CN111546703A - 蜂窝填充体系、填充方法及蜂窝复合材料 - Google Patents
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Abstract
本公开涉及复合材料零件制造领域，尤其涉及一种蜂窝填充体系，包括填充整体件和真空压缩件，其中，所述填充整体件包括填充样板和蜂窝：所述填充样板上具有镂空区，用于容置填充料；所述蜂窝为需要填充的材料；填充样板包括完全相同的两块样板，两块样板分别位于蜂窝顶部和蜂窝底部，位于蜂窝顶部和蜂窝底部的两块样板与蜂窝之间通过通孔和连接件连接而相对位置固定；所述真空压缩件包覆所述填充整体件，并通过抽真空而将填充整体件中位于蜂窝顶部的样板的镂空区中的填充料压入蜂窝孔格中。采用本公开的体系向蜂窝孔格中填充填充料，能够实现快速精准填充，降低材料和生产成本，减轻重量，实现批量化生产。
Description
技术领域
本公开涉及复合材料零件制造领域，尤其涉及一种蜂窝填充体系、填充方法及由所述蜂窝填充体系制备的蜂窝复合材料。
背景技术
复合材料因其优异的性能而被广泛应用于航空航天、轨道交通、船艇、汽车等领域。随着复合材料行业的发展及技术的进步，复合材料的应用也越来越广泛。蜂窝复合材料的应用可有效减轻重量，促进高端装备轻量化发展，有利于降低能耗，节能环保。芳纶纸蜂窝复合材料不但轻质高效，而且具有阻燃环保、耐腐蚀、抗疲劳等优异性能。
芳纶纸蜂窝复合材料作为芯材被设计制备成不同形状及功能需求的三明治结构，通常要对其进行局部填充增强及封边处理，以满足产品装配和使用的要求。
目前对该种结构的局部填充增强及封边处理一般采取手工按压法及胶枪填充法来填充结构胶或填充料。手工按压填充法需要大量人工,效率低下、质量一致性不易保证。在胶枪填充中，由于填充材料粘度较大，所以手工胶枪填充时难以操作，即使采用胶枪打出填充料至蜂窝中，但随着填充的深入也会造成胶枪操作不动，不易填充完整，填充不实，后期仍需手工按压填充，效率依然无法有效提升；另外，对于孔格小的蜂窝，胶枪注射头的直径过大不能满足需求，或者需填充蜂窝深度较深，胶枪不能完全充满。
随着轨道交通车辆、航空器材、军工等领域对轻量化的材料的质量、材料生产成本和生产效率要求越来越高，蜂窝复合材料产品中结构胶或填充料的填充重量、质量和效率越来越重要。目前现有的填充技术，已不能满足蜂窝复合材料高质量、批量化生产和应用的迫切需求。
发明内容
本公开提供一种蜂窝填充体系，解决了空心例如蜂窝类复合材料填充效率低、填充质量差且成本高昂的问题。
本公开还提供一种蜂窝填充方法，解决了现有蜂窝填充方法填充效率低，填充质量差，成本高昂的问题。
本公开还提供一种蜂窝复合材料，解决了现有蜂窝复合材料蜂窝填充质量差，生产效率低的问题。
本公开提供一种蜂窝填充体系，其包括填充整体件和真空压缩件，
其中，所述填充整体件包括填充样板和蜂窝：
所述填充样板上具有镂空区，用于容置填充料；
所述蜂窝为需要填充的材料；
填充样板包括完全相同的两块样板，两块样板分别位于蜂窝顶部和蜂窝底部，位于蜂窝顶部和蜂窝底部的两块样板与蜂窝之间通过通孔和连接件连接而相对位置固定；
所述真空压缩件包覆所述填充整体件，并通过抽真空而将填充整体件中位于蜂窝顶部的样板的镂空区中的填充料压入蜂窝孔格中。
在本公开中，术语“填充样板”是指用于容置填充料的一种板状材料；“板状材料”暗含材料具有一定硬度而使其呈板状，在本公开中，对用于雕铣出填充样板的所述平板的硬度的大小没有特殊要求，条件是该硬度能够防止填充样板在压制过程中变形进而导致蜂窝受损。
在本公开中，完全相同的两块样板是指外形尺寸、镂空位置、连接位置等完全相同的两块样板。位于蜂窝底部的样板之所以要具有相同的镂空区而不是无处理的平板，是为了方便从该样板底部观察导入过程中，通过镂空区填充的填充料是否已经填满蜂窝孔格。
在本公开中，所述“镂空区”又称为“填充区域”，可以在机床上将具有一定硬度且表面光滑的平板雕铣出所需填充的形状，即为填充区域。
在本公开的实际实施中，首先根据产品图纸设计出所需蜂窝的形状和尺寸，然后裁切一块蜂窝，其实际外形尺寸比图纸要求尺寸扩大20-30mm。比图纸蜂窝尺寸外延20-30mm是为了预留出边缘，用于打定位孔，放置定位销。然后，结合蜂窝形状和填充区域，在机床上将具有一定硬度且表面光滑的平板雕铣出所需填充的形状，得到填充样板。填充样板需要两个，分别覆盖蜂窝的顶部和底部，然后在填充样板边缘的合适位置打上两到三个通孔，例如定位孔。两个填充样板根据对应形状与蜂窝上下叠合，形成三明治结构。最后，把连接件，例如销钉插入定位孔进行固定。由此得到填充整体件。在使用时，在填充样板的被雕铣出的镂空区域放置填充料，对真空压缩件抽真空，将填充料压入蜂窝孔格内，完成后取出并揭下填充样板并刮去蜂窝表面多余填充胶待后续复合使用。
在本公开的实施方案中，所述填充样板表面光滑并保证平整无缺陷，以方便清理导入后填充区域周边剩下的填料。
在本公开的实施方案中，所述真空压缩件被抽真空时能够产生的压力不小于一个大气压。人手工操作胶枪而填充时，所能给与的力相对有限，尤其黏度大的填料或大面积的填充所需力更大；如若采用气枪，则气压难以控制，易造成填充质量缺陷。本公开的装置设置一个以上大气压的压力，压力足以将填料有效压入例如蜂窝结构的空隙内，并完全充满。
在本公开的实施方案中，所述蜂窝选自以下复合材料中的一种或一种以上：芳纶蜂窝、铝蜂窝、聚酰亚胺蜂窝和玻璃钢蜂窝等复合材料。
在本公开的实施方案中，在所述蜂窝顶部的填充样板和所述蜂窝底部的填充样板上在相对应的位置处开设有定位孔，经由相对应的位置的定位孔，通过连接件连接蜂窝顶部的填充样板和蜂窝底部的填充样板，并固定蜂窝顶部的填充样板和蜂窝底部的填充样板的相对位置。固定的目的，一是为了定位需填充的位置，二是防止填充过程中上下两平板滑移，导致填充范围不准确。在本公开中，对所述连接件没有特殊要求，条件是所述连接件能够防止两个零件的相对位置错动。
在本公开的实施方案中，所述通孔和所述连接件的个数为两个或两个以上。例如，可以根据“一面两孔”定位原则，通过1个圆柱销和1个菱形销来实现工件完全定位。
在本公开的实施方案中，所述真空压缩件包覆所述填充整体件后，用密封条密封。
在本公开的实施方案中，所述填充料可以为膏状的填充料。
本公开还提供一种蜂窝填充方法，所述方法是使用上述本公开的蜂窝填充体系进行。
本公开还提供一种蜂窝复合材料，其特征在于，所述蜂窝复合材料是使用上述本公开的蜂窝填充体系进行填充而获得。
本公开蜂窝填充体系可被用于航空、军工、船舶、汽车等领域蜂窝复合材料板的装配填充及封边处理，所述复合材料板为，例如用于轨道交通车辆内饰间壁板、隔板、平顶板等。
本公开的蜂窝填充体系能够达到的效果如下：
1、本公开填充体系采用真空压力辅助填充，可实现填充料快速、大面积一步导入至蜂窝的蜂窝填充区域，提高了生产效率。
2、本公开填充体系可实现填充区域的精准定位填充，无多余区域的浪费，实现最大限度减重，保证产品质量，降低生产成本。
3、本公开的填充方法操作简单快速，对操作人员要求低，有利于降低人工成本。
4、本公开的蜂窝复合材料，其蜂窝内填充紧实无孔洞，得到的蜂窝复合材料性能良好。
附图说明
附图示出了本公开的示例性实施方式，并与其说明一起用于解释本公开的原理，其中包括了这些附图以提供对本公开的进一步理解，并且附图包括在本说明书中并构成本说明书的一部分。
图1是本公开蜂窝填充体系压力导入示意图。
图2是没有加入填充料的填充整体件的侧视图。
图3是没有加入填充料的填充整体件的俯视图。
图4是填充区域放置填充料的填充整体件的俯视图。
图5是抽真空使填充料填满蜂窝孔的填充整体件的俯视图。
附图编号说明：
1.操作平台
2.密封胶带
3.真空袋
4.填充料
5.蜂窝顶部的填充样板
6.蜂窝
7.蜂窝底部的填充样板
8.气管
9.真空阀
10.定位孔
11.销钉
12.填充区域
具体实施方式
下面结合附图和实施方式对本公开作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于解释相关内容，而非对本公开的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本公开相关的部分。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本公开中的实施方式及实施方式中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施方式来详细说明本公开。
本公开的蜂窝填充体系，选用抽真空来提供填充所用的压力，通过与填充样板的结合，可以达到精准填充、大面积填充，这与目前所采用的无论是手工填充、胶枪填充还是自动化填充都具有优势。与手工、胶枪相比，可迅速实现大面积填充，同时位置精准没有太多的多余填充；与自动化填充相比，虽然自动化也可以实现精准填充，但对于大面积填充来说本发明则更具有优势，且自动化填充后有时还需人为修补。
下面结合附图1和附图2对本公开的蜂窝填充体系及其使用流程进行详细说明。
本公开的蜂窝填充体系，包括填充整体件和真空压缩件。
所述填充整体件包括以下结构单元：蜂窝顶部的填充样板(5)和蜂窝底部的填充样板(7)和蜂窝(6)。
蜂窝顶部的填充样板(5)和蜂窝底部的填充样板(7)具有位置、形状相对应的填充处理区和具有一定的硬度。所述硬度应使所述蜂窝顶部的填充样板(5)和所述蜂窝底部的填充样板(7)耐受所述真空压缩件，例如真空袋(3)的压力而不变形。所述填充处理区可以这样形成，例如根据产品图纸设计出需要填充部位的形状，然后根据所需形状在机床上将具有一定硬度且表面光滑的平板雕铣出所需填充的形状，即按照所需填充的形状在平板上雕铣出相应形状的镂空，用于放置填充料(4)，和使填充料进入蜂窝的孔格内。
在所述蜂窝顶部的填充样板(5)和所述蜂窝底部的填充样板(7)上的相对应的位置处开设有定位孔(图1中未示出)，经由这些定位孔，通过连接件，例如销钉而连接蜂窝顶部的填充样板(5)和蜂窝底部的填充样板(7)，并固定蜂窝顶部的填充样板(5)和蜂窝底部的填充样板(7)的相对位置，以利于填充料(4)被精准压入蜂窝(6)的预定孔格内，提高填充的准确性。
蜂窝(6)为需要填充的多孔类材料，在填充整体件中，蜂窝(6)位于蜂窝顶部的填充样板(5)和蜂窝底部的填充样板(7)之间，与蜂窝顶部的填充样板(5)和蜂窝底部的填充样板(7)形成上下叠合的“三明治”结构。
在该“三明治”结构中，蜂窝图纸尺寸、裁切出来的蜂窝尺寸、填充样板尺寸之间的关系如下：1)裁切出来的蜂窝尺寸要比蜂窝图纸尺寸外延20-30mm，外延的部分用来放置定位销，销钉的存在防止填充过程中上下两平板滑移，导致填充范围不准确。需要说明的是，填充整体件固化后是要进行机加工处理的，机加工的位置就是填充料的填充位置，填充料的存在就是为了机加出来的填充整体件不裸露蜂窝，机加工后，比图纸尺寸外延的部分都会去除，不影响填充整体件的复合过程及其整体尺寸。2)填充样板比所用蜂窝略大，以避免抽真空过程中蜂窝边缘由于压力作用被压塌而影响蜂窝的性能，进而避免填充整体件内部缺陷的发生。当蜂窝尺寸大于填充样板尺寸时，抽真空过程中填充样板可有效保证对蜂窝均匀施压，避免蜂窝边缘塌陷。
上述“三明治”结构如下的组装而成：定位销依次穿过蜂窝顶部的填充样板的定位孔、蜂窝大出图纸尺寸的20-30mm的位置预留的定位销孔以及蜂窝底部的填充样板的定位孔。
在实际操作中，可以将按产品制造所需尺寸裁切的例如芳纶纸蜂窝放置在比之略大的雕铣出的蜂窝底部的填充样板(7)上，再将加工好的蜂窝顶部的填充样板(5)放置在蜂窝平面上；然后，将三者的相对位置固定。由此得到填充整体件。所述蜂窝底部的填充样板(7)最初可以放置在操作平台(1)上，然后依次叠加蜂窝(6)和蜂窝顶部的填充样板(5)而形成填充整体件，以方便进行后续的抽真空处理。
在填充样板雕铣出的形状内(即填充处理区域)放置一定厚度的填充料(4)，即要比蜂窝厚度厚的填充料(4)，以保证填充料(4)的量可以填满蜂窝孔格。随后将整体放置在真空袋(3)内，复合材料的成型过程使用专用的真空袋，通过密封胶带(2)密封，当然也可使用家庭用简易真空袋代替。通过真空阀(9)和气管(8)抽真空，将填充料压入蜂窝孔格内，压力大小为一个大气压或以上。根据蜂窝厚度的不同，抽真空过程需持续一到两分钟，保证填充料(4)已完全充满孔格；若未充满，则需加料继续真空操作。蜂窝填充的要求是，填充料(4)在蜂窝孔格中无空洞、紧实，即填充完成的标准是，揭开蜂窝底部的填充样板(7)的一面，需填充区域的蜂窝孔格已完全被填充料(4)填充，达到蜂窝底部的填充样板(7)。
完成后取出并揭下蜂窝顶部的填充样板和蜂窝底部的填充样板，并刮去蜂窝表面多余填充料，待后续复合使用。
本公开的蜂窝填充体系，不仅可以实现填充区域的精准定位，填充紧实无孔洞，保证了质量的稳定性和一致性；同时可最大程度的实现减重，实现轻量化；此外节省了物料，有利于降低成本；真空导入过程中填充样板边缘对蜂窝边缘进行了压力保护，保证蜂窝性能不受影响；此工艺技术操作过程简单快速，对操作人员要求低，填充样板可重复使用，可实现高效、低成本、高质量的批量化生产。
本领域的技术人员应当理解，上述实施方式仅仅是为了清楚地说明本公开，而并非是对本公开的范围进行限定。对于所属领域的技术人员而言，在上述公开的基础上还可以做出其它变化或变型，并且这些变化或变型仍处于本公开的范围内。
Claims (10)
1.一种蜂窝填充体系，其特征在于，包括填充整体件和真空压缩件，
其中，所述填充整体件包括填充样板和蜂窝：
所述填充样板上具有镂空区，用于容置填充料；
所述蜂窝为需要填充的材料；
填充样板包括完全相同的两块样板，两块样板分别位于蜂窝顶部和蜂窝底部，位于蜂窝顶部和蜂窝底部的两块样板与蜂窝之间通过通孔和连接件连接而相对位置固定；
所述真空压缩件包覆所述填充整体件，并通过抽真空而将填充整体件中位于蜂窝顶部的样板的镂空区中的填充料压入蜂窝孔格中。
2.根据权利要求1所述的蜂窝填充体系，其特征在于，真空压缩件被抽真空时能够产生的压力不小于一个大气压。
3.根据权利要求1所述的蜂窝填充体系，其特征在于，所述填充处理区为镂空区域，用于放置填充料。
4.根据权利要求1所述的蜂窝填充体系，其特征在于，所述蜂窝选自以下复合材料中的一种或一种以上：芳纶蜂窝、铝蜂窝、聚酰亚胺蜂窝和玻璃钢蜂窝。
5.根据权利要求1所述的蜂窝填充体系，其特征在于，在所述蜂窝顶部的填充样板和所述蜂窝底部的填充样板上在相对应的位置处开设有通孔，经由相对应的位置的通孔，通过连接件连接蜂窝顶部的填充样板和蜂窝底部的填充样板，并固定蜂窝顶部的填充样板和蜂窝底部的填充样板的相对位置。
6.根据权利要求5所述的蜂窝填充体系，其特征在于，所述通孔的个数为两个或两个以上；所述连接件为销钉；
将销钉插入通孔中而固定所述蜂窝顶部的填充样板和所述蜂窝底部的填充样板。
7.根据权利要求1所述的蜂窝填充体系，其特征在于，所述填充样板表面光滑。
8.根据权利要求2所述的蜂窝填充体系，其特征在于，所述真空压缩件内放置了所述填充整体件后，用密封条密封。
9.一种蜂窝填充方法，其特征在于，所述方法是使用根据权利要求1-8任一项所述的蜂窝填充体系进行。
10.一种蜂窝复合材料，其特征在于，复合材料中的蜂窝是使用根据权利要求1-8任一项所述的蜂窝填充体系进行填充而获得。
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