CN108789965A - 一种180℃腔型芯模成型方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种180℃腔型芯模成型方法，包括(1)取新型的芯模材料，调整构成材料的组分份数，使其在170±4℃熔融，在表面张力的作用下形成有机物颗粒，复合材料零件固化成型后，芯模直接由腔型结构的开口处倒出；(2)数控加工芯模；(3)芯模表面涂覆一层硅胶层，形成一个完整的气囊，气囊充气，升温升压的过程中对预浸料层压实。本发明属于复合材料成型技术领域，整体制造的腔型结构复合材料件，提高了强度和质量，降低了产品的重量；能够一次成型，避免了分体成型的切割打磨等工序。芯模适合批量制造，替代砂型和硅胶囊，为制造不同尺寸腔型结构提供了芯模。可根据使用温度不同，定制适用180℃温度的芯模材料和气囊。
Description
技术领域
本发明属于复合材料成型技术领域，具体是指一种180℃腔型芯模成型方法。
背景技术
复合材料成型的过程是将单层预浸料按预设方向铺叠成的复合材料坯料和模具，一同放置在热压罐内，在一定温度和压力下完成固化过程。热压罐是一种能够承受和调整温度、压力范围的专用压力容器。坯料铺设在涂抹脱模剂的模具表面并压实，然后依次用脱模布、透气毡覆盖，密封在真空袋内，再放入热压罐内。放入热压罐加温固化之前抽真空，然后放入热压罐高温、加压、固化成型。固化规则的制定与执行是保证复合材料产品质量的关键。此种成型工艺用于制造飞机整流罩、舱门、雷达罩，支架、壁板、机翼等产品。
对于腔型复合材料件的成型，需要一种芯模使预浸料在其上铺叠、并可以充气、在设定的温度下熔融，熔融的有机材料依靠材料本身表面张力的作用，形成独立的颗粒状物体，冷却后而由腔型结构的开口处倒出。
目前航空航天器使用的复合材料零部件，多采用热压罐的方式成型，以获得稳定的产品质量，但其制造成本高。传统的方法成型腔型复合材料零件，多采用分开成型，进行二次胶接和铆接，例如空客飞机机腹整流罩复合材料部件，零件制造工艺复杂，强度较低。
现有技术使用砂型做为芯模，内芯模做支撑铺叠单层预浸料，一次固化形成整体的零件。零件成型后，将砂型捣碎，将砂倒出。砂型芯模成型的产品质量不稳定，捣碎砂型占用操作时间。使用砂型对铺层难以充气，实施内压，产品的厚度和质量不稳定，专人对砂型进行捣碎、清理，难以实现批量的生产规模。
现有技术使用硅胶芯模，适用于形状简单，大开口的直径小的腔型结构件。对于小开口的腔型结构件成型后，硅胶芯模无法被取出，铺叠预浸料时，硅胶模的形状因操作者不同而不同，受到操作者熟练程度等因素的影响。
发明内容
为解决上述现有难题，本发明提供了一种180℃腔型芯模成型方法，包括如下步骤：
(1)取新型的芯模材料，其在常温下为有强度的硬质材料，通过调整构成材料的组分份数：聚氨酯91-98份、LDPE1-4份、环氧树脂1-5份，使其在170±4℃熔融，熔融的材料在表面张力的作用下，形成有机物颗粒，有机物颗粒颗粒直径在1至6mm之间，复合材料零件固化成型后，熔融后的芯模颗粒直接由腔型结构的开口处倒出；
(2)芯模的制造使用数控加工，保证产品的尺寸稳定；
(3)芯模表面涂覆一层硅胶层，形成一个完整的气囊，气囊能进行充气，升温升压的过程中对预浸料层压实。
进一步地，所述芯模材料为微发泡型材料，微发泡型材料在加温时，膨胀变大能对铺叠的预浸料施加压力，用于加温加压的过程中预浸料的压实。
进一步地，在形成有机物颗粒的过程中，芯模材料以中温环氧树脂构建空间网络结构，聚氨酯类作为填充和熔融材料，在此过程中添加不同分子量和聚合度的PE塑料，作为高表面张力物质，在170±4℃熔融时，张力作用形成颗粒状有机物颗粒，芯模材料依据三种主材料的比例，调整熔融温度和材料的硬度。
作为优选地，所述芯模的制造依据设计的3D数模，将3D数据传递到机加设备，对芯模材料进行机加，3D数模的尺寸，需要减除腔型复合材料零件的厚度和硅胶层的厚度。
进一步地，所述数控加工具体为在数控机床上加工零件，通常包括如下步骤：
(1)准备阶段
根据加工芯模的图纸，确定有关加工数据，加工数据包括刀具轨迹坐标点、加工的切削用量、刀具尺寸信息，根据工艺方案、选用的夹具、刀具的类型等选择有关其他辅助信息；
(2)编程阶段
根据加工工艺信息，用机床数控系统能识别的语言编写数控加工程序，写程序单；
(3)准备信息载体
根据已编好的程序单与计算机联网时，可直接将信息载入数控系统；
(4)加工阶段
当执行程序时，机床数控系统(CNC)将加工程序语句译码、运算，转换成驱动各运动部件的动作指令，在系统的统一协调下驱动各运动部件的适时运动，自动完成对工件的加工，形成芯模产品。
作为优选地，在气囊制造过程中，将芯模表面逐层涂乳胶，达到要求的厚度，进行晾干、硫化，形成有强度完整的气囊。
作为优选地，本方法适合小开口的腔型复合材料零件制造。
作为优选地，本方法中小批量的芯模的制造使用数控加工，大批量的芯模制造使用模具加工，质量和尺寸稳定。
用上述方案本发明取得有益效果如下：本发明180℃腔型芯模成型方法，整体制造的腔型结构复合材料件，提高了产品的强度和质量，降低了产品的重量，满足航空航天的产品对重量的控制要求。腔型结构复合材料零件能够一次成型，避免了分体成型的切割打磨，胶接铆接的工序和工装。芯模适合批量制造，替代砂型和硅胶囊，为制造不同尺寸腔型结构提供了芯模。根据使用温度的不同，定制适用180℃温度的芯模材料和气囊。通过对气囊充气，能对铺叠的预浸料进行压实，提高产品的质量。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1，本发明180℃腔型芯模成型方法，包括如下步骤：
(1)取新型的芯模材料，其在常温下为有强度的硬质材料，通过调整构成材料的组分份数：聚氨酯92份、LDPE2份、环氧树脂2份，使其在171℃熔融，熔融的材料在表面张力的作用下，形成有机物颗粒，有机物颗粒颗粒直径在1至6mm之间，复合材料零件固化成型后，熔融后的芯模颗粒直接由腔型结构的开口处倒出；
(2)芯模的制造使用数控加工，保证产品的尺寸稳定；
(3)芯模表面涂覆一层硅胶层，形成一个完整的气囊，气囊能进行充气，升温升压的过程中对预浸料层压实。
实施例2，本发明180℃腔型芯模成型方法，包括如下步骤：
(1)取新型的芯模材料，其在常温下为有强度的硬质材料，通过调整构成材料的组分份数：聚氨酯93份、LDPE3份、环氧树脂3份，使其在172℃熔融，熔融的材料在表面张力的作用下，形成有机物颗粒，有机物颗粒颗粒直径在1至6mm之间，复合材料零件固化成型后，熔融后的芯模颗粒直接由腔型结构的开口处倒出；
(2)芯模的制造使用数控加工，保证产品的尺寸稳定；
(3)芯模表面涂覆一层硅胶层，形成一个完整的气囊，气囊能进行充气，升温升压的过程中对预浸料层压实。
实施例3，本发明180℃腔型芯模成型方法，包括如下步骤：
(1)取新型的芯模材料，其在常温下为有强度的硬质材料，通过调整构成材料的组分份数：聚氨酯95份、LDPE4份、环氧树脂4份，使其在168℃熔融，熔融的材料在表面张力的作用下，形成有机物颗粒，有机物颗粒颗粒直径在1至6mm之间，复合材料零件固化成型后，熔融后的芯模颗粒直接由腔型结构的开口处倒出；
(2)芯模的制造使用数控加工，保证产品的尺寸稳定；
(3)芯模表面涂覆一层硅胶层，形成一个完整的气囊，气囊能进行充气，升温升压的过程中对预浸料层压实。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (8)
1.一种180℃腔型芯模成型方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)取新型的芯模材料，其在常温下为有强度的硬质材料，通过调整构成材料的组分份数：聚氨酯91-98份、LDPE1-4份、环氧树脂1-5份，使其在170±4℃熔融，熔融的材料在表面张力的作用下，形成有机物颗粒，有机物颗粒颗粒直径在1至6mm之间，复合材料零件固化成型后，熔融后的芯模颗粒直接由腔型结构的开口处倒出；
(2)芯模的制造使用数控加工，保证产品的尺寸稳定；
(3)芯模表面涂覆一层硅胶层，形成一个完整的气囊，气囊能进行充气，升温升压的过程中对预浸料层压实。
2.根据权利要求1所述的一种180℃腔型芯模成型方法，其特征在于，所述芯模材料为微发泡型材料，微发泡型材料在加温时，膨胀变大能对铺叠的预浸料施加压力，用于加温加压的过程中预浸料的压实。
3.根据权利要求1所述的一种180℃腔型芯模成型方法，其特征在于，在形成有机物颗粒的过程中，芯模材料以中温环氧树脂构建空间网络结构，聚氨酯类作为填充和熔融材料，在此过程中添加不同分子量和聚合度的PE塑料，作为高表面张力物质，在170±4℃熔融时，张力作用形成颗粒状有机物颗粒，芯模材料依据三种主材料的比例，调整熔融温度和材料的硬度。
4.根据权利要求1所述的一种180℃腔型芯模成型方法，其特征在于，所述芯模的制造依据设计的3D数模，将3D数据传递到机加设备，对芯模材料进行机加，3D数模的尺寸，需要减除腔型复合材料零件的厚度和硅胶层的厚度。
5.根据权利要求1所述的一种180℃腔型芯模成型方法，其特征在于，所述数控加工具体为在数控机床上加工零件，通常包括如下步骤：
(1)准备阶段
根据加工芯模的图纸，确定有关加工数据，加工数据包括刀具轨迹坐标点、加工的切削用量、刀具尺寸信息，根据工艺方案、选用的夹具、刀具的类型选择有关其他辅助信息；
(2)编程阶段
根据加工工艺信息，用机床数控系统能识别的语言编写数控加工程序，写程序单；
(3)准备信息载体
根据已编好的程序单与计算机联网时，可直接将信息载入数控系统；
(4)加工阶段
当执行程序时，机床数控系统将加工程序语句译码、运算，转换成驱动各运动部件的动作指令，在系统的统一协调下驱动各运动部件的适时运动，自动完成对工件的加工，形成芯模产品。
6.根据权利要求1所述的一种180℃腔型芯模成型方法，其特征在于，在气囊制造过程中，将芯模表面逐层涂乳胶，达到要求的厚度，进行晾干、硫化，形成有强度完整的气囊。
7.根据权利要求1所述的一种180℃腔型芯模成型方法，其特征在于，本方法适合小开口的腔型复合材料零件制造。
8.根据权利要求1所述的一种180℃腔型芯模成型方法，其特征在于，本方法中小批量的芯模的制造使用数控加工，大批量的芯模制造使用模具加工，质量和尺寸稳定。
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