CN109927316A - 一种复合材料工字梁的批量成型方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种复合材料工字梁的批量成型方法。本发明包括：对长方体模具的多个表面预浸料铺贴、对槽型模具的底面铺贴预浸料、将盒状预成型体成对地放置在槽型模具内的各预浸料下铺贴段的上方、在各对盒状预成型体的上方分段铺贴预浸料、利用封装制袋对槽型模具中带有预浸料下铺贴段和预浸料上铺贴段的各对盒状预成型体抽真空、对槽型模具中带有预浸料下铺贴段和预浸料上铺贴段的各对盒状预成型体进行固化成型、对固化成型得到的复合材料工字梁型坯进行批量脱模、对复合材料工字梁型坯进行余料裁剪。本发明使复合材料工字梁一体成型，相较于分体成型的工字梁，拥有更高的强度和更长的使用寿命；同时可一次成型多个工字梁，有效提高了生产效率。

Description

一种复合材料工字梁的批量成型方法

技术领域

本发明涉及复合材料成型技术，特别涉及一种复合材料工字梁的批量成型方法。

背景技术

目前，复合材料工字梁的成型主要有两种方法：第一种是分体式成型方法，分别制备出上下横板和中间的腹板，然后通过螺栓或粘接的方法成型，这种成型工序较繁琐，会破坏工字梁的强度，降低其使用寿命，同时粘接处容易发生断裂；第二种是整体成型方法，这种方法克服了打孔连接造成的材料损伤，增强工字梁的强度,但其模具结构较复杂，且一次只能成型一个。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种复合材料工字梁的批量成型方法，模具结构简单，工字梁强度高，同时能够有效提供工字梁的生产效率。

本发明中，上述批量成型方法可以具体包括：

步骤1、对长方体模具的多个表面预浸料铺贴，以形成具有单面开口的盒状预成型体；

步骤2、对槽型模具的底面铺贴预浸料，以形成间隔分布的多个预浸料下铺贴段；其中，每个预浸料铺贴段的长度为盒状预成型体在垂直于开口的方向上的尺寸的两倍；

步骤3、将盒状预成型体成对地放置在槽型模具内的各预浸料下铺贴段的上方，其中，每对盒状预成型体的开口反向放置；

步骤4、在各对盒状预成型体的上方分段铺贴预浸料，以形成在每对盒状预成型体的上方连续沿伸的预浸料上铺贴段；

步骤5、利用封装制袋对槽型模具中带有预浸料下铺贴段和预浸料上铺贴段的各对盒状预成型体抽真空；

步骤6、对槽型模具中带有预浸料下铺贴段和预浸料上铺贴段的各对盒状预成型体进行固化成型；

步骤7、对固化成型得到的复合材料工字梁型坯进行批量脱模；

步骤8、对复合材料工字梁型坯进行余料裁剪。

可选地，所述步骤1在形成每个盒状预成型体之前，进一步包括在长方体模具的表面涂覆脱模辅助层；并且，所述步骤2在批量形成多个预浸料下铺贴段之前，进一步包括在槽型模具的底面涂覆脱模辅助层。

可选地，所述步骤1、所述步骤2以及所述步骤4的预浸料铺贴均为多层铺贴。

可选地，所述步骤1、所述步骤2以及所述步骤4执行多层铺贴的层数相同。

可选地，所述批量成型方法在所述步骤1和所述步骤2之间进一步包括：利用制袋封装对在长方体模具的多个表面铺贴形成的盒状预成型体进行预抽真空。

可选地，所述批量成型方法在所述步骤1和所述步骤2之间进一步包括：将长方体模具从盒状预成型体中取出。

可选地，所述批量成型方法在所述步骤3和所述步骤4之间进一步包括：在每对盒状预成型体的拼缝处补料。

可选地，所述批量成型方法在所述步骤4和所述步骤5之间进一步包括：在每对盒状预成型体的预浸料上铺贴段上方放置均压板。

可选地，所述步骤6包括在预定压力的恒压条件下执行的如下步骤：

以预设的升温速率升温至第一目标温度；

在第一目标温度下进行第一预定时长的保温；

以预定的升温速率二次升温至第二目标温度；

在第二目标温度下进行第二预定时长的保温。

可选地，所述步骤6剪裁的余料为复合材料工字梁型坯的对应于槽型模具的两侧壁的成型部分。

基于上述实施例，本申请具有如下有益效果：

1、一次可成型多个工字梁，有效提高了生产效率。

2、复合材料工字梁一体成型，相较于分体成型的工字梁，拥有更高的强度和更长的使用寿命。

3、模具为长方体模具和槽型模具，结构简单，容易加工成型。

附图说明

以下附图仅对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。

图1为实施例1中复合材料工字梁批量成型流程图；

图2为长方体模具示意图；

图3a和图3b为实施例1中预成型体示意图；

图4为槽型模具示意图；

图5为实施例1中下铺贴段示意图；

图6为实施例1中预成型体在槽型模具中的摆放示意图；

图7a和图7b为实施例1中上铺贴段的正面和左侧视图；

图8为工字梁成品；

图9为实施例2中复合材料工字梁批量成型流程图；

图10为实施例3中复合材料工字梁批量成型流程图；

图11为实施例4中复合材料工字梁批量成型流程图；

图12a和图12b为实施例4中均压板放入有预成型体的带料槽型模具的顶面的正面和左侧视图；

图13为实施例5中碳纤维工字梁批量成型流程图；

图14为实施例5中预成型体4层预浸料的示意图。

标号说明

10 长方体模具

20 预成型体

21 上铺贴段

30 槽型模具

31 下铺贴段

40 工字梁成品

50 均压板

具体实施方式

为了对发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明的具体实施方式，在各图中相同的标号表示相同的部分。

在本文中，“示意性”表示“充当实例、例子或说明”，不应将在本文中被描述为“示意性”的任何图示、实施方式解释为一种更优选的或更具优点的技术方案。

为使图面简洁，各图中的只示意性地表示出了与本发明相关部分，而并不代表其作为产品的实际结构。另外，以使图面简洁便于理解，在有些图中具有相同结构或功能的部件，仅示意性地绘示了其中的一个，或仅标出了其中的一个。

在本文中，“第一”、“第二”等仅用于彼此的区分，而非表示重要程度及顺序、以及互为存在的前提等。

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举实施例，对本发明进一步详细说明。

实施例1

图1为本实施例中复合材料工字梁批量成型流程图，一种复合材料工字梁的批量成型方法可以包括：

S110：对长方体模具的多个表面预浸料铺贴。

本实施例中，长方体模具10为2对，对长方体模具10的多个表面预浸料铺贴，形成2对具有单面开口的盒状预成型体20。

其中，长方体模具10如图2所示，材质可为PVC(聚氯乙烯)材料、PMI(聚甲基丙烯酰亚胺)材料、代木材料或者钢材，本实施例中优选地选择价格低廉、加工简单、可循环利用的PVC材料。

虽然图3a和3b中示出的预成型体20附着于长方体模具10，但预成型体20经本步骤成型后，可以将长方体模具10从预成型体20中取出，以便于在对预成型体20执行后续工艺的过程中仍可以利用取出的长方体模具10继续制作新的预成型体，从而更有利于实际生产过程的效率。

S120：对槽型模具的底面铺贴预浸料，以形成间隔分布的多个预浸料下铺贴段。

对槽型模具30的底面铺贴预浸料，以形成间隔分布的多个预浸料下铺贴段31；其中，每个预浸料铺贴段的长度为盒状预成型体20在垂直于开口的方向上的尺寸的两倍；

槽型模具30如图4所示，材质为钢材，本实施例中优选地选择45#钢材。

如图5所示，在本实施例中，下铺贴段31之间的间隔为80mm～150mm，方便后续的余料裁剪。

S130：将盒状预成型体成对地放置在槽型模具内的各预浸料下铺贴段的上方。

如图6所示，将盒状预成型体20成对地放置在槽型模具30内的各预浸料下铺贴段31的上方，其中，每对盒状预成型体20的开口反向放置。并且，从图6中示出的盒状预成型体20中已取出长方体模具，但这并不排斥盒状预成型体20以附着于长方体模具10的方式放置于槽型模具30的情况。

S140：在各对盒状预成型体的上方分段铺贴预浸料。

如图7a和7b所示，在各对盒状预成型体20的上方分段铺贴预浸料，以形成在每对盒状预成型体的上方连续沿伸的预浸料上铺贴段21。

S150：利用封装制袋对槽型模具中带有预浸料下铺贴段和预浸料上铺贴段的各对盒状预成型体抽真空。

抽真空的过程如下：

对槽型模具30中带有预浸料下铺贴段31和预浸料上铺贴段21的各对盒状预成型体20封装制袋；

对封装内的预浸料进行抽真空。

其中，抽真空时间为10min～20min。

S160：对槽型模具中带有预浸料下铺贴段和预浸料上铺贴段的各对盒状预成型体进行固化成型。

S170：对固化成型得到的复合材料工字梁型坯进行批量脱模。

S180：对复合材料工字梁型坯进行余料裁剪。

在后续S160、S170和S180工序中，选择热压罐对铺贴的预浸料进行固化成型，用机加工切割设备对脱模后的2个工字梁型坯进行余料裁剪，最终得到2个复合材料工字梁40，如图8所示。

实施例2

图9为本实施例中复合材料工字梁批量成型流程图，相较于实施例1中如图1所示的流程图，在进行所述工序S110之前，进一步包括工序S100：在形成每个盒状预成型体之前，在长方体模具10的表面涂覆脱模辅助层；和工序S115：在批量形成多个预浸料下铺贴段之前，在槽型模具30的底面涂覆脱模辅助层。

可选地脱模辅助层包括带胶脱模布、隔离膜或者脱模剂，其中脱模剂相较于带胶脱模布和隔离膜具有成本低和铺贴方便的优势。

由于脱模剂与PVC材料粘接强度不够，同时在满足工艺要求的基础上，本实施例选择在PVC材质的长方体模具10的表面铺贴1层带胶脱模布，在45#钢材质的槽型模具30的内表面涂覆2遍脱模剂。

通过上述S100工序，使长方体模具10更容易从预浸料铺贴中去除，从而使形成预成型体20更容易，减少对预成型体20的损伤和长方体模具10带料的情况。

通过上述S115工序，可有效减少复合材料工字梁型坯在批量脱模的过程中的损伤，同时，提高批量脱模的效率。

实施例3

图10为本实施例中复合材料工字梁批量成型流程图，相较于实施例1中如图1所示的流程图，在进行所述工序S120之前，进一步包括工序S117：利用制袋封装对在长方体模具的多个表面铺贴形成的盒状预成型体20进行预抽真空。

主要包括：将盒状预成型体20进行制袋封装；

对封装内的预浸料进行预抽真空；

在预抽真空完成之后剥除封装。

抽真空时间控制在10min～20min。该工序中采用成本较低的封装袋，初步脱除预浸料中的气体，降低盒状预成型体20的孔隙率。

实施例4

图11为本实施例中复合材料工字梁批量成型流程图，相较于实施例1中如图1所示的流程图，在进行所述工序S150之前，进一步包括工序S145：在每对盒状预成型体20的预浸料上铺贴段21上方放置均压板50。

如图12a和12b所示，均压板50尺寸、数量与上铺贴段21的尺寸、数量相同。均压板50与槽型模具30相配合，使预成型体20受压均匀，从而减少预成型体在固化成型过程的形变。

实施例5

图13为本实施例中碳纤维工字梁批量成型流程图，一种碳纤维工字梁批量成型的方法可以包括：

S500：在长方体模具的表面涂覆脱模辅助层。

本实施例选择在PVC材质的长方体模具10的表面铺贴1层带胶脱模布。

S510：对长方体模具的多个表面多层预浸料铺贴。

其中预浸料铺贴多层，且每层预浸料厚度为0.2mm～0.3mm。通过自由选择铺贴层数来满足工字梁的设计需求。

本实施例中由于预成型体20、下铺贴段31和上铺贴段21的预浸料均为4层，所以只对预成型体20的预浸料做局部视图，如图14所示；同时图14中所示填充只是为了区别显示，并不代表铺贴方式。

S515：在槽型模具的底面涂覆脱模辅助层。

本实施例选择在45#钢材质的槽型模具30的内表面涂覆2遍脱模剂。

S516：将长方体模具从盒状预成型体中取出。

拥有5个面的预成型体20强度比较高，能够满足后续抽真空和固化成型的强度需要。

长方体模具10从预成型体20中取出后，可以继续进行预成型体的制备，而不影响预成型体后续成型工序，从而，提高了长方体模具的利用率和生产效率。

S517：利用制袋封装对在长方体模具的多个表面铺贴形成的盒状预成型体进行预抽真空。

本工序请参考实施例3中的S117工序。同时由于本实施例中预成型体20为多层预浸料铺贴，预抽真空可以脱除预浸料层之间的空气，使预浸料层之间更紧密。

S520：对槽型模具的底面铺贴多层预浸料，以形成间隔分布的多个预浸料下铺贴段。

请回看实施例1中的图5，本工序请参考实施例1中的S120工序，本实施例中下铺贴段31的预浸料为4层。

S530：将盒状预成型体成对地放置在槽型模具内的各预浸料下铺贴段的上方。

本工序请参考实施例1中的工序S130。

S535：在每对盒状预成型体的拼缝处补料。

本实施例采用在每对带料长方体模具的拼缝处填充单向带的方式补料，其中，单向带为与预浸料材质相同的竖条型碳纤维织物。长方体模具在多层预浸料铺贴后，边角呈圆角而不在是直角，这就造成每对预成型体的拼缝处出现空隙，如果不采用补料的方式会造成碳纤维工字梁缺胶的现象，降低工字梁的强度。

S540：在各对盒状预成型体的上方分段铺贴多层预浸料。

请回看实施例1中的图7a和图7b，本工序请参考实施例1中的S140工序。本实施例中上铺贴段为4层。

通过上述工序的预浸料铺贴的方式可知，工字梁的两排横板和腹板都为4+4层预浸料组成，每段槽型模具30内下铺贴段31、每段上铺贴段21和预成型体20的4层预浸料都为连续的整体预浸料，这就使得成型的工字梁整体性更强、强度更高。

同时，下铺贴段31和上铺贴段21还有桥接每对预成型体20的作用。

S545：在每对盒状预成型体的预浸料上铺贴段上方放置均压板。

请回看实施例4中的图12a和12b，本工序请参考实施例4中的S145工序。同时，在盖均压板之前要在二次铺贴预浸料的顶表面设置隔离膜，防止在脱模过程对工字梁型坯造成损伤。

S550：利用封装制袋对槽型模具中带有预浸料下铺贴段和预浸料上铺贴段的各对盒状预成型体抽真空。

本工序请参考实施例1中的S150工序。

S560：对槽型模具中带有预浸料下铺贴段和预浸料上铺贴段的各对盒状预成型体进行固化成型。

其中，固化成型包括在预定压力的恒压条件下执行的如下步骤：

以预设的升温速率升温至第一目标温度；

在第一目标温度下进行第一预定时长的保温；

以预定的升温速率二次升温至第二目标温度；

在第二目标温度下进行第二预定时长的保温。

本实施例中，选择在热压罐中固化成型，其中，预定压力设置为0.5Mpa，预定升温速率为2～3℃/min，保温的第一/第二预定时长都为1h。

S570：对固化成型得到的碳纤维工字梁型坯进行批量脱模。

将固化成型后的模具剥除封装，并脱模得到工字梁型坯。

S580：对碳纤维工字梁型坯进行余料裁剪。

请回看实施例1中的图8，将脱模后的工字梁型坯放置在机加工切割设备上切除前后两个端面，其他位置边缘打磨，从而得到2个碳纤维工字梁40。

上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施方式的具体说明，而并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施方案或变更，如特征的组合、分割或重复，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种复合材料工字梁的批量成型方法，其特征在于，包括：

步骤1、对长方体模具的多个表面预浸料铺贴，以形成具有单面开口的盒状预成型体；

步骤2、对槽型模具的底面铺贴预浸料，以形成间隔分布的多个预浸料下铺贴段；其中，每个预浸料铺贴段的长度为盒状预成型体在垂直于开口的方向上的尺寸的两倍；

步骤3、将盒状预成型体成对地放置在槽型模具内的各预浸料下铺贴段的上方，其中，每对盒状预成型体的开口反向放置；

步骤4、在各对盒状预成型体的上方分段铺贴预浸料，以形成在每对盒状预成型体的上方连续沿伸的预浸料上铺贴段；

步骤5、利用封装制袋对槽型模具中带有预浸料下铺贴段和预浸料上铺贴段的各对盒状预成型体抽真空；

步骤6、对槽型模具中带有预浸料下铺贴段和预浸料上铺贴段的各对盒状预成型体进行固化成型；

步骤7、对固化成型得到的复合材料工字梁型坯进行批量脱模；

步骤8、对复合材料工字梁型坯进行余料裁剪。

2.根据权利要求1所述的批量成型方法，其特征在于，所述步骤1在形成每个盒状预成型体之前，进一步包括在长方体模具的表面涂覆脱模辅助层；并且，所述步骤2在批量形成多个预浸料下铺贴段之前，进一步包括在槽型模具的底面涂覆脱模辅助层。

3.根据权利要求1所述的批量成型方法，其特征在于，所述步骤1、所述步骤2以及所述步骤4的预浸料铺贴均为多层铺贴。

4.根据权利要求3所述的批量成型方法，其特征在于，所述步骤1、所述步骤2以及所述步骤4执行多层铺贴的层数相同。

5.根据权利要求1所述的批量成型方法，其特征在于，所述批量成型方法在所述步骤1和所述步骤2之间进一步包括：利用制袋封装对在长方体模具的多个表面铺贴形成的盒状预成型体进行预抽真空。

6.根据权利要求1所述的批量成型方法，其特征在于，所述批量成型方法在所述步骤1和所述步骤2之间进一步包括：将长方体模具从盒状预成型体中取出。

7.根据权利要求1所述的批量成型方法，其特征在于，所述批量成型方法在所述步骤3和所述步骤4之间进一步包括：在每对盒状预成型体的拼缝处补料。

8.根据权利要求1所述的批量成型方法，其特征在于，所述批量成型方法在所述步骤4和所述步骤5之间进一步包括：在每对盒状预成型体的预浸料上铺贴段上方放置均压板。

9.根据权利要求1所述的批量成型方法，其特征在于，所述步骤6包括在预定压力的恒压条件下执行的如下步骤：

以预设的升温速率升温至第一目标温度；

在第一目标温度下进行第一预定时长的保温；

以预定的升温速率二次升温至第二目标温度；

在第二目标温度下进行第二预定时长的保温。

10.根据权利要求1所述的批量成型方法，其特征在于，所述步骤6剪裁的余料为复合材料工字梁型坯的对应于槽型模具的两侧壁的成型部分。