CN113246518A - 一种低成本多预埋蜂窝夹芯复合材料产品的成型方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种低成本多预埋蜂窝夹芯复合材料产品的成型方法，在产品总体要求厚度不变的前提下，由原来单层蜂窝结构改成双层蜂窝结构，可以实现预埋孔的分段切割，具有更灵活的结构设计性，可极大的提高预埋组件与蜂窝芯材之间的结构连接强度。同时还在蜂窝芯材单面先粘接一层碳纤维预浸料蒙皮，进而提高蜂窝芯材的刚性，采用人工或者成本低的普通自动裁床都能实现对预埋孔的精确切割加工，而由于解决了蜂窝芯材切割的问题，通过碳纤维、泡沫等材料的加强筋预制体埋到蜂窝板中，将结构强度要求高的预埋单元件在蜂窝板内部连接起来，形成力学传递途径，分散应力，解决预埋件应力集中问题，从而提高各个关联预埋单元件的结构力学强度。

Description

一种低成本多预埋蜂窝夹芯复合材料产品的成型方法

技术领域

本发明涉及复合材料成型技术领域，具体是一种低成本多预埋蜂窝夹芯复合材料产品的成型方法。

背景技术

蜂窝板是一种壁厚薄，疏松结构的材料，区别于传统的金属或其他均质材料，如果设置太多的预埋件，必定破坏复合材料的整体强度。但若是要发挥蜂窝板的轻量化、比强度高的优点，且实现多功能集成化的应用，仍然需要预埋件，特别是金属预埋件。而预埋件的结构多种多样，往往需要在蜂窝板切割出不同的异形孔作为预埋孔。

目前对于蜂窝板的预埋件的设置一般都是蜂窝板先成型好，然后机加工切割需要的预埋孔，然后将预埋件与蜂窝板粘接。而由于蜂窝板壁厚薄、疏松的结构特性，人工或一般的设备尺寸很难将预埋孔的切割精准，而若是直接在蜂窝板加工成型的过程切割预埋孔则需要大型、昂贵的设备，成本显著提高，限制了蜂窝板的应用。

发明内容

针对上述现有技术中的不足，本发明提供一种低成本多预埋蜂窝夹芯复合材料产品的成型方法。

为实现上述目的，本发明提供一种低成本多预埋蜂窝夹芯复合材料产品的成型方法，包括如下步骤：

步骤1，将胶膜A、碳纤维预浸料A依次铺设在蜂窝芯材的一面上，整体进行真空袋压并固化，得到第一个蜂窝预制体，其中，第一个蜂窝预制体的一面为蒙皮面，另一面为蜂窝面；

步骤2，重复步骤1得到第二个蜂窝预制体，第二个蜂窝预制体的一面为蒙皮面，另一面为蜂窝面，将预埋孔分割为两部分，其中一部分在第一个蜂窝预制体上切割得到，另一部分在第二个蜂窝预制体上切割得到；

步骤3，在模具框内依次铺设碳纤维预浸料B、胶膜B、第二个蜂窝预制体、胶膜C、第一个蜂窝预制体，完成预埋孔的组装并在预埋孔内铺设胶膜D，其中，第二个蜂窝预制体的蒙皮面朝下，第一个蜂窝预制体的蒙皮面朝上；

步骤4，将预埋组件埋入预埋孔，最后在第一个蜂窝预制体与预埋组件上依次铺设胶膜E、碳纤维预浸料C后，整体进行真空袋压并固化，得到最终产品。

在其中一个实施例中，步骤2中的切割过程为：

将第一个蜂窝预制体、第二个蜂窝预制体分别放到裁布机上，放置的方向为蒙皮面朝上，在蒙皮面上方铺设一层无孔隔离膜，使无孔隔离膜完全覆盖第一个蜂窝预制体、第二个蜂窝预制体，利用裁布机底部抽真空功能使第一个蜂窝预制体、第二个蜂窝预制体与无孔隔离膜吸附在裁布机的工作平台上，再基于设计需求对第一个蜂窝预制体、第二个蜂窝预制体进行切割加工。

在其中一个实施例中，所述预埋组件的截面与预埋孔的截面均为相互匹配的T型结构；

步骤2中，所述将预埋孔分割为两部分，其中一部分在第一个蜂窝预制体上切割得到，另一部分在第二个蜂窝预制体上切割得到，具体为：

将预埋孔分割为第一分孔与第二分孔，其中，所述第一分孔为预埋孔上T型结构的横边部分，所述第二分孔为预埋孔上T型结构的竖边部分；

在第一个蜂窝预制体上切割出第一分孔，在第二个蜂窝预制体上切割出第二分孔，其中，所述第一分孔贯穿第一个蜂窝预制体，所述第二分孔贯穿第二个蜂窝预制体。

在其中一个实施例中，所述预埋组件包括预埋单元件与加强筋预制体；

所述预埋单元件的截面为T型结构，所述加强筋预制体上具有第三分孔，且所述第三分孔贯穿所述加强筋预制体，所述预埋单元件上T型结构的横边部分嵌入所述第三分孔；

步骤4中，所述将预埋组件埋入预埋孔，具体为：

首先将加强筋预制体安置在第一分孔内，再埋入预埋单元件，使预埋单元件上T型结构的竖边部分嵌入第二分孔，预埋单元件上T型结构的横边部分嵌入第三分孔。

在其中一个实施例中，所述预埋单元件的数量至少为一个；

当所述预埋单元件的数量为两个以上时，所述加强筋预制体上具有多个与预埋单元件一一对应的第三分孔，各所述预埋单元件上T型结构的横边部分嵌入对应的所述第三分孔。

在其中一个实施例中，所述加强筋预制体的成型过程为：

将碳纤维单向布铺设在采用PVC泡沫板上后进行真空袋压，得到加强筋预制板；

基于设计需求在加强筋预制板上切割出多个第三分孔，即得到加强筋预制体。

相较于现有技术，本发明提供的一种低成本多预埋蜂窝夹芯复合材料产品的成型方法具有如下有益技术效果：

1、在蜂窝芯材单面先粘接一层碳纤维预浸料蒙皮，进而提高蜂窝芯材的刚性，采用人工或者成本低的普通自动裁床都能实现对预埋孔的精确切割加工；

2、在产品总体要求厚度不变的前提下，由原来单层蜂窝结构改成双层蜂窝结构，可以实现预埋孔的分段切割，具有更灵活的结构设计性，可极大的提高预埋组件与蜂窝芯材之间的结构连接强度；

3、由于解决了蜂窝芯材切割的问题，通过碳纤维、泡沫等材料的加强筋预制体埋到蜂窝板中，将结构强度要求高的预埋单元件在蜂窝板内部连接起来，形成力学传递途径，分散应力，解决预埋件应力集中问题，从而提高各个关联预埋单元件的结构力学强度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1为本发明实施例中成型方法的流程示意图；

图2为本发明实施例中蜂窝预制体的结构剖视图；

图3为本发明实施例中第一、第二种实施方式下第一个蜂窝预制体的结构剖视图；

图4为本发明实施例中第一种实施方式下第二个蜂窝预制体的结构剖视图；

图5为本发明实施例中第一种实施方式下预埋孔的组装完成后的结构剖视图；

图6为本发明实施例中第一种实施方式下最终产品的结构剖视图；

图7为本发明实施例中第一种实施方式下最终产品的结构轴测图；

图8为本发明实施例中第二种实施方式下第二个蜂窝预制体的结构剖视图；

图9为本发明实施例中第二种实施方式下预埋孔的组装完成后的结构剖视图；

图10为本发明实施例中第二种实施方式下最终产品的结构剖视图。

附图标号：

胶膜A101、胶膜B102、胶膜C103、胶膜D104、胶膜E105；

碳纤维预浸料A201、碳纤维预浸料B202、碳纤维预浸料C203

蜂窝芯材30、第一个蜂窝预制体301、第二个蜂窝预制体302

预埋单元件401、加强筋预制体402

第一分孔501、第二分孔502

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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作出创造性劳动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。

需要说明，本发明实施例中所有方向性指示（诸如上、下、左、右、前、后……）仅用于解释在某一特定姿态（如附图所示）下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，在本发明中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接，还可以是物理连接或无线通信连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

另外，本发明各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

本实施例公开了一种低成本多预埋蜂窝夹芯复合材料产品的成型方法，适用于预埋件与预埋槽为T型结构或类T型的上大下小结构的蜂窝夹芯复合材料。该方法在产品总体要求厚度不变的前提下，由原来单层蜂窝结构改成双层蜂窝结构，可以实现预埋孔的分段切割，具有更灵活的结构设计性，可极大的提高预埋组件与蜂窝芯材30之间的结构连接强度。参考图1，该成型方法主要包括如下步骤：

步骤1，将胶膜A101、碳纤维预浸料A201依次铺设在蜂窝芯材30的一面上，整体进行真空袋压并固化，得到第一个蜂窝预制体301，其中，第一个蜂窝预制体301的一面为蒙皮面，另一面为蜂窝面；

步骤2，重复步骤1得到第二个蜂窝预制体302，第二个蜂窝预制体302的一面为蒙皮面，另一面为蜂窝面；将预埋孔分割为两部分，其中一部分在第一个蜂窝预制体301上切割得到，另一部分在第二个蜂窝预制体302上切割得到；

步骤3，在模具框内依次铺设碳纤维预浸料B202、胶膜B102、第二个蜂窝预制体302、胶膜C103、第一个蜂窝预制体301，完成预埋孔的组装并在预埋孔内铺设胶膜D104，其中，第二个蜂窝预制体302的蒙皮面朝下，第一个蜂窝预制体301的蒙皮面朝上；

步骤4，将预埋组件埋入预埋孔，最后在第一个蜂窝预制体301与预埋组件上依次铺设胶膜E105、碳纤维预浸料C203后，整体进行真空袋压并固化，得到最终产品。

在步骤1中，第一个蜂窝预制体301与第二个蜂窝预制体302均如图2所示，通过在蜂窝芯材30的一面铺设胶膜A101、碳纤维预浸料A201，进而提高蜂窝芯材30的表面质量，同时为蜂窝芯材30的切割加工做准备。固化过程为：将真空袋压后的胶膜A101、碳纤维预浸料A201与蜂窝芯材30送进烤箱85~95°C固化5~7小时。其中优选地，将真空袋压后的胶膜A101、碳纤维预浸料A201与蜂窝芯材30送进烤箱90°C固化6小时。

在步骤2中，第一个蜂窝预制体301与第二个蜂窝预制体302的切割过程为：

将第一个蜂窝预制体301放到裁布机上，放置的方向为蒙皮面朝上，在蒙皮面上方铺设一层无孔隔离膜，使无孔隔离膜完全覆盖第一个蜂窝预制体301，利用裁布机底部抽真空功能使第一个蜂窝预制体301与无孔隔离膜吸附在裁布机的工作平台上，再基于设计需求对第一个蜂窝预制体301进行切割加工；

将第二个蜂窝预制体302放到裁布机上，放置的方向为蒙皮面朝上，在蒙皮面上方铺设一层无孔隔离膜，使无孔隔离膜完全覆盖第二个蜂窝预制体302，利用裁布机底部抽真空功能使第二个蜂窝预制体302与无孔隔离膜吸附在裁布机的工作平台上，再基于设计需求对第二个蜂窝预制体302进行切割加工；

由于第一个蜂窝预制体301、第二个蜂窝预制体302的一面具有碳纤维预浸料A201的蒙皮，提高蜂窝芯材30的刚性，采用成本低的普通自动裁布机也都能实现对预埋孔的精确切割加工。

在步骤4中，最终产品的固化过程为：将模具框送进烤箱85~95°C固化5~7小时。其中优选地，将模具框送进烤箱90°C固化6小时。

本实施例中，预埋组件主要分为第一种实施方式与第二种实施方式。

在第一种实施方式下：

所需加工的蜂窝夹芯复合材料产品中仅具有一个预埋单元件401，即预埋组件仅包括一个预埋单元件401，且该预埋单元件401为T型结构。步骤2中的将预埋孔分割为两部分，其中一部分在第一个蜂窝预制体301上切割得到，另一部分在第二个蜂窝预制体302上切割得到，具体实施过程为：

首先，将预埋孔分割为第一分孔501与第二分孔502，其中，第一分孔501为预埋孔上T型结构的横边部分，第二分孔502为预埋孔上T型结构的竖边部分；

其次，在第一个蜂窝预制体301上切割出第一分孔501，在第二个蜂窝预制体302上切割出第二分孔502，其中，第一分孔501贯穿第一个蜂窝预制体301，第二分孔502贯穿第二个蜂窝预制体302，即图3-4所示；

随后进行步骤3，在模具框内依次铺设碳纤维预浸料B202、胶膜B102、第二个蜂窝预制体302、胶膜C103、第一个蜂窝预制体301，完成预埋孔的组装并在预埋孔内铺设胶膜D104，即图5所示；

然后进行步骤4，将预埋单元件401埋入预埋孔，即将预埋单元件401上T型结构的竖边部分嵌入第二分孔502，将预埋单元件401上T型结构的横边部分嵌入第一分孔501，最后在第一个蜂窝预制体301与预埋组件上依次铺设胶膜E105、碳纤维预浸料C203后，整体进行真空袋压并固化，得到最终产品，即图6-7所示。

需要注意的是，图6-7中所示出的预埋单元件401上T型结构的竖边部分长度大于第二分孔502的深度，因此需要提前在对应的碳纤维预浸料B202上开孔。当然，这一结构是根据产品的实际需求得到的，在不需要将预埋单元件401伸出蜂窝夹芯复合材料产品时，也可以将第二分孔502的深度设置为与预埋单元件401上T型结构的竖边部分长度相等。

在第二种实施方式下：

所需加工的蜂窝夹芯复合材料产品中仅具有两个预埋单元件401，且该预埋单元件401为T型结构，该种实施方式下的预埋组件包括预埋单元件401与加强筋预制体402，加强筋预制体402上具有第三分孔，且第三分孔贯穿加强筋预制体402，预埋单元件401上T型结构的横边部分嵌入第三分孔。由于解决了蜂窝芯材30切割的问题，通过碳纤维、泡沫等材料的加强筋预制体402埋到蜂窝板中，将结构强度要求高的预埋单元件401在蜂窝板内部连接起来，形成力学传递途径，分散应力，解决预埋件应力集中问题，从而提高各个关联预埋单元件401的结构力学强度。

因此，步骤2中的将预埋孔分割为两部分，其中一部分在第一个蜂窝预制体301上切割得到，另一部分在第二个蜂窝预制体302上切割得到，具体实施过程为：

首先，将预埋孔分割为一个第一分孔501与多个第二分孔502，其中，第一分孔501为预埋孔上T型结构的横边部分，用于嵌入加强筋预制体402；第二分孔502为预埋孔上T型结构的竖边部分，用于嵌入预埋单元件401上T型结构的竖边部分；

其次，在第一个蜂窝预制体301上切割出一个第一分孔501，在第二个蜂窝预制体302上切割出多个第二分孔502，其中，第一分孔501贯穿第一个蜂窝预制体301，第二分孔502贯穿第二个蜂窝预制体302，即图3与图8所示；

随后进行步骤3，在模具框内依次铺设碳纤维预浸料B202、胶膜B102、第二个蜂窝预制体302、胶膜C103、第一个蜂窝预制体301，完成预埋孔的组装并在预埋孔内铺设胶膜D104，即图9所示；

然后进行步骤4，先将加强筋预制体402安置在第一分孔501内，再埋入预埋单元件401，使预埋单元件401的上T型结构的竖边部分嵌入各第二分孔502，预埋单元件401的上T型结构的横边部分嵌入第三分孔，最后在第一个蜂窝预制体301与预埋组件上依次铺设胶膜E105、碳纤维预浸料C203后，整体进行真空袋压并固化，得到最终产品，即图10所示。

本实施例中，加强筋预制体402的成型过程为：

将碳纤维单向布铺设在采用PVC泡沫板上后进行真空袋压，得到加强筋预制板；

基于设计需求在加强筋预制板上切割出多个第三分孔，即得到加强筋预制体402。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (6)

1.一种低成本多预埋蜂窝夹芯复合材料产品的成型方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1，将胶膜A、碳纤维预浸料A依次铺设在蜂窝芯材的一面上，整体进行真空袋压并固化，得到第一个蜂窝预制体，其中，第一个蜂窝预制体的一面为蒙皮面，另一面为蜂窝面；

步骤2，重复步骤1得到第二个蜂窝预制体，第二个蜂窝预制体的一面为蒙皮面，另一面为蜂窝面，将预埋孔分割为两部分，其中一部分在第一个蜂窝预制体上切割得到，另一部分在第二个蜂窝预制体上切割得到；

步骤3，在模具框内依次铺设碳纤维预浸料B、胶膜B、第二个蜂窝预制体、胶膜C、第一个蜂窝预制体，完成预埋孔的组装并在预埋孔内铺设胶膜D，其中，第二个蜂窝预制体的蒙皮面朝下，第一个蜂窝预制体的蒙皮面朝上；

步骤4，将预埋组件埋入预埋孔，最后在第一个蜂窝预制体与预埋组件上依次铺设胶膜E、碳纤维预浸料C后，整体进行真空袋压并固化，得到最终产品。

2.根据权利要求1所述低成本多预埋蜂窝夹芯复合材料产品的成型方法，其特征在于，步骤2中的切割过程为：

将第一个蜂窝预制体、第二个蜂窝预制体分别放到裁布机上，放置的方向为蒙皮面朝上，在蒙皮面上方铺设一层无孔隔离膜，使无孔隔离膜完全覆盖第一个蜂窝预制体、第二个蜂窝预制体，利用裁布机底部抽真空功能使第一个蜂窝预制体、第二个蜂窝预制体与无孔隔离膜吸附在裁布机的工作平台上，再基于设计需求对第一个蜂窝预制体、第二个蜂窝预制体进行切割加工。

3.根据权利要求1或2所述低成本多预埋蜂窝夹芯复合材料产品的成型方法，其特征在于，所述预埋组件的截面与预埋孔的截面均为相互匹配的T型结构；

步骤2中，所述将预埋孔分割为两部分，其中一部分在第一个蜂窝预制体上切割得到，另一部分在第二个蜂窝预制体上切割得到，具体为：

将预埋孔分割为第一分孔与第二分孔，其中，所述第一分孔为预埋孔上T型结构的横边部分，所述第二分孔为预埋孔上T型结构的竖边部分；

在第一个蜂窝预制体上切割出第一分孔，在第二个蜂窝预制体上切割出第二分孔，其中，所述第一分孔贯穿第一个蜂窝预制体，所述第二分孔贯穿第二个蜂窝预制体。

4.根据权利要求3所述低成本多预埋蜂窝夹芯复合材料产品的成型方法，其特征在于，所述预埋组件包括预埋单元件与加强筋预制体；

所述预埋单元件的截面为T型结构，所述加强筋预制体上具有第三分孔，且所述第三分孔贯穿所述加强筋预制体，所述预埋单元件上T型结构的横边部分嵌入所述第三分孔；

步骤4中，所述将预埋组件埋入预埋孔，具体为：

首先将加强筋预制体安置在第一分孔内，再埋入预埋单元件，使预埋单元件上T型结构的竖边部分嵌入第二分孔，预埋单元件上T型结构的横边部分嵌入第三分孔。

5.根据权利要求4所述低成本多预埋蜂窝夹芯复合材料产品的成型方法，其特征在于，所述预埋单元件的数量至少为一个；

当所述预埋单元件的数量为两个以上时，所述加强筋预制体上具有多个与预埋单元件一一对应的第三分孔，各所述预埋单元件上T型结构的横边部分嵌入对应的所述第三分孔。

6.根据权利要求5所述低成本多预埋蜂窝夹芯复合材料产品的成型方法，其特征在于，所述加强筋预制体的成型过程为：

将碳纤维单向布铺设在采用PVC泡沫板上后进行真空袋压，得到加强筋预制板；

基于设计需求在加强筋预制板上切割出多个第三分孔，即得到加强筋预制体。

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