CN115091781A - 一种复合材料零部件成型方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种复合材料零部件成型方法，采用铺层工艺分析、下料、模具表面处理、手工铺层、阶梯制固化、脱模、表面处理及固化、切割打孔等步骤，无需利用热压罐、模压机、加热炉与真空泵或真空气源，仅通过烤灯即可完成固化工艺，便可完成对复合材料零部件的小批量成型，且零件相关性能可以满足试制阶段需求，投资成本小、工艺过程灵活、便于工艺设计、工艺适配度高、无需改变工厂基础设施。
Description
技术领域
本发明涉及白车身零部件试制领域，具体涉及一种复合材料零部件成型方法。
背景技术
在欧美国家的汽车车辆中，复合材料用量约占本国复合材料总产量的三分之一，主要应用在汽车覆盖件、次承力构件、车身等部位，并且其用量逐年上升。随着我国汽车工业的发展，复合材料应用广度有了突破，汽车复合材料的年用量为10万吨左右，在白车身试制过程中，出现了越来越多的复合材料零部件。现有复合材料成型技术一般有：热压罐成型，模压成型，真空辅助成型这几类成型方式。
文献1公开了一种复合材料零部件结构胶接的校验方法，将结构件进行定位组装并封装真空袋，并根据测得的温度、时间、压力的校验参数进行校验；校验完成后拆除真空袋，取出组合件，对胶接胶膜进行测量并根据胶接胶膜受压状态及区域确定胶接胶膜的补偿厚度及所使用胶接胶膜的层数；揭去胶接胶膜表面的隔离膜，直接采用胶接胶膜进行补偿。通过直接在胶接区域铺贴胶接用胶膜进行校验，校验完成后不去除胶膜，直接根据胶膜受压状态在胶膜上进行胶膜补偿，从而避免了传统校验方法中对照校验膜在结构件上确定补偿区域，补偿区域更为准确，降低了校验操作难度。
现有的成型技术都需要投资较大型设备，在热压罐成型中，成本最高的投资为热压罐，其成本与体积成正比，投资成本至少为数十万，且成型过程中对能源消耗较大；模压技术需要复合材料模压设备，成本为数百万起，且需要金属上下模具，成本投入极大；真空辅助相对于前两种技术投资较少，但也需要加热炉，真空泵或真空气源；真空辅助成型技术主要是利用单面模具，另一面利用塑料薄膜锁闭进行成型，原材料可以选择干纤维与树脂，也可以选用纤维预浸料，如果选用的是干纤维与树脂，则需要利用真空将提前配置好的一定量的树脂通过设计好的流道浸润锁闭模具内的干纤维，并在后期维持该压力；如果选用的是预浸料，则需要单面模铺层后立刻用塑料薄膜封闭，并利用气道对锁闭空间抽真空保压；但无论原材料如何选择，在铺层完毕后，都需要保压进入加热炉进行固化，由于需要利用加热炉与真空气源，投资与工厂改造量较大。
发明内容
本发明针对现有技术中存在的问题，构思了一种复合材料零部件成型方法，采用铺层工艺分析、模具表面处理、手工铺层、阶梯制固化工艺等步骤，仅通过烤灯即可完成固化工艺，完成对复合材料零部件的小批量成型，且零件相关性能可以满足试制阶段需求。
实现本发明所采用的技术方案是：一种复合材料零部件成型方法，其特征是，它包括以下步骤：
1)铺层工艺分析：
采用fibersim分析软件，对所选用原材料进行工艺分析，生成铺覆方案，并导出铺层展开图；
2)下料：
依据步骤1)中所述的铺层展开图，制作样板，然后依据样板进裁剪所选用原材料，或者在所选用原材料上，按照铺层展开图直接划线，然后进行手工裁剪，形成坯料；
3)模具表面处理：
依据成型复合材料零部件，选用所需成型模具，依次采用清洗剂、封孔剂和脱模剂，对所述成型模具的表面进行处理；
4)手工铺层：
将步骤2)中手工裁剪完成的所述坯料，依次铺入步骤3)所述选用成型模具内后，采用刮板进行手工加压；
5)固化：
在步骤4)经手工加压后坯料上，依次铺置脱模布、有孔隔离膜和真空袋膜，采用阶梯制固化工艺进行固化，具体分为四个阶梯温度及时间为，70℃-2h、100℃-0.5h、130℃-2h和70℃-2h，在加热固化过程中，对产品表面采用烤灯进行加热，每隔15分钟，利用刮板在真空袋膜外侧进行压实，压实过程时间≧15分钟，刮板与产品接触面积约为0.0002㎡，人工施加的力≧20N，并利用红外测温计实时监控产品表面温度，表面温度需要比阶梯温度高5％，形成初级产品；
6)脱模：
步骤5)阶梯制固化工艺完成后，利用翘板，将所述初级产品表面覆盖的真空袋膜、有孔隔离膜和脱模布依次脱掉，并利用翘板将所述初级产品从模具内取出；
7)表面处理及固化：
利用环氧型修补剂，对所述初级产品表面缺陷进行修补，修补时间≤30分钟，在室温下，所述初级产品修补后，进行固化放置时间≥3小时，所述初级产品固化后，进行表面打磨，打磨用的砂纸目数≥600目；
8)切割打孔：
利用激光切割制作金属样板，利用金属样板在所述初级产品上划线后，用复合材料专用钻头，对划线处进行钻孔与修边，形成复合材料零部件产品。
进一步，所述fibersim分析软件性能指标为，剪切角警告值、极限值和材料幅宽。
进一步，所述选用原材料为碳纤维预浸料织物，级别为T300，类型为斜纹织物，面密度为200g。
进一步，所述的清洗剂为CM-13，所述的封孔剂为FKB6，所述的脱模剂为LR-12。
进一步，在步骤3)中，所述模具第一次使用时，模具表面涂抹脱模剂需重复五次，每次间隔10～15分钟；所述模具重复使用时，模具表面涂抹脱模剂需重复三次，每次间隔10～15分钟。
进一步，所述采用阶梯制固化工艺，固化时长均以坯料表面达到要求温度后，开始计时。
进一步，在步骤5)中，压实过程时间为20分钟，人工施加的力为25N。
进一步，所述打磨用的砂纸目数为800目。
进一步，对所述初级产品表面缺陷进行修补时间为20分钟。
进一步，在室温下，所述初级产品修补后，进行固化放置时间为5小时。
本发明一种复合材料零部件成型方法的有益效果体现在：
一种复合材料零部件成型方法，无需利用热压罐、模压机、加热炉与真空泵或真空气源，投资成本小、工艺过程灵活、便于工艺设计、工艺适配度高、无需改变工厂基础设施，便可完成对复合材料零部件的小批量成型，且零件相关性能可以满足试制阶段需求。
附图说明
图1是一种复合材料零部件成型方法的流程图。
具体实施方式
以下结合附图1和具体实施例，对本发明作进一步详细说明，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如附图1一种复合材料零部件成型方法的流程图所示，一种复合材料零部件成型方法，它包括以下步骤：
1)铺层工艺分析：
采用fibersim分析软件，所述fibersim分析软件性能指标为，剪切角警告值、极限值和材料幅宽，对所选用原材料进行工艺分析，生成铺覆方案，并导出铺层展开图，所述选用原材料为碳纤维预浸料织物，级别为T300，类型为斜纹织物，面密度为200g；
2)下料：
依据步骤1)中所述的铺层展开图，制作样板，然后依据样板进裁剪所选用原材料，或者在所选用原材料上，按照铺层展开图直接划线，然后进行手工裁剪，形成坯料；
3)模具表面处理：
依据成型复合材料零部件，选用所需成型模具，依次采用清洗剂、封孔剂和脱模剂，对所述成型模具的表面进行处理，所述的清洗剂为CM-13，所述的封孔剂为FKB6，所述的脱模剂为LR-12，所述模具第一次使用时，模具表面涂抹脱模剂需重复五次，每次间隔10～15分钟；所述模具重复使用时，模具表面涂抹脱模剂需重复三次，每次间隔10～15分钟；
4)手工铺层：
将步骤2)中手工裁剪完成的所述坯料，依次铺入步骤3)所述选用成型模具内后，采用刮板进行手工加压；
5)固化：
在步骤4)经手工加压后坯料上，依次铺置脱模布、有孔隔离膜和真空袋膜，采用阶梯制固化工艺进行固化，具体分为四个阶梯温度及时间为，70℃-2h、100℃-0.5h、130℃-2h和70℃-2h，在加热固化过程中，对产品表面采用烤灯进行加热，每隔15分钟，利用刮板在真空袋膜外侧进行压实，压实过程时间≧15分钟，刮板与产品接触面积约为0.0002㎡，人工施加的力≧20N，并利用红外测温计实时监控产品表面温度，表面温度需要比阶梯温度高5％，形成初级产品；
6)脱模：
步骤5)阶梯制固化工艺完成后，利用翘板，将所述初级产品表面覆盖的真空袋膜、有孔隔离膜和脱模布依次脱掉，并利用翘板将所述初级产品从模具内取出；
7)表面处理及固化：
利用环氧型修补剂，对所述初级产品表面缺陷进行修补，修补时间≤30分钟，在室温下，所述初级产品修补后，进行固化放置时间≥3小时，所述初级产品固化后，进行表面打磨，打磨用的砂纸目数≥600目；
8)切割打孔：
利用激光切割制作金属样板，利用金属样板在所述初级产品上划线后，用复合材料专用钻头，对划线处进行钻孔与修边，形成复合材料零部件产品。
以上所述仅是本发明的优选方式，应当指出的是，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应该视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种复合材料零部件成型方法，其特征是，它包括以下步骤：
1)铺层工艺分析：
采用fibersim分析软件，对所选用原材料进行工艺分析，生成铺覆方案，并导出铺层展开图；
2)下料：
依据步骤1)中所述的铺层展开图，制作样板，然后依据样板进裁剪所选用原材料，或者在所选用原材料上，按照铺层展开图直接划线，然后进行手工裁剪，形成坯料；
3)模具表面处理：
依据成型复合材料零部件，选用所需成型模具，依次采用清洗剂、封孔剂和脱模剂，对所述成型模具的表面进行处理；
4)手工铺层：
将步骤2)中手工裁剪完成的所述坯料，依次铺入步骤3)所述选用成型模具内后，采用刮板进行手工加压；
5)固化：
在步骤4)经手工加压后坯料上，依次铺置脱模布、有孔隔离膜和真空袋膜，采用阶梯制固化工艺进行固化，具体分为四个阶梯温度及时间为，70℃-2h、100℃-0.5h、130℃-2h和70℃-2h，在加热固化过程中，对产品表面采用烤灯进行加热，每隔15分钟，利用刮板在真空袋膜外侧进行压实，压实过程时间≧15分钟，刮板与产品接触面积约为0.0002㎡，人工施加的力≧20N，并利用红外测温计实时监控产品表面温度，表面温度需要比阶梯温度高5％，形成初级产品；
6)脱模：
步骤5)阶梯制固化工艺完成后，利用翘板，将所述初级产品表面覆盖的真空袋膜、有孔隔离膜和脱模布依次脱掉，并利用翘板将所述初级产品从模具内取出；
7)表面处理及固化：
利用环氧型修补剂，对所述初级产品表面缺陷进行修补，修补时间≤30分钟，在室温下，所述初级产品修补后，进行固化放置时间≥3小时，所述初级产品固化后，进行表面打磨，打磨用的砂纸目数≥600目；
8)切割打孔：
利用激光切割制作金属样板，利用金属样板在所述初级产品上划线后，用复合材料专用钻头，对划线处进行钻孔与修边，形成复合材料零部件产品。
2.根据权利要求1所述的一种复合材料零部件成型方法，其特征是，所述fibersim分析软件性能指标为，剪切角警告值、极限值和材料幅宽。
3.根据权利要求1所述的一种复合材料零部件成型方法，其特征是，所述选用原材料为碳纤维预浸料织物，级别为T300，类型为斜纹织物，面密度为200g。
4.根据权利要求1所述的一种复合材料零部件成型方法，其特征是，所述的清洗剂为CM-13，所述的封孔剂为FKB6，所述的脱模剂为LR-12。
5.根据权利要求1所述的一种复合材料零部件成型方法，其特征是，在步骤3)中，所述模具第一次使用时，模具表面涂抹脱模剂需重复五次，每次间隔10～15分钟；所述模具重复使用时，模具表面涂抹脱模剂需重复三次，每次间隔10～15分钟。
6.根据权利要求1所述的一种复合材料零部件成型方法，其特征是，所述采用阶梯制固化工艺，固化时长均以坯料表面达到要求温度后，开始计时。
7.根据权利要求1所述的一种复合材料零部件成型方法，其特征是，在步骤5)中，压实过程时间为20分钟，人工施加的力为25N。
8.根据权利要求1所述的一种复合材料零部件成型方法，其特征是，所述打磨用的砂纸目数为800目。
9.根据权利要求1所述的一种复合材料零部件成型方法，其特征是，对所述初级产品表面缺陷进行修补时间为20分钟。
10.根据权利要求1所述的一种复合材料零部件成型方法，其特征是，在室温下，所述初级产品修补后，进行固化放置时间为5小时。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20220923 |