CN113370538A - 一种纤维金属复合工件的成形方法 - Google Patents

一种纤维金属复合工件的成形方法 Download PDF

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黄明辉
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Abstract

本发明公开一种纤维金属复合工件的成形方法，涉及复合工件成形技术领域，包括以下步骤：步骤一、将纤维金属复合层板进行预加热；步骤二、在热塑性碳纤维复合材料层两端通入直流电，在温度升高到热塑性树脂层的熔点以上之后进行保温保压；步骤三、在各铝合金板两端通入脉冲电流并进行热冲压成形；步骤四、将铝合金板两端通入的脉冲电流换为直流电，使纤维金属复合层板保温保压；步骤五、断开铝合金板两端电源，使得纤维金属复合层板冷却至室温完成固化形成纤维金属复合工件；步骤六、使凸模和凹模分开，并取出纤维金属复合工件。该方法提升了纤维金属复合层板的成形性能，提升了所成形工件的质量，增加了可生产工件的复杂程度，提升了加工效率。

Description

一种纤维金属复合工件的成形方法
技术领域
本发明涉及复合工件成形技术领域，特别是涉及一种纤维金属复合工件的成形方法。
背景技术
将金属薄板与纤维复合材料交替堆叠后，在一定的温度和压力下固化成形形成的纤维金属复合层板。该复合层板综合了金属和复合材料的优点，不仅拥有高的比强度和比刚度，而且具有优良的疲劳性能、抗冲击性以及高的损伤容限等，在航空航天和汽车工业等领域中具有广阔的市场前景。
现有碳纤维-铝合金复合层板为碳纤维预浸料、PEEK、铝合金薄板按一定顺序进行铺层。由于铝合金成形极限低，在普通冲压成型工艺中，如果直接使用直流电流进行加热，铝合金薄板因本身塑性性能不强的原因，易发生断裂。因此，只能对简单形状的碳纤维-铝合金复合材料工件进行冲压成型，而在冲压加工形状复杂程度高的碳纤维-铝合金复合材料工件时，铝合金薄板断裂的概率高，严重影响冲压成型效率，制约了碳纤维-铝合金复合材料的进一步发展。
发明内容
为解决以上技术问题，本发明提供一种纤维金属复合工件的成形方法，提升了纤维金属复合层板的成形性能，提升了所成形工件的质量，增加了可生产工件的复杂程度，提升了加工效率。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
本发明提供一种纤维金属复合工件的成形方法，包括以下步骤：
步骤一、将两个铝合金板表面打磨并进行表面阳极化处理；再将一个所述铝合金板、一个热塑性树脂层、热塑性碳纤维复合材料层、另一个热塑性树脂层和另一个所述铝合金板由下至上依次堆叠形成纤维金属复合层板；而后对所述纤维金属复合层板进行预加热；
步骤二、预加热完成后，在所述热塑性碳纤维复合材料层两端通入直流电，对所述纤维金属复合层板进行加热，同时在所述纤维金属复合层板上下两侧施加压力；在温度升高到所述热塑性树脂层的熔点以上之后进行保温保压；
步骤三、将所述纤维金属复合层板转移到冲压模具上，所述冲压模具包括凸模和凹模，在各所述铝合金板两端通入脉冲电流，利用所述凸模和所述凹模对所述纤维金属复合层板进行热冲压成形；
步骤四、所述凸模和所述凹模合模后，将所述铝合金板两端通入的脉冲电流换为直流电，使所述纤维金属复合层板保温保压；
步骤五、对所述纤维金属复合层板的保温保压完成之后，断开所述铝合金板两端电源，所述凸模保持位置不变并保持压力，使得所述纤维金属复合层板冷却至室温完成固化形成纤维金属复合工件；
步骤六、使所述凸模和所述凹模分开，并取出所述纤维金属复合工件。
优选地，在步骤一中，对所述纤维金属复合层板采用中空加热管进行预加热，预加热温度大于200℃，预加热温度小于所述热塑性树脂层的熔点。
优选地，在步骤二中，向所述纤维金属复合层板上下两侧施加的压力为0.6～0.8MPa，在温度升高到390℃以上之后保温保压10～20min。
优选地，在步骤四中，所述凸模和所述凹模之间保持0.6～0.8MPa的压力。
优选地，在步骤五中，对所述纤维金属复合层板进行保温保压的时间为10～20min。
优选地，在步骤五中，通过风冷或水冷使得所述纤维金属复合层板冷却至室温完成固化。
优选地，所述热塑性树脂层采用PEEK。
优选地，所述热塑性碳纤维复合材料层采用CF/PEEK。
本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：
本发明提供的纤维金属复合工件的成形方法，冲压过程中使用脉冲电流辅助成形，加速动态再结晶，减小形核时的平均晶粒直径，使铝合金板塑性显著提高，进而提升了纤维金属复合层板的成形性能；同时，晶粒细化能有效降低回弹，使得成形后的纤维金属复合工件表面质量好且厚度均匀。通过一次成型的方式直接加工出纤维金属复合工件，省去了复杂的成型过程，即省去了制备工件时的固溶时间，增加了可生产工件的复杂程度，缩短了生产周期，提升了加工效率。本发明中采用自电阻加热的方式分别对热塑性碳纤维复合材料层和铝合金板进行加热，具有加速快、效率高、减少了加工工艺中的热能耗散等优点。本发明中的纤维金属复合工件的成形方法相较于其他加热成形方式，成本更低、效果更好、便于推广。
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获得其他的附图。
图1为本发明中纤维金属复合层板的结构示意图；
图2为本发明提供的纤维金属复合工件的成形方法的工艺流程图。
附图标记说明：1、纤维金属复合层板；101、铝合金板；102、热塑性树脂层；103、热塑性碳纤维复合材料层；2、纤维金属复合工件；3、凸模；4、凹模；5、加压装置。
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。
本发明的目的是提供一种纤维金属复合工件的成形方法，提升了纤维金属复合层板的成形性能，提升了所成形工件的质量，增加了可生产工件的复杂程度，提升了加工效率。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
如图1和图2所示，本实施例提供一种纤维金属复合工件的成形方法，包括以下步骤：
步骤一、将两个铝合金板101表面打磨并进行表面阳极化处理；再将一个铝合金板101、一个热塑性树脂层102、热塑性碳纤维复合材料层103、另一个热塑性树脂层102和另一个铝合金板101由下至上依次堆叠形成纤维金属复合层板1；而后对纤维金属复合层板1进行预加热；
步骤二、预加热完成后，在热塑性碳纤维复合材料层103两端通入直流电，利用自身电阻产生的焦耳热对纤维金属复合层板1进行加热，同时在纤维金属复合层板1上下两侧施加压力，具体地，采用加压装置5将纤维金属复合层板1夹持并施加压力；在温度升高到热塑性树脂层102的熔点以上之后进行保温保压，即通过热塑性树脂层102熔化使得相邻的热塑性碳纤维复合材料层103和铝合金板101能够连接；
步骤三、将纤维金属复合层板1转移到冲压模具上，冲压模具包括凸模3和凹模4，在各铝合金板101两端通入脉冲电流，利用凸模3和凹模4对纤维金属复合层板1进行热冲压成形，具体地，将纤维金属复合层板1放置于凹模4上，凸模3下行进行热冲压成形；
步骤四、凸模3和凹模4合模后，将铝合金板101两端通入的脉冲电流换为直流电，使纤维金属复合层板1保温保压；
步骤五、对纤维金属复合层板1的保温保压完成之后，断开铝合金板101两端电源，凸模3保持位置不变并保持压力，使得纤维金属复合层板1冷却至室温完成固化形成纤维金属复合工件2；
步骤六、使凸模3和凹模4分开，并取出纤维金属复合工件2。
本实施例的冲压过程中使用脉冲电流辅助成形，加速动态再结晶，减小形核时的平均晶粒直径，使铝合金板101塑性显著提高，提高铝合金板101的成形极限，进而提升了纤维金属复合层板1的成形性能；同时，晶粒细化能有效降低回弹，使得成形后的纤维金属复合工件2表面质量好且厚度均匀。通过一次成型的方式直接加工出纤维金属复合工件2，省去了复杂的成型过程，即省去了制备工件时的固溶时间，增加了可生产工件的复杂程度，缩短了生产周期，提升了加工效率。本发明中采用自电阻加热的方式分别对热塑性碳纤维复合材料层103和铝合金板101进行加热，具有加速快、效率高、减少了加工工艺中的热能耗散等优点。本实施例中的纤维金属复合工件2的成形方法相较于其他加热成形方式，成本更低、效果更好、便于推广。
具体地，在步骤一中，对纤维金属复合层板1采用中空加热管进行预加热，预加热温度大于200℃，预加热温度小于热塑性树脂层102的熔点。
具体地，在步骤二中，向纤维金属复合层板1上下两侧施加的压力为0.6～0.8MPa，在温度升高到390℃以上之后保温保压10～20min。
具体地，在步骤四中，凸模3和凹模4之间保持0.6～0.8MPa的压力。
具体地，在步骤五中，对纤维金属复合层板1进行保温保压的时间为10～20min。
具体地，在步骤五中，通过风冷或水冷使得纤维金属复合层板1冷却至室温完成固化。
于本具体实施例中，热塑性树脂层102采用PEEK。热塑性碳纤维复合材料层103采用CF/PEEK。
本说明书中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (8)

1.一种纤维金属复合工件的成形方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、将两个铝合金板表面打磨并进行表面阳极化处理；再将一个所述铝合金板、一个热塑性树脂层、热塑性碳纤维复合材料层、另一个热塑性树脂层和另一个所述铝合金板由下至上依次堆叠形成纤维金属复合层板；而后对所述纤维金属复合层板进行预加热；
步骤二、预加热完成后，在所述热塑性碳纤维复合材料层两端通入直流电，对所述纤维金属复合层板进行加热，同时在所述纤维金属复合层板上下两侧施加压力；在温度升高到所述热塑性树脂层的熔点以上之后进行保温保压；
步骤三、将所述纤维金属复合层板转移到冲压模具上，所述冲压模具包括凸模和凹模，在各所述铝合金板两端通入脉冲电流，利用所述凸模和所述凹模对所述纤维金属复合层板进行热冲压成形；
步骤四、所述凸模和所述凹模合模后，将所述铝合金板两端通入的脉冲电流换为直流电，使所述纤维金属复合层板保温保压；
步骤五、对所述纤维金属复合层板的保温保压完成之后，断开所述铝合金板两端电源，所述凸模保持位置不变并保持压力，使得所述纤维金属复合层板冷却至室温完成固化形成纤维金属复合工件；
步骤六、使所述凸模和所述凹模分开，并取出所述纤维金属复合工件。
2.根据权利要求1所述的纤维金属复合工件的成形方法，其特征在于，在步骤一中，对所述纤维金属复合层板采用中空加热管进行预加热，预加热温度大于200℃，预加热温度小于所述热塑性树脂层的熔点。
3.根据权利要求1所述的纤维金属复合工件的成形方法，其特征在于，在步骤二中，向所述纤维金属复合层板上下两侧施加的压力为0.6～0.8MPa，在温度升高到390℃以上之后保温保压10～20min。
4.根据权利要求1所述的纤维金属复合工件的成形方法，其特征在于，在步骤四中，所述凸模和所述凹模之间保持0.6～0.8MPa的压力。
5.根据权利要求1所述的纤维金属复合工件的成形方法，其特征在于，在步骤五中，对所述纤维金属复合层板进行保温保压的时间为10～20min。
6.根据权利要求1所述的纤维金属复合工件的成形方法，其特征在于，在步骤五中，通过风冷或水冷使得所述纤维金属复合层板冷却至室温完成固化。
7.根据权利要求1所述的纤维金属复合工件的成形方法，其特征在于，所述热塑性树脂层采用PEEK。
8.根据权利要求1所述的纤维金属复合工件的成形方法，其特征在于，所述热塑性碳纤维复合材料层采用CF/PEEK。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114433709A (zh) * 2022-01-17 2022-05-06 北京协同创新研究院 一种超混杂复合材料异形件的成型方法

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109986860A (zh) * 2019-04-10 2019-07-09 中南大学 一种纤维金属复合层板及其成形模具、成形方法

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109986860A (zh) * 2019-04-10 2019-07-09 中南大学 一种纤维金属复合层板及其成形模具、成形方法

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114433709A (zh) * 2022-01-17 2022-05-06 北京协同创新研究院 一种超混杂复合材料异形件的成型方法
CN114433709B (zh) * 2022-01-17 2023-07-21 北京协同创新研究院 一种超混杂复合材料异形件的成型方法

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