CN103342039A - 一种复合材料覆盖件预浸料装置及其成形方法 - Google Patents

Abstract

一种复合材料覆盖件预浸料装置及其成形方法，涉及预浸料成形工艺的技术领域。本发明渐进成形装置的两组托架导柱之间布置支撑模型，支撑模型与托架导柱之间布置托架，支撑模型的上端面布置成形板料，成形板料的两端通过紧固螺栓与托架连接，成形板料的上端面布置可移动的成形工具头，成形板料经过成形工具头的压制后得到盖板和模具；所述预浸料成形装置盖板的两侧布置垫块，两个垫块之间连接真空带，其中一个垫块上布置气嘴，气嘴通过导气管与真空泵连接，自盖板向模具依次布置透气毡、预浸料工件。本发明实现了适用于小批量钣金零件生产，大大降低材料的采购成本，同时提高模具的导热性能，减小预浸料成形过程中能耗的目的。

Description

一种复合材料覆盖件预浸料装置及其成形方法

 

技术领域

    本发明涉及预浸料成形工艺的技术领域，尤其是一种针对复合材料覆盖件模具的简单制备方法及相应成形工艺的技术领域。

 

背景技术

目前，复合材料覆盖件主要是通过预浸料成形的方法制造，该方法主要的成本来自模具的制造，模具材料的采购、加工成本都较高，制造时间较长；在小批量生产的条件下，巨额的模具成本难以得到很好的均摊。此外，传统铣削方法制造的模具导热性能较差，严重影响了预浸料成形过程中的温度条件。例如，某型号飞机的外部覆盖件长度方向最大尺寸900mm，宽度方向最大尺寸为460mm，最大高度为30mm，最大厚度3mm。使用传统的铣削工艺加工模具，材料利用率仅为40%，且模具制造成本占到整个加工成本的80%。此外，在预浸料成形过程中，模具需要经过5个小时才可热透，严重影响了生产效率。因此，对于复合材料覆盖件的省力、节材、低成本成形方法的需求非常明显。

采用钣金件作为预浸料成形的模具可以大大减小模具的耗材并提高模具的导热性能，但在传统的工艺条件下，钣金件的生产需要花费高昂的成本制造冲压模具，并不适用于单件、小批量产品的生产。近年来，数控技术的发展催生了多种柔性化钣金件生产技术，可以很好的满足钣金样件产品的生产需求。如果将此类技术得到的钣金样件作为预浸料成形的模具，可以大大降低预浸料成形的模具成本，并提高模具的使用性能。

 

发明内容

本发明目的是提供一种适用于小批量钣金零件生产，大大降低材料的采购成本，同时提高模具的导热性能，减小预浸料成形过程中能耗的复合材料覆盖件预浸料装置及其成形方法。

本发明为实行上述目的，采用如下技术方案：

一种复合材料覆盖件预浸料装置，包括配合使用的渐进成形装置和预浸料成形装置，

所述渐进成形装置包括工作台和布置在工作台上的两组托架导柱，两组托架导柱之间布置支撑模型，支撑模型与托架导柱之间布置托架，支撑模型的上端面布置成形板料，成形板料的两端通过紧固螺栓与托架连接，成形板料的上端面布置可移动的成形工具头，成形板料经过成形工具头的压制后得到盖板和模具；

所述预浸料成形装置包括盖板和布置在盖板下部的模具，盖板的两侧布置垫块，两个垫块之间连接真空带，其中一个垫块上布置气嘴，气嘴通过导气管与真空泵连接，自盖板向模具依次布置透气毡、预浸料工件。

本发明的成形板料与托架之间布置垫板，成形板料与紧固螺栓之间布置压板。

基于本发明复合材料覆盖件预浸料装置的成形方法，包括如下步骤：

第一步：在三维造型软件中建立零件模型，生成支撑模型的表面模型；

第二步：将成形板料安装在支撑模型的表面；

第三步：控制成形工具头运动，加工成形板料得到预浸料成形装置所需要的盖板和模具；

第四步：在模具表面铺设预浸料工件、透气毡、盖板、真空带，并安置导气管与真空泵连接；

第五步：开启真空泵，并对预浸料工件进行加热，固化成形。

本发明采用上述技术方案，与现有技术相比具有如下优点：

1、模具材料成本显著下降，由于使用金属薄板作为模具材料，材料采购成本至少下降90%。

2、模具加工成本显著下降且加工时间显著缩短，支撑模型的材料为中密度板，可以用加工低廉的刀具进行加工，且加工过程中进给速度可以超过5000mm/min。

3、模具导热性能提高，使用钣金件作为模具，可以提显著提高模具的导热性能，大大缩短了模具的预热时间，在固化过程中，模具表面温度分布均匀。

 

附图说明

图1是本发明渐进成形装置的结构示意图。

图2是本发明预浸料成形装置的结构示意图。

图中：1、机床工作台；2、托架导柱；3、垫板；4、压板；5、紧固螺栓；6、成形板料；7、支撑模型；8、成形工具头；9、托架；10、真空泵；11、导气管；12、气嘴；13、垫块；14、真空带；15、盖板；16、透气毡；17、预浸料工件；18、模具。

 

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案进行详细说明：

如图1、图2所示，一种复合材料覆盖件预浸料装置，包括配合使用的渐进成形装置和预浸料成形装置，

所述渐进成形装置包括工作台1和布置在工作台1上的两组托架导柱2，两组托架导柱2之间布置支撑模型7，支撑模型7与托架导柱2之间布置托架9，支撑模型7的上端面布置成形板料6，成形板料6的两端通过紧固螺栓5与托架9连接，成形板料6的上端面布置可移动的成形工具头8，成形板料6经过成形工具头的压制后得到盖板15和模具18；

所述预浸料成形装置包括盖板15和布置在盖板15下部的模具18，盖板15的两侧布置垫块13，两个垫块13之间连接真空带14，其中一个垫块上布置气嘴12，气嘴12通过导气管11与真空泵10连接，自盖板15向模具18依次布置透气毡16、预浸料工件17。

如图1所示，本发明的成形板料6与托架9之间布置垫板3，成形板料6与紧固螺栓5之间布置压板4。

基于本发明的复合材料覆盖件预浸料装置的成形方法，包括如下步骤：

第一步：在三维造型软件中建立零件模型，生成支撑模型7的表面模型；

第二步：将成形板料6安装在支撑模型7的表面；

第三步：控制成形工具头8运动，加工成形板料6得到预浸料成形装置所需要的盖板15和模具18；

第四步：在模具18表面铺设预浸料工件17、透气毡16、盖板15、真空带14，并安置导气管11与真空泵10连接；

第五步：开启真空泵10，并对预浸料工件17进行加热，固化成形。

本发明首先根据预浸料工件的几何参数在三维造型软件中构建模具18和盖板15的模型，模具和盖板的形状尺寸分别根据预浸料工件的上下表面来定义，建模过程中根据预浸料工件热收缩率对尺寸进行适当补偿；根据构建的几何模型构建成形加工支撑模型和渐进成形所需要的导轨，其中，加工支撑模型需要粗建工和精加工的导轨，渐进成形的导轨类型需要为等高线类型；剪裁若干中密度板，将其使用木工胶粘结固化12小时后，得到加工支撑模型所需要的毛坯。使用数控铣床加工渐进成形模具和盖板所需要的支撑模型。

本发明的渐进成形过程如下：1）将支撑模型固定在渐进成形机床的工作台上；2）对刀后向上抬升托架；3）将成形板料放置在托架上；4）在托架外沿放置垫板，垫板为与成形板料厚度相同的金属薄板裁剪所得；5）放置压板，压住成形板料和垫板，用紧固螺栓将压板紧固；6）导入加工代码，启动成形工具头，成形预浸料模具和盖板；7）对盖板零件进行线切割，去除多余结构，并对盖板和模具零件表面进行打磨。

本发明在模具表面铺设预浸料工件，按照图2所示，安装透气毡、盖板、垫块、真空带、气嘴和导气管，并将导气管与真空泵联接，启动真空泵，根据预浸料材料所需的固化温度和时间进行固化成形，成形后取下工件。

Claims (3)

1.一种复合材料覆盖件预浸料装置，其特征在于包括配合使用的渐进成形装置和预浸料成形装置，

所述渐进成形装置包括工作台（1）和布置在工作台（1）上的两组托架导柱（2），两组托架导柱（2）之间布置支撑模型（7），支撑模型（7）与托架导柱（2）之间布置托架（9），支撑模型（7）的上端面布置成形板料（6），成形板料（6）的两端通过紧固螺栓（5）与托架（9）连接，成形板料（6）的上端面布置可移动的成形工具头（8），成形板料（6）经过成形工具头的压制后得到盖板（15）和模具（18）；

所述预浸料成形装置包括盖板（15）和布置在盖板（15）下部的模具（18），盖板（15）的两侧布置垫块（13），两个垫块（13）之间连接真空带（14），其中一个垫块上布置气嘴（12），气嘴（12）通过导气管（11）与真空泵（10）连接，自盖板（15）向模具（18）依次布置透气毡（16）、预浸料工件（17）。

2.根据权利要求1所述的复合材料覆盖件预浸料装置，其特征在于上述成形板料（6）与托架（9）之间布置垫板（3），成形板料（6）与紧固螺栓（5）之间布置压板（4）。

3.基于权利要求1所述的复合材料覆盖件预浸料装置的成形方法，其特征在于包括如下步骤：

第一步：在三维造型软件中建立零件模型，生成支撑模型（7）的表面模型；

第二步：将成形板料（6）安装在支撑模型（7）的表面；

第三步：控制成形工具头（8）运动，加工成形板料（6）得到预浸料成形装置所需要的盖板（15）和模具（18）；

第四步：在模具（18）表面铺设预浸料工件（17）、透气毡（16）、盖板（15）、真空带（14），并安置导气管（11）与真空泵（10）连接；

第五步：开启真空泵（10），并对预浸料工件（17）进行加热，固化成形。

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