CN109986800A - 一种利用可熔金属模具制造进气道的方法 - Google Patents

一种利用可熔金属模具制造进气道的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种利用可熔金属模具制造进气道的方法，包括：制造进气道外形模具；确定用于制造进气道的复合材料基材；确定用于制造可熔金属模具的金属材料；将所述金属材料熔化并灌注于进气道外形模具内，得到可熔金属模具作为阳模；将复合材料基材铺覆在阳模上，将铺覆完成的坯料成型，成型后升温固化，固化后继续升温以熔化阳模，得到进气道；选择具有如下熔化温度的金属材料：熔化温度高于复合材料基材的固化温度，且在该熔化温度下进气道的性能不受影响。本发明提供的方法具有制造简便、可适应复杂结构进气道等的特点，而且加工工艺简单，性能稳定，减少了后期维护成本。

Description

一种利用可熔金属模具制造进气道的方法
技术领域
本发明涉及复合材料构件制造技术领域，尤其涉及一种利用可熔金属模具制造进气道的方法。
背景技术
复合材料由于具有比强度高、比刚度大、便于大面积整体成型、可大大降低构件重量等诸多优点而被广泛应用于飞机气动系统中的进气道。进气道要求内表面必须光顺，故必须依托模具成型。在复合材料进气道制造领域，金属材料常被用作进气道成型用的模具。然而，常用金属模具在使用时有其局限性，例如：对于一些封闭型腔、复杂型腔或中空结构的进气道，如采用金属模具往往需要多块结合而成，不但设计复杂，制造费用高、周期长，而且不易保证尺寸精度、脱模困难。
有鉴于此，特提出本发明。
发明内容
本发明的目的是提供一种利用可熔金属模具制造进气道的方法，该方法具备成型进气道方便，同时具有适应复杂结构进气道、工艺性稳定的特点。
为了实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：
一种利用可熔金属模具制造进气道的方法，所述方法包括如下步骤：
(1)制造进气道外形模具；
(2)确定用于制造进气道的复合材料基材；
(3)确定用于制造可熔金属模具的金属材料；
(4)将所述金属材料熔化并灌注于进气道外形模具内，得到可熔金属模具作为阳模；
(5)将复合材料基材铺覆在阳模上，将铺覆完成的坯料成型，成型后升温固化，固化后继续升温以熔化阳模，得到进气道；
其中，在步骤(3)中选择具有如下熔化温度的金属材料：熔化温度高于复合材料基材的固化温度，且在该熔化温度下进气道的性能不受影响。
优选地，在步骤(2)中，根据进气道力学性能、电性能选择复合材料，再确定可形成所述复合材料的基材，所述基材包含纤维增强体和固化树脂。
优选地，所述复合材料基材为环氧树脂玻璃布或碳纤维预浸料。
优选地，所述金属材料选自铋、锡、镓、铟、铅、镉中的多种组成的合金；
优选地，所述金属材料是由铋、铅、锡、镉组成的合金。
优选地，所述金属材料中各个组分的含量为：铋50-55重量份、铅25-28重量份、锡5-10重量份、镉3-5重量份。
优选地，所述成型方法采用模压成型、袋压成型、热压罐成型中的任一种。
优选地，在步骤(4)中，灌注金属材料之前在所述进气道外形模具的内型面上涂覆脱模剂；可选地，所述脱模剂采用聚四氟乙烯脱模剂。
优选地，在步骤(4)中，将熔化的所述金属材料多次灌注至所述进气道外形模具内。
优选地，在步骤(4)中，将所述金属材料熔化并灌注于进气道外形模具内，冷却、开模后得到可熔金属模具初品，将所述初品进行表面抛光，得到所述可熔金属模具。
优选地，在步骤(3)中选择具有如下熔化温度的金属材料：熔化温度高于复合材料基材的固化温度，且在该熔化温度下进气道的性能不受影响，其中，所述性能包含进气道的力学性能和电性能。
有益效果
本发明的上述技术方案具有如下优点：
本方法制作进气道产品，不受进气道外形结构制约，可成型不同尺寸、不同外形及异形结构的进气道；增加了进气道成型方法，使热压罐成型、模压成型利用到进气道成型中；扩宽了进气道产品材料种类，由于成型方法增多，进气道可选用材料随之增加，进一步提高了进气道性能，更好的适应各种弹体结构设计要求。
本发明通过调整各金属比例，改变熔解合金温度，适应复合材料进气道固化温度，且溶解模具的温度不会对进气道产品性能产生影响。
本发明提供的方法具有制造简便、可适应复杂结构进气道等的特点，而且加工工艺简单，性能稳定，减少了后期维护成本。
附图说明
图1是进气道固化程度随温度变化示意图，横坐标为时间，单位为min，纵坐标为温度，单位为℃；
图2是可熔金属模具熔化程度随温度变化示意图，横坐标为温度，单位为℃，纵坐标为熔化程度，单位为％。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例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的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供了一种利用可熔金属模具制造进气道的方法，所述方法包括如下步骤：
(1)制造进气道外形模具。该步骤可以参考现有方法，本发明对此不再详述。需要说明的是，若进气道外形模具需要组装，则在后续的使用过程中需要先组装成型。
(2)确定用于制造进气道的复合材料基材。在步骤(2)中，根据进气道力学性能、电性能选择复合材料，再确定可形成所述复合材料的基材，所述基材包含纤维增强体和固化树脂。进一步优选地，所述复合材料基材为环氧树脂玻璃布或碳纤维预浸料。
(3)确定用于制造可熔金属模具的金属材料。优选地，所述金属材料选自铋、锡、镓、铟、铅、镉中的多种组成的合金，更优选地，所述金属材料是由铋、铅、锡、镉组成的合金。最优选地，所述金属材料中各个组分的含量为：铋50-55重量份(例如，可以为50重量份、51重量份、52重量份、53重量份、54重量份、55重量份)、铅25-28重量份(例如，可以为25重量份、26重量份、27重量份、28重量份)、锡5-10重量份(例如，可以为5重量份、6重量份、7重量份、8重量份、9重量份、10重量份)、镉3-5重量份(例如，可以为3重量份、4重量份、5重量份)。
(4)将所述金属材料熔化并灌注于进气道外形模具内，得到可熔金属模具作为阳模。灌注金属材料之前还可以在所述进气道外形模具的内型面上涂覆脱模剂，所述脱模剂可以采用聚四氟乙烯脱模剂。灌注所述金属材料时，优选将熔化的所述金属材料多次灌注至所述进气道外形模具内，而不是一次成型。另外，将熔化的金属材料灌注至所述进气道外形模具内之后，冷却，可以在室温下冷却4-6小时，然后开模，得到初品，还可以将初品进行表面抛光，得到可用的可熔金属模具成品。
(5)将复合材料基材铺覆在阳模上，可以通过手糊或者机械铺层，将铺覆层得到的坯料成型，成型后升温固化，固化后继续升温以熔化阳模，得到进气道。在本发明提供的技术方案中，成型方法选择多样，可以选用模压成型、袋压成型、热压罐成型中的任一种。
其中，在步骤(3)中选择具有如下熔化温度的金属材料：熔化温度高于复合材料基材的固化温度，且在该熔化温度下进气道的性能不受影响，这里的性能可以包含进气道的力学性能和电性能，“不受影响”是指无变化或者有变化但变化幅度小于1％。
本发明提供的方法是根据金属材料及复合材料在不同温度下熔解度、固化度不同的原理实现的。首先根据需要的外形结构制造进气道外形模具，然后根据进气道力学性能、电性能确定进气道材料，该材料为复合材料，然后确定可用以形成该材料的基材，再依据已确定的基材(包含纤维增强体、树脂固化体系)选择相应熔化温度的金属材料作为制造进气道阳模的材料。
在后续步骤中，在进气道外形模具中灌注熔化后的金属材料制作进气道的阳模，再以阳模为基体，制作进气道产品，利用阳模熔化温度及进气道材料固化温度不同特点成型及脱模，得到所需要的产品。
在一些优选的实施方式中，发明人通过调整各金属比例，改变熔解合金温度，适应复合材料进气道固化温度，且溶解模具的温度不会对进气道产品性能产生影响。具体地，采用环氧树脂玻璃布或碳纤维预浸料作为复合材料基材，采用低熔点的合金作为金属材料(该合金由铋、锡、镓、铟、铅、镉中的多种组成，更优选为由铋、铅、锡和镉组成，最优选为：铋50-55重量份、铅25-28重量份、锡5-10重量份和镉3-5重量份组成)。基材可在50-130℃固化，而上述金属材料可在70-150℃下熔化，并且发明人发现，在70-150℃这一熔化温度条件下，基材固化后得到的进气道的力学性能和电性能不受影响。
以下是本发明列举的实施例。
实施例1
根据进气道的外形结构制造符合要求的进气道外形模具。确定进气道使用基材为中温固化碳纤维预浸料，固化温度130℃，模压成型。中温固化碳纤维预浸料牌号为T300-3K-40B/3068。计算进气道产品内型腔体积大小，根据其体积重量，按比例称取铋5000g、铅2500g、锡500g、镉300g作为金属材料。因为牌号为T300-3K-40B/3068的中温固化碳纤维预浸料在140℃～150℃时，其力学性能，电性能无变化，且上述组成的金属材料的熔点在140℃～150℃，故选择150℃为脱模温度。
将上述金属材料各组分混合后置于熔炉中，升温至150℃，使各组分充分熔化。将进气道外形模具组装成型，内型面涂刷聚四氟乙烯脱模剂。将熔化后的金属材料均匀灌注至进气道外形模具内，多次浇注，不可以一次成型。将浇注完毕的模具冷却至室温，开模，取出成型后的金属阳模初品，置于定位型架内，进行表面抛光，得到可熔金属模具，将这一模具作为成型阳模使用。
将牌号为T300-3K-40B/3068的中温固化碳纤维预浸料均匀铺敷在阳模上，模压成型。将成型产品升温130℃进行固化，固化成型后，调节温度至150℃，使阳模熔化，成功制得进气道产品。
从图1和图2中可以看出，进气道材料在130℃下可充分固化成型，而可熔金属模具在150℃下可完全熔化。
实施例2
根据进气道的外形结构制造符合要求的进气道外形模具。确定进气道使用基材为中温固化碳纤维预浸料，固化温度130℃，模压成型。中温固化碳纤维预浸料牌号为T300-3K-40B/3068。计算进气道产品内型腔体积大小，根据其体积重量，按比例称取铋5200g、铅2700g、锡700g、镉400g作为金属材料。因为牌号为T300-3K-40B/3068的中温固化碳纤维预浸料在140℃～150℃时，其力学性能，电性能无变化，且上述组成的金属材料的熔点在140℃～150℃，故选择150℃为脱模温度。
将上述金属材料各组分混合后置于熔炉中，升温至150℃，使各组分充分熔化。将进气道外形模具组装成型，内型面涂刷聚四氟乙烯脱模剂。将熔化后的金属材料均匀灌注至进气道外形模具内，多次浇注，不可以一次成型。将浇注完毕的模具冷却至室温，开模，取出成型后的金属阳模初品，置于定位型架内，进行表面抛光，得到可熔金属模具，将这一模具作为成型阳模使用。
将牌号为T300-3K-40B/3068的中温固化碳纤维预浸料均匀铺敷在阳模上，模压成型。将成型产品升温130℃进行固化，固化成型后，调节温度至150℃，使阳模熔化，成功制得进气道产品。
实施例3
根据进气道的外形结构制造符合要求的进气道外形模具。确定进气道使用基材为中温固化碳纤维预浸料，固化温度130℃，模压成型。中温固化碳纤维预浸料牌号为T300-3K-40B/3068。计算进气道产品内型腔体积大小，根据其体积重量，按比例称取铋5500g、铅2800g、锡1000g、镉500g作为金属材料。因为牌号为T300-3K-40B/3068的中温固化碳纤维预浸料在140℃～150℃时，其力学性能，电性能无变化，且上述组成的金属材料的熔点在140℃～150℃，故选择150℃为脱模温度。
将上述金属材料各组分混合后置于熔炉中，升温至150℃，使各组分充分熔化。将进气道外形模具组装成型，内型面涂刷聚四氟乙烯脱模剂。将熔化后的金属材料均匀灌注至进气道外形模具内，多次浇注，不可以一次成型。将浇注完毕的模具冷却至室温，开模，取出成型后的金属阳模初品，置于定位型架内，进行表面抛光，得到可熔金属模具，将这一模具作为成型阳模使用。
将牌号为T300-3K-40B/3068的中温固化碳纤维预浸料均匀铺敷在阳模上，模压成型。将成型产品升温130℃进行固化，固化成型后，调节温度至150℃，使阳模熔化，成功制得进气道产品。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种利用可熔金属模具制造进气道的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
(1)制造进气道外形模具；
(2)确定用于制造进气道的复合材料基材；
(3)确定用于制造可熔金属模具的金属材料；
(4)将所述金属材料熔化并灌注于进气道外形模具内，得到可熔金属模具作为阳模；
(5)将复合材料基材铺覆在阳模上，将铺覆完成的坯料成型，成型后升温固化，固化后继续升温以熔化阳模，得到进气道；
其中，在步骤(3)中选择具有如下熔化温度的金属材料：熔化温度高于复合材料基材的固化温度，且在该熔化温度下进气道的性能不受影响。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，
在步骤(2)中，根据进气道力学性能、电性能选择复合材料，再确定可形成所述复合材料的基材，所述基材包含纤维增强体和固化树脂。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，
所述复合材料基材为环氧树脂玻璃布或碳纤维预浸料。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，
所述金属材料选自铋、锡、镓、铟、铅、镉中的多种组成的合金；
优选地，所述金属材料是由铋、铅、锡、镉组成的合金。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，
所述金属材料中各个组分的含量为：铋50-55重量份、铅25-28重量份、锡5-10重量份、镉3-5重量份。
6.根据权利要求1至5任一项所述的方法，其特征在于，
所述成型方法采用模压成型、袋压成型、热压罐成型中的任一种。
7.根据权利要求1至6任一项所述的方法，其特征在于，
在步骤(4)中，灌注金属材料之前在所述进气道外形模具的内型面上涂覆脱模剂；可选地，所述脱模剂采用聚四氟乙烯脱模剂。
8.根据权利要求1至7任一项所述的方法，其特征在于，
在步骤(4)中，将熔化的所述金属材料多次灌注至所述进气道外形模具内。
9.根据权利要求1至8任一项所述的方法，其特征在于，
在步骤(4)中，将所述金属材料熔化并灌注于进气道外形模具内，冷却、开模后得到可熔金属模具初品，将所述初品进行表面抛光，得到所述可熔金属模具。
10.根据权利要求1至9任一项所述的方法，其特征在于，
在步骤(3)中选择具有如下熔化温度的金属材料：熔化温度高于复合材料基材的固化温度，且在该熔化温度下进气道的性能不受影响，其中，所述性能包含进气道的力学性能和电性能。
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