一种磁力膨胀成型方法及模具的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种磁力膨胀成型方法及模具。该方法包括：根据产品的形状在模具的模腔内布置推板，在推板上以及与推板相对的模具上布置在通电时极性相斥的电磁铁；在模具内铺设原材料，然后对电磁铁通电，使推板运动以对原材料施加压力并成型；对电磁铁通电使推板反向运动，进行开模。本发明是把电磁应用到材料成型工艺中，提供了一种新的压力源，可以按照部件结构要求，布置电磁铁的数量和位置，实现不同部位不同的加压方向，主要适于树脂基复合材料等材料的制造，在一定条件下可以代替模压、热压罐工艺。
【专利说明】一种磁力膨胀成型方法及模具
【技术领域】
[0001]本发明涉及材料成型工艺【技术领域】，具体涉及一种磁力膨胀成型方法，以及相应的成型模具，主要适用于树脂基复合材料材料的成型工艺。
【背景技术】
[0002]电磁技术已经应用于生产生活的各个领域，如磁力选矿机、电磁流量计、电磁仿真机器人及生命科学等方面和领域，是一种高效、低耗的工作方式。它不仅可以避免摩擦造成的损耗、噪声和碎屑，还能延长设备寿命，改善运行条件和工作环境。
[0003]目前，纤维增强热固性树脂基复合材料成型工艺有很多种，其中包括模压工艺、层压工艺、真空罐工艺、真空袋工艺等。这些工艺在成型过程中，通常用压力将气泡与多余的胶压出，以达到产品要求的结构外形和纤维含量。这一压力传递过程往往需要大量的外在设备和外在的辅助材料，且压力均匀分布在产品表面，难以实现对于不同区域的不同压力大小和不同压力方向的控制。并且,在复合材料低成本化的趋势下，制造工艺也朝着低成本、可灵活设计、多用途的方向发展，而上述压力成型方法的设备复杂，工艺成本较高。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是提供一种利用磁力实现的磁力膨胀成型工艺，包括相应的模具结构及成型方法，可方便地进行树脂基复合材料等材料的成型。
[0005]为实现上述目的，本发明采用如下技术方案:
[0006]一种磁力膨胀成型方法，其步骤包括:
[0007]I)根据产品的形状在模具的模腔内布置推板，在推板上以及与推板相对的模具上布置在通电时极性相斥的电磁铁；
[0008]2)在模具内铺设原材料，对电磁铁通电使推板运动，通过推板对原材料施加压力并成型；
[0009]3)对电磁铁通电使推板反向运动，进行开模。
[0010]进一步地，在模具内设置导向柱，通过该导向柱约束所述推板的运动方向。
[0011]进一步地，所述原材料为树脂基预浸料，包括短切纤维预浸料、二维长纤维预浸料、三维长纤维预浸料中的一种或多种。
[0012]进一步地，所述树脂基预浸料中，预浸料纤维的材料为碳纤维、芳纶纤维、玻璃纤维、聚乙烯纤维和聚酯纤维、玄武岩纤维中的一种或多种，预浸料树脂的材料为环氧树脂、酚醛树脂、氰酸酯树脂、双马树脂、乙烯基树脂、不饱和聚酯树脂中的一种或多种。
[0013]进一步地，所述原材料为树脂基预浸料时，步骤2)按照固化制度的要求对所述树脂基预浸料进行升温、保温处理以固化成型。
[0014]进一步地，所述原材料为树脂基预浸料时，先在推板和模具上涂刷脱模剂，然后进行步骤2)所述的铺设原材料；步骤2)完成后使模具温度降至室温至60°C，然后进行步骤3)。[0015]进一步地，根据产品的形状和结构要求设置多个推板，将电磁铁预埋到推板上和模具中相对应的位置，实现各部位的分段单独控制。更进一步地，电磁铁可以随意拆卸与安装，能够实现在不同模具上使用，达到可设计和可调整的目的。
[0016]一种磁力膨胀成型模具，包括模腔，所述模腔内设有推板，所述推板上以及与所述推板相对的模具上分别设有在通电时极性相斥的电磁铁。
[0017]进一步地，在模具上固定有约束所述推板运动的导向柱。
[0018]进一步地，所述推板纵向设置或者水平设置，包括下列中的一种或多种:底推板、侧推板、顶推板。
[0019]本发明是把电磁应用到材料成型工艺中，在模具内侧预埋磁铁，利用磁铁的“同性排斥”的原理，实现模具和推板间的空间膨胀，从而对原材料或者预制件加压。本发明用电流大小来调节磁力的大小以实现对于复合材料部件的不同部位和不同时段的加压变化，同时也能实现预测模腔内侧压力变化情况。本发明可以按照部件结构要求，布置电磁铁的数量和位置，实现不同部位不同的加压方向；电磁铁也可以随意拆卸与安装，能够实现在不同模具上使用，达到可设计和可调整的目的。本发明主要适于树脂基复合材料等材料的制造，在一定要求下可以代替模压、热压罐工艺，为成型提供了一种新的压力源。
【专利附图】
【附图说明】
[0020]图1是实施例1中模具的纵剖面示意图。
[0021]图2是实施例1制备的二维预浸料复合材料平板示意图。
[0022]图3是实施例2中模具的纵剖面示意图。
[0023]图4是实施例2中模具的俯视图。
[0024]图5是实施例2制备的仪器矩形盒示意图。
[0025]图6是实施例3中模具的纵剖面示意图。
[0026]图7是实施例3制备的带嵌件构件产品示意图，其中(a)为正面视图，(b)为(a)的底视图。
[0027]图中标号说明:11_模具，12-电磁铁，13-推板，14-螺栓，15-模具盖板；21_外模，22-侧推板，23-底推板，24-螺栓，25-导向柱，26-电磁铁，27-模芯；31_上盖板，32-嵌件推板，33-底推板，34-螺栓，35-导向柱，36-电磁铁，37-外模，38-嵌件。
【具体实施方式】
[0028]下面通过具体实施例和附图，对本发明做详细的说明。
[0029]本发明是把电磁应用到复合材料成型工艺中，在模具内侧预埋磁铁，利用磁铁的“同性排斥”的原理，实现模具和推板间的空间膨胀，从而对原材料或者预制件加压。本发明中应用电磁力成型复合材料制品，在一定要求下可以代替模压、热压罐工艺。
[0030]以树脂基复合材料为例，本发明的磁力膨胀成型工艺的具体步骤如下:
[0031]步骤1:将电磁铁安装到模具中，每块磁铁都有对应的磁铁，要求相对应的两块磁铁，在通电情况下能都实现排斥。模具中的电磁铁连接电源和电力控制系统。
[0032]电磁铁的分布原则:电磁铁在每块推板上的安装按照成型受力分布和产品的结构；分布时，保证推板移动方向符合工艺要求，且该移动方向与电磁铁力的方向一致或接近一致，必要时为了保证推板能够不发生偏移，采用导向柱约束导向。
[0033]步骤2:在推板和模具、固定螺栓上均匀涂刷或喷涂脱模剂。
[0034]步骤3:将模具与树脂基预浸料预热，按照部件结构和设计的要求，铺设树脂基预浸料；推板与模具所实现的最大行程，是在铺层中考虑的最大工艺间隙，一般留出的间隙在20mm以下。
[0035]步骤4:将模具用固定螺栓拧紧，间隙要降至最小的余地。
[0036]步骤5:通电，对于预浸料实现加压力，通过电流大小和间隙可以测得磁力压力大小。
[0037]步骤6:按照固化制度要求，升温、保温固化成型；当模具温度降至室温?60°C时，通电让电磁铁拉动推板反向运动，远离产品，然后断开电磁铁电源，拧开固定螺栓，开模。
[0038]下面针对不同形状的产品，具体说明上述方法的实施过程:
[0039]实施例1:二维预浸料复合材料平板的制备
[0040]图1是本实施例中模具的纵剖面示意图，图2是本实施例制备的二维预浸料复合材料平板的示意图。该产品的制备过程如下:
[0041]步骤1:将电磁铁12安装到模具11 ；
[0042]步骤2:在推板13和模具11上均匀涂刷硅脂脱模剂；
[0043]步骤3:将预热的预浸料预热铺设在模具11中；预留推板13与模具11之间的工艺间隙；
[0044]步骤4:将模具盖板15用螺栓14拧紧；
[0045]步骤5:通电，对于预浸料实现加压力；
[0046]步骤6:将温度升至170 ±5 °C，恒温固化成型；
[0047]步骤7:当模具温度降至60°C以下时，脱模。
[0048]实施例2:某仪器矩形盒的制备
[0049]图3是本实施例中模具的纵剖面示意图，图4是该模具的俯视图，图5是制备的仪器矩形盒示意图。该产品的制备过程如下:
[0050]步骤1:将电磁铁26安装到模具；
[0051]步骤2:在模芯27、侧推板22、底推板23和外模21上均匀涂刷硅脂脱模剂；
[0052]步骤3:将模芯27升温预热，铺设改性环氧碳纤维的预浸料；
[0053]步骤4:预留模芯27与推板22、23与外模21之间的工艺间隙；
[0054]步骤5:将模具用螺栓24拧紧；
[0055]步骤6:首先将底推板23通电，推至规定的位置，然后，实现侧推板的通电，使之沿导向柱25方向加压；
[0056]步骤7:将温度升至130 ±5 °C，恒温固化成型；
[0057]步骤8:当模具温度降至低于60°C时，开模。
[0058]实施例3:带嵌件构件产品的生产制备
[0059]图6是本实施例中模具的纵剖面示意图，图7是制备的带嵌件构件产品的示意图，其中(a)为正面视图，(b)为(a)的底视图。
[0060]产品描述:该产品一端预埋一受压易变形的嵌件38，其他部分为复合材料。
[0061]本实施例根据该产品的形状设置嵌件推板32与底推板33，以对产品的不同部位分段单独控制成型。该产品的制备过程如下:
[0062]步骤1:将电磁铁36安装到模具31 ；
[0063]步骤2:在嵌件推板32、底推板33和外模37上均匀涂刷硅脂脱模剂；
[0064]步骤3:将外模37升温至60°C，铺设改性环氧碳纤维的预浸料并安装嵌件；
[0065]步骤4:预留模芯37与推板32、33与外模31之间的工艺间隙；
[0066]步骤5:将模具用螺栓34拧紧；
[0067]步骤6:将嵌件推板32和底推板33通不同大小的电流，使之沿导向柱35方向压力大小不同；
[0068]步骤7:将温度升至130 ±5 °C，恒温固化成型；
[0069]步骤8:当模具温度降至低于60°C时，开模。
[0070]以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其进行限制，本领域的普通技术人员可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明的精神和范围，本发明的保护范围应以权利要求所述为准。
【权利要求】
1.一种磁力膨胀成型方法，其步骤包括: 1)根据产品的形状在模具的模腔内布置推板，在推板上以及与推板相对的模具上布置在通电时极性相斥的电磁铁； 2)在模具内铺设原材料，对电磁铁通电使推板运动，通过推板对原材料施加压力并成型； 3)对电磁铁通电使推板反向运动，进行开模。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于:在模具内设置导向柱，通过该导向柱约束所述推板的运动方向。
3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于:所述原材料为树脂基预浸料，包括短切纤维预浸料、二维长纤维预浸料、三维长纤维预浸料中的一种或多种。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于:所述树脂基预浸料中，预浸料纤维的材料为碳纤维、芳纶纤维、玻璃纤维、聚乙烯纤维和聚酯纤维、玄武岩纤维中的一种或多种，预浸料树脂的材料为环氧树脂、酚醛树脂、氰酸酯树脂、双马树脂、乙烯基树脂、不饱和聚酯树脂中的一种或多种。
5.如权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤2)按照固化制度的要求对所述树脂基预浸料进行升温、保温处理以固化成型。
6.如权利要求3所述的方法，其特征在于:先在推板和模具上涂刷脱模剂，然后进行步骤2)所述的铺设原材料；步骤2)完成后使模具温度降至室温?60°C，然后进行步骤3)。
7.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于:根据产品的形状设置多个推板，对产品各部位进行分段单独控制成型。
8.一种磁力膨胀成型模具，包括模腔，其特征在于，所述模腔内设有推板，所述推板上以及与所述推板相对的模具上分别设有在通电时极性相斥的电磁铁。
9.如权利要求8所述的模具，其特征在于:在模具上固定有约束所述推板运动的导向柱。
10.如权利要求8或9所述的模具，其特征在于:所述推板纵向设置或者水平设置，包括下列中的一种或多种:底推板、侧推板、顶推板。
【文档编号】B29C70/44GK103538267SQ201310470431
【公开日】2014年1月29日 申请日期:2013年10月10日 优先权日:2013年10月10日
【发明者】毕向军, 田正刚, 卢山 申请人:航天特种材料及工艺技术研究所