CN110481056A - 一种基于rfi工艺的复合材料模具成型方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及复合材料模具成型工艺技术领域，具体涉及一种基于RFI工艺的复合材料模具成型方法，其步骤如下，制备母模‑建立模具堆栈模型‑制备纤维材料层‑制备胶膜‑成型模具‑脱模，首先选取耐高温的材料作用制造母模，并通过母模的模型建立复合材料模具堆栈模型，将复合材料模具堆栈模型中的纤维材料铺层在三维软件中展开，依照展开后的模型制备纤维材料层，将树脂胶液预先凝固在胶膜板上，便于胶膜在上纤维材料层上铺放，避免刮涂纤维材料层而造成纤维方向紊乱，然后在母模上依次铺设胶膜和纤维材料层，最后在特定的设备中对铺放完成的母模进行加温、加压，最终得到高强度的复合材料模具。

Description

一种基于RFI工艺的复合材料模具成型方法
技术领域
本发明涉及复合材料模具成型工艺技术领域，特别是一种基于RFI工艺的复合材料模具成型方法。
背景技术
复合材料制件常常采用热成型工艺来制造，而一般材料制得的模具与复合材料之间的热系数相差太大，导致成型后的零件精度受到极大的影响，因此人们考虑使用复合材料作为模具来制造复合材料零件。
在复合材料成型过程中，一般的操作方法是按照配比称取一定量的环氧树脂及固化剂混合均匀后形成的树脂胶液刮涂在纤维原材料上，将纤维原材料铺设在母体模具上放入到热压罐中进行加温加压，直到复合材料模具成型。
但是直接将纤维原材料铺设在母体模具上，纤维原材料与母体模具难以匹配，增加了后期的裁剪工作量，而且不利于对模型成后的形状控制，且使用刮涂树脂的方法，在铺设过程中易对纤维原材料造成损伤，导致复合材料模具产生空隙、贫胶等缺陷，进而造成复合材料模具的刚度不足、使用寿命低。
综上所述，目前亟需要一种技术方案，解决现有在制造复合材料模具过程中，纤维原材料铺设到母模上纤维原材料与母模的模型不易匹配，且纤维原材料易遭到破坏而导致复合材料模具刚度不足、使用寿命低的技术问题。
发明内容
本发明的发明目的在于：针对现有技术在制造复合材料模具过程中，纤维原材料铺设到母模上纤维原材料与母模的模型不易匹配，且纤维原材料易遭到破坏而导致复合材料模具刚度不足、使用寿命低的技术问题，提供一种基于RFI工艺的复合材料模具成型方法。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种基于RFI工艺的复合材料模具成型方法，其步骤如下，
步骤1、制备母模：在三维软件中建立母模模型，选用环氧代木材料，依据母模模型制得母模；建立出母模模型后，可对母模模型在三维软件中编制出加工程序，在数控机床上加工出母模，复合材料制品与环氧代木材料热膨胀系数差异较小，故而采用环氧代木材料能够提高复合材料模具的精度。
步骤2、建立模具堆栈模型：在三维软件中母模模型上建立出模具堆栈模型，所述模具堆栈模型包括若干个纤维铺层模型，将至少一个所述纤维铺层模型在三维软件中展开成平面；在三维软件中可将纤维铺层模型展开成平面，有利于后续工作中依据展开模型加工纤维材料层。
步骤3、制备纤维材料层：按照步骤2展开后的纤维铺层模型的轮廓制备纤维材料层。
步骤4、制备胶膜：将树脂胶液刮涂在胶膜板上，所述胶膜板用于承载树脂胶液，待树脂胶液凝固后，分离胶膜板，制得胶膜；在树脂胶液与纤维材料层结合时，常规的方法是将树脂胶液刮涂在纤维材料层上，在刮涂树脂胶液的时候会对纤维材料层上的纤维方向造成破坏，导致纤维方向错乱，进而影响成型后的复合材料模具的强度，而本方法是将树脂胶液先刮涂在一张胶膜板上，后续工作中直接将凝固后的胶膜与纤维材料层结合固化，保证了纤维材料层的纤维方向稳定，进而增强了复合材料模具的强度。
步骤5、成型模具：在母模上依次铺放所述胶膜和纤维材料层，加温，加压，使树脂胶液与纤维材料层融合，再冷却至室温，在母模上固化成型复合材料模具；铺设多层胶膜层和多层纤维材料层，并使胶膜层和纤维材料层相间布置，在铺设过程中，可采用抽真空或加温贴合的方式使胶膜与母模贴合，以及使纤维材料层与胶膜贴合，铺放完成后，在特定的设备中对母模及铺放件进行加温加压处理，最终使得复合材料模具在母模上固化成型。
步骤6、脱模：将复合材料模具从母模上脱离，得到复合材料模具。
本发明一种基于RFI工艺的复合材料模具成型方法，首先选取耐高温的材料制造母模，并通过母模的模型建立复合材料模具堆栈模型，将复合材料模具堆栈模型中的纤维材料铺层在三维软件中展开，依照展开后的模型制备纤维材料层，将树脂胶液预先凝固在胶膜板上，便于胶膜在上纤维材料层上铺放，避免刮涂纤维材料层而造成纤维方向紊乱，然后在母模上依次铺设胶膜和纤维材料层，最后在特定的设备中对铺放完成的母模进行加温、加压，最终得到高强度的复合材料模具。
作为本发明的优选方案，所述步骤4和所述步骤5之间还设置有步骤4.1，称重胶膜：通过称重的方式称取与纤维材料层总重量相适配的胶膜。依据设计重量的复合材料模具配比合适的纤维材料和胶膜，使最终成型的复合材料达到一个理想的强度，增加复合材料的使用性能以及寿命。
作为本发明的优选方案，所述步骤3中制得有若干所述纤维材料层，若干所述纤维材料层的纤维方向不完全相同。裁剪不同纤维方向的多个纤维材料层，在后续铺设纤维材料层时，可使相邻的纤维材料层之间保持不同的纤维方向，避免过多纤维方向一致的纤维材料层重叠在一起而导致复合材料模具易断裂，强度不足。
作为本发明的优选方案，所述步骤3包括步骤3.1，加工模板纸：按照纤维铺层模型的轮廓加工模板纸；还包括步骤3.2，裁剪纤维原材料，按照加工后的模板纸的轮廓裁剪纤维原材料，制得若干所述纤维材料层。由于而纤维材料质地较软不宜采用数控加工的方式进行裁剪，故而可选取硬度合适的模板纸其加工到与纤维铺层的形状后，然后依据模板纸的形状使用剪刀或其他裁剪工具对纤维材料进行裁剪，这样得到的纤维材料层其纤维不会遭到破坏，能够保证最终成型的复合材料模具的强度，其中模板纸可以采用牛皮纸或聚酯塑料板等较硬的材料。
作为本发明的优选方案，所述步骤3.3通过调整模板纸与纤维原材料的摆放关系，制得具有不同纤维方向的纤维材料层。
作为本发明的优选方案，所述步骤1和步骤2之间还设置有步骤1.1，打磨母模：对母模进行打磨抛光，使母模表面光顺。在后续的工作中需要依据母模表面来制作复合材料模具，母模表面的质量直接影响到复合材料模具的质量，对母模进行打磨抛光，有利于提高复合材料模具的表面质量。
作为本发明的优选方案，还包括步骤7，安装加强件：在复合材料模具的非贴合母模的一侧表面上设置加强件。
作为本发明的优选方案，所述步骤1至步骤7依次进行。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
1、本发明一种基于RFI工艺的复合材料模具成型方法，通过三维建模的方法制造纤维材料层，是每一层的纤维材料层与母模的形状匹配，避免纤维材料层铺设后对纤维材料层进行修剪工作，减少成型过程中对纤维原材料造成的破坏性操作，并在纤维原材料与树脂胶液结合的过程中，通过预先凝固树脂胶液的方法避免树脂胶液在直接刮涂到纤维材料层时造成的纤维原材料的纤维方向紊乱，从而保证了复合材料模具的强度和使用寿命；
2、依据设计重量的复合材料模具配比合适的纤维材料层和胶膜，使最终成型的复合材料达到一个理想的强度，增加复合材料的使用性能以及寿命；
3、裁剪不同纤维方向的多个纤维材料层，在后续铺设纤维材料层时，可使相邻的纤维材料层之间保持不同的纤维方向，避免过多纤维方向一致的纤维材料层重叠在一起而导致复合材料模具易断裂，强度不足；
4、本方法采用预先制备胶膜的方式，避免了直接在纤维材料层上刮涂树脂胶液而将杂质带入到复合材料模具中。
附图说明
图1是本发明一种基于RFI工艺的复合材料模具成型方法的工艺流程示意图；
图2为在母模上铺设胶膜和纤维材料层的操作示意图；
图3为使用模板纸裁剪纤维原材料的操作示意图；
图中标记：1-母模，2-纤维材料层，3-胶膜，4-模板纸，5-纤维原材料。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明作详细的说明。
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
如图1-3所示，本发明一种基于RFI工艺的复合材料模具成型方法，其步骤如下，
步骤1、制备母模：在三维软件中建立母模模型，选用环氧代木材料，优选环氧树脂代木作为母模1制造材料，依据母模模型制得母模1；建立出母模模型后，可对母模模型在三维软件中编制出加工程序，在数控机床上加工出母模1，其中三维软件可选用CATIA。
步骤2、建立模具堆栈模型：在三维软件中母模模型上建立出模具堆栈模型，所述模具堆栈模型包括若干个纤维铺层模型，将至少一个所述纤维铺层模型在三维软件中展开成平面；复合材料制品由多层纤维层堆叠而成，在纤维层上加入树脂胶液，固化后使纤维层的硬度达到使用要求，在三维软件中可将纤维铺层模型展开成平面，有利于后续工作中依据展开模型加工纤维材料层。
步骤3、制备纤维材料层2：按照步骤2展开后的纤维铺层模型的轮廓制备纤维材料层2。
步骤4、制备胶膜3：将树脂胶液刮涂在胶膜板上，所述胶膜板用于承载树脂胶液，待树脂胶液凝固后，分离胶膜板，制得胶膜3；在树脂胶液与纤维材料层2结合时，常规的方法是将树脂胶液刮涂在纤维材料层2上，在刮涂树脂胶液的时候会对纤维材料层2上的纤维方向造成破坏，导致纤维方向错乱，进而影响成型后的复合材料模具的强度，而本方法是将树脂胶液先刮涂在一张胶膜板上，后续工作中直接将凝固后的胶膜3与纤维材料层2结合固化，保证了纤维材料层2的纤维方向稳定，进而增强了复合材料模具的强度，其中胶膜板可以采用脱模布或隔离膜等承载和离型树脂的膜状材料。
步骤5、成型模具：在母模1上依次铺放所述胶膜3和纤维材料层2至复合材料模具的理论厚度，然后再依次铺设吸胶材料、挡胶材料、隔离膜、透气毡、真空袋、安放真空嘴，铺放完毕后将母模1及铺放件放入热压罐中以≤2℃/min的升温速率，升温至80℃、100℃、120℃、140℃、180℃，并在各温度段保温至少2小时，以≤2℃/min降温至室温，固化初始加压0.3bar，使树脂胶液与纤维材料层融合，再冷却至室温，在母模1上固化成型复合材料模具；铺设多层胶膜层和多层纤维材料层2，并使胶膜层和纤维材料层2相间布置，在铺设过程中，可采用抽真空或加温贴合的方式使胶膜3与母模1贴合，以及使纤维材料层2与胶膜3贴合，铺放完成后，在特定的设备中对母模1及铺放件进行加温加压处理，最终使得复合材料模具在母模1上固化成型。
步骤6、脱模：将复合材料模具从母模1上脱离，得到复合材料模具。
进一步的，所述步骤4和所述步骤5之间还设置有步骤4.1，称重胶膜：通过称重的方式称取与纤维材料层总重量相适配的胶膜3，依据设计重量的复合材料模具配比合适的纤维材料层2和胶膜3，使最终成型的复合材料达到一个理想的强度，增加复合材料的使用性能以及寿命，可根据公式35%ρ树脂/（65%ρ纤维+35%ρ树脂）计算出树脂占复合材料模具的体重比，再根据设计重量的复合材料模具计算出树脂的重量。
进一步的，所述步骤3中制得有若干所述纤维材料层2，若干所述纤维材料层2的纤维方向不完全相同，裁剪不同纤维方向的多个纤维材料层2，在后续铺设纤维材料层2时，可使相邻的纤维材料层2之间保持不同的纤维方向，避免过多纤维方向一致的纤维材料层2重叠在一起而导致复合材料模具易断裂，强度不足。
进一步的，所述步骤3包括步骤3.1，加工模板纸：按照纤维铺层模型的轮廓加工模板纸；还包括步骤3.2，裁剪纤维原材料5，按照加工后的模板纸4的轮廓裁剪纤维原材料5，制得若干所述纤维材料层2，由于纤维材料质地较软不宜采用数控加工的方式进行裁剪，故而可选取硬度合适的模板纸加工到与纤维铺层的形状后，然后依据模板纸的形状使用剪刀或其他裁剪工具对纤维材料进行裁剪，这样得到的纤维材料层其纤维不会遭到破坏，能够保证最终成型的复合材料模具的强度，其中模板纸可以采用牛皮纸或聚酯塑料板等较硬的材料。
进一步的，述步骤3.2中通过调整模板纸4与纤维原材料5的摆放关系，制得具有不同纤维方向的纤维材料层2，具体的设置调整模板纸4与纤维原材料5的纤维方向的角度，设定-45度、0度、45度、90度四个角度，以此角度裁剪出四种不同纤维方向的纤维材料层2，具体操作时可在加工后的背衬纸4上画出一条直线，以画出的直线作为基准，选取直线与纤维原材料5的纤维方向的各个前述夹角进行裁剪纤维原材料5。
进一步的，所述步骤1和步骤2之间还设置有步骤1.1，打磨母模1：对母模1进行打磨抛光，使母模1表面光顺，在后续的工作中需要依据母模1表面来制作复合材料模具，母模1表面的质量直接影响到复合材料模具的质量，对母模1进行打磨抛光，有利于提高复合材料模具的精度。
进一步的，还包括步骤7，安装加强件：在复合材料模具的非贴合母模1的一侧表面上设置加强件，具体的，加强件由金属制成，呈片状结构，加强件可通过粘贴的方式与复合材料外表面结合，使复合材料模具的强度增加。
所述步骤1至步骤7依次进行。
综上，本发明一种基于RFI工艺的复合材料模具成型方法，首先选取耐高温的材料作用制造母模1，并通过母模1的模型建立复合材料模具堆栈模型，将复合材料模具堆栈模型中的纤维材料铺层在三维软件中展开，依照展开后的模型制备纤维材料层2，将树脂胶液预先凝固在胶膜板上，便于胶膜在上纤维材料层2上铺放，避免刮涂纤维材料层2而造成纤维方向紊乱，然后在母模1上依次铺设胶膜3和纤维材料层2，最后在特定的设备中对铺放完成的母模1进行加温、加压，最终得到高强度的复合材料模具。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种基于RFI工艺的复合材料模具成型方法，其特征在于，其步骤如下：
步骤1、制备母模（1）：在三维软件中建立母模模型，选用环氧代木材料，依据母模模型制得母模（1）；
步骤2、建立模具堆栈模型：在三维软件中母模模型上建立出模具堆栈模型，所述模具堆栈模型包括若干个纤维铺层模型，将至少一个所述纤维铺层模型在三维软件中展开成平面；
步骤3、制备纤维材料层：按照步骤2展开后的纤维铺层模型的轮廓制备纤维材料层（2）；
步骤4、制备胶膜（3）：将树脂胶液刮涂在胶膜板上，所述胶膜板用于承载树脂胶液，待树脂胶液凝固后，分离胶膜板，制得胶膜（3）；
步骤5、成型模具：在母模（1）上依次铺放所述胶膜（3）和纤维材料层（2），加温，加压，使树脂胶液与纤维材料层（2）融合，再冷却至室温，在母模（1）上固化成型复合材料模具；
步骤6、脱模：将复合材料模具从母模1上脱离，得到复合材料模具。
2.根据权利要求1所述的基于RFI工艺的复合材料模具成型方法，其特征在于，所述步骤4和所述步骤5之间还设置有步骤4.1，称重胶膜（3）：通过称重的方式称取与纤维材料层（2）总重量相适配的胶膜（3）。
3.根据权利要求2所述的基于RFI工艺的复合材料模具成型方法，其特征在于，所述步骤3中制得有若干所述纤维材料层（2），若干所述纤维材料层（2）的纤维方向不完全相同。
4.根据权利要求3所述的基于RFI工艺的复合材料模具成型方法，其特征在于，所述步骤3包括步骤3.1，加工模板纸：按照纤维铺层模型的轮廓加工模板纸；还包括步骤3.2，裁剪纤维原材料（5），按照加工后的模板纸（4）的轮廓裁剪纤维原材料（5），制得若干所述纤维材料层（2）。
5.根据权利要求4所述的基于RFI工艺的复合材料模具成型方法，其特征在于，所述步骤3.2中通过调整模板纸（4）与纤维原材料（5）的摆放关系，制得具有不同纤维方向的纤维材料层（2）。
6.根据权利要求5所述的基于RFI工艺的复合材料模具成型方法，其特征在于，所述步骤1和步骤2之间还设置有步骤1.1，打磨母模（1）：对母模（1）进行打磨抛光，使母模（1）表面光顺。
7.根据权利要求1-6任一所述的基于RFI工艺的复合材料模具成型方法，其特征在于，还包括步骤7，安装加强件：在复合材料模具的非贴合母模（1）的一侧表面上设置加强件。
8.根据权利要求7所述的基于RFI工艺的复合材料模具成型方法，其特征在于，所述步骤1至步骤7依次进行。
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