一种CFRP制孔质量控制方法与流程

本发明涉及机械制孔领域，特别涉及一种cfrp制孔质量控制方法。

背景技术：

cfrp，即碳纤维增强树脂基复合材料，是一种轻便、坚固的材料，广泛应用于生产制造我们日常生活中使用的多种产品，不同于其他使用传统纤维如玻璃纤维或芳香族聚酰胺纤维等的frp复合材料，cfrp复合材料的优良性能包括：

重量轻——传统玻璃纤维增强复合材料采用连续的玻璃纤维，其含量为70％（重量玻璃/总重量），每立方英寸的密度通常为0.065磅；

强度高——cfrp复合材料尽管重量轻，然而相比于玻璃纤维复合材料，每单位重量的cfrp复合材料却具有更高的强度和更大的硬度。而与金属材料相比时，这一优势则更加突出，例如，经验告诉我们，cfrp材料相比于钢材，在等强度条件下，其重量只有钢的1/5。可以想像为什么所有汽车制造企业都在研究使用碳纤维来代替钢材，从而提高其产品性能；

当cfrp复合材料与铝，质量最轻的金属之一，相比较时，根据基本假设，等强度的铝材，其重量约为碳纤维体的1.5倍。

由于cfrp材料的比强度大、比刚度大、抗腐蚀、耐高温、性能可设计等诸多优点，近年来在航空、航天、船舶、汽车等众多领域得到了愈来愈广泛的应用，但因为其高硬度，以及各项异性的材料特性，cfrp的二次机械加工一直是制件生产过程中的瓶颈问题，特别是cfrp制孔，容易产生以下质量问题：

1、cfrp零件为多层预浸料铺叠而成，层与层之间结合力较弱，制孔时易产生分层缺陷；

2、制孔出口处纤维束受挤压断裂，切削刃与断裂的纤维束接触时纤维束退让，不易切断纤维，从而产生毛刺；

3、制孔过程中纤维受挤压产生弯曲断裂，形成纤维撕裂。

技术实现要素：

本发明的目的在于：提供了一种cfrp制孔质量控制方法，在cfrp零件铺叠时，在零件表面和底面预铺一层玻璃布预浸料，玻璃布预浸料与cfrp预浸料共同固化，利用玻璃纤维提高cfrp零件制孔入口层和出口层的层间结合力，实现对分层、毛刺、纤维撕裂等制孔缺陷的抑制，从而提高制孔质量，解决了上述问题。

本发明采用的技术方案如下：

一种cfrp制孔质量控制方法，主要包括依次进行的以下步骤，

s1：料片裁剪：将待加工型面在三维模型处理软件中进行二维展开，形成下料nc代码，利用自动下料机对玻璃布预浸料和cfrp预浸料进行裁剪；

s2：铺放首层玻璃布预浸料：将裁剪后的玻璃布预浸料在零件成型模具上铺放；

s3：铺放cfrp预浸料：将裁剪后的cfrp预浸料按设计要求的角度和铺叠成熟，在步骤s2中铺放的玻璃布预浸料上完成铺放；

s4：铺放末层玻璃布预浸料：将裁剪后的玻璃布预浸料在cfrp预浸料上完成铺放；

s5：铺放辅助材料：放置可剥层耐高温尼龙纤维织布、薄膜和透气毡，并放置热电偶两根和真空嘴一对，并在材料边缘放置档条；

s6：真空封装：用腻子条、制袋薄膜进行真空袋封装；

s7：真空压实：对真空袋内抽真空，并压实真空袋内的零件；

s8：高温固化：对零件进行高温固化成型。

首先我们使用三维模型处理软件对玻璃布预浸料和cfrp预浸料进行预处理，即裁剪以适应待加工型面，然后先铺设一层首层玻璃布预浸料，形成cfrp预浸料的底层玻璃布预浸料，然后放置待加工的cfrp预浸料，放置完后再在cfrp预浸料上放置一层末层玻璃布预浸料作为cfrp预浸料的顶层玻璃布预浸料，这样就使用玻璃布预浸料将cfrp预浸料顶层和底层覆盖住，然后再铺放辅助材料，最后进行真空封装、压实后对cfrp和玻璃布进行共同高温固化，利用玻璃布的玻璃纤维，提高了cfrp表面层的层间结合力，对制孔出入口处的分层、毛刺、纤维撕裂缺陷有较好的抑制作用，同时，玻璃布的玻璃纤维可以有效避免cfrp材料和铝合金等金属材料之间由于电位差导致的电位腐蚀，避免了电位腐蚀现象带来的对cfrp材料的损伤。并且玻璃布在零件铺叠时以预浸料的形式直接铺叠到cfrp预浸料表面，与cfrp预浸料共固化成零件，未增加制造工序，对cfrp零件制造周期影响较小。

进一步地，所述步骤s1中的三维模型处理软件为catia。

进一步地，所述玻璃布预浸料为ew-100/qy9611玻璃布。

进一步地，所述步骤s2中铺放首层玻璃布预浸料时铺放一层玻璃布，厚度为0.1mm。

进一步地，所述步骤s4中铺放末层玻璃布预浸料时铺放一层玻璃布，厚度为0.1mm。

进一步地，所述步骤s5中的耐高温尼龙纤维织布为r85pa66，薄膜为微孔a4000薄膜，透气毡为airweaven10fr。

进一步地，所述步骤s6中的腻子条为gs43mr，制袋薄膜为ipplonwn1500。

进一步地，所述步骤s7中进行真空压实后对真空进行检漏，要求真空的相对真空度≤-0.90bar，且关闭抽真空机后5分钟泄露不超过0.04bar。

进一步地，所述步骤s8中使用热压罐进行高温固化成型操作。

这里我们对各个步骤中的软件、工具、材料等进行进一步限定和具象化，经过实践，这些软件、工具、材料是相对常用且效果较好的，并且上述检测真空的标准，即要求真空的相对真空度≤-0.90bar，且关闭抽真空机后5分钟泄露不超过0.04bar，这里对真空度要求较高是因为在后续的高温固化工序中避免空气对高温固化的影响或导致制成的cfrp工件形状不符合要求。

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.本发明一种cfrp制孔质量控制方法，在cfrp零件铺叠时，在零件表面和底面预铺一层玻璃布预浸料，玻璃布预浸料与cfrp预浸料共同固化，利用玻璃纤维提高cfrp零件制孔入口层和出口层的层间结合力，实现对分层、毛刺、纤维撕裂等制孔缺陷的抑制，从而提高制孔质量；

2.本发明一种cfrp制孔质量控制方法，在cfrp零件铺叠时，在零件表面和底面预铺一层玻璃布预浸料，玻璃布预浸料与cfrp预浸料共同固化，有效避免cfrp材料和铝合金等金属材料之间由于电位差导致的电位腐蚀，避免了电位腐蚀现象带来的对cfrp材料的损伤；

3.本发明一种cfrp制孔质量控制方法，在cfrp零件铺叠时，在零件表面和底面预铺一层玻璃布预浸料，玻璃布预浸料与cfrp预浸料共同固化，玻璃布在零件铺叠时以预浸料的形式直接铺叠到cfrp预浸料表面，与cfrp预浸料共同固化成零件，未增加制造工序。

附图说明

为了更清楚地说明本技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图，其中：

图1是本发明的原理框图；

图2是本发明的结构示意图。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，应当理解，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例，因此不应被看作是对保护范围的限定。基于本发明中的实施例，本领域普通技术工作人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

下面结合图1、图2对本发明作详细说明。

实施例1：

一种cfrp制孔质量控制方法，如图1、图2，其中图1是本方案的流程图，图2是本方案进行高温固化前的成型示意图，主要包括依次进行的以下步骤，

s1：料片裁剪：将待加工型面在三维模型处理软件中进行二维展开，形成下料nc代码，利用自动下料机对玻璃布预浸料和cfrp预浸料进行裁剪；

s2：铺放首层玻璃布预浸料：将裁剪后的玻璃布预浸料在零件成型模具上铺放；

s3：铺放cfrp预浸料：将裁剪后的cfrp预浸料按设计要求的角度和铺叠成熟，在步骤s2中铺放的玻璃布预浸料上完成铺放；

s4：铺放末层玻璃布预浸料：将裁剪后的玻璃布预浸料在cfrp预浸料上完成铺放；

s5：铺放辅助材料：放置可剥层耐高温尼龙纤维织布、薄膜和透气毡，并放置热电偶两根和真空嘴一对，并在材料边缘放置档条；

s6：真空封装：用腻子条、制袋薄膜进行真空袋封装；

s7：真空压实：对真空袋内抽真空，并压实真空袋内的零件；

s8：高温固化：对零件进行高温固化成型。

工作原理：首先我们使用三维模型处理软件对玻璃布预浸料和cfrp预浸料进行预处理，即裁剪成适应待加工型面的形状，然后先铺设一层裁剪好的首层玻璃布预浸料，形成cfrp预浸料的底层玻璃布预浸料，然后放置待加工的cfrp预浸料，放置完后再在cfrp预浸料上放置一层裁剪好的末层玻璃布预浸料作为cfrp预浸料的顶层玻璃布预浸料，这样就使用玻璃布预浸料将cfrp预浸料的顶层和底层全覆盖住，然后再铺放辅助材料，最后进行真空封装、压实后对cfrp预浸料和其顶层面和底层面的玻璃布进行共同高温固化，这样最后形成的适应待加工型面的cfrp工件的顶面和底面都有一层玻璃布。

我们利用玻璃布的玻璃纤维，提高了cfrp表面层的层间结合力，对cfrp材料工件的制孔出入口处易出现的分层、毛刺、纤维撕裂缺陷有较好的抑制作用，同时，玻璃布的玻璃纤维可以有效避免cfrp材料和铝合金等金属材料之间由于电位差导致的电位腐蚀，避免了电位腐蚀现象带来的对cfrp材料的损伤。并且玻璃布在零件铺叠时以预浸料的形式直接铺叠到cfrp预浸料表面，与cfrp预浸料共固化成零件，未增加制造工序，对cfrp零件制造周期影响较小。

实施例2

一种cfrp制孔质量控制方法，如图1、图2，其中图1是本方案的流程图，图2是本方案进行高温固化前的成型示意图，主要包括依次进行的以下步骤，

s1：料片裁剪：将待加工型面在catia三维模型处理软件中进行二维展开，形成下料nc代码，利用自动下料机对ew-100/qy9611玻璃布预浸料和cfrp预浸料进行裁剪；

s2：铺放首层玻璃布预浸料：将裁剪后的ew-100/qy9611玻璃布预浸料在零件成型模具上铺放，铺放一层，厚度为0.1mm；

s3：铺放cfrp预浸料：将裁剪后的cfrp预浸料按设计要求的角度和铺叠成熟，在步骤s2中铺放的玻璃布预浸料上完成铺放；

s4：铺放末层玻璃布预浸料：将裁剪后的ew-100/qy9611玻璃布预浸料在cfrp预浸料上完成铺放,铺放一层，厚度为0.1mm；

s5：铺放辅助材料：放置可剥层r85pa66耐高温尼龙纤维织布、微孔a4000薄膜和airweaven10fr透气毡，并放置热电偶两根和真空嘴一对，并在材料边缘放置档条；

s6：真空封装：用gs43mr腻子条、ipplonwn1500制袋薄膜进行真空袋封装；

s7：真空压实并检漏：对真空袋内抽真空，并压实真空袋内的零件；保证真空的相对真空度≤-0.90bar，且关闭抽真空机后5分钟泄露不超过0.04bar；

s8：高温固化：使用热压罐对零件进行高温固化成型。

工作原理：区别于实施例1的是，这里我们对各个步骤中的软件、工具、材料等进行进一步限定和具象化，其中catia是法国达索公司的产品，作为plm协同解决方案的一个重要组成部分，它可以通过建模帮助制造厂商设计他们未来的产品，并支持从项目前阶段、具体的设计、分析、模拟、组装到维护在内的全部工业设计流程，这里作为对待加工型面的三维处理和二维展开软件；而ew-100/qy9611玻璃布则是厚度为0.1mm的环氧树脂热压固化的一种树脂，由于其固化时固化温度相对较低，故而其工艺性、力学性能和纤维浸润性较好，黏度低可成形为复杂形状，且成本低，而厚度仅为0.1mm，不会因为玻璃布预浸料太厚而影响成型后的cfrp工件的形状；而步骤s5中使用的牌号为r85pa66的耐高温尼龙纤维织布延展性优良，保证尼龙纤维织布与cfrp预浸料的工作型面贴合；同时其还具有良好的透气性、吸胶能力，可将粘合剂均匀的吸附在尼龙纤维织布上，使粘合剂均匀的粘接预浸料；微孔a4000薄膜的孔径为0.1mm～2mm，孔距为5mm～200mm，可实现在cfrp预浸料上均匀传递压力，并能将cfrp材料和真空袋中多余的气体排出，降低了工艺成型复合材料的孔隙率，提高了制成的cfrp工件中的纤维体积含量和厚度均匀性。

上述检测真空的标准，即要求真空的相对真空度≤-0.90bar，且关闭抽真空机后5分钟泄露不超过0.04bar，这里对真空度要求较高是因为在后续的高温固化工序中避免空气对高温固化的影响或导致制成的cfrp工件形状不符合要求。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，均落入本发明的保护范围之内。