CN107283870A - 超声波辅助模压成型纤维复合材料装置及成型方法 - Google Patents
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Abstract
本发明及一种超声波辅助模压成型纤维复合材料装置及成型方法，属于机械加工工程领域。本发明包括：模具套装，可调整顶杆，超声变幅杆，底座，超声波发生器，注胶口以及温控口；模具套装由至少四个可调顶杆支撑，超声变幅杆与模具套装接触，可调整顶杆与超声变幅杆固定在底座上，超声波发生器安装在底座下方，超声波发生器与超声变幅杆通过导线连接。本发明优点是结构新颖，超声波有促使胶料流动，并且完全改变了传统纤维成形过程中通过控制温度来促使胶流动的方法。成形过程中可以降低浇注中出现的孔洞等缺陷，可以通过超声波的形式增加胶与纤维的结合力，提高纤维复合材料的成形质量，成形效率，降低材料的初始熔化外界温度。
Description
技术领域
本发明属于机械加工工程领域，尤其涉及一种超声波辅助模压成型纤维复合材料装置及成型方法，用于加工各种具有平面或曲面形状的胶粘纤维复合材料板材件。
背景技术
纤维材料绝大部分具有高比强度、高比模量、耐腐蚀、耐疲劳、热膨胀系数小、抗蠕变、传热和导电等优异性能，特别是以碳纤维作为增强材料的先进复合材料在航空航天、国防、建筑以及汽车等领域得到应用，有着广阔的发展前景。目前，工业领域最具应用潜力的复合材料的成型工艺包括快速RTM成型工艺、预浸料快速模压成型工艺PCM、片状模塑料SMC和真空辅助树脂传递模塑成型VARI）等，然而在以上所述的技术中普遍需要加热温度高，成型件表面质量精度低、成型件内部有孔穴等缺陷，常常影响复合材料的应用。
发明内容
本发明提供一种超声波辅助模压成型纤维复合材料装置及成型方法，其目的在于节能降耗，提高成型件质量和效率。
本发明采取的技术方案是：包括：模具套装，可调整顶杆，超声变幅杆，底座，超声波发生器，注胶口以及温控口；
所述的模具套装由至少四个可调顶杆支撑，超声变幅杆与模具套装接触，可调整顶杆与超声变幅杆固定在底座上，超声波发生器安装在底座下方，超声波发生器与超声变幅杆通过导线连接；所述的注胶口和温控口与模具套装连接。
所述的可调整顶杆通过旋转调整高度；
所述的超声变幅杆通过旋转调整高度；
所述的模具套装由上半模与下半模构成。
采用超声波辅助模压成型复合材料装置的成型方法，包括下列步骤：
1）添加纤维及铺层：
首先，将纤维平铺在模具套装中；
其次，将上模和下模闭合；
2）升温、保温及注胶：
在与温控口连接的温度控制系统作用下，当温度达到要求后，保温一定时间，在与注胶口连接的注胶系统作用下，通过注胶孔将胶粘剂注入模具空腔中；
3）超声波辅助振动及注胶：
启动超声波发生器从而使超声变幅杆将能量传给模具，在超声波的作用下减少胶和纤维的孔洞，同时提高胶与碳纤维表面的浸润性，此时开启注胶系统进一步的增加注胶量，补充空孔洞等缺陷减少形成的缺胶现象；
4）降温及卸件：
当系统注胶压力和注胶量达到计算量后，降低温度，恢复至室温后，在外力作用下提起上半模，取出纤维板材。
所述模具套装中采用了脱模剂，并采用了常规的方法固定纤维和纤维布。
本发明优点是结构新颖，基于该装置的成型方法可以应用于模具成形，也可以应用于纤维浸胶的过程中，超声波有促使胶料流动，并且完全改变了传统纤维成形过程中通过控制温度来促使胶流动的方法。采用超声波后利用超声能量不仅可以降低材料的初始加热温度，通过超声局部控制成型过程，从而提高复合材料的成形效率；其次还可以通过超声的空化作用在胶与纤维结合部增加结合力；通过超声还可以减少气孔或亏料的出现，增加材料的填充量，从而提高材料的表面质量和强度，为纤维复合材料的曲面件快速成型奠定基础；成形时，可以采用较低的温度进行浇注，成形过程中可以降低浇注中出现的孔洞等缺陷，可以通过超声波的形式增加胶与纤维的结合力，提高纤维复合材料的成形质量，成形效率，降低材料的初始熔化外界温度，对于成形一些特别厚的纤维板材具有更重要的价值。
附图说明
图1是本发明装置的结构示意图；
图2是本发明装置带有四个可调整顶杆和四个超声变幅杆的结构示意图；
图3是本发明装置带有四个可调整顶杆和六个超声变幅杆的结构示意图；
图4是本发明装置带有四个可调整顶杆和十二个超声变幅杆的结构示意图；
图5是本发明装置的下半模和覆盖有纤维的结构示意图；
图6是本发明装置的上半模结构示意图；
图7是本发明的纤维复合材料示意图；
图中：1.模具套装， 2.可调整顶杆， 3. 超声变幅杆，4.底座， 5.超声波发生器， 6.注胶口， 7.温控口，8.纤维， 11.上半模 12.下半模。
具体实施方式
包括：模具套装1，可调整顶杆2，超声变幅杆3，底座4，超声波发生器5，注胶口6以及温控口7；
所述的模具套装1由至少四个可调整顶杆2支撑，超声变幅杆3与模具套装1接触，可调整顶杆2与超声变幅杆3固定在底座4上，超声波发生器5安装在底座4下方，超声波发生器5与超声变幅杆3通过导线51连接；所述的注胶口6和温控口7与模具套装1连接。
所述的可调整顶杆2通过旋转调整高度；
所述的超声变幅杆3通过旋转调整高度；
所述的模具套装1由上半模11与下半模12构成。
采用超声波辅助模压成型复合材料装置的成型方法，包括下列步骤：
1）添加纤维及铺层：
首先，将纤维8平铺在模具套装1中；
其次，将上模11和下模12闭合；
2）升温、保温及注胶：
在与温控口连接的温度控制系统作用下，当温度达到要求后，保温一定时间，在与注胶口连接的注胶系统6作用下，通过注胶孔将胶粘剂注入模具空腔中；
3）超声波辅助振动及注胶：
启动超声波发生器7从而使超声变幅杆6将能量传给模具，在超声波的作用下减少胶和纤维的孔洞，同时提高胶与碳纤维表面的浸润性，此时开启注胶系统进一步的增加注胶量，补充空孔洞等缺陷减少形成的缺胶现象；
4）降温及卸件：
当系统注胶压力和注胶量达到计算量后，降低温度，恢复至室温后，在外力作用下提起上半模，取出纤维板材。
所述模具套装中采用了脱模剂，并采用了常规的方法固定纤维和纤维布。
下面结合附图对本发明做进一步说明。
如图1所示，本发明超声波辅助模压成型纤维复合材料装置，包括模具套装1，可调整顶杆2，超声变幅杆3，底座4，超声波发生器5，注胶口6以及温控口7；
所述的模具套装1由至少四个可调整顶杆2支撑，一个以上的超声变幅杆3与模具套装1接触，可调顶杆2与超声变幅杆3通过螺纹连接固定在底座4上，超声波发生器5安装在底座4下方，超声波发生器5与超声变幅杆3通过导线51连接；
如图2、3、4所示，本发明超声波辅助模压成型纤维复合材料装置，可调整顶杆2至少有4个，超声变幅杆3的数量包括了4个，6个以及12个等。以上对于超声变幅杆的数量只是示例性的，并非对变幅杆的结构和数量的了限定。
参阅图5：成形过程中，将上半模移走，将纤维8或浸料的纤维在下半模表面进行平铺，然后将上半模合模，升温，通过胶孔注胶，同时通过超声控制器控制超声变幅杆的能量传递，使模具中的纤维与胶进行低温混合或均匀混合进而再一次增加注胶。
参阅图6：是本发明中上半模的一种示例，并非对模具结构进行的限制。
参阅图7：是成形结束时，成形后的纤维复合材料板材的结构形状，其成形形状与模具的形状一致，并非是对其结构形式的限定。
以上结合具体实施方式对本发明进行了详细描述。超声波辅助模压成型纤维复合材料装置，只需要改变模具套装就可以实现不同材料纤维复合版的成型，同时可以改变超声变幅杆与模具接触点的数量来实现不同能量的传递。
很明显，以上描述以及附图中所示的内容均应被理解为是示例性的，而非意味着对本发明的限制。对于本领域的技术人员来说，显然可以在本发明的基础上对可调整顶杆与超声变幅杆的数量及位置进行各种变形或修改。显然，这些变形或修改均应包含在本发明的保护范围内。
Claims (6)
1.一种超声波辅助模压成型纤维复合材料装置，其特征在于包括：模具套装，可调整顶杆，超声变幅杆，底座，超声波发生器，注胶口和温控口；
所述的模具套装由至少四个可调整顶杆支撑和固定，超声变幅杆与模具套装接触，可调整顶杆与超声变幅杆通过螺纹连接在底座上，超声波发生器安装在底座下方，超声波发生器与超声变幅杆通过导线连接，注胶口和温控口分别与模具套装连接。
2.根据权利要求1所述的超声波辅助模压成型纤维复合材料装置，其特征在于：所述的可调整顶杆通过旋转调整高度。
3.根据权利要求1所述的超声波辅助模压成型纤维复合材料装置，其特征在于：所述的超声变幅杆通过旋转调整高度。
4.根据权利要求1所述的超声波辅助模压成型纤维复合材料装置，其特征在于，模具套装由上半模与下半模构成。
5.一种采用如权利要求1所述超声波辅助模压成型纤维复合材料装置的成型方法，其特征在于包括下列步骤：
1）添加纤维及铺层：
首先，将纤维平铺在模具套装中；
其次，将上模和下模闭合；
2）升温、保温及注胶：
在与温控口连接的温度控制系统作用下，当温度达到要求后，保温一定时间，在与注胶口连接的注胶系统作用下，通过注胶孔将胶粘剂注入模具空腔中；
3）超声波辅助振动及注胶：
启动超声波发生器从而使超声变幅杆将能量传给模具，在超声波的作用下减少胶和纤维的孔洞，同时提高胶与碳纤维表面的浸润性，此时开启注胶系统进一步的增加注胶量，补充空孔洞等缺陷减少形成的缺胶现象；
4）降温及卸件：
当系统注胶压力和注胶量达到计算量后，降低温度，恢复至室温后，在外力作用下提起上半模，取出纤维板材。
6.根据权利要求5所述的超声波辅助模压成型方法，其特征在于，模具套装中采用了脱模剂，并采用了常规的方法固定纤维和纤维布。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication | ||
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Application publication date: 20171024 |