CN115157722A - 一种预埋金属在复合材料中一体成型的工艺装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种预埋金属在复合材料中一体成型的工艺装置，包括：下模具；密封圈，其固定设置在所述下模具上；单向经编布凹槽，其开设在所述下模具的上部，并位于所述密封圈内；多个金属板凹槽，其开设在所述下模具的上部，所述金属凹槽位于所述单向经编布凹槽的一侧，且所述金属板凹槽的一端与所述单向经编布凹槽的一端相连通，所述单向经编布凹槽的高度大于所述金属板凹槽的高度；上模具；注胶口，其开设在所述上模具的中间位置；多个出胶口，其分别对称开设在所述上模上，位于所述注胶口的两侧；本装置够实现复合材料与金属连接的一体化成型，增加胶接面积，提高连接强度。本发明还提供一种预埋金属在复合材料中一体成型的工艺方法。

Description

一种预埋金属在复合材料中一体成型的工艺装置及方法

技术领域

本发明涉及一种预埋金属在复合材料中一体成型的工艺装置及方法，属于金属与复合材料胶接连接技术领域。

背景技术

随着汽车、航空及军工材料多元化发展趋势,单一应用传统金属材料已不能完全满足使用需求。复合材料的快速发展和广泛应用使得材料运用更加完善。相比于传统的金属材料和其他复合材料，碳纤维复合材料具有高强度和高比强度的优势,使其能在结构应用中明显提高结构整体性能。但是碳纤维复合材料和金属材料连接关系复杂,目前,复合材料结构中常见的连接方式有五种：机械连接、胶接连接、缝合连接、Z-Pin连接、混合连接。其中机械连接和胶接连接应用最为广泛，缝合连接和Z-Pin连接仅作为提高抗剥离应力的辅助手段。混合连接则有可能综合不同连接方式的优点，使结构具备更好的安全性和完整性。

然而,传统的胶接连接因为承载的胶接面积小和其形状特点产生固有的应力集中等原因，存在一些明显的缺陷，连接性能易受环境影响，且其抗剥离性能很差。而采用机械连接时，纤维增强复合材料在连接区域常因开孔等结构形状变化导致纤维不连续，应力集中远比各向同性的金属材料复杂和严重，且复合材料层合板通常属于脆性材料，不具备重新分配载荷的能力，加之其各向异性、层间强度低等特点，使得复合材料连接结构的特性与金属连接结构大不相同，在某些方面甚至有着本质的差别。

因此，开发一种既保留传统连接方式的优点又避免其缺点的新型复合材料与金属连接方式是十分有必要的。

发明内容

本发明设计开发了一种预埋金属在复合材料中一体成型的工艺装置，能够实现复合材料与金属连接的一体化成型，并能够增加胶接面积，提高连接强度。

本发明还设计开发了一种预埋金属在复合材料中一体成型的工艺方法，采用低温、高温分段固化的台阶式固化方式，有利于形成均匀固化网络结构，在高温时，固化反应完全，提高基体的力学性能和耐热性能。

本发明提供的技术方案为：

一种预埋金属在复合材料中一体成型的工艺装置，包括：

下模具；

密封圈，其固定设置在所述下模具上；

单向经编布凹槽，其开设在所述下模具的上部，并位于所述密封圈内；

多个金属板凹槽，其开设在所述下模具的上部，并位于所述密封圈内，所述金属凹槽位于所述单向经编布凹槽的一侧，且所述金属板凹槽的一端与所述单向经编布凹槽的一端相连通，所述单向经编布凹槽的高度大于所述金属板凹槽的高度；

上模具，其与所述下模具相对设置；

注胶口，其开设在所述上模具的中间位置；

多个出胶口，其分别对称开设在所述上模上，位于所述注胶口的两侧；

其中，所述下模具与所述上模具经紧固后形成型腔，所述注胶口和所述出胶口分别位于所述上模具与所述下模具的凹槽对应处。

优选的是，还包括：

多个放置凹槽，其开设在所述上模具的上部，并与所述注胶口和所述出胶口同轴匹配设置；

多个宝塔接头，其固定匹配设置在所述放置凹槽内。

优选的是，所述上模具和所述下模具的上下表面均为正方形结构，边长为450mm，所述上模具和所述下模具的高度为50mm。

优选的是，还包括：

多第一螺纹孔，其分别沿所述上模具的每个边依次开设；

多个第二螺纹孔，其分别沿所述其分别沿所述下模具的每条边依次开设。

优选的是，在所述上模具的每条边上均开设有三个第一螺纹孔，在所述下模具的每条边上均开设有三个第二螺纹孔，所述第一螺纹孔和所述第二螺纹孔相对开设。

优选的是，所述单向经编布凹槽的高度为5.6mm，所述金属板凹槽的高度为2mm。

一种预埋金属在复合材料中一体成型的工艺方法，包括：

步骤一、对上模具和下模具进行预处理，将裁剪后的碳纤维单向经编布在单向经编布凹槽内进行铺层，先铺碳纤维单向经编布，中间将金属板放入金属板凹槽后，继续铺碳纤维单向经编布；

步骤二、闭合并紧固上模具与下模具，上模具与下模具之间形成型腔，将多根涂抹润滑脂的透明软管分别插入出胶口和注胶口并进行密封；将多个宝塔接头分别与注胶口透明软管和出胶口透明软管相连，并将宝塔接头固定在放置凹槽中并进行密封，将出胶口透明软管与树脂收集器连接后再和真空泵相连封闭管路，进行抽真空；

步骤三、将注射头插入到与注胶口相连通的注胶口软管中，进行注射，同时在出胶口软管处持续抽真空，直至四个出胶口软管流出的液体不带气泡，停止注射；剪断注胶口透明软管和出胶口透明软管，并将其进行封闭；

步骤四、将注射完成的模具整体转移到固化炉中进行加热，完成固化；取出模具整体，进行降温，启模并切割，得到金属与复合材料一体成型的成品。

优选的是，所述步骤一中，所述碳纤维单向经编布的铺层顺序为：

[45/0/-45/90/45/0/-45]_s，

先铺设1-4层，为完整的碳纤维单向经编布，之后铺设5-7层，需要将碳纤维单向经编布进行裁剪，将金属板放入金属板凹槽，对称铺设8-14层，每层的厚度为0.4mm。

优选的是，所述步骤三中进行注射的液体为树脂与固化剂按质量比10:3配制的。

优选的是，所述步骤四包括：

在固化炉中，温度从室温加热到45-55℃，在到达第一个固化台阶之后保温5h，之后继续升温，并且每升高20℃保温30min，直到温度升高至115-125℃，达到第二个固化台阶，保温3h，使整个升温过程中升温速率为1℃/min，之后采用随炉冷却的方式使试件降至室温。

本发明所述的有益效果：

本发明实现了一种金属与复合材料新型连接结构，避免了传统胶接连接的缺陷与不足，同时由于增加了胶接面积而提高了连接强度。

该预埋连接结构实现了复合材料制备与金属-复合材料连接的一体化，简化了工艺步骤。

本发明所述的预埋金属在碳纤维复合材料板中一体固化成型的工艺方法，采用低温、高温分段固化的台阶式固化制度，在低温台阶，树脂部分固化，慢速反应，有利于形成均匀固化网络结构，内应力小，树脂性能高，在高温时，固化反应完全，提高基体的力学性能和耐热性能；台阶式固化制度有利于基体充分浸渍纤维，进一步完成浸渍过程，排除内部的气泡，低温台阶慢反应，容易控制加压点。

使固化过程中由于热处理、冷加工等造成的残余应力充分释放，避免应力集中带来的材料损伤问题。

由于金属、复合材料、树脂与固化剂的线性膨胀系数不同，在升温固化过程中，各材料的体积增量也有所不同，使预埋金属与复合材料的连接区域周围的树脂层厚度增加，进一步提高连接强度。

在预埋件加工成型过程中，利用金属良好的导热性，加热金属使树脂快速凝固，减少应力集中，增加试件的疲劳寿命。

附图说明

图1为本发明所述预埋金属在复合材料板中一体成型的工艺装置结构剖视图；

图2为本发明所述上模具结构示意图；

图3为本发明所述下模具结构示意图；

图4为本发明所述宝塔接头的全剖视图；

图5为本发明所述宝塔接头的俯视图；

图6为本发明所述装置制备出的试件经切割后的结构示意图；

图7(a)为完整的碳纤维单向经编布的结构示意图；

图7(b)为进行裁剪的碳纤维单向经编布的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

如图1-7所示，本发明提供一种预埋金属在复合材料中一体成型的工艺装置，包括：上模具1、注胶口11、出胶口12、第一螺纹孔13、凹槽14、下模具2、单向经编布凹槽21、金属板凹槽22、第二螺纹孔23、螺栓紧固件3、橡胶密封圈4、宝塔接头5、直宝塔51、第三螺纹孔52、预埋件6、碳纤维单向经编布61、金属板62。

如图2和3所示，下模具2水平设置，在下模具上表面，固定设置有密封圈，在密封圈内，位于下模具2的上部，开设有单向经编布凹槽21，多个金属板凹槽22开设在单向经编布凹槽21的一侧，并与单向经编布凹槽21相连通；上模具1与下模具2相对设置，在上模具的中心位置，开设有注胶口11，并在注胶口11的两侧对称开设有多个出胶口12，其中，上模具1和下模具2经过紧固后形成型腔，注胶口11和出胶口分别位于上模具1和下模具2的单向经编布凹槽21以及多个金属板凹槽22的对应处。

在本发明中，作为一种优选，单向经编布凹槽22的高度为5.6mm，金属板凹槽22的高度为2mm。

上模具1和下模具2的上下表面均为正方形结构，在本发明中，作为一种优选，上模具1和下模具2上下表面的边长均为450mm，高度均为50mm。在上模具1的每条边上，均分别开设有多个第一螺纹孔13，在下模具2的每条边上，均分别开设有多个第二螺纹孔23，第一螺纹孔13和第二螺纹孔23相对设置。

在本发明中，作为一种优选，每条边上第一螺纹孔13和第二螺纹孔23的数量均为三个，第一螺纹孔13和第二螺纹孔23的内径均为30，在第二螺纹孔23的周围安装有橡胶密封圈4。

在上模具1的中间位置，开设有一个注胶口11，在注胶口11的两侧，对称开设有多个出胶口12，在本发明中，作为一种优选，出胶口为四个，每侧为两个。

在本发明中，作为一种优选，注胶口11与出胶口12的内径为8mm。

在上模具1的上部，位于注胶口11和出胶口12的周围，与注胶口11与出胶口同轴开设有放置凹槽14，放置凹槽用于放置宝塔接头5。

如图4所示，在本发明中，作为一种优选，宝塔接头5中的直宝塔51的高度为20mm，并在宝塔底座上开设有四个第三螺纹孔52，在本发明中，作为一种优选，第三螺纹孔52的内径为6mm，在放置槽凹槽14内匹配开设有四个第四螺纹孔，通过宝塔螺栓将宝塔接头5固定在上模具1上。

如图6所示，树脂与胶粘剂在压力的作用下流入预埋区域金属与复合材料之间的空隙63，完成固化。打开模具后，取出已预埋进金属的复合材料板，进行切割，经过打磨，得到最终的预埋件6。

本发明还提供一种预埋金属在复合材料中一体成型的工艺方法，在预埋件加工成型过程中，利用金属良好的导热性，加热金属使树脂快速凝固，减少应力集中，增加试件的疲劳寿命，包括：

步骤一、对上模具和下模具进行预处理，将裁剪后的碳纤维单向经编布在单向经编布凹槽内进行铺层，先铺碳纤维单向经编布，中间将金属板放入金属板凹槽后，继续铺碳纤维单向经编布；

其中，碳纤维单向经编布的铺层顺序为：

[45/0/-45/90/45/0/-45]_s，

先铺1-4层，为完整的碳纤维单向经编布，如图7(a)所示，之后铺设5-7层，需要将碳纤维单向经编布进行裁剪，如图7(b)所示，将金属板放入金属板凹槽，对称铺设8-14层，每层的厚度为0.4mm；

步骤二、闭合并紧固上模具与下模具，上模具与下模具之间形成型腔，将多根涂抹润滑脂的透明软管分别插入出胶口和注胶口并进行密封；将多个宝塔接头分别与注胶口透明软管和出胶口透明软管相连，并将宝塔接头固定在放置凹槽中并进行密封，将出胶口透明软管与树脂收集器连接后再和真空泵相连封闭管路，进行抽真空；

步骤三、将注射头插入到与注胶口相连通的注胶口软管中，进行注射，同时在出胶口软管处持续抽真空，直至四个出胶口软管流出的液体不带气泡，停止注射；剪断注胶口透明软管和出胶口透明软管，并将其进行封闭；

其中，待注射液体为树脂与固化剂按质量比10:3进行配比，先排出500ml的树脂和固化剂到废液桶中，以排除注射系统和管路中的空气，之后将注射头插入到与注胶口11相连的注胶口软管中，开始注射，同时持续抽真空不停止，直至四个出胶口12流出的树脂都不带气泡，停止注射。

步骤四、将注射完成的模具整体转移到固化炉中进行加热，完成固化；

在固化炉中，温度从室温加热到45-55℃，在到达第一个固化台阶之后保温5h，之后继续升温，并且每升高20℃保温30min，直到温度升高至115-125℃，达到第二个固化台阶，保温3h，使整个升温过程中升温速率为1℃/min，之后采用随炉冷却的方式使试件降至室温。

步骤五、取出模具整体，进行降温，启模并切割，得到金属与复合材料一体成型的成品。

在本发明中，作为一种优选，通过试验确定碳纤维单向经编布最佳铺层顺序与铺层比例，铺层原则如下：

(1)采用均衡对称铺层；

(2)±45°层比例不低于40％，0°层比例不低于25％，90°层比例10～25％；

(3)相同方向的铺层。沿层压板厚度方向应尽可能地均匀散开，不要把相同方向的铺层叠放在一起；

(4)连接区局部加厚；

(5)层压板表面铺层±45°层，可以改善层压板的抗压和抗冲击性能，表面铺设0°层有利于传递载荷，90°层置于外表面的铺层，承载能力最差；

(6)在层压板对称铺层中，中面两侧应有等量的+45°和-45°层；

最终铺层顺序为[45/0/-45/90/45/0/-45]s，共14层。

采用均衡对称铺层可以消除由复合材料沿纤维方向和垂直纤维方向的热膨胀系数不同而在加温固化时所产生的内应力及由此而产生的翘曲；

0°铺层有利于传递载荷，提高试件的承载能力；

表面采用45°铺层可以改善层压板的抗压和抗冲击性能；

当±45°层含量较少，层压板主要由0°层组成时，极易引起剪切或劈裂破坏，因此要保证一定比例的45°层，但不应超过60％。

实施例1

步骤一、对上模具和下模具进行预处理，将裁剪后的碳纤维单向经编布在单向经编布凹槽内进行铺层，先铺碳纤维单向经编布，中间将金属板放入金属板凹槽后，继续铺碳纤维单向经编布；

其中，碳纤维单向经编布的铺层顺序为：

[45/0/-45/90/45/0/-45]_s，

先铺1-4层，为完整的碳纤维单向经编布，如图7(a)所示，之后铺设5-7层，需要将碳纤维单向经编布进行裁剪，如图7(b)所示，将金属板放入金属板凹槽，对称铺设8-14层，每层的厚度为0.4mm；

步骤二、闭合并紧固上模具与下模具，上模具与下模具之间形成型腔，将多根涂抹润滑脂的透明软管分别插入出胶口和注胶口并进行密封；将多个宝塔接头分别与注胶口透明软管和出胶口透明软管相连，并将宝塔接头固定在放置凹槽中并进行密封，将出胶口透明软管与树脂收集器连接后再和真空泵相连封闭管路，进行抽真空；

步骤三、将注射头插入到与注胶口相连通的注胶口软管中，进行注射，同时在出胶口软管处持续抽真空，直至四个出胶口软管流出的液体不带气泡，停止注射；剪断注胶口透明软管和出胶口透明软管，并将其进行封闭；

其中，待注射液体为树脂与固化剂按质量比10:3进行配比，先排出500ml的树脂和固化剂到废液桶中，以排除注射系统和管路中的空气，之后将注射头插入到与注胶口11相连的注胶口软管中，开始注射，同时持续抽真空不停止，直至四个出胶口12流出的树脂都不带气泡，停止注射。

步骤四、将注射完成的模具整体转移到固化炉中进行加热，完成固化；

在固化炉中，温度从室温加热到45℃，在到达第一个固化台阶之后保温5h，之后继续升温，并且每升高20℃保温30min，直到温度升高至125℃，达到第二个固化台阶，保温3h，使整个升温过程中升温速率为1℃/min，之后采用随炉冷却的方式使试件降至室温；

步骤五、取出模具整体，进行降温，启模并切割，得到金属与复合材料一体成型的成品。

实施例2

步骤一、对上模具和下模具进行预处理，将裁剪后的碳纤维单向经编布在单向经编布凹槽内进行铺层，先铺碳纤维单向经编布，中间将金属板放入金属板凹槽后，继续铺碳纤维单向经编布；

其中，碳纤维单向经编布的铺层顺序为：

[45/0/-45/90/45/0/-45]_s，

先铺1-4层，为完整的碳纤维单向经编布，如图7(a)所示，之后铺设5-7层，需要将碳纤维单向经编布进行裁剪，如图7(b)所示，将金属板放入金属板凹槽，对称铺设8-14层，每层的厚度为0.4mm；

步骤二、闭合并紧固上模具与下模具，上模具与下模具之间形成型腔，将多根涂抹润滑脂的透明软管分别插入出胶口和注胶口并进行密封；将多个宝塔接头分别与注胶口透明软管和出胶口透明软管相连，并将宝塔接头固定在放置凹槽中并进行密封，将出胶口透明软管与树脂收集器连接后再和真空泵相连封闭管路，进行抽真空；

步骤三、将注射头插入到与注胶口相连通的注胶口软管中，进行注射，同时在出胶口软管处持续抽真空，直至四个出胶口软管流出的液体不带气泡，停止注射；剪断注胶口透明软管和出胶口透明软管，并将其进行封闭；

其中，待注射液体为树脂与固化剂按质量比10:3进行配比，先排出500ml的树脂和固化剂到废液桶中，以排除注射系统和管路中的空气，之后将注射头插入到与注胶口11相连的注胶口软管中，开始注射，同时持续抽真空不停止，直至四个出胶口12流出的树脂都不带气泡，停止注射。

步骤四、将注射完成的模具整体转移到固化炉中进行加热，完成固化；

在固化炉中，温度从室温加热到50℃，在到达第一个固化台阶之后保温5h，之后继续升温，并且每升高20℃保温30min，直到温度升高至110℃，达到第二个固化台阶，保温3h，使整个升温过程中升温速率为1℃/min，之后采用随炉冷却的方式使试件降至室温；

步骤五、取出模具整体，进行降温，启模并切割，得到金属与复合材料一体成型的成品。

实施例3

步骤一、对上模具和下模具进行预处理，将裁剪后的碳纤维单向经编布在单向经编布凹槽内进行铺层，先铺碳纤维单向经编布，中间将金属板放入金属板凹槽后，继续铺碳纤维单向经编布；

其中，碳纤维单向经编布的铺层顺序为：

[45/0/-45/90/45/0/-45]_s，

先铺1-4层，为完整的碳纤维单向经编布，如图7(a)所示，之后铺设5-7层，需要将碳纤维单向经编布进行裁剪，如图7(b)所示，将金属板放入金属板凹槽，对称铺设8-14层，每层的厚度为0.4mm；

步骤二、闭合并紧固上模具与下模具，上模具与下模具之间形成型腔，将多根涂抹润滑脂的透明软管分别插入出胶口和注胶口并进行密封；将多个宝塔接头分别与注胶口透明软管和出胶口透明软管相连，并将宝塔接头固定在放置凹槽中并进行密封，将出胶口透明软管与树脂收集器连接后再和真空泵相连封闭管路，进行抽真空；

步骤三、将注射头插入到与注胶口相连通的注胶口软管中，进行注射，同时在出胶口软管处持续抽真空，直至四个出胶口软管流出的液体不带气泡，停止注射；剪断注胶口透明软管和出胶口透明软管，并将其进行封闭；

其中，待注射液体为树脂与固化剂按质量比10:3进行配比，先排出500ml的树脂和固化剂到废液桶中，以排除注射系统和管路中的空气，之后将注射头插入到与注胶口11相连的注胶口软管中，开始注射，同时持续抽真空不停止，直至四个出胶口12流出的树脂都不带气泡，停止注射。

步骤四、将注射完成的模具整体转移到固化炉中进行加热，完成固化；

在固化炉中，温度从室温加热到55℃，在到达第一个固化台阶之后保温5h，之后继续升温，并且每升高20℃保温30min，直到温度升高至115℃，达到第二个固化台阶，保温3h，使整个升温过程中升温速率为1℃/min，之后采用随炉冷却的方式使试件降至室温；

步骤五、取出模具整体，进行降温，启模并切割，得到金属与复合材料一体成型的成品。

对比例1

步骤一、对上模具和下模具进行预处理，将裁剪后的碳纤维单向经编布在单向经编布凹槽内进行铺层，先铺碳纤维单向经编布，中间将金属板放入金属板凹槽后，继续铺碳纤维单向经编布；

其中，碳纤维单向经编布的铺层顺序为：

[45/0/-45/90/45/0/-45]_s，

先铺1-4层，为完整的碳纤维单向经编布，如图7(a)所示，之后铺设5-7层，需要将碳纤维单向经编布进行裁剪，如图7(b)所示，将金属板放入金属板凹槽，对称铺设8-14层，每层的厚度为0.4mm；

步骤二、闭合并紧固上模具与下模具，上模具与下模具之间形成型腔，将多根涂抹润滑脂的透明软管分别插入出胶口和注胶口并进行密封；将多个宝塔接头分别与注胶口透明软管和出胶口透明软管相连，并将宝塔接头固定在放置凹槽中并进行密封，将出胶口透明软管与树脂收集器连接后再和真空泵相连封闭管路，进行抽真空；

步骤三、将注射头插入到与注胶口相连通的注胶口软管中，进行注射，同时在出胶口软管处持续抽真空，直至四个出胶口软管流出的液体不带气泡，停止注射；剪断注胶口透明软管和出胶口透明软管，并将其进行封闭；

其中，待注射液体为树脂与固化剂按质量比10:3进行配比，先排出500ml的树脂和固化剂到废液桶中，以排除注射系统和管路中的空气，之后将注射头插入到与注胶口11相连的注胶口软管中，开始注射，同时持续抽真空不停止，直至四个出胶口12流出的树脂都不带气泡，停止注射。

步骤四、将注射完成的模具整体转移到固化炉中进行加热，温度从室温直接加热到120℃，升温速率为5℃/min，之后采用随炉冷却的方式使试件降至室温；

步骤五、取出模具整体，进行降温，启模并切割，得到金属与复合材料一体成型的成品。

对实施例1～3制备得到的成品和对比例1制备得到的成品分别进行单轴拉伸测试，记录最大载荷，结果如表1所示，

表1

从表1中可以看出，实施例1～3的平均峰值载荷相比对比例1的峰值载荷高约50％，说明采用分段式台阶固化制度能够进一步提高试件的力学性能。

将实施例1～3制备得到的成品进行单轴拉伸测试，并记录最大载荷，将碳纤维单向编织布与金属板分别进行现有技术中的胶接、螺栓连接和铆接，分别进行单轴拉伸试验，并与实施例1～3进行对比，结果如表2所示：

表2

从表2中可以看出，螺栓连接在同尺寸紧固件或等效连接面积中，其所能承受的最大载荷明显高于铆接、胶接所能承受的最大载荷，然而螺栓连接由于其在复合材料板上开孔，易导致层压板的挤压破坏、拉伸破坏、剪切破坏、劈裂破坏、拉脱破坏以及紧固件的弯曲失效、剪断和拉伸破坏等，并且外表面由于存在螺钉而不美观；铆钉连接的连接厚度受限；胶接接头是永久连接的，因此不可拆解，且易受到环境因素(如湿度和温度)的影响。

综合以上连接方式的特点，将本发明提出的预埋件与同尺寸或等效连接面积的螺栓连接、胶接、铆接接头进行单轴拉伸试验对比。试验结果表明，预埋件承受的最大载荷与螺栓连接相差不大，均达到了8KN。而胶接和铆接接头承受的最大载荷只有4KN和3KN，因此本发明提出的方法制成的预埋件连接接头在强度上有着明显优势，同时避免了螺栓连接、胶接或铆接的缺陷。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (10)

1.一种预埋金属在复合材料中一体成型的工艺装置，其特征在于，包括：

下模具；

密封圈，其固定设置在所述下模具上；

单向经编布凹槽，其开设在所述下模具的上部，并位于所述密封圈内；

多个金属板凹槽，其开设在所述下模具的上部，并位于所述密封圈内，所述金属凹槽位于所述单向经编布凹槽的一侧，且所述金属板凹槽的一端与所述单向经编布凹槽的一端相连通，所述单向经编布凹槽的高度大于所述金属板凹槽的高度；

上模具，其与所述下模具相对设置；

注胶口，其开设在所述上模具的中间位置；

多个出胶口，其分别对称开设在所述上模上，位于所述注胶口的两侧；

其中，所述下模具与所述上模具经紧固后形成型腔，所述注胶口和所述出胶口分别位于所述上模具与所述下模具的凹槽对应处。

2.根据权利要求1所述的预埋金属在复合材料中一体成型的工艺装置，其特征在于，还包括：

多个放置凹槽，其开设在所述上模具的上部，并与所述注胶口和所述出胶口同轴匹配设置；

多个宝塔接头，其固定匹配设置在所述放置凹槽内。

3.根据权利要求2所述的预埋金属在复合材料中一体成型的工艺装置，其特征在于，所述上模具和所述下模具的上下表面均为正方形结构，边长为450mm，所述上模具和所述下模具的高度为50mm。

4.根据权利要求3所述的预埋金属在复合材料中一体成型的工艺装置，其特征在于，还包括：

多第一螺纹孔，其分别沿所述上模具的每个边依次开设；

多个第二螺纹孔，其分别沿所述其分别沿所述下模具的每条边依次开设。

5.根据权利要求4所述的预埋金属在复合材料中一体成型的工艺装置，其特征在于，在所述上模具的每条边上均开设有三个第一螺纹孔，在所述下模具的每条边上均开设有三个第二螺纹孔，所述第一螺纹孔和所述第二螺纹孔相对开设。

6.根据权利要求5所述的预埋金属在复合材料中一体成型的工艺装置，其特征在于，所述单向经编布凹槽的高度为5.6mm，所述金属板凹槽的高度为2mm。

7.一种预埋金属在复合材料中一体成型的工艺方法，其特征在于，包括：

步骤一、对上模具和下模具进行预处理，将裁剪后的碳纤维单向经编布在单向经编布凹槽内进行铺层，先铺碳纤维单向经编布，中间将金属板放入金属板凹槽后，继续铺碳纤维单向经编布；

步骤二、闭合并紧固上模具与下模具，上模具与下模具之间形成型腔，将多根涂抹润滑脂的透明软管分别插入出胶口和注胶口并进行密封；将多个宝塔接头分别与注胶口透明软管和出胶口透明软管相连，并将宝塔接头固定在放置凹槽中并进行密封，将出胶口透明软管与树脂收集器连接后再和真空泵相连封闭管路，进行抽真空；

步骤三、将注射头插入到与注胶口相连通的注胶口软管中，进行注射，同时在出胶口软管处持续抽真空，直至四个出胶口软管流出的液体不带气泡，停止注射；剪断注胶口透明软管和出胶口透明软管，并将其进行封闭；

步骤四、将注射完成的模具整体转移到固化炉中进行加热，完成固化；取出模具整体，进行降温，启模并切割，得到金属与复合材料一体成型的成品。

8.根据权利要求7所述的预埋金属在复合材料中一体成型的工艺方法，其特征在于，所述步骤一中，所述碳纤维单向经编布的铺层顺序为：

[45/0/-45/90/45/0/-45]_s，

先铺设1-4层，为完整的碳纤维单向经编布，之后铺设5-7层，需要将碳纤维单向经编布进行裁剪，将金属板放入金属板凹槽，对称铺设8-14层，每层的厚度为0.4mm。

9.根据权利要求8所述的预埋金属在复合材料中一体成型的工艺方法，其特征在于，所述步骤三中进行注射的液体为树脂与固化剂按质量比10:3配制的。

10.根据权利要求9所述的预埋金属在复合材料中一体成型的工艺方法，其特征在于，所述步骤四包括：

在固化炉中，温度从室温加热到45-55℃，在到达第一个固化台阶之后保温5h，之后继续升温，并且每升高20℃保温30min，直到温度升高至115-125℃，达到第二个固化台阶，保温3h，使整个升温过程中升温速率为1℃/min，之后采用随炉冷却的方式使试件降至室温。

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