CN114054574A - 一种基于柔性充液的薄壁t型筋特征局部补强成形方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于本发明属于薄壁零件的成形技术领域，特别涉及一种基于柔性充液的薄壁T型筋特征局部补强成形方法，包括设置一种专用的充液模具，充液模具中设置有充液成形腔室；将铺贴有局部增强材料的薄壁构件铺放于充液模具中，利用压力机使充液模具内部产生合模压力，然后向充液成形腔室中注入柔性介质，直至薄壁构件与充液成形腔室的型面贴合；排出柔性介质，并启动压力机，消除充液模具内部的合模压力，然后取出薄壁构件。技术方案成功的在避免出现起皱缺陷的前提下，将柔性充液成形工艺运用到了薄壁构件的复杂结构成形过程中，可实现复杂薄壁构件的一步成形，有效降低了薄壁复杂构件的废品率以及生产成本，尤其适用于相应薄壁构件的批量成形。

Description

一种基于柔性充液的薄壁T型筋特征局部补强成形方法

技术领域

本发明属于薄壁零件的成形技术领域，特别涉及一种基于柔性充液的薄壁T型筋特征局部补强成形方法。

背景技术

纤维增强金属层板复合材料作为一种新型的轻量化复合材料具有较高的损伤容限、抗疲劳性能和机械/热性能，使其在航空航天、汽车、轨道交通等领域应用日渐广泛。传统的辊弯成形、自成形和热压罐等成形手段，具有成形工序多、成形效率低、成形构件简单、构件易翘曲、废品率高等缺点，限制了纤维增强金属层板复合材料的推广使用。柔性介质成形工艺无需传统刚性凸模或凹模，可成形形状复杂、精度要求高的大型薄板构件，且可以有效提高板材的成形性能。

但采用柔性充液成形工艺制造复杂结构构件时，由于薄壁坯料在成形过程中的流动效应而产生局部起皱缺陷，如存在“T”型成形结构时，“T”型结构处便容易出现起皱缺陷；另外，由于高压液室内的高压介质压力方向具有沿薄壁坯料法向传递的特性，当薄壁坯料产生起皱缺陷后难以矫正。因此，采用柔性充液成形工艺制造复杂结构构件时产生的废品率高，难以保证构件质量。

发明内容

为解决柔性充液成形技术成形复杂薄壁构件时存在的问题，本发明专门针对“T”型筋特征提供一种基于柔性充液的薄壁T型筋特征局部补强成形方法，可实现纤维增强金属层板复合材料等薄壁构件的复杂成形，提高柔性充液成形技术的使用范围，促进纤维增强金属层板复合材料的大量使用。

本发明具体通过以下技术方案实现：

一种基于柔性充液的薄壁T型筋特征局部补强成形方法，其特征在于：包括前期准备、铺设坯料、充液成形和泄压脱模；

所述前期准备：基于薄壁构件含有“T”型筋特征的待成形结构，设置一种专用的充液模具，该充液模具中设置有与薄壁构件待成形结构对应的充液成形腔室；

所述布设坯料：准备好局部铺贴有局部增强材料的待成形坯料作为薄壁构件，将薄壁构件铺放于充液模具中，利用压力机使充液模具内部产生合模压力；

所述充液成形：将高压管路接入充液模具，然后基于高压管路向充液模具的充液成形腔室中注入柔性介质，直至薄壁构件与充液成形腔室的型面贴合；

所述泄压脱模：通过高压管路将充液模具的中的柔性介质排出，并启动压力机，消除充液模具内部的合模压力，然后取出薄壁构件，并将局部增强材料从薄壁构件上取下来，即完成薄壁构件的T型筋特征局部补强成形。

优选的，所述充液模具包括上模具和下模具，所述充液成形腔室由开设于下模具顶部的充液槽和开设于上模具底部的成形槽配合构成，下模具上设置有与充液槽相通的注液孔。

优选的，所述铺设坯料包括以下步骤：

S11，制备待成形坯料；

S12，利用模具清洗液擦拭下模具的顶部和上模具的底部；

S13，将所述下模具安装于压力机的下平台上，将上模具安装于压力机的下压头上；

S14，将待成形坯料铺放于下模具上，使待成形坯料覆盖整个充液槽；

S15，启动压力机，对上模具和下模具进行挤压，使上模具与下模具之间产生合模压力，上模具与下模具相互配合对待成形坯料进行挤压，使充液槽和成形槽分别基于待成形坯料被密封。

优选的，所述待成形坯料包括以下步骤：

S11-1，准备一张金属板材，并用模具清洗液清理金属板材的表面；

S11-2，将浸有树脂的纤维布铺贴在金属板材上；

S11-3，利用压辊在铺有纤维布的金属板材上来回滚动，以消除纤维布与金属板层之间的气泡，即完成纤维增强金属层板坯料的制备；

S11-4，在纤维增强金属层板坯料上确定局部增强点，并在局部增强点上铺贴局部增强材料，即完成待成形坯料的制备。

优选的，所述局部增强材料为橡胶材料、铝合金薄片、砂纸或铜片。

优选的，所述步骤S11-2中的树脂为热塑性树脂或热固性树脂。

优选的，所述步骤S11-2中的纤维布采用的是碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维或玄武岩纤维。

优选的，所述步骤 S14中，下模具和上模具上分别设置有用于配合螺栓的安装孔，下模具和上模具分别通过螺栓固定于压力机上。

优选的。所述上模具上开设有与成形槽相通的排气孔。

本发明带来的有益效果：

1）本技术方案通过设置专用的充液模具，配合在薄壁构件上铺贴局部增强材料，成功的在避免出现起皱缺陷的前提下，将柔性充液成形工艺运用到了薄壁构件的复杂结构成形过程中，相较于辊弯成形、自成形等传统板材成形方法，本技术方案可实现复杂薄壁构件的一步成形，即减少了成形工序、提高了成形效率，可确保薄壁构件的成形质量，进一步的，有效降低了薄壁复杂构件的废品率以及生产成本，尤其适用于相应薄壁构件的批量成形。

2）本技术方案中专用充液模具的结构包括上模具和下模具两个部分，通过在上模具和下模具分别开设成形槽和充液槽，满足了充液模具的充液要求以及薄壁构件的成形条件，结构简单巧妙，且使用方便，在压力机的加持下，创造了可靠的合模条件，为薄壁构件的一步成形打下了可靠基础。

3）本技术方案成功的将纤维增强金属层板复合材料作为薄壁构件，并采用柔性充液成形工艺运完成具有“T”型筋特征的复杂结构成形过程，扩大了柔性充液成形工艺的使用范围，同时促进纤维增强金属层板复合材料的大量使用。

说明书附图

图1为本技术方案充液模具使用状态下的爆炸结构示意图；

图2为一种下模具的俯视结构示意图；

图3为一种上模具的仰视结构示意图；

图4为一种含有T型筋特征的复杂薄壁构件结构示意图；

图中：

1、薄壁构件；1.1、局部增强点；2、上模具；3、下模具；4、充液成形腔室；4.1、充液槽；4.2、成形槽；4.3、“T”型筋特征的对应结构；5、注液孔；6、排气孔；7、安装孔。

具体实施方式

为使发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中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一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付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。

实施例1

本实施例基于一种带有“T”型筋特征的薄壁构件待成形结构，公开了一种基于柔性充液的薄壁T型筋特征局部补强成形方法，作为本发明一种基本的实施方案，包括前期准备、铺设坯料、充液成形和泄压脱模。

前期准备：基于薄壁构件含有“T”型筋特征的待成形结构，设置一种专用的充液模具，该充液模具中设置有与薄壁构件待成形结构对应的充液成形腔室，即，该充液成形腔室也具备“T”型筋特征的对应结构。

布设坯料：准备好局部（此处的局部具体指“T”型筋特征成形的位置）铺贴有局部增强材料的待成形坯料作为薄壁构件，将薄壁构件铺放于充液模具中，利用压力机使充液模具内部产生合模压力，使得充液成形腔室具备可靠的密封条件。

充液成形：将高压管路接入充液模具，然后基于高压管路向充液模具的充液成形腔室中注入柔性介质，直至薄壁构件与充液成形腔室的型面贴合。其中，柔性介质主要是耐高温油性液体，可以承受100-200摄氏度的温度。具体的，随着柔性介质不断注入充液成形腔室，逐渐充满薄壁构件下表面对应的充液成形腔室空间结构，此时继续注入柔性介质，使充液成形腔室中保持一定的液体压力，基于液体压力，薄壁构件开始成形，此时，由于局部增强材料的存在，阻止了“T”型筋特征中横筋与纵筋结合处对应的薄壁构件板料产生流动，从而避免了该位置的起皱缺陷；继续注入柔性介质，直至薄壁构件与充液成形腔室的型面贴合，在薄壁构件成形后迅速泄压会导致薄壁构件结构回弹，薄壁构件结构回弹引起成形精度差的问题，因此，在薄壁构件与充液成形腔室的型面贴合后，保持一定时间的液体压力，可有效防止薄壁构建结构回弹。

泄压脱模：通过高压管路将充液模具的中的柔性介质排出，并启动压力机，消除充液模具内部的合模压力，然后取出薄壁构件，即完成薄壁构件的“T”型筋特征局部补强成形。

综上所述，依次重复铺设坯料、充液成形和泄压脱模操作，即可完成相应薄壁构件的批量成形。

本技术方案通过设置专用的充液模具，配合在薄壁构件上铺贴局部增强材料，成功的在避免出现起皱缺陷的前提下，将柔性充液成形工艺运用到了薄壁构件的复杂结构成形过程中，相较于辊弯成形、自成形等传统板材成形方法，本技术方案可实现复杂薄壁构件的一步成形，即减少了成形工序、提高了成形效率，可确保薄壁构件的成形质量，进一步的，有效降低了薄壁复杂构件的废品率以及生产成本，尤其适用于相应薄壁构件的批量成形。

另外，薄壁构件成形后还保持一定时间的压力，原因是同时保压可以避免复合材料因为金属回弹而在复合材料层间吸入气泡。

实施例2

基于一种带有“T”型筋特征的薄壁构件待成形结构，公开了一种基于柔性充液的薄壁T型筋特征局部补强成形方法，作为本发明一种优选的实施方案，包括前期准备、铺设坯料、充液成形和泄压脱模。

前期准备：基于薄壁构件含有“T”型筋特征的待成形结构，设置一种专用的充液模具，该充液模具中设置有与薄壁构件待成形结构对应的充液成形腔室；具体的，如图1所示，充液模具包括上模具和下模具，充液成形腔室由开设于下模具顶部的充液槽和开设于上模具底部的成形槽配合构成，下模具上设置有与充液槽相通的注液孔，其中，充液槽的槽口边缘与成形槽的槽口边缘呈镜像对称。

布设坯料：准备好局部铺贴有局部增强材料的待成形坯料作为薄壁构件，将薄壁构件铺放于充液模具中，利用压力机使充液模具内部产生合模压力；具体的，包括以下步骤：

S11，制备待成形坯料；

S12，利用模具清洗液擦拭下模具的顶部和上模具的底部，防止杂质影响后期上模具与下模具之间的合模效果，同时防止杂质对柔性介质产生污染；

S13，将所述下模具安装于压力机的下平台上，将上模具安装于压力机的下压头上；

S14，将待成形坯料铺放于下模具上，使待成形坯料覆盖整个充液槽，即，待成形坯料的大小足以将充液槽与成形槽完全隔开；

S15，启动压力机，对上模具和下模具进行挤压，使上模具与下模具之间产生合模压力，上模具与下模具相互配合对待成形坯料进行挤压，使充液槽和成形槽分别基于待成形坯料被密封。

充液成形：将高压管路接入充液模具，具体是通过下模具上的注液孔接入充液模具；然后基于高压管路向充液模具的充液成形腔室中注入柔性介质，直至薄壁构件与充液成形腔室的型面贴合。

泄压脱模：通过高压管路将充液模具的中的柔性介质排出，并启动压力机，将上模具升高，自动消除充液模具内部的合模压力，然后取出薄壁构件，并将局部增强材料从薄壁构件上取下来，即完成薄壁构件的T型筋特征局部补强成形。

本技术方案中专用充液模具的结构包括上模具和下模具两个部分，通过在上模具和下模具分别开设成形槽和充液槽，满足了充液模具的充液要求以及薄壁构件的成形条件，结构简单巧妙，且使用方便；基于充液模具的结构，本实施例具体公开了布设坯料的详细步骤，为薄壁构件的一步成形打下了可靠基础。

实施例3

基于一种带有“T”型筋特征的薄壁构件待成形结构，公开了一种基于柔性充液的薄壁T型筋特征局部补强成形方法，作为本发明一种优选的实施方案，包括前期准备、铺设坯料、充液成形和泄压脱模。

前期准备：基于薄壁构件含有“T”型筋特征的待成形结构，设置一种专用的充液模具，该充液模具中设置有与薄壁构件待成形结构对应的充液成形腔室；具体的，如图1所示，充液模具包括上模具和下模具，充液成形腔室由开设于下模具顶部的充液槽和开设于上模具底部的成形槽配合构成，下模具上设置有与充液槽相通的注液孔，其中，充液槽的槽口边缘与成形槽的槽口边缘呈镜像对称，上模具上开设有与成形槽相通的排气孔，有利于成形槽中空气的排出以及后期对薄壁构件的拿取。

布设坯料：准备好局部铺贴有局部增强材料的待成形坯料作为薄壁构件，将薄壁构件铺放于充液模具中，利用压力机使充液模具内部产生合模压力；具体的，包括以下步骤：

S11，制备待成形坯料，具体包括以下步骤：

S11-1，准备一张金属板材，并用模具清洗液清理金属板材的表面；

S11-2，将浸有树脂的纤维布铺贴在金属板材上。具体的，树脂为热塑性树脂（如：PE-聚乙烯、PP-聚丙烯、PVC-聚氯乙烯、PS-聚苯乙烯等）或热固性树脂（如酚醛树脂、脲醛树脂、环氧树脂等）；其中，热塑性树脂具有受热软化、冷却硬化的性能，而且不起化学反应，无论加热和冷却重复进行多少次，均能保持这种性能；热固性树脂是加热后产生化学变化，逐渐硬化成型，再受热也不软化以及溶解的一种树脂。可根据所需纤维增强金属层板坯料性能要求，选择合适的树脂。另外，纤维布采用的是碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维或玄武岩纤维。

S11-3，利用压辊在铺有纤维布的金属板材上来回滚动，以消除纤维布与金属板层之间的气泡，即完成纤维增强金属层板坯料的制备；

S11-4，在纤维增强金属层板坯料上确定局部增强点（该局部增强点即为“T”型筋特征成形的位置），并在局部增强点上铺贴局部增强材料，即完成待成形坯料的制备。具体的，局部增强材料为橡胶材料、铝合金薄片、砂纸或铜片。

S12，利用模具清洗液擦拭下模具的顶部和上模具的底部，防止杂质影响后期上模具与下模具之间的合模效果，同时防止杂质对柔性介质产生污染。

S13，将所述下模具安装于压力机的下平台上，将上模具安装于压力机的下压头上；具体的，下模具和上模具上分别设置有用于配合螺栓的安装孔，下模具和上模具分别通过螺栓固定于压力机上。

S14，将待成形坯料铺放于下模具上，使待成形坯料覆盖整个充液槽，即，待成形坯料的大小足以将充液槽与成形槽完全隔开。

S15，启动压力机，对上模具和下模具进行挤压，使上模具与下模具之间产生合模压力，上模具与下模具相互配合对待成形坯料进行挤压，使充液槽和成形槽分别基于待成形坯料被密封。

所述充液成形：将高压管路接入充液模具，具体是通过下模具上的注液孔接入充液模具；然后基于高压管路向充液模具的充液成形腔室中注入柔性介质，直至薄壁构件与充液成形腔室的型面贴合后，保持一定时间的液体压力，不仅可以有效方式薄壁构建结构反弹，还可避免纤维增强金属层板坯料因为前述结构反弹回弹而吸入气泡。其中“一定时间”是要根据树脂的固化特性决定的，一般指树脂的固化周期。

所述泄压脱模：通过高压管路将充液模具的中的柔性介质排出，并启动压力机，将上模具升高，自动消除充液模具内部的合模压力，然后取出薄壁构件，并将局部增强材料从薄壁构件上取下来，即完成薄壁构件的T型筋特征局部补强成形。

在本技术方案中，纤维布的选择条件与最终构件的力学性能要求有关，当构件承受单向力较大时选用单向纤维布；当构件承受两正交外力时选用正交纤维布。

本技术方案成功的将纤维增强金属层板复合材料（即纤维增强金属层板坯料）作为薄壁构件，并采用柔性充液成形工艺运完成具有“T”型筋特征的复杂结构成形过程，扩大了柔性充液成形工艺的使用范围，同时促进纤维增强金属层板复合材料的大量使用。

Claims (9)

1.一种基于柔性充液的薄壁T型筋特征局部补强成形方法，其特征在于：包括前期准备、铺设坯料、充液成形和泄压脱模；

所述前期准备：基于薄壁构件含有“T”型筋特征的待成形结构，设置一种专用的充液模具，该充液模具中设置有与薄壁构件待成形结构对应的充液成形腔室；

所述布设坯料：准备好局部铺贴有局部增强材料的待成形坯料作为薄壁构件，将薄壁构件铺放于充液模具中，利用压力机使充液模具内部产生合模压力；

所述充液成形：将高压管路接入充液模具，然后基于高压管路向充液模具的充液成形腔室中注入柔性介质，直至薄壁构件与充液成形腔室的型面贴合；

所述泄压脱模：通过高压管路将充液模具的中的柔性介质排出，并启动压力机，消除充液模具内部的合模压力，然后取出薄壁构件，并将局部增强材料从薄壁构件上取下来，即完成薄壁构件的T型筋特征局部补强成形。

2.如权利要求1所述一种基于柔性充液的薄壁T型筋特征局部补强成形方法，其特征在于：所述充液模具包括上模具和下模具，所述充液成形腔室由开设于下模具顶部的充液槽和开设于上模具底部的成形槽配合构成，下模具上设置有与充液槽相通的注液孔。

3.如权利要求2所述一种基于柔性充液的薄壁T型筋特征局部补强成形方法，其特征在于，所述铺设坯料包括以下步骤：

S11，制备待成形坯料；

S12，利用模具清洗液擦拭下模具的顶部和上模具的底部；

S13，将所述下模具安装于压力机的下平台上，将上模具安装于压力机的下压头上；

S14，将待成形坯料铺放于下模具上，使待成形坯料覆盖整个充液槽；

S15，启动压力机，对上模具和下模具进行挤压，使上模具与下模具之间产生合模压力，上模具与下模具相互配合对待成形坯料进行挤压，使充液槽和成形槽分别基于待成形坯料被密封。

4.如权利要求3所述一种基于柔性充液的薄壁T型筋特征局部补强成形方法，其特征在于，所述待成形坯料包括以下步骤：

S11-1，准备一张金属板材，并用模具清洗液清理金属板材的表面；

S11-2，将浸有树脂的纤维布铺贴在金属板材上；

S11-3，利用压辊在铺有纤维布的金属板材上来回滚动，以消除纤维布与金属板层之间的气泡，即完成纤维增强金属层板坯料的制备；

S11-4，在纤维增强金属层板坯料上确定局部增强点，并在局部增强点上铺贴局部增强材料，即完成待成形坯料的制备。

5.如权利要求4所述一种基于柔性充液的薄壁T型筋特征局部补强成形方法，其特征在于：所述步骤S11-2中的树脂为热塑性树脂或热固性树脂。

6.如权利要求4所述一种基于柔性充液的薄壁T型筋特征局部补强成形方法，其特征在于：所述步骤S11-2中的纤维布采用的是碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维或玄武岩纤维。

7.如权利要求3所述一种基于柔性充液的薄壁T型筋特征局部补强成形方法，其特征在于：所述步骤 S14中，下模具和上模具上分别设置有用于配合螺栓的安装孔，下模具和上模具分别通过螺栓固定于压力机上。

8.如权利要求2所述一种基于柔性充液的薄壁T型筋特征局部补强成形方法，其特征在于：所述上模具上开设有与成形槽相通的排气孔。

9.如权利要求1所述一种基于柔性充液的薄壁T型筋特征局部补强成形方法，其特征在于：所述局部增强材料为橡胶材料、铝合金薄片、砂纸或铜片。

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