CN109159412A - 一种复合材料坯料超声锤击整形方法 - Google Patents

一种复合材料坯料超声锤击整形方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种复合材料坯料超声锤击整形方法，该方法解决了复合材料坯料吸胶后局部压实整形的难题，属于结构复合材料制造技术领域。本发明采用超声锤击方法，实现预浸料坯体局部在铺层厚度方向上力热耦合贯穿加热加压压实整形。通过对超声发生器振动功率的调整，达到控制复合材料预浸料坯体加热温度，其加热温度一般低于90℃。且超声锤头有方形、圆形、内凹、外凸等多种结构形式，可适于筋条节点、窗口边沿、局部拐点等不同预浸料坯体结构整形。且压实力可由人工提供，亦可与机械臂、气动或液动设备连接提供。在超声锤击过程在预浸料坯体表面可垫付一层隔离材料，避免锤击过程损伤表面层纤维。

Description

一种复合材料坯料超声锤击整形方法
技术领域
本发明涉及一种复合材料坯料超声锤击整形方法，该方法解决了复合材料坯料吸胶后局部压实整形的难题，属于结构复合材料制造技术领域。
背景技术
复合材料壳体多具有下翻窗口加厚区和翻边等预浸料在铺放过程中容易出现架桥的区域，致使局部致密性难以控制。现阶段采用人工弓形夹夹持加压方式对局部进行压实，但压实工装较为笨重，一次装夹需要多人在室温下共同操作，操作空间明显受限，且压实质量受环境温度影响，压实效果的一致性难以保证。
发明内容
本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提出一种复合材料坯料超声锤击整形方法。
本发明的技术解决方案是：
一种复合材料坯料超声锤击整形方法，该方法的步骤为：使用超声锤对复合材料坯料中待整形的部位进行锤击，得到整形后的复合材料坯料。
所述的超声锤为包括超声波发生器、换能器、把手和超声锤头；超声锤头为圆柱或六棱柱，超声锤头通过螺纹固定安装在换能器的末端，把手安装在换能器的外表面，换能器与超声波发生器通过电缆连接；
在对待整形的部位进行锤击的方法为：给超声锤供电，使超声锤头产生高频振动，并通过超声波发生器调节超声锤头的功率，得到整形功率，手持把手将超声锤头对准待整形的部位进行锤击，并使超声锤头与待整形的部位相垂直，并通过把手施加整形压实力。
整形功率的确定方法为：制备与复合材料坯料同材质的料块，首先设定超声波发生器的功率为最小值，使用超声锤头对料块进行锤击，依次调大超声波发生器的功率，直至料块上有基体树脂处于粘流态，此时的功率作为超声锤头的整形功率。
复合材料坯料一般为环氧复合材料或双马复合材料，当使用超声锤头进行整形时，整形区域复合材料坯料的温度一般在90℃以下。
有益效果
(1)本发明整形区域复合材料坯料的温度一般在90℃以下，该温度下对复合材料坯料的基体树脂的固化度影响不大，对后续的复合材料坯料的固化质量没有影响；
(2)本发明通过高频度的锤压，使预浸料铺层锤击部位在沿超声施加方向上全厚度受热升温，具备些许粘性，同时通过锤击将层间空隙或气泡排除，使翻边区域的相邻预浸料紧密贴实在模具上，提高构件致密性；
(3)通过现场工艺验证试验，对超声锤击压实整形的方式可行性和有效性进行了验证评价。在某复合材料舱段构件上进行了复合材料预浸料铺层的超声锤整形试验，试验过程如下：选取长30mm、宽10mm的超声锤头，安装在超声换能器上，然后打开换能器，调整超声锤功率值200w，对准舱段下凹窗口处边缘进行局部锤击整形。
(4)本发明通过采用超声锤整形技术，解决了舱段局部变厚度的整形问题，相对于以前工装物理夹持压实和锤击压实的方式，达到了省时省力的效果，压实周期由以前3-4小时降至0.5小时，极大的减少了工人的劳动强度。
(5)本发明针对不同预浸料坯体结构，如筋条节点、窗口边沿、局部拐点等，设计了多种超声锤击端头结构形式，包括方形、圆形等，可用于解决了不同形式构件的整形使用要求，超声锤头与换能器采用螺纹连接的方式，更换方便；另外，超声锤轻便小巧，锤头不超过1kg，可明显减轻劳动强度。
(6)本发明采用手工超声锤击的方式替代弓形夹夹持加压方式，解决现阶段下翻窗口加厚区、翻边和网格筋条节点等预浸料坯体难以局部压实整形的工艺技术难题，对现有复合材料构件吸胶压实工艺是有益补充，在局部铺层压实具有技术优势。此项技术应用后，可适当减少复杂舱段构件的吸胶压实环节数量，缩短成型周期。
(7)本发明已应用于复合材料弹体舱段构件、支架、大梁等构件压实整形，具有简便易行、成型效率高、劳动强度低等特点，是对现有复合材料构件吸胶压实工艺是有益补充，在局部铺层压实具有技术优势，经济和社会效益前景可观。本发明可用于热塑性复合材料焊接和热固性复合材料的固化。
(8)本发明采用超声锤击同步加热加压方式，实现预浸料坯体在铺层厚度方向上局部压实整形，同时纤维的连续性不受到破坏。该技术是对现有复合材料构件吸胶压实工艺是有益补充，在局部铺层压实整形具有技术优势。
(9)本发明采用超声锤击方法，实现预浸料坯体局部在铺层厚度方向上力热耦合贯穿加热加压压实整形。通过对超声发生器振动功率的调整，达到控制复合材料预浸料坯体加热温度，其加热温度一般低于90℃。且超声锤头有方形、圆形、内凹、外凸等多种结构形式，可适于筋条节点、窗口边沿、局部拐点等不同预浸料坯体结构整形。且压实力可由人工提供，亦可与机械臂、气动或液动设备连接提供。在超声锤击过程在预浸料坯体表面可垫付一层隔离材料，避免锤击过程损伤表面层纤维。
附图说明
图1为本发明的超声锤的结构示意图；
图2为整形过程示意图。
具体实施方式
一种复合材料坯料超声锤击整形方法，该方法的步骤为：使用超声锤对复合材料坯料中待整形的部位进行锤击，得到整形后的复合材料坯料。
所述的超声锤为包括超声波发生器、换能器、把手和超声锤头；超声锤头为圆柱或六棱柱，超声锤头通过螺纹固定安装在换能器的末端，把手安装在换能器的外表面，换能器与超声波发生器通过电缆连接；
在对待整形的部位进行锤击的方法为：给超声锤供电，使超声锤头产生高频振动，并通过超声波发生器调节超声锤头的功率，得到整形功率，手持把手将超声锤头对准待整形的部位进行锤击，并使超声锤头与待整形的部位相垂直，并通过把手施加整形压实力。
整形功率的确定方法为：制备与复合材料坯料同材质的料块，首先设定超声波发生器的功率为最小值，使用超声锤头对料块进行锤击，依次调大超声波发生器的功率，直至料块上有基体树脂处于粘流态，此时的功率作为超声锤头的整形功率。
复合材料坯料一般为环氧复合材料或双马复合材料，当使用超声锤头进行整形时，整形区域复合材料坯料的温度一般在90℃以下。
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
通过现场工艺验证试验，对超声锤击压实整形的方式可行性和有效性进行了验证评价。在某复合材料舱段构件上进行了复合材料预浸料铺层的超声锤整形试验，试验过程如下：选取宽度10mm的超声锤头，安装在超声换能器上，然后打开超声锤电源换能器，调整超声锤功率值200w，对准舱段下凹窗口处边缘进行局部锤击整形。
通过采用超声锤整形技术，解决了舱段局部变厚度的整形问题，相对于以前工装物理夹持压实和锤击压实的方式，达到了省时省力的效果，压实周期由以前3-4小时降至0.5小时，极大的减少了工人的劳动强度。
实施例
待整形的环氧复合材料坯料局部有凸起；
方法的步骤为：使用超声锤对复合材料坯料中待整形的部位进行锤击，得到整形后的复合材料坯料。
如图1所示，超声锤头为一六棱柱，横截面长30mm、宽10mm；
如图2所示，在对待整形的部位进行锤击的方法为：给超声锤供电，使超声锤头产生高频振动，并通过超声波发生器调节超声锤头的功率，得到整形功率，手持把手将超声锤头对准待整形的部位进行锤击，并使超声锤头与待整形的部位相垂直，并通过把手施加整形压实力。
整形功率的确定方法为：制备与复合材料坯料同材质的料块，首先设定超声波发生器的功率为最小值，使用超声锤头对料块进行锤击，依次调大超声波发生器的功率，直至料块上有基体树脂处于粘流态，此时的功率作为超声锤头的整形功率为160W，当使用超声锤头进行整形时，整形区域复合材料坯料的温度在90℃以下。
上述的过程在20min，整形完成后环氧复合材料坯料局部凸起区域平整，无明显起伏，经后期固化后，采用超声探伤检测整形区域，复合材料质量良好，未检测出分层、夹杂和气孔等缺陷。

Claims (10)

1.一种复合材料坯料超声锤击整形方法，其特征在于该方法的步骤为：使用超声锤对复合材料坯料中待整形的部位进行锤击，得到整形后的复合材料坯料。
2.根据权利要求1所述的一种复合材料坯料超声锤击整形方法，其特征在于：所述的超声锤包括超声波发生器、换能器、把手和超声锤头。
3.根据权利要求2所述的一种复合材料坯料超声锤击整形方法，其特征在于：超声锤头通过螺纹固定安装在换能器的末端，把手安装在换能器的外表面，换能器与超声波发生器通过电缆连接。
4.根据权利要求2或3所述的一种复合材料坯料超声锤击整形方法，其特征在于：超声锤头为圆柱。
5.根据权利要求2或3所述的一种复合材料坯料超声锤击整形方法，其特征在于：超声锤头为六棱柱。
6.根据权利要求2或3所述的一种复合材料坯料超声锤击整形方法，其特征在于：对待整形的部位进行锤击的方法为：给超声锤供电，使超声锤头产生高频振动，并通过超声波发生器调节超声锤头的功率，得到整形功率，手持把手将超声锤头对准待整形的部位进行锤击，并使超声锤头与待整形的部位相垂直，并通过把手施加整形压实力。
7.根据权利要求6所述的一种复合材料坯料超声锤击整形方法，其特征在于：整形功率的确定方法为：首先制备与复合材料坯料同材质的料块，然后设定超声波发生器的功率为最小值，使用超声锤头对料块进行锤击，依次调大超声波发生器的功率，直至料块上有基体树脂处于粘流态，此时的功率作为超声锤头的整形功率。
8.根据权利要求1所述的一种复合材料坯料超声锤击整形方法，其特征在于：复合材料坯料为环氧复合材料预浸料，当使用超声锤头进行整形时，整形区域复合材料坯料的温度在90℃以下。
9.根据权利要求8所述的一种复合材料坯料超声锤击整形方法，其特征在于：复合材料坯料为氰酸酯复合材料预浸料，当使用超声锤头进行整形时，整形区域复合材料坯料的温度在90℃以下。
10.根据权利要求1所述的一种复合材料坯料超声锤击整形方法，其特征在于：复合材料坯料为双马复合材料预浸料，当使用超声锤头进行整形时，整形区域复合材料坯料的温度在90℃以下。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110682563A (zh) * 2019-09-23 2020-01-14 中国航空工业集团公司基础技术研究院 一种复合材料筋条三角区结构填充方法
CN116512631A (zh) * 2023-04-13 2023-08-01 南京辰茂新材料科技有限公司 一种自动化预浸料可变角度铺贴设备

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106735200A (zh) * 2016-11-30 2017-05-31 沈阳航空航天大学 一种激光增材制造用辅助超声振动锤击装置及使用方法

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106735200A (zh) * 2016-11-30 2017-05-31 沈阳航空航天大学 一种激光增材制造用辅助超声振动锤击装置及使用方法

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110682563A (zh) * 2019-09-23 2020-01-14 中国航空工业集团公司基础技术研究院 一种复合材料筋条三角区结构填充方法
CN116512631A (zh) * 2023-04-13 2023-08-01 南京辰茂新材料科技有限公司 一种自动化预浸料可变角度铺贴设备
CN116512631B (zh) * 2023-04-13 2024-03-22 南京辰茂新材料科技有限公司 一种自动化预浸料可变角度铺贴设备

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