动至四个左侧门轴承进入所述左侧门限位凹槽时，锁紧气缸施加压力使左侧门与左壁形成密封连接。
6.根据权利要求1所述的复合材料的真空成型机，其特征在于：所述右壁沿竖直方向设有一对右侧门滑槽，所述右侧门的两侧四个角位置设有右侧门轴承，右侧门轴承的外径与右侧门滑槽的宽度匹配，右侧门轴承能够沿着右壁上下滚动，在所述右壁的上端和中部设有右侧门限位凹槽，所述右侧门滑槽上对应设有锁紧气缸，当右侧门向上移动至四个右侧门轴承进入所述右侧门限位凹槽时，锁紧气缸施加压力使右侧门与右壁形成密封连接。
7.一种复合材料的成型方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：加热系统给加热板加热；
S2：将成型模具推入真空室；
S3：在加热板和成型模具上接入温度传感器；
S4：在成型模具上接入脉冲气管；
S5：液压动力系统关闭正门、左侧门和右侧门；
S6：抽真空系统对真空室内进行抽真空；
S7：加热板动力系统驱动加热板渐渐上升，对成型模具渐进式加压；
S8：按照预设的N段脉冲气压和脉冲次数进行预成型；
S9：在预设的一定气压值下保持一定时间稳定固化成型；
S10：冷却系统使加热板冷却，或者使模具冷却；
S11：脉冲气管排气，打开真空排阀，放空气进入真空室；
S12：正门液压动力系统打开正门，左侧门液压动力系统和右侧门液压动力系统分别打开左门和右门；
S13：加热板动力系统驱动加热板下降；
S14：把成型模具拉出。
8.根据权利要求7所述的复合材料的成型方法，其特征在于：步骤S8中1≤N≤10。
9.根据权利要求7所述的复合材料的成型方法，其特征在于：步骤S9中的一定气压值大于N段脉冲气压中任意一段的气压值。
10.根据权利要求7所述的复合材料的成型方法，其特征在于：步骤S1、S5—S13均由PLC控制器控制实现。
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