一种热固型纤维金属层板半固化成形工艺的制作方法

本申请涉及板料成形技术领域，特别是纤维金属层板成形工艺技术领域。

背景技术：

随着航空航天、汽车等领域高精尖技术的不断涌现以及更加复杂的工作环境，对结构件的使用性能、材料性能以及外形结构的要求越来越高，包括结构轻量化、精品化和整体化要求等。因此拥有优良综合性能的纤维金属层板被开发出来，但是因为纤维金属层板复杂的结构特征使其成形具有许多难点，尤其对小尺寸多曲率零件成形更是有很多难题需要解决。

对于热固性纤维金属层板成形，因为固化后的纤维极限拉伸应变非常小，极大的限制了纤维金属层板的变形量，只能进行滚弯等小曲率半径、单曲率的成形工艺，用传统的拉深等成形工艺时外层金属板还未进入到塑性区内层纤维就发生了弹性断裂，所以如果成形多曲率和大曲率半径的复杂零件只能采用先成形金属板再制备固化的工艺，增加了人力物力成本。

考虑到上述热固性纤维金属层板成形特性，为了使纤维层板在成形时具有一定的延展性，通过两种途径可以提高纤维金属层板的成形性能。一种是选用极限拉伸大的弹性材料，一种让纤维与金属层板之间具有一定的流动性，本实验方法就是利用第二种途径采用先铺层再成形后固化的顺序，在成形时让纤维和金属之间的胶膜具有一定的流动性，使纤维金属层板的成形成为可能。同时，为了改善材料的流动状态，利用充液成形技术对半固化的纤维金属层板进行成形，使层板在高压液体的压力作用下，提高成形时的润滑作用和摩擦保持效果，提高成形极限、表面质量、尺寸精度，减小回弹量，从而实现热固性纤维金属层板的成形。

技术实现要素：

为了解决热固性纤维金属层板多曲率复杂零件成形问题，本发明的目的在于提供一种不需要改变现有设备，减少成形和制备工序，在一套成型设备上即可完成的用于铝合金的热固性纤维金属层板的成形工艺。

为了达到上述目的，本发明提供的一种热固型纤维金属层板半固化成形工艺，步骤为：

s1金属板料的预处理；

s2在金属板表面涂一层胶黏剂，再将裁剪好的玻璃纤维预浸料在金属板表面进行铺层；

s3对铺层后的纤维金属板料周围进行密封；

s4将纤维金属层板放在液压成型机的下模上，并定位；

s5液压成型机的上模按设定的运行速度下行，进行合模；液压成型机通过下模中的通油口向下模液室内充油，高压液体作用在板料的下部，板料在高压液体作用下发生变形，贴靠上模，实现纤维金属板料成形；

s6成形后取出零件，放入真空袋中，抽真空，放入加热炉中，加热至固化温度，保温保压3小时；

s7随炉冷却，将零件取出，加工完成。

所述步骤s1中，金属板料的预处理为铝合金的磷酸阳极化。

所述步骤s1中，铝合金的磷酸阳极化参数为：h3po4120—140g/l，温度25±5℃，直流电压10±1v，时间20±1min。

所述步骤s2中，在铺层过层中使用辊子或者重物将层板压实，以便层间气泡排出。

所述步骤s3中，使用塑料簿膜在板料周围进行密封。

所述步骤s5中，液压成型时的参数为：低压2mpa，保压5秒；高压26mpa，保压3秒。

所述步骤s2中，采用胶黏剂为j133胶黏剂。

所述步骤s6中，加热至120℃±5℃，保温保压3小时。

本发明提供的是一种对于热固性纤维金属层板的成形方法，通过纤维金属层板制备工艺与板料充液成形工艺的交叉融合，形成了一种新的成形技术。本发明是根据航空航天、汽车等领域中对复杂结构零件的轻量化迫切需求产生的。纤维金属层板成形结构件具有比强度高、质量轻、损伤容限高、耐腐蚀等诸多有点，但是因纤维金属层板的成形性能工艺研究比较少，制约了纤维金属层板的应用，为了适应纤维金属层板在多曲率和小曲率半径下的成形，研发此种半固化纤维金属层板的成形工艺。本发明通过把热固性纤维金属层板固化前成形，一定程度上解决了热固性纤维金属层板在固化后变形量大，成形困难等不利因素，使热固性树脂与金属板料之间具有一定的流动性能。同时采用了充液成形，使板料在厚度方向受理，承受三向受压应力状态，改善了纤维层板的成形性能，从而实现了多曲率复杂形状零件成形，增加了一种新的纤维金属层板成形方法。

附图说明

图1为本发明的一种成形工艺流程示意图。

图2为本发明的一种典型零件示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明提供的一种半固化纤维金属层板成形工艺进行详细说明。

实施例1

本发明一种半固化纤维金属层板成形工艺，步骤为：

1）金属板料的预处理：分别包括表面除污和化学氧化两个部分。①用丙酮对金属表面进行脱脂；②用60°的氢氧化钠和碳酸钠水溶液进行碱洗；③自来水漂洗；④硝酸脱氧；⑤自来水漂洗；⑥磷酸阳极化；⑦漂洗；⑧烘干。

2）经过磷酸阳极化处理后的铝合金板便可与玻璃纤维预浸料进行铺层设计，首先在金属板表面涂一层胶黏剂，然后将裁剪完成的玻璃纤维预浸料按照规定的铺层角度进行铺层，在铺层过层中应该注意防止气泡的产生，使用辊子或者重物将层板压实，一遍层间气泡排出。

3）在板料周围进行密封，使用强度不高的塑料簿膜即可，目的是为了防止液压油进入纤维层污染板料，影响板料性能。

4）对液压成型机模具进行清理，防止残留杂质影响成形。将半固化的纤维金属层板放在液压机下模上，并定位，采用密封圈防止液体泄漏，保证液室压力稳定。

5）上模按照设定的运行速度下行，进行合模。通过下模中的通油口向下模液室内按照优化的液室加载路径进行加载；高压液体从通油口流出作用在板料的下部，板料在高压液体作用下发生弹塑性变形，贴靠上模，实现半固化纤维金属板料成形。

6）取出成形的零件，将成型后的零件放入真空袋中，用真空机抽真空，压力保持在0.1mpa，并放入加热炉中，温度设置为120℃±5℃，保温保压3小时，然后将板件随炉冷却，最后将零件取出，加工完成。

实施例2

本发明提供的一种半固化纤维金属层板成形工艺包括按照顺序进行的下列步骤：

1）铝合金2024-t3板料的预处理：分别包括表面除污和化学氧化两个部分。①用丙酮对铝合金板表面进行脱脂；②用60°的氢氧化钠和碳酸钠水溶液进行碱洗；③自来水漂洗；④硝酸脱氧；⑤自来水漂洗；⑥磷酸阳极化；⑦漂洗；⑧烘干。

2）经过磷酸阳极化处理后的铝合金板便可与玻璃纤维预浸料进行铺层设计，首先在铝合金表面涂一层j133胶黏剂，然后将玻璃纤维预浸料进行裁剪、烘干，按照规定的铺层角度进行铺层，在铺层过层中应该注意防止气泡的产生，使用辊子或者重物将层板压实，以便层间气泡排出。

3）使用塑料簿膜在板料周围进行密封，目的是为了防止液压油进入纤维层污染板料，影响板料性能。

4）对充液成型模具进行清理，防止残留杂质影响成形。将半固化的纤维金属层板放在充液模具下模上，并定位，采用密封圈防止液体泄漏，保证液室压力稳定。

5）上模按照设定的运行速度下行，进行合模。通过下模中的通油口向下模液室内按照优化的液室加载路径进行加载（低压2mpa，保压5秒，高压26mpa，保压3秒）。高压液体从通口流出作用在板料的下部，板料在液力作用下发生弹塑性变形，贴靠上模，实现半固化纤维金属层板成形。

6）取出成形后的零件，对零件进行表面擦拭，确保良好的表面质量。

7）将成型后的零件放入真空袋中，用真空机抽真空，压力保持在0.1mpa，并放入加热炉中，温度设置为120℃，保温保压3小时，然后将板件随炉冷却，最后将零件取出。

8）对固化后的零件进行余量修切，边缘打磨，完成成形加工。