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 PDFInfo
- Publication number
- CN109159412A CN109159412A CN201810941104.0A CN201810941104A CN109159412A CN 109159412 A CN109159412 A CN 109159412A CN 201810941104 A CN201810941104 A CN 201810941104A CN 109159412 A CN109159412 A CN 109159412A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- shaping
- composite material
- ultrasonic
- tup
- material blank
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 238000007493 shaping process Methods 0.000 title claims abstract description 85
- 239000002131 composite material Substances 0.000 title claims abstract description 65
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 51
- 238000002604 ultrasonography Methods 0.000 title claims description 43
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 27
- 238000005056 compaction Methods 0.000 claims abstract description 10
- 239000004593 Epoxy Substances 0.000 claims description 5
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims description 5
- 239000011347 resin Substances 0.000 claims description 5
- 229920005989 resin Polymers 0.000 claims description 5
- XLJMAIOERFSOGZ-UHFFFAOYSA-M cyanate group Chemical group [O-]C#N XLJMAIOERFSOGZ-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims 1
- 239000002023 wood Substances 0.000 claims 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 abstract description 8
- 239000003292 glue Substances 0.000 abstract description 6
- 239000000835 fiber Substances 0.000 abstract description 3
- 239000010410 layer Substances 0.000 abstract description 3
- 230000008878 coupling Effects 0.000 abstract description 2
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 abstract description 2
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 abstract description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 2
- 239000002344 surface layer Substances 0.000 abstract description 2
- 238000002955 isolation Methods 0.000 abstract 1
- 238000003825 pressing Methods 0.000 abstract 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 6
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 5
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 3
- 238000007711 solidification Methods 0.000 description 3
- 230000008023 solidification Effects 0.000 description 3
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 2
- 239000013589 supplement Substances 0.000 description 2
- 238000012795 verification Methods 0.000 description 2
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 238000007596 consolidation process Methods 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 230000007812 deficiency Effects 0.000 description 1
- 238000000280 densification Methods 0.000 description 1
- 238000007689 inspection Methods 0.000 description 1
- 238000000465 moulding Methods 0.000 description 1
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 1
- 238000002407 reforming Methods 0.000 description 1
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 description 1
- 229920001169 thermoplastic Polymers 0.000 description 1
- 229920001187 thermosetting polymer Polymers 0.000 description 1
- 239000004416 thermosoftening plastic Substances 0.000 description 1
- 239000011800 void material Substances 0.000 description 1
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
- B29C53/00—Shaping by bending, folding, twisting, straightening or flattening; Apparatus therefor
- B29C53/16—Straightening or flattening
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Laminated Bodies (AREA)
- Moulding By Coating Moulds (AREA)
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
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。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201810941104.0A CN109159412B (zh) | 2018-08-17 | 2018-08-17 | 一种复合材料坯料超声锤击整形方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201810941104.0A CN109159412B (zh) | 2018-08-17 | 2018-08-17 | 一种复合材料坯料超声锤击整形方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN109159412A true CN109159412A (zh) | 2019-01-08 |
| CN109159412B CN109159412B (zh) | 2020-12-18 |
Family
ID=64895917
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201810941104.0A Active CN109159412B (zh) | 2018-08-17 | 2018-08-17 | 一种复合材料坯料超声锤击整形方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN109159412B (zh) |
Cited By (2)
| 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)
| 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 |
-
2018
- 2018-08-17 CN CN201810941104.0A patent/CN109159412B/zh active Active
Patent Citations (1)
| 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)
| 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 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN109159412B (zh) | 2020-12-18 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Lu et al. | Meso-scale finite element model for FRP sheets/plates bonded to concrete | |
| CN104358708B (zh) | 碳纤维复合材料泡沫夹层结构风洞风扇叶片及成型方法 | |
| CN109159412A (zh) | 一种复合材料坯料超声锤击整形方法 | |
| US6033203A (en) | Tooling for vibration assisted processing of viscous thermoplastics | |
| CN101767458B (zh) | 可生产出样板的风力发电机叶片的真空灌输工艺 | |
| CN105479770B (zh) | 碳纤维复合材料板的制备方法及其与铝合金板的无铆钉铆接模具及方法 | |
| CN105479771A (zh) | 碳纤维复合材料板的制备方法及其与铝合金板的自冲铆接模具及方法 | |
| CN110877464A (zh) | 飞行器复合材料快速修理的标准硬补片法 | |
| CN107756786B (zh) | 一种选区激光烧结中超声控制纤维排布的装置及方法 | |
| CN101966764A (zh) | 一种轻质点阵夹芯板及采用激光切孔制备该板的方法 | |
| CN108656579A (zh) | Tg120度以上的高温复合材料模具的成形方法 | |
| Takeda et al. | Research in the application of the VaRTM technique to the fabrication of primary aircraft composite structures | |
| CN106863658A (zh) | 风力发电机叶片模具制造方法 | |
| CN112248482A (zh) | 一种复合材料内部分层缺陷的制备方法 | |
| CN105128363A (zh) | 一种解决复合材料铺放过程中的回弹现象的系统 | |
| CN113787740B (zh) | 一种风力机叶片后缘补强性修复方法 | |
| Boria et al. | Potential of wool felts in combination with glass fibres: Mechanical and low velocity impact assessment | |
| CN102310563A (zh) | 一种调控复合材料与金属胶接固化残余应力的方法 | |
| CN111366427A (zh) | 一种制备柱状节理岩石试样的方法 | |
| CN106827596B (zh) | 一种风电叶片维修的加热、加压装置 | |
| US20180178440A1 (en) | Method for shaping tubes and equipment for carrying out said method | |
| CN101956306B (zh) | 碳纤维预浸料浸胶生产线 | |
| CN104017507A (zh) | U型滑轨用酚醛-缩醛树脂胶膜的胶接工艺方法 | |
| CN115592986A (zh) | 一种修复复合材料的方法 | |
| Kumar et al. | AN APPROACH TO CURE THICK FIBER REINFORCED COMPOSITE LAMINATES. |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |