CN115042454A - 纤维增强复合材料零件成型工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种纤维增强复合材料零件成型工艺，包括零件本体，零件本体中心区域由连续纤维增强热塑性树脂板材模压预成型后通过加热装置预热和注塑模具合模的锁模力进行二次模压加工成型；零件本体非中心区域由非连续纤维塑料粒子或纯树脂塑料粒子注塑成型；其制造工艺实现模压‑注塑工艺复合制造。本申请零件具有轻量化，减少零件全周期碳轨迹的优势，符合碳中和、碳达峰环保发展的理念。
Description
技术领域
本发明涉及复合材料零件成型及其制造工艺领域，具体地，涉及一种复合材料零件成型工艺。
背景技术
目前，汽车零部件以及3C产品外壳材料常用的有聚碳酸酯(PC)/丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)工程塑料、铝(镁)合金材料、碳纤维复合材料等。对应的成型方法主要包含注塑成型、金属冲压成型、复合材料模压成型和复合材料液体成型。结合成本考虑，普通汽车零部件以及3C产品外壳以ABS和PC材料为主，因此为了满足汽车零部件以及3C产品结构强度与刚度的要求，不得不采用较大的外形尺寸和使用更多的原材料，使得其自重和厚度增加。碳纤维复合材料以其轻质高强，优良的可设计性，导热特性，耐腐蚀等众多优点，成为解决薄壁制件减重的首选。
模压-注塑工艺通过中心区域采用连续纤维增强热塑性材料保证主承力区域的刚度以及变形量，非主承力区域通过注塑完成包边减少了工艺复杂度；同时注塑-模压工艺通过采用连续纤维增强热塑性材料保证主要变形区域的强度和变形量，也实现复杂结构区域利用非连续纤维增强材料(短切纤维增强塑料/纯塑料)的成型制造，完美融合非连续纤维制造复杂结构的优点以及连续纤维增强热塑性材料保证强度和变形量的优点。
因此模压-注塑工艺成为了解决当前汽车零部件以及3C产品外壳轻量化，轻薄化，可持续发展需求的首选制造工艺。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种复合材料零件成型工艺。
根据本发明提供的一种纤维增强复合材料零件成型工艺，包括如下步骤：
预成型步骤：连续纤维增强热塑性树脂带材通过压机模压成型，通过高温高压使得连续纤维增强热塑性树脂带材在逐步加温加压工艺过程中完成成型过程；
模压-注塑工艺升温步骤：通过加热系统将预裁切料片及模具加热到设定温度；
模压-注塑工艺保温步骤：将模具在设定温度下保持，预裁切料片在红外炉内保持设定时间，使得红外炉内的温度达到成型温度并保持稳定均匀；
模压-注塑工艺转移步骤：将预裁切料片从预加热装置转移至注塑机定位位置；
模压-注塑工艺成型步骤：注塑机动模板快速移动至定模板并使得料片板材快速冷却成型；
模压-注塑工艺冷却步骤：将模具冷却到设定温度并脱模。
优选地，所述连续纤维增强热塑性树脂采用如下任一种材料：PC、PA、PP、PPS、PEEK；
连续纤维为碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维、硼纤维、竹纤维、麻纤维等。
优选地，预裁切料片，其特征在于，采用模压或热压罐工艺进行成型，成型温度区间为120-420℃，成型压力为0.5-2.5MPa。
优选地，模压-注塑工艺升温步骤中，快速加热装置将预裁切料片加热至一定温度，其中快速加热装置包括红外、电磁、鼓风等加热方式；模具加热至设定温度包括两部分：模具内部流道温度和模具分型面温度，其中模具内部流道温度为非连续纤维塑料粒子或纯树脂塑料粒子熔融温度，模具分型面温度为非连续纤维塑料粒子或纯树脂塑料粒子对应熔融温度减去100-350℃。
优选地，模压-注塑工艺保温步骤中，通过快速加热装置将通过机械装置或人工实现空间移动，其中移动方式包括机械手，人工等有效方式实现空间移动；同时预裁切板材加热至其基体高分子树脂材料熔融温度范围，确保其温度达到成型温度并保持稳定5-600秒。
优选地，模压-注塑工艺转移步骤中，通过机械装置或人工方式快速抓取将已经预先熔融的预裁切料片从加热装置转移至注塑机定位位置(其中机械手装置包括机械手本体、夹持工装或吸盘等装置实现预成型板材的抓取转移；机械传动装置包括机械传动本体、夹持工装或吸盘等装置实现预成型板材的抓取转移；移动装置装置包括移动装置本体、夹持工装或吸盘等装置实现预成型板材的抓取转移。)；转移速度需要保证预裁切料片在5-100s内完成抓取，移动定位整个流程。另外抓取定位过程中进行预裁切料片需进行温度补偿保证预裁切料片持续受热并保持熔融状态，其中温度补偿装置集成在移动装置夹持工装或吸盘等装置上，须具有对预裁切料片实时加热和非接触式温度测试/显示功能的温度传感器功能。
优选地，模压-注塑工艺成型步骤中，预裁切板材挂件在定模板定位销位置，然后注塑机动模板快速移动至定模板位置完成合模及注塑-模压过程中的注塑加压过程，非中心区域(1)利用非连续纤维塑料粒子或纯树脂塑料粒子在注塑机料筒内加热干燥然后进入注塑机螺杆中实现加料段、压缩段、均化段三段工艺过程，实现三段工艺过程后非连续纤维塑料粒子或纯树脂塑料粒子进入模具流道通过流道进入模具内完成与预裁切板材边缘充分熔融接触。
优选地，模压-注塑工艺冷却步骤中，通过模压-注塑工艺形成的一体化复合材料零件的中心区域(2)和非中心区域(1)同步冷却脱模。
根据本发明提供的一种零件，采用上述的复合材料零件成型工艺，其中：
零件本体中心区域(2)由连续纤维增强热塑性树脂板材模压成型并通过预热和注塑合模加压进行二次加工成型；
零件本体非中心区域(1)由非连续纤维塑料粒子及纯树脂塑料粒子注塑成型。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
1、本发明提供了一种新型复合材料零件成型工艺方法，克服现有技术功能单一的缺陷，实现轻量化和耐久，耐腐蚀，可回收的统一性和绿色发展理念。
2、本发明的零件具有轻量化，减少零件全周期碳轨迹的优势，符合碳中和、碳达峰环保发展的理念。
3、本发明提供了一种新型复合材料零件成型工艺方法，保证主承力区域的刚度以及变形量，非主承力区域通过注塑完成包边减少了工艺复杂度；
4、本发明提供了一种新型复合材料零件成型工艺方法，通过采用连续纤维增强热塑性材料保证主要变形区域的强度和变形量，也实现复杂结构区域利用非连续纤维增强材料(短切纤维增强塑料/纯塑料)的成型制造，完美融合非连续纤维制造复杂结构的优点以及连续纤维增强热塑性材料保证强度和变形量的优点。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为纤维增强复合材料零件成型工艺流程图。
图2为一种复合材料零件中心区域连续纤维增强热塑性树脂板材与非连续纤维塑料粒子或纯树脂塑料粒子模压-注塑界面区结构示意图。
图3为一种复合材料零件中心区域同等变形量下不同材料体系的最小厚度对比结果示意图。
图4为一种复合材料零件中心区域同等变形量下不同材料体系的重量和减重效果对比结果示意图。
图中示出：
非中心区域1 中心区域2
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
如图1至图4所示，根据本发明提供的一种新型复合材料零件成型工艺，其零件本体中心区域(2)由连续纤维增强热塑性树脂板材模压成型并通过预热和注塑合模加压进行二次加工成型；零件本体非中心区域(1)由非连续纤维塑料粒子或纯树脂塑料粒子注塑成型；其零件本体制造工艺实现模压-注塑包覆工艺复合制造完成；其中本体中心区域(2)由连续纤维增强热塑性树脂板材材料为连续纤维增强热塑性树脂带材复合模压制成；所述连续纤维增强热塑性树脂采用如下任一种材料：PC、PA、ABS、PET、PP、PPS、PEEK；连续纤维为碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维、硼纤维、竹纤维、麻纤维等。本体中心区域(2)使用的连续纤维增强热塑性树脂板材与本体非中心区域(1)使用的增强塑料粒子注塑件的热膨胀系数基本相当(即同一数量级)；零件本体中心区域(2)由连续纤维增强热塑性树脂板材预先通过模压工艺完成预成型，然后预成型板材再通过加热装置预热熔融软化，最后通过注塑装置合模加压进行二次模压加工成型。于此同时非中心区域(1)的增强塑料粒子注塑工艺过程同步完成；即零件本体非中心区域(1)由非连续纤维塑料粒子或纯树脂塑料粒子注塑成型。综上，整个工艺过程实现零件本体制造工艺实现模压-注塑包覆工艺复合制造完成。
根据本发明提供的一种新型复合材料零件成型工艺流程，包括：
(1)预成型阶段连续纤维增强热塑性树脂(不同热塑性树脂材料包含：PA、PC、PPS、PEEK等)带材通过压机模压成型，通过高温高压(温度范围：不同材料不同温度其中PA:240-320℃，PC:220-300℃,PPS:310-360℃,PEEK：370-420℃，压力为0.5-2.0MPa)使得连续纤维增强热塑性树脂带材在逐步加温加压工艺过程中完成成型过程。
(2)模压-注塑工艺升温阶段通过加热系统将预裁切料片(主形变区域连续纤维增强热塑性板材)及模具加热到设定温度。
(3)模压-注塑工艺保温阶段是将模具在设定温度(50-150℃)下保持，预裁切料片在红外炉内(温度范围为180-420℃，不同材料不同温度其中PA:240-320℃，PC:220-300℃,PPS:310-360℃,PEEK：370-420℃)保持5-600s，确保其温度达到成型温度并保持稳定(整个过程在预加热设备或红外加热装置中完成)。
(4)模压-注塑工艺转移阶段是通过机械臂等自动化装置快速抓取将料片从预加热装置转移至注塑机定位位置(转移过程需要温度补偿)。
(5)模压-注塑工艺成型阶段是注塑机动模板快速移动至定模板并使得料片板材快速冷却成型。
(6)模压-注塑工艺冷却阶段是将模具冷却到设定温度并脱模。工艺的优点在于利用连续纤维的强度保证产品的力学性能，同时利用非连续纤维优异的成型能力来形成产品的复杂结构。
所述步骤(1)中连续纤维增强热塑性树脂带材通过压机多段加热加压程序实现热塑性树脂材料与碳纤维材料充分结合，并通过压力控制实现材料的内部质量均一和孔隙率控制。
步骤(2)中加热系统将预裁切料片加热至一定温度:对应其温度范围为高分子树脂基体熔融温度±50℃(温度范围:不同材料不同温度其中PA:300℃，PC:260℃,PPS:340℃,PEEK：390℃)，其常用高分子树脂材料为PC、PA、PP、PPS、PEEK等常见商用热塑性复合材料带材基体材料，但不限于上述材料。模具加热至设定温度包括两部分：模具内部流道温度和模具分型面温度，其中模具内部流道温度为非连续纤维塑料粒子或纯树脂塑料粒子熔融温度(温度范围:不同材料不同温度其中PA:300℃，PC:260℃,PPS:340℃,PEEK：390℃)加上(30-50)℃，模具分型面温度为非连续纤维塑料粒子及纯树脂塑料粒子熔融温度减去(100-150)℃
步骤(3)中模压-注塑工艺保温阶段是通过红外炉(其中快速加热设备本体要求如下：炉体均匀性为对应标称温度±1℃，温冲为对应标称温度±1-3℃)等快速加热方式将通过机械臂装夹的预成型板材加热至其基体高分子树脂材料熔融温度范围((温度范围:不同材料不同温度其中PA:300℃，PC:260℃,PPS:340℃,PEEK：390℃)熔融温度±20℃)，确保其温度达到成型温度并保持稳定5-600秒(整个过程在预加热设备或红外加热装置中完成)。
步骤(4)中转移阶段是通过机械臂等自动化装置快速抓取将已经预先熔融料片从加热装置转移至注塑机定位位置，整体过程需要自动化机械臂抓取，定位，挂件(板材悬挂至模具定位销位置)，机械臂抓取，定位，挂件过程工业控制要求通过逻辑控制编写程序(不推荐时间控制)，机械臂需要在抓取定位过程中需要进行温度补偿保证机械臂装夹的预裁切料片持续受热并保持熔融状态，其中要求机械臂温度补偿装置均匀性为对应标称温度±1℃，温冲为对应标称温度±1-3℃；机械臂具有温度均匀性的过程在线监测(通过红外成像装置实现温度均匀性可视化)用于反馈机械臂PLC进行温度控制。
步骤(5)中成型阶段要求预裁切板材挂件在定模板定位销位置(工艺挂件率99.9％)，然后注塑机动模板快速移动至注塑机定模板位置完成合模及注塑-模压过程中的注塑加压过程，非中心区域(1)利用非连续纤维塑料粒子及纯树脂塑料粒子在注塑机料筒内加热干燥然后进入注塑机螺杆中实现加料段、压缩段、均化段(也称为计量段)三段工艺过程，实现三段工艺过程后非连续纤维塑料粒子及纯树脂塑料粒子进入模具流道通过流道进入模具内完成与预裁切板材啮合并充分熔融接触，要求材料无明显分界。
步骤(6)中冷却阶段要求实现通过模压-注塑工艺形成的一体化复合材料零件的中心区域和非中心区域(1)同步冷却脱模。
本发明的工艺流程设备包括：压机、红外炉、机械臂、PLC集成控制柜、注塑机(其中要求压机最大压力与注塑机最大锁模力匹配)。
采用本发明能够制备新型复合材料零件制品。
更为详细的说明：
表1实验所用原材料
实施例1
(1)PC/ABS粒料首次使用需在外部真空烘箱或注塑机干燥塔内干燥4-8小时(95-110℃)，将粒料开封后倒入托盘后放入真空烘箱，然后打开真空泵并升温干燥(也可以打开注塑机电源然后打开真空吸料机开关，通过真空吸料机的输送管道将粒料加注至干燥塔内升温干燥)，预埋注塑使用PC/碳纤维板材需要在80-100℃下干燥4-8小时。PP粒子在70-100℃干燥4-8小时。
(2)开电源总控箱内注塑机电源，确认打开后，旋转注塑机控制柜上的开关旋钮，确保注塑机供电，显示面板自动载入。按下电机启动按键；确认注塑机安全门关闭；按下手动按键，长按注塑机模具开模按键模具回退到至最远点，关闭电机启动并拍下急停按钮。确保模具前后模具通过紧固件锁死，避免模具上模安装到注塑机上时出现滑落；利用龙门吊将模具转移至模具上方然后通过手控器使得模具靠近前模板，利用压板固定模具。解除急停状态将压机运行方式旋钮旋转至手动状态，按下电机启动按键；按下手动按键，长按模具合模按键确认模具后模板与注塑机后部接触，关闭电机启动并拍下急停按钮利用压板固定。
(3)按照要求打开供应注塑机及其模具所需的水源，电源，气源的总控开关，即电控箱电源，空压机，水泵以及总控箱内注塑机对应的总开关等，确认所有水电气阀门，开关处于打开状态。
(4)按照预埋注塑需要的工况，依次打开机械手总控箱，启动机械手，确定机械手与红外加热装置交互信号。打开红外加热装置电源，设置红外加热装置温度220-300℃以及加热时间10-60s。启动注塑机电机，模具进行合模，确保合模状态下，打开模温机将模温机温度设置为60-110℃，将模温机与模具相连接的水路和油路的阀门旋转至开起状态，保证模具的加热和冷却的可控性，打开模具配件温度控制器设置13组温度控制器温度为285-300℃，设置8组时间控制器延迟时间，打开模具与气路阀门的连接，设置气路压力0.4-0.7MPa；
(5)将干燥后的料片封装在自封袋内部备用，然后取出转移至红外加热装置内部。
(6)通过注塑机触控界面设置启动电机，进行模具开模；先用斜口钳清理夹取模具上大块的树脂条，再使用去胶剂针对性清理在模具表面的树脂膜，去胶剂喷涂在树脂膜区域等待几分钟采用无尘布擦拭，最后喷涂清洗剂然后采用无尘布进行擦拭，等待清洗剂干燥后喷涂脱模剂。(若注塑机在注塑作业后已完成清理模具并完成防锈保养仅需要擦除模具表面防锈剂即可)。
(7)通过注塑机触摸屏进入“合模”设置程序，对合模程序中的压力，速度以及行程相关参数
(8)进入注塑机温度设置界面，设置注塑机各分区温度(料筒温度，螺杆四个分区温度，喷嘴温度)；
(9)进入射胶设置界面，设置注射压力，注射速度，注射行程以及保压工艺下：螺杆位置模式，射胶时间模式
(10)进入顶针设置界面，设置顶针前进，顶针后退相关工艺的压力，速度，行程，顶针前进工艺参数。
(11)进入熔胶设置界面，设置溶胶，熔胶松退相关工艺的压力，速度，行程，熔胶具数如。
(12)射台工艺设置
进入熔胶设置界面，设置射台前进，射台后退相关工艺的压力，速度，行程，射台前进工艺参数。
(13)完成注射工艺设置后首先进行残余树脂射出工作，等待注塑机个温区达到设置温度后，按下“座进”按钮直至射嘴进入指定位置，启动注塑机电机，按下开模按键直至模具开合至最大位置。将准备好的模板放置到动模板上保证模板覆盖住模具模芯区域，然后按下注射按钮，进行残胶排除作业，直至模具定模板上出胶口流出稳定连续的颜色为原料本体颜色的熔体(残胶排出作业另一作用为完成排出洗螺杆残余的PP树脂)。完成残胶排出作业后立马进行模具合模。
调用已设定好的注塑程序，调整对应的时间控制器延时时间，注塑机按照程序运行进行螺杆挤出，注射，保压，开模，制件顶出等工序，打开注塑机后侧门取出注塑件，记录注塑件缺陷类型及缺陷区域。
实施例2
(14)PPS-30％-GF粒料首次使用需在外部真空烘箱或注塑机干燥塔内干燥4-8小时(90-110℃)，将粒料开封后倒入托盘后放入真空烘箱，然后打开真空泵并升温干燥(也可以打开注塑机电源然后打开真空吸料机开关，通过真空吸料机的输送管道将粒料加注至干燥塔内升温干燥)，预埋注塑使用PPS/碳纤维板材需要在80-100℃下干燥4-8小时。PP粒子在70-100℃干燥4-8小时。
(15)开电源总控箱内注塑机电源，确认打开后，旋转注塑机控制柜上的开关旋钮，确保注塑机供电，显示面板自动载入。按下电机启动按键；确认注塑机安全门关闭；按下手动按键，长按注塑机模具开模按键模具回退到至最远点，关闭电机启动并拍下急停按钮。确保模具前后模具通过紧固件锁死，避免模具上模安装到注塑机上时出现滑落；利用龙门吊将模具转移至模具上方然后通过手控器使得模具靠近前模板，利用压板固定模具。解除急停状态将压机运行方式旋钮旋转至手动状态，按下电机启动按键；按下手动按键，长按模具合模按键确认模具后模板与注塑机后部接触，关闭电机启动并拍下急停按钮利用压板固定。
(16)按照要求打开供应注塑机及其模具所需的水源，电源，气源的总控开关，即电控箱电源，空压机，水泵以及总控箱内注塑机对应的总开关等，确认所有水电气阀门，开关处于打开状态。
(17)按照预埋注塑需要的工况，依次打开机械手总控箱，启动机械手，确定机械手与红外加热装置交互信号。打开红外加热装置电源，设置红外加热装置温度310-350℃以及加热时间10-60s。启动注塑机电机，模具进行合模，确保合模状态下，打开模温机将模温机温度设置为80-150℃，将模温机与模具相连接的水路和油路的阀门旋转至开起状态，保证模具的加热和冷却的可控性，打开模具配件温度控制器设置13组温度控制器温度为350-390℃，设置8组时间控制器延迟时间，打开模具与气路阀门的连接，设置气路压力0.4-0.7MPa；
(18)将干燥后的碳纤维增强聚苯硫醚料片封装在自封袋内部备用，然后取出转移至红外加热装置内部。
(19)通过注塑机触控界面设置启动电机，进行模具开模；先用斜口钳清理夹取模具上大块的树脂条，再使用去胶剂针对性清理在模具表面的树脂膜，去胶剂喷涂在树脂膜区域等待几分钟采用无尘布擦拭，最后喷涂清洗剂然后采用无尘布进行擦拭，等待清洗剂干燥后喷涂脱模剂。(若注塑机在注塑作业后已完成清理模具并完成防锈保养仅需要擦除模具表面防锈剂即可)。
(20)通过注塑机触摸屏进入“合模”设置程序，对合模程序中的压力，速度以及行程相关参数。
(21)进入注塑机温度设置界面，设置注塑机各分区温度(料筒温度，螺杆四个分区温度，喷嘴温度)；
(22)进入射胶设置界面，设置注射压力，注射速度，注射行程以及保压工艺下：螺杆位置模式，射胶时间模式；
(23)进入顶针设置界面，设置顶针前进，顶针后退相关工艺的压力，速度，行程，顶针前进工艺参数；
进入熔胶设置界面，设置溶胶，熔胶松退相关工艺的压力，速度，行程，熔胶工艺参数。
(24)射台工艺设置
进入熔胶设置界面，设置射台前进，射台后退相关工艺的压力，速度，行程，射台前进工艺参数。
(25)完成注射工艺设置后首先进行残余树脂射出工作，等待注塑机个温区达到设置温度后，按下“座进”按钮直至射嘴进入指定位置，启动注塑机电机，按下开模按键直至模具开合至最大位置。将准备好的模板放置到动模板上保证模板覆盖住模具模芯区域，然后按下注射按钮，进行残胶排除作业，直至模具定模板上出胶口流出稳定连续的颜色为原料本体颜色的熔体(残胶排出作业另一作用为完成排出洗螺杆残余的PP树脂)。完成残胶排出作业后立马进行模具合模。
调用已设定好的注塑程序，调整对应的时间控制器延时时间，注塑机按照程序运行进行螺杆挤出，注射，保压，开模，制件顶出等工序，打开注塑机后侧门取出注塑件，记录注塑件缺陷类型及缺陷区域。
实施例3
(26)PPS-30％SCF粒料首次使用需在外部真空烘箱或注塑机干燥塔内干燥4-8小时(95-110℃)，将粒料开封后倒入托盘后放入真空烘箱，然后打开真空泵并升温干燥(也可以打开注塑机电源然后打开真空吸料机开关，通过真空吸料机的输送管道将粒料加注至干燥塔内升温干燥)，预埋注塑使用PPS/碳纤维板材需要在80-100℃下干燥4-8小时。PP粒子在70-100℃干燥4-8小时。
(27)开电源总控箱内注塑机电源，确认打开后，旋转注塑机控制柜上的开关旋钮，确保注塑机供电，显示面板自动载入。按下电机启动按键；确认注塑机安全门关闭；按下手动按键，长按注塑机模具开模按键模具回退到至最远点，关闭电机启动并拍下急停按钮。确保模具前后模具通过紧固件锁死，避免模具上模安装到注塑机上时出现滑落；利用龙门吊将模具转移至模具上方然后通过手控器使得模具靠近前模板，利用压板固定模具。解除急停状态将压机运行方式旋钮旋转至手动状态，按下电机启动按键；按下手动按键，长按模具合模按键确认模具后模板与注塑机后部接触，关闭电机启动并拍下急停按钮利用压板固定。
(28)按照要求打开供应注塑机及其模具所需的水源，电源，气源的总控开关，即电控箱电源，空压机，水泵以及总控箱内注塑机对应的总开关等，确认所有水电气阀门，开关处于打开状态。
(29)按照预埋注塑需要的工况，依次打开机械手总控箱，启动机械手，确定机械手与红外加热装置交互信号。打开红外加热装置电源，设置红外加热装置温度310-350℃以及加热时间10-60s。启动注塑机电机，模具进行合模，确保合模状态下，打开模温机将模温机温度设置为60-110℃，将模温机与模具相连接的水路和油路的阀门旋转至开起状态，保证模具的加热和冷却的可控性，打开模具配件温度控制器设置13组温度控制器温度为350-380℃，设置8组时间控制器延迟时间，打开模具与气路阀门的连接，设置气路压力0.7MPa；
(30)将干燥后的碳纤维增强聚苯硫醚料片封装在自封袋内部备用，然后取出转移至红外加热装置内部。
(31)通过注塑机触控界面设置启动电机，进行模具开模；先用斜口钳清理夹取模具上大块的树脂条，再使用去胶剂针对性清理在模具表面的树脂膜，去胶剂喷涂在树脂膜区域等待几分钟采用无尘布擦拭，最后喷涂清洗剂然后采用无尘布进行擦拭，等待清洗剂干燥后喷涂脱模剂。(若注塑机在注塑作业后已完成清理模具并完成防锈保养仅需要擦除模具表面防锈剂即可)。
(32)通过注塑机触摸屏进入“合模”设置程序，对合模程序中的压力，速度以及行程相关参数，
(33)进入注塑机温度设置界面，设置注塑机各分区温度(料筒温度，螺杆四个分区温度，喷嘴温度)；
(34)进入射胶设置界面，设置注射压力，注射速度，注射行程以及保压工艺下：螺杆位置模式，射胶时间模式
(35)进入顶针设置界面，设置顶针前进，顶针后退相关工艺的压力，速度，行程，顶针前进工艺参数
(36)进入熔胶设置界面，设置溶胶，熔胶松退相关工艺的压力，速度，行程，熔胶工艺参数。
(37)射台工艺设置
进入熔胶设置界面，设置射台前进，射台后退相关工艺的压力，速度，行程，射台前进具体工艺参数如下表所示
(38)完成注射工艺设置后首先进行残余树脂射出工作，等待注塑机个温区达到设置温度后，按下“座进”按钮直至射嘴进入指定位置，启动注塑机电机，按下开模按键直至模具开合至最大位置。将准备好的模板放置到动模板上保证模板覆盖住模具模芯区域，然后按下注射按钮，进行残胶排除作业，直至模具定模板上出胶口流出稳定连续的颜色为原料本体颜色的熔体(残胶排出作业另一作用为完成排出洗螺杆残余的PP树脂)。完成残胶排出作业后立马进行模具合模。
调用已设定好的注塑程序，调整对应的时间控制器延时时间，注塑机按照程序运行进行螺杆挤出，注射，保压，开模，制件顶出等工序，打开注塑机后侧门取出注塑件，记录注塑件缺陷类型及缺陷区域。
本发明现有减重数据和变形量数据如表1和图3-4所示。
表1.不同材料的厚度变形量结果比对表(3C产品-笔记本电脑外壳)
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。
Claims (8)
1.一种纤维增强复合材料零件成型工艺，其特征在于，包括如下步骤：
模压-注塑工艺升温步骤：通过加热系统将纤维增强复合材料预裁切料片及模具加热到设定温度；
模压-注塑工艺保温步骤：将模具在设定温度下保持，预裁切料片在预加热装置保持设定时间，并保证预加热装置内的温度达到成型温度并保持稳定均匀；
模压-注塑工艺转移步骤：利用机械转移装置将预裁切料片从预加热装置转移至注塑机成型模具内，其中机械转移装置具备热补偿功能及预裁切料片实时非接触式温度测试/显示功能的温度传感器功能；
模压-注塑工艺成型步骤：注塑机合模，注射粒料完成熔融粒料充入模腔成型动作，并使得产品快速冷却成型；
模压-注塑工艺冷却步骤：将模具冷却到设定温度并脱模。
2.根据权利要求1所述的复合材料零件成型工艺，其特征在于，所述预裁切料片为纤维增强复合材料通过机械加工设备加工，其中：
纤维增强复合材料采用如下任一种基体材料：PC、PA、ABS、PET、PP、PPS、PEEK；
纤维增强热塑性树脂复合材料采用如下任一种增强纤维材料：碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维、硼纤维、竹纤维、麻纤维；
所述预裁切料片采用模压或热压罐工艺进行成型，成型温度区间为120-420℃，成型压力区间为0.5-2.5MPa。
3.根据权利要求1所述的复合材料零件成型工艺，其特征在于，模压-注塑工艺升温步骤中，快速加热装置将预裁切料片加热至一定温度，其中快速加热装置包括红外、电磁或者鼓风装置；模具加热至设定温度包括两部分：模具内部流道温度和模具分型面温度，其中模具内部流道温度为非连续纤维塑料粒子或纯树脂塑料粒子熔融温度，模具分型面温度为非连续纤维塑料粒子或纯树脂塑料粒子对应熔融温度减去100-350℃。
4.根据权利要求1所述的复合材料零件成型工艺，其特征在于，模压-注塑工艺保温步骤中，通过快速加热装置将通过机械装置或人工实现空间移动，同时预裁切板材加热至其基体高分子树脂材料熔融温度范围，确保其温度达到成型温度并保持稳定5-600秒。
5.根据权利要求1所述的复合材料零件成型工艺，其特征在于，模压-注塑工艺转移步骤中，通过机械装置或人工方式快速抓取将已经预先熔融的预裁切料片从加热装置转移至注塑机成型模具内，预裁切料片在5-100s内完成抓取、移动和定位整个流程，抓取和定位过程中，预裁切料片进行温度补偿，保证预裁切料片持续受热并保持熔融状态，其中温度补偿装置集成在移动装置夹持工装或吸盘等装置上，具有对预裁切料片实时加热和非接触式温度测试/显示功能的温度传感器功能。
6.根据权利要求1所述的复合材料零件成型工艺，其特征在于，模压-注塑工艺成型步骤中，预裁切板材挂件在定模板定位销位置，然后注塑机动模板快速移动至注塑机定模板位置完成合模及注塑-模压过程中的注塑加压过程，非中心区域利用非连续纤维塑料粒子或纯树脂塑料粒子在注塑机料筒内加热干燥然后进入注塑机螺杆中实现加料段、压缩段、均化段三段工艺过程，实现三段工艺过程后非连续纤维塑料粒子或纯树脂塑料粒子进入模具流道通过流道进入模具内完成与预裁切板材边缘充分熔融接触。
7.根据权利要求1所述的复合材料零件成型工艺，其特征在于，模压-注塑工艺冷却步骤中，通过模压-注塑工艺形成的一体化复合材料零件的中心区域和非中心区域同步冷却脱模。
8.一种零件，其特征在于，采用权利要求1-7任一项的复合材料零件成型工艺，其中：
零件本体中心区域由连续纤维增强热塑性树脂板材模压成型并通过预热和注塑合模加压进行二次加工成型；
零件本体非中心区域由非连续纤维塑料粒子及纯树脂塑料粒子注塑成型。
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| 方鲲;吴丝竹;马鸣图;: "汽车轻量化之热塑性复合材料直接模压成形技术的应用", 现代零部件, no. 12 * |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116238097A (zh) * | 2023-05-11 | 2023-06-09 | 北京维盛复合材料有限公司 | 基于机械手操控的分段式全自动注塑成型工艺 |
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