CN109986807A - 一种碳纤维零件热压罐成型加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及航空设备加工领域，具体涉及一种碳纤维零件热压罐成型加工方法。这种加工方法包括采用成型模具，包括以下步骤:在成型腔内铺放碳纤维原材料片，并对成型腔内的原材料进行合模预处理；在模具盖板上铺放碳纤维原材料片，并模具盖板上的原材料进行合模预处理；合模，连接模具盖板与模具基体；对成型模具施加温度和压力载荷，使原材料固化成型。这种加工方法有利于简化成型模具各个部分的结构，从而降低成型模具的制造难度。

Description

一种碳纤维零件热压罐成型加工方法

技术领域

本发明涉及航空设备加工领域，特别是一种碳纤维零件热压罐成型加工方法。

背景技术

在航空设备领域中，传统的金属材料性能逐渐无法满足越来越高的设计要求。碳纤维复合材料具有传统金属材料难以媲美的性能，因此越来越广泛地被应用于航空设备上的零件加工。

碳纤维材料的原材料为片状结构，对碳纤维材料施加温度和压力，可使碳纤维材料经过软化，然后固化成型。碳纤维材料在固化过程中的特性，导致其对成型模具的要求与传统的注塑模具不同。现有技术中，通常通过RTM(树脂传递模塑成型)工艺进行复合材料零件的成型，这种加工方法的弊端在于：由于航空设备中，零件结构往往较为复杂，因此，采用传统的RTM工艺，模具制造难度较高，从而零件成本高，脱模也较为困难。

发明内容

本发明的发明目的在于：针对现有技术存在的问题，提供一种碳纤维零件热压罐成型加工方法，以降低模具的加工难度，提高零件的成型质量。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种碳纤维零件热压罐成型加工方法，采用成型模具，成型模具包括模具基体、以及与模具基体可拆卸相连的模具盖板；

模具基体上形成用于容纳复合材料的成型腔，成型腔通过开口与外界相通；

模具盖板与开口适配，模具盖板上具有盖板成型面，模具盖板与模具基体相连时，盖板成型面与成型腔对应，成型腔与外界隔开，成型腔的形状与待加工零件的形状吻合；

加工方法包括以下步骤:

在成型腔内铺放碳纤维原材料片，并对成型腔内的原材料进行合模预处理；

在模具盖板上铺放碳纤维原材料片，并模具盖板上的原材料进行合模预处理；

合模，连接模具盖板与模具基体；

对成型模具施加温度和压力载荷，使原材料固化成型。

通过本发明提供的加工方法，其模具盖板和模具基体上均可以放置原材料片，经过合模后，对成型模具施加温度和压力载荷，实现原材料的固化成型。这种加工方法充分利用了加工模具的模具盖板和模具基体的两个部分，生产模具时，根据零件的形状对模具的两个部分进行分隔，有利于简化成型模具各个部分的结构，从而降低成型模具的制造难度。

作为本发明的优选方案，所述对成型腔内的原材料进行合模预处理包括：

对成型腔内的原材料进行压实；

所述对模具盖板上的原材料进行合模预处理包括：

对模具盖板上的原材料进行压实。

在成型腔以及模具盖板的合模预处理中，对原材料进行压实，有利于减少原材料片之间的间隙，从而减少成型零件上孔隙或分层现象的发生。

作为本发明的优选方案，所述对模具盖板上的原材料进行合模预处理还包括：

对模具盖板上的原材料施加压力和温度载荷，使模具盖板上的原材料固化成型，脱模备用。

首先对模具盖板上的原材料进行固化，在零件的最终成型过程中，已成型的原材料覆盖于成型腔的开口上，有利于对其余原材料的加温加压，使得压力载荷和温度载荷能够充分地传递给材料，从而有利于材料的固化成型过程顺利进行，同时有利于减少成型零件内部孔隙或分层现象的发生。

作为本发明的优选方案，成型模具包括第一成型板、第二成型板和第三成型板，第一成型板上设有第一成型面，第二成型板上设有第二成型面，第三成型板上设有第三成型面；

第一成型面、第二成型面和第三成型面围成成型腔；

所述对成型腔内的原材料进行压实包括：

在第一成型面上铺设原材料片，将第一成型板置于真空袋中进行压实；

在第二成型面上铺设原材料片，将第二成型板置于真空袋中进行压实；

连接第一成型板、第二成型板和第三成型板。

模具基体被分解成第一成型板、第二成型板和第三成型板，每个部分的结构相对较为简单，易于加工。同时，多个成型板相连拼接成成型腔的设计，有利于在添加材料的过程中，对材料施加一定压力，避免造成零件质量的负偏差(即零件质量低于设计标准)。

作为本发明的优选方案，所述对成型腔内的原材料进行压实还包括：

连接第一成型板、第二成型板和第三成型板后，在成型腔中添加原材料片，直至原材料片填满成型腔。

连接第一成型板、第二成型板和第三成型板后，若成型腔中未被填满，则手动向成型腔中添加原材料片，避免零件上产生空腔。

作为本发明的优选方案，所述对成型腔内的原材料进行合模预处理还包括：

对成型腔内的材料施加温度，使成型腔内的原材料软化。

作为本发明的优选方案，所述合模包括：

对成型腔内已软化的原材料施加压力，待成型腔内已软化的原材料的高度降低后，在成型腔中添加原材料片，将从模具盖板上脱模的已固化成型材料覆盖在成型腔上。

在原材料片为片状时，各个原材料片之间难以避免地会存在缝隙，若缝隙过多或缝隙过大，将导致零件质量产生负偏差。为了避免上述现象的发生，利用碳纤维材料先软化再固化的成型特征，在材料软化时，通过对软化的材料施加压力等方式减少缝隙的总体积。然后在加压后减小的软化材料上继续添加新的原材料片，从而实现零件质量负偏差的消除。

作为本发明的优选方案，所述对成型腔内的原材料进行合模预处理还包括：

对成型腔内的原材料施加温度和压力载荷，使成型腔内的原材料固化，成型腔内已固化的材料上将形成凹坑。

作为本发明的优选方案，所述合模包括：

对成型腔内已固化的材料所形成的凹坑中添加原材料片，使原材料片填满凹坑，将从模具盖板上脱模的已固化成型材料覆盖在成型腔上。

若原材料片之间的缝隙过小，将导致零件加工中的压力过大，对于零件的成型也有不利影响。为了避免上述现象的发生，先使成型腔内的原材料固化成型，根据成型腔内的原材料固化成型后自然形成的凹坑大小添加原材料片，从而能够避免材料添加过多，使零件成型质量保持在较高水平。

作为本发明的优选方案，所述对成型模具施加温度和压力载荷，使原材料固化成型，包括：

将成型模具置于热压罐中。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

1.本发明提供的加工方法充分利用了加工模具的模具盖板和模具基体的两个部分，生产模具时，根据零件的形状对模具的两个部分进行分隔，有利于简化成型模具各个部分的结构，从而降低成型模具的制造难度；

2.本发明提供的加工方法在加工过程中，能够根据加工模具的分解结构和碳纤维材料的特点，在成型过程中添加原材料片，减小缝隙，从而避免零件质量的负偏差。

附图说明

图1是本发明提供的成型模具的结构示意图。

图2是本发明提供的模具基体的结构示意图。

图3是本发明提供的模具盖板的结构示意图。

图4是本发明提供的第一成型板的结构示意图。

图5是本发明提供的第二成型板的结构示意图。

图6是本发明提供的第三成型板的结构示意图。

图7是本发明提供的第一成型板与第二成型板相连时的结构示意图。

图标：1-成型模具；11-模具基体；12-模具盖板；13-成型腔；111-第一成型板；112-第二成型板；113-第三成型板；114-加强筋；115-第一定位部；121-盖板成型面；122-第二定位部；1112-第一成型面；1122-第二成型面；1132-第三成型面。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明作详细的说明。

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，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。

实施例1

请参阅图1-图7。本发明实施例提供一种碳纤维零件热压罐成型加工方法，这种加工方法采用成型模具1。该成型模具1包括模具基体11、以及与模具基体11可拆卸相连的模具盖板12；模具基体11上形成用于容纳复合材料的成型腔13，成型腔13通过开口与外界相通；模具盖板12与开口适配，模具盖板12上具有盖板成型面121，模具盖板12与模具基体11相连时，盖板成型面121与成型腔13对应，成型腔13与外界隔开，成型腔13的形状与零件吻合。

优选的，模具基体11包括第一成型板111和第二成型板112，第一成型板111与第二成型板112可拆卸相连；第一成型板111上具有第一成型面1112，第二成型板112上具有第二成型面1122；第一成型板111与第二成型板112相连时，模具基体11形成成型腔13，第一成型面1112和第二成型面1122与成型腔13对应。

优选的，模具基体11还包括第三成型板113；第一成型板111一端与第三成型板113可拆卸地相连，第二成型板112一端与第三成型板113可拆卸地相连；第三成型板113上具有第三成型面1132，第三成型面1132与成型腔13对应。

优选的，模具基体11上设有至少两个第一定位部115，模具盖板12上设有与第一定位部115适配的第二定位部122。

优选的，模具基体11和/或模具盖板12上设有加强筋114。

本实施例提供的加工方法包括以下步骤：

在成型腔13内铺放碳纤维原材料片，并对成型腔13内的原材料进行合模预处理；

在模具盖板12上铺放碳纤维原材料片，并模具盖板12上的原材料进行合模预处理；

合模；

对成型模具1施加温度和压力载荷，使原材料固化成型。

在以上步骤中，对成型腔13内的原材料进行合模预处理包括：

在第一成型面1112上铺设原材料片，将第一成型板111置于真空袋中进行压实；

在第二成型面1122上铺设原材料片，将第二成型板112置于真空袋中进行压实；

连接第一成型板111、第二成型板112和第三成型板113；

在成型腔13中添加原材料片，直至原材料片填满成型腔13。

对模具盖板12上的原材料进行合模预处理包括：

在盖板成型面121上铺设原材料片，将模具盖板12置于真空袋中进行压实。

合模包括：

连接模具盖板12与模具基体11。

对成型模具1施加温度和压力载荷，使原材料固化成型包括：

将成型模具1置于热压罐中。

本实施例提供的加工方法的有益效果在于：

成型模具1被分解为多个部分，降低了成型模具1的加工难度，尤其适用于复杂零件或不规则结构零件的加工；

在合模前，对第一成型板111、第二成型板112、模具盖板12上的原材料均进行了加压处理，有利于减小零件质量的负偏差。

实施例2

本实施例提供了一种加工方法，这种加工方法采用实施例1中提供的加工模具。

本实施例提供的加工方法包括以下步骤：

在成型腔13内铺放碳纤维原材料片，并对成型腔13内的原材料进行合模预处理；

在模具盖板12上铺放碳纤维原材料片，并模具盖板12上的原材料进行合模预处理；

合模；

对成型模具1施加温度和压力载荷，使原材料固化成型。

在以上步骤中，对成型腔13内的原材料进行合模预处理包括：

在第一成型面1112上铺设原材料片，将第一成型板111置于真空袋中进行压实；

在第二成型面1122上铺设原材料片，将第二成型板112置于真空袋中进行压实；

连接第一成型板111、第二成型板112和第三成型板113；

在成型腔13中添加原材料片，直至原材料片填满成型腔13；

对成型腔13内的材料施加温度，使成型腔13内的原材料软化。

对模具盖板12上的原材料进行合模预处理包括：

在盖板成型面121上铺设原材料片，将模具盖板12置于真空袋中进行压实；

对模具盖板12上的原材料施加压力和温度载荷，使模具盖板12上的原材料固化成型，脱模备用。

合模包括：

对成型腔13内已软化的原材料施加压力，待成型腔13内已软化的原材料的高度降低后，在成型腔13中添加原材料片，将从模具盖板12上脱模的已固化成型材料覆盖在成型腔13上。

在实施例1提供的加工方法的基础上，本实施例提供的加工方法还具有以下优势：

在材料软化时，通过对软化的材料施加压力等方式减少孔隙的总体积。然后在加压后减小的软化材料上继续添加新的原材料片，能够充分减少材料间的孔隙，最大程度的减小零件质量负偏差。

实施例3

本实施例提供了一种加工方法，这种加工方法采用实施例1中提供的加工模具。

本实施例提供的加工方法包括以下步骤：

在成型腔13内铺放碳纤维原材料片，并对成型腔13内的原材料进行合模预处理；

在模具盖板12上铺放碳纤维原材料片，并模具盖板12上的原材料进行合模预处理；

合模；

对成型模具1施加温度和压力载荷，使原材料固化成型。

在以上步骤中，对成型腔13内的原材料进行合模预处理包括：

在第一成型面1112上铺设原材料片，将第一成型板111置于真空袋中进行压实；

在第二成型面1122上铺设原材料片，将第二成型板112置于真空袋中进行压实；

连接第一成型板111、第二成型板112和第三成型板113；

在成型腔13中添加原材料片，直至原材料片填满成型腔13；

对成型腔13内的原材料施加温度和压力载荷，使成型腔13内的原材料固化，成型腔13内已固化的材料上将形成凹坑。

对模具盖板12上的原材料进行合模预处理包括：

在盖板成型面121上铺设原材料片，将模具盖板12置于真空袋中进行压实；

对模具盖板12上的原材料施加压力和温度载荷，使模具盖板12上的原材料固化成型，脱模备用。

合模包括：

对成型腔13内已固化的材料所形成的凹坑中添加原材料片，使原材料片填满凹坑，将从模具盖板12上脱模的已固化成型材料覆盖在成型腔13上。

在实施例1和实施例2提供的加工方法的基础上，本实施例提供的加工方法还具有以下有益效果：

先使成型腔13内的原材料固化成型，根据成型腔13内的原材料固化成型后自然形成的凹坑大小添加原材料片，既能够减少零件质量的负偏差，又能够避免材料添加过多造成零件缺陷，使零件成型质量保持在较高水平。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种碳纤维零件热压罐成型加工方法，其特征在于，采用成型模具，成型模具包括模具基体、以及与模具基体可拆卸相连的模具盖板；

模具基体上形成用于容纳复合材料的成型腔，成型腔通过开口与外界相通；

模具盖板与开口适配，模具盖板上具有盖板成型面，模具盖板与模具基体相连时，盖板成型面与成型腔对应，成型腔与外界隔开，成型腔的形状与待加工零件的形状吻合；

加工方法包括以下步骤:

在成型腔内铺放碳纤维原材料片，并对成型腔内的原材料进行合模预处理；

在模具盖板上铺放碳纤维原材料片，并对模具盖板上的原材料进行合模预处理；

合模；

对成型模具施加温度和压力载荷，使原材料固化成型。

2.根据权利要求1所述的加工方法，其特征在于，所述对成型腔内的原材料进行合模预处理包括：

对成型腔内的原材料进行压实；

所述对模具盖板上的原材料进行合模预处理包括：

对模具盖板上的原材料进行压实。

3.根据权利要求2所述的加工方法，其特征在于，所述对模具盖板上的原材料进行合模预处理还包括：

对模具盖板上的原材料施加压力和温度载荷，使模具盖板上的原材料固化成型，脱模备用。

4.根据权利要求3所述的加工方法，其特征在于，成型模具包括第一成型板、第二成型板和第三成型板，第一成型板上设有第一成型面，第二成型板上设有第二成型面，第三成型板上设有第三成型面；

第一成型面、第二成型面和第三成型面围成成型腔；

所述对成型腔内的原材料进行压实包括：

在第一成型面上铺设原材料片，将第一成型板置于真空袋中进行压实；

在第二成型面上铺设原材料片，将第二成型板置于真空袋中进行压实；

连接第一成型板、第二成型板和第三成型板。

5.根据权利要求4所述的加工方法，其特征在于，所述对成型腔内的原材料进行压实还包括：

连接第一成型板、第二成型板和第三成型板后，在成型腔中添加原材料片，直至原材料片填满成型腔。

6.根据权利要求3所述的加工方法，其特征在于，所述对成型腔内的原材料进行合模预处理还包括：

对成型腔内的材料施加温度，使成型腔内的原材料软化。

7.根据权利要求6所述的加工方法，其特征在于，所述合模包括：

对成型腔内已软化的原材料施加压力，待成型腔内已软化的原材料的高度降低后，在成型腔中添加原材料片，将从模具盖板上脱模的已固化成型材料覆盖在成型腔上。

8.根据权利要求3所述的加工方法，其特征在于，所述对成型腔内的原材料进行合模预处理还包括：

对成型腔内的原材料施加温度和压力载荷，使成型腔内的原材料固化，成型腔内已固化的材料上将形成凹坑。

9.根据权利要求8所述的加工方法，其特征在于，所述合模包括：

对成型腔内已固化的材料所形成的凹坑中添加原材料片，使原材料片填满凹坑，将从模具盖板上脱模的已固化成型材料覆盖在成型腔上。

10.根据权利要求1所述的加工方法，其特征在于，所述对成型模具施加温度和压力载荷，使原材料固化成型，包括：

将成型模具置于热压罐中。