CN109732945A - 一种复合材料的二次成型工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种复合材料的二次成型工艺，包括如下步骤：步骤一：将结构复杂产品的结构进行拆分，将结构复杂产品的复杂结构部分单独拆分出来；步骤二：将步骤一中拆分出来的所有的复杂结构部分单独成型出来，得到复杂结构部分的中间产品；步骤三：将步骤二中复杂结构部分的中间产品做前期处理并通过定位方法定位到主体模具中；步骤四：将所有的带有复杂结构部分的中间产品一起组成的主体部分按照一般成型工艺正常成型，得到成品。本发明在不使用胶合的情况下完成产品的制作，降低了模具设计的复杂性；产品结构强度与主体部分的强度相同，通过本工艺制作的产品性能稳定，强度明显高于现有技术。
Description
技术领域
本发明涉及一种二次成型工艺，具体涉及一种在不使用胶合的情况下完成产品的制作，产品结构强度与主体部分的强度相同，简化了成型的工序过程的复合材料的二次成型工艺。
背景技术
复合材料已广泛应用于生产生活的各个领域，复合材料的产品具有较好的结构可设计性，复合材料不仅保持了各组分材料性能的优点，而且通过各组分的互补和关联，可以获得单一组成材料所不能达到的综合性能。复合材料具有高强度、高模量、耐疲劳、抗冲击等优异性能，因此复合材料应用广泛，可应用于航空航天、医学、汽车、纺织和机械制造等领域。目前复杂结构复合材料的成型一般采用将整体结构拆分成各个部件成型，然后将各个部件胶合到一起，组装成产品。这种复杂结构复合材料的胶合组装方案存在以下问题：
(1)、这种复杂结构复合材料的胶合组装方案，得到的产品强度受限于胶接部分的强度，因而影响最终产品的强度；
(2)、这种复杂结构复合材料的胶合组装方案成型方案工序复杂，对于大批量生产产品来说耗时较久，效率低下；
(3)、这种复杂结构复合材料的胶合组装方案，对于平面度要求比较高的产品，胶合难以达到要求；
(4)、这种复杂结构复合材料的胶合组装方案，对于位置精度要求比较高的产品，胶合难以达到要求；
(5)、这种复杂结构复合材料的胶合组装方案，对于气密性要求比较高的产品，胶合部分容易漏气，难以达到要求；
(6)、这种复杂结构复合材料的胶合组装方案，得到产品的胶合部分不耐高温，影响整体产品质量。
发明内容
针对上述问题，本发明的主要目的在于提供一种在不使用胶合的情况下完成产品的制作，产品结构强度与主体部分的强度相同，简化了成型的工序过程的复合材料的二次成型工艺。
本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题的：一种复合材料的二次成型工艺，所述复合材料的二次成型工艺包括如下步骤：
步骤一：将结构复杂产品的结构进行拆分，将结构复杂产品的复杂结构部分单独拆分出来；
步骤二：将步骤一中拆分出来的所有的复杂结构部分单独成型出来，得到复杂结构部分的中间产品；
步骤三：将步骤二中复杂结构部分的中间产品做前期处理并通过定位方法定位到主体模具中；
步骤四：将所有的带有复杂结构部分的中间产品一起组成的主体部分按照一般成型工艺正常成型，得到成品。
在本发明的具体实施例子中，步骤二和四中成型工艺包括模压、袋压和热压罐成型。
在本发明的具体实施例子中，步骤一和二中复杂结构部分包括曲面、孔洞结构及一些凹槽和凸台。
在本发明的具体实施例子中，步骤一中将结构复杂产品的结构进行拆分，将结构复杂产品的复杂结构部分单独拆分出来具体包括以下步骤：
根据复杂结构部分和主体部分的形状，考虑复杂结构的定位、模具开闭合理性、产品成型温度均匀、易脱模和易铺料因素设计复杂结构部分的模具和主体部分的模具，根据产品强度和外观等要求，选取合适的预浸料片材，根据片材的厚度、克重和面密度参数和产品重量和气密性要求设计复杂结构部分和主体部分的工艺过程。
在本发明的具体实施例子中，步骤二：将拆分出来的所有的复杂结构部分单独成型出来具体包括以下步骤：
根据复杂结构部分成型模具的尺寸大小，剪裁相匹配的预浸料片材，按照工艺设计的铺层顺序对预浸料片材进行铺层，通过加热和加压处理并保持一段时间，降温后取出，得到复杂结构部分的中间产品的成型品。
在本发明的具体实施例子中，所述加热工艺的温度为70～180℃；加热时间为10～120min；
所述加压工艺的施压时间为10～120min；
根据成型工艺和产品厚度的不同，需要不同的压力，所述加压工艺的压力范围为0.1～1MPa、1～10MPa、10～20MPa和大于20MPa范围的至少其中一种。
在本发明的具体实施例子中，所述步骤三中前期处理包括喷砂、粗化、数控机床加工和手加工中的至少其中一种。
在本发明的具体实施例子中，所述步骤三中定位方法包括螺丝固定、主体模具固定、片胶固定和预浸料片材搭接的至少其中一种。
在本发明的具体实施例子中，所述步骤四中主体部分产品按照一般成型工艺正常成型具体包括以下步骤：
根据主体模具的尺寸大小，剪裁相匹配的预浸料片材，将复杂结构部分中间产品固定到主体模具中，按照设计的铺层顺序对片材进行铺层，通过加热和加压处理并保持一段时间，降温后取出，得到二次成型的产品；
加热工艺的温度为70～180℃；加热时间为10～120min；
加压工艺的施压时间为10～120min；
根据成型工艺和产品厚度的不同，需要不同的压力，压力范围为0.1～1MPa、1～10MPa、10～20MPa和大于20MPa范围的至少其中一种。
在本发明的具体实施例子中，所述预浸料片材为连续玻璃纤维、碳纤维或芳纶增强的树脂预浸料片材中的一种。
本发明的积极进步效果在于：本发明提供的复合材料的二次成型工艺，在不使用胶合的情况下完成产品的制作，降低了模具设计的复杂性；通过本工艺制作的产品性能稳定，强度明显高于现有技术；拓宽了复合材料产品的应用；简化了复杂产品成型过程的工序。
附图说明
图1为本发明的复杂结构复合材料二次成型工艺的工艺流程图；
图2-1为本发明的复杂结构部分成型得到的中间产品的正面示意图。
图2-2为本发明的复杂结构部分成型得到的中间产品的背面示意图。
图2-3为本发明的复杂结构部分成型得到的中间产品的侧面示意图。
图3为本发明的主体部分模具图中的复杂结构位置示意图；
图4为本发明提供的复杂结构复合材料二次成型产品的整体结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图给出本发明较佳实施例，以详细说明本发明的技术方案。
图1为本发明的复杂结构复合材料二次成型工艺的工艺流程图；如图1所示：本发明提供的复合材料的二次成型工艺，包括如下步骤：
步骤一：将结构复杂产品的结构进行拆分，将结构复杂产品的复杂结构部分单独拆分出来；步骤一中将结构复杂产品的结构进行拆分，将结构复杂产品的复杂结构部分单独拆分出来具体包括以下步骤：
根据复杂结构部分和主体部分的形状，考虑复杂结构的定位、模具开闭合理性、产品成型温度均匀、易脱模和易铺料因素设计复杂结构部分的模具和主体部分的模具，根据产品强度和外观等要求，选取合适的预浸料片材，根据片材的厚度、克重和面密度参数和产品重量和气密性要求设计复杂结构部分和主体部分的工艺过程。
步骤二：将步骤一中拆分出来的所有的复杂结构部分单独成型出来，得到复杂结构部分的中间产品；具体包括以下步骤：根据复杂结构部分成型模具的尺寸大小，剪裁相匹配的预浸料片材，按照工艺设计的铺层顺序对预浸料片材进行铺层，通过加热和加压处理并保持一段时间，降温后取出，得到复杂结构部分的中间产品的成型品。加热工艺的温度为70～180℃；加热时间为10～120min；加压工艺的施压时间为10～120min；根据成型工艺和产品厚度的不同，需要不同的压力，所述加压工艺的压力范围为0.1～1MPa、1～10MPa、10～20MPa和大于20MPa范围的至少其中一种，参见图2-1、2-2、2-3。
本发明的步骤一和二中复杂结构部分包括曲面、孔洞结构及一些凹槽和凸台。
步骤三：将步骤二中复杂结构部分的中间产品做前期处理并通过定位方法定位到主体模具中；步骤三中前期处理包括喷砂、粗化、数控机床加工和手加工中的至少其中一种。步骤三中定位方法包括螺丝固定、主体模具固定、片胶固定和预浸料片材搭接的至少其中一种(参见图3)。
步骤四：将所有的带有复杂结构部分的中间产品一起组成的主体部分按照一般成型工艺正常成型，得到成品。步骤四中主体部分产品按照一般成型工艺正常成型具体包括以下步骤：
根据主体模具的尺寸大小，剪裁相匹配的预浸料片材，将复杂结构部分中间产品固定到主体模具中，按照设计的铺层顺序对片材进行铺层，通过加热和加压处理并保持一段时间，降温后取出，得到二次成型的产品；
加热工艺的温度为70～180℃；加热时间为10～120min；
加压工艺的施压时间为10～120min；
根据成型工艺和产品厚度的不同，需要不同的压力，压力范围为0.1～1MPa、1～10MPa、10～20MPa和大于20MPa范围的至少其中一种。
上面的预浸料片材为连续玻璃纤维、碳纤维或芳纶增强的树脂预浸料片材中的一种。
本发明的步骤二和四中成型工艺包括模压、袋压和热压罐成型。
下面是一个具体的实施例子：以连续碳纤维增强环氧树脂预浸料片材为原料，复杂结构部分首先一次成型得到中间产品，将中间产品固定到主体模具中，连同中间产品一起的主体二次成型得到成品。具体的步骤如下：
步骤一：根据复杂结构部分和其余主体部分的形状，考虑复杂结构的定位、模具开闭合理性、产品成型温度均匀、易脱模和易铺料等因素设计复杂结构部分的模具和其余主体部分的模具，根据产品强度和外观等要求，选取合适的预浸料片材，根据片材的厚度、克重和面密度等参数和产品重量和气密性等要求设计复杂结构部分的工艺过程。
步骤二：根据复杂结构部分成型模具的尺寸大小，剪裁相匹配的连续碳纤维增强环氧树脂预浸料片材，按照工艺设计的铺层顺序对片材进行铺层，采用模压的工艺，在130～150℃的温度，2～4MPa的压力下保持30～60min，降温至20～50℃取出，得到复杂结构部分的中间产品的成型品。
步骤三：将复杂结构部分的中间产品经过数控机床加工和手加工，在中间产品的背部加工出固定位置的螺丝孔，表面粗化处理，用螺丝锁紧到主体模具的相应位置中。
步骤四：根据主体模具的尺寸大小，剪裁相匹配的预浸料片材，按照设计的铺层顺序对片材进行铺层，采用袋压的工艺，在130～150℃的温度，0.6～1.2MPa的内部压力和4～6MPa的外部压力下保持30～90min，降温至20～50℃取出，得到成型品。
图1给出了复杂结构的复合材料二次成型的工艺流程图。图2-1、2-2、2-3给出了复杂结构部分经过第一次成型工艺得到的中间产品，一次成型得到的中间产品经过加工处理得到4个用于固定位置的螺丝孔，如图2-2所示。图3给出了主体模具的复杂结构部分局部图，图中4个孔用于锁紧中间产品，以达到固定复杂结构位置中间产品的目的。图4给出了连同复杂结构部分中间产品一起二次成型得到的产品图。经过上述步骤得到的复杂结构复合材料的二次成型产品，复杂结构部分强度与主体部分的强度相同，简化了成型的工序过程。
本发明提供的复杂结构复合材料的二次成型工艺，在不使用胶合的情况下完成产品的制作，提高了产品的强度和高温稳定性，简化了复杂产品成型过程的工序，提高了效率；并且该发明还降低了加工难度，节约了成本，有利于市场的推广与应用。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内，本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (10)
1.一种复合材料的二次成型工艺，其特征在于：所述复合材料的二次成型工艺包括如下步骤：
步骤一：将结构复杂产品的结构进行拆分，将结构复杂产品的复杂结构部分单独拆分出来；
步骤二：将步骤一中拆分出来的所有的复杂结构部分单独成型出来，得到复杂结构部分的中间产品；
步骤三：将步骤二中复杂结构部分的中间产品做前期处理并通过定位方法定位到主体模具中；
步骤四：将所有的带有复杂结构部分的中间产品一起组成的主体部分按照一般成型工艺正常成型，得到成品。
2.根据权利要求1所述的复合材料的二次成型工艺，其特征在于：步骤二和四中成型工艺包括模压、袋压和热压罐成型。
3.根据权利要求1所述的复合材料的二次成型工艺，其特征在于：步骤一和二中复杂结构部分包括曲面、孔洞结构及一些凹槽和凸台。
4.根据权利要求1所述的复合材料的二次成型工艺，其特征在于：步骤一中将结构复杂产品的结构进行拆分，将结构复杂产品的复杂结构部分单独拆分出来具体包括以下步骤：
根据复杂结构部分和主体部分的形状，考虑复杂结构的定位、模具开闭合理性、产品成型温度均匀、易脱模和易铺料因素设计复杂结构部分的模具和主体部分的模具，根据产品强度和外观等要求，选取合适的预浸料片材，根据片材的厚度、克重和面密度参数和产品重量和气密性要求设计复杂结构部分和主体部分的工艺过程。
5.根据权利要求1所述的复合材料的二次成型工艺，其特征在于：步骤二：将拆分出来的所有的复杂结构部分单独成型出来具体包括以下步骤：
根据复杂结构部分成型模具的尺寸大小，剪裁相匹配的预浸料片材，按照工艺设计的铺层顺序对预浸料片材进行铺层，通过加热和加压处理并保持一段时间，降温后取出，得到复杂结构部分的中间产品的成型品。
6.根据权利要求5所述的复合材料的二次成型工艺，其特征在于：所述加热工艺的温度为70～180℃；加热时间为10～120min；
所述加压工艺的施压时间为10～120min；
根据成型工艺和产品厚度的不同，需要不同的压力，所述加压工艺的压力范围为0.1～1MPa、1～10MPa、10～20MPa和大于20MPa范围的至少其中一种。
7.根据权利要求1所述的复合材料的二次成型工艺，其特征在于：所述步骤三中前期处理包括喷砂、粗化、数控机床加工和手加工中的至少其中一种。
8.根据权利要求1所述的复合材料的二次成型工艺，其特征在于：所述步骤三中定位方法包括螺丝固定、主体模具固定、片胶固定和预浸料片材搭接的至少其中一种。
9.根据权利要求1所述的复合材料的二次成型工艺，其特征在于：所述步骤四中主体部分产品按照一般成型工艺正常成型具体包括以下步骤：
根据主体模具的尺寸大小，剪裁相匹配的预浸料片材，将复杂结构部分中间产品固定到主体模具中，按照设计的铺层顺序对片材进行铺层，通过加热和加压处理并保持一段时间，降温后取出，得到二次成型的产品；
加热工艺的温度为70～180℃；加热时间为10～120min；
加压工艺的施压时间为10～120min；
根据成型工艺和产品厚度的不同，需要不同的压力，压力范围为0.1～1MPa、1～10MPa、10～20MPa和大于20MPa范围的至少其中一种。
10.根据权利要求9所述的复合材料的二次成型工艺，其特征在于：所述预浸料片材为连续玻璃纤维、碳纤维或芳纶增强的树脂预浸料片材中的一种。
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