一种CFRP工件微波固化的扫掠方法及系统

本发明涉及碳纤维增强树脂基复合材料成型制造，特别是涉及一种cfrp工件微波固化的扫掠方法及系统。

背景技术：

1、碳纤维增强树脂基复合材料(cfrp，carbon fiber reinforced polymer)得益于它诸多良好的综合机械性能，在各个领域得到了广泛应用。目前针对碳纤维增强树脂基复合材料的固化成型，主要以传统的热传导固化技术为主，制件效率较低，成型质量难以进一步提升。而微波固化技术的出现，为实现树脂基复合材料的高质高效固化成型提供了一定的契机。微波辐射穿透力较强，内部极性材料分子可实现对对微波的即时吸收，从而缩短了升温时间，但其研究及工艺尚未成熟，阻碍了其推广和应用。

2、微波固化技术现存的主要问题可分为两部分，一部分是自身特性导致，恒定频率的微波辐射受限于自身特性，振荡波变化传递会存在峰差值零点以及最大值，即会导致cfrp工件出现冷、热点，引起温度差异分布；另一部分是外部工艺导致，目前微波固化有关工艺的应用无法有效解决微波辐照不均的问题，工件各局部位置与微波发射腔的距离远近决定了所受到的微波辐照强度，而不均匀的辐照仍会导致温度的差异化分布。综合上述原因，微波固化技术在微波加载时段的均匀化辐照已成为一项亟需解决的技术问题。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种cfrp工件微波固化的扫掠方法及系统，采用微波进行工件扫掠，使得微波辐照更加均匀，提高固化成型效率和能源利用率。

2、为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

3、一种cfrp工件微波固化的扫掠方法，包括：

4、根据碳纤维增强树脂基复合材料工件的材料数据，计算扫掠功率和扫掠时间段；所述扫掠时间段包括第一时间段和第二时间段；

5、针对所述碳纤维增强树脂基复合材料工件的任一表面，基于所述第一时间段和所述扫掠功率，采用微波加载源，按照第一扫掠方式对所述表面进行微波辐照扫掠；所述第一扫掠方式为：第一扫掠网格和第二扫掠网格交替扫掠；所述第一扫掠网格和所述第二扫掠网格均包括单一方向的扫掠线，且所述第一扫掠网格中的扫掠线与所述第二扫掠网格中的扫掠线正交；

6、基于所述第二时间段和所述扫掠功率，采用微波加载源，按照第二扫掠方式对所述表面进行微波辐照扫掠；所述第二扫掠方式为：采用第三扫掠网格重复进行多次扫掠，且每次扫掠之后，将所述第三扫掠网格更新为缩小预设倍数后的第三扫掠网络，然后进行下一次扫掠；所述第三扫掠网格包括两个方向的扫掠线，且两个方向的扫掠线正交。

7、可选地，所述微波加载源的确定过程，具体包括：

8、确定微波发射器在所述碳纤维增强树脂基复合材料工件上的辐照面；

9、选取辐照强度处于第一预设强度范围内的辐照面区域，作为辐照加载源。

10、可选地，所述第一预设强度范围为最大辐照强度的80％-100％。

11、可选地，所述碳纤维增强树脂基复合材料工件的材料数据包括工件尺寸、工件对应的固化温度工艺曲线；

12、所述根据碳纤维增强树脂基复合材料工件的材料数据，计算扫掠功率和扫掠时间段，具体包括：

13、建立所述碳纤维增强树脂基复合材料工件的三维笛卡尔坐标系；

14、基于所述三维笛卡尔坐标系，确定所述碳纤维增强树脂基复合材料工件在每个坐标轴方向的投影面；

15、基于所述每个坐标轴方向的投影面和所述工件尺寸，确定各个投影面对应的最大进深厚度值；

16、根据每个投影面对应的最大进深厚度值和所述工件对应的固化温度工艺曲线，确定扫掠功率和扫掠时间段。

17、可选地，所述碳纤维增强树脂基复合材料工件的任一表面为任一坐标轴方向的投影面所对应的工件表面；

18、所述第一扫掠网格中的扫掠线与所述第二扫掠网格中的扫掠线均与所述坐标轴方向的投影面平行。

19、可选地，建立所述碳纤维增强树脂基复合材料工件的三维笛卡尔坐标系，具体包括：

20、若所述碳纤维增强树脂基复合材料工件为形貌规则且具有正交面特征的工件，则基于特征平面与投影面正交或平行，建立三维笛卡尔坐标系；

21、若所述碳纤维增强树脂基复合材料工件为形貌不规则的工件，则以所述碳纤维增强树脂基复合材料工件的质心作为原点建立三维笛卡尔坐标系。

22、可选地，扫掠方法还包括：

23、对所述碳纤维增强树脂基复合材料工件的任一表面扫掠完成之后，将所述微波发射器旋转设定角度，然后对所述碳纤维增强树脂基复合材料工件的另一表面进行扫掠。

24、为达上述目的，本发明还提供了如下技术方案：

25、一种cfrp工件微波固化的扫掠系统，包括：

26、预设时间计算模块，用于根据碳纤维增强树脂基复合材料工件的材料数据，计算扫掠功率和扫掠时间段；所述扫掠时间段包括第一时间段和第二时间段；

27、第一扫掠模块，用于针对所述碳纤维增强树脂基复合材料工件的任一表面，基于所述第一时间段和所述扫掠功率，采用微波加载源，按照第一扫掠方式对所述表面进行微波辐照扫掠；所述第一扫掠方式为：第一扫掠网格和第二扫掠网格交替扫掠；所述第一扫掠网格和所述第二扫掠网格均包括单一方向的扫掠线，且所述第一扫掠网格中的扫掠线与所述第二扫掠网格中的扫掠线正交；

28、第二扫掠模块，用于基于所述第二时间段和所述扫掠功率，采用微波加载源，按照第二扫掠方式对所述表面进行微波辐照扫掠；所述第二扫掠方式为：采用第三扫掠网格重复进行多次扫掠，且每次扫掠之后，将所述第三扫掠网格更新为缩小预设倍数后的第三扫掠网络，然后进行下一次扫掠；所述第三扫掠网格包括两个方向的扫掠线，且两个方向的扫掠线正交。

29、根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

30、本发明公开一种cfrp工件微波固化的扫掠方法及系统，首先根据碳纤维增强树脂基复合材料工件的材料数据，计算扫掠功率、第一时间段和第二时间段。然后利用微波加载源，基于扫掠功率和第一时间段，按照第一扫掠网格和第二扫掠网格交替扫掠的方式对工件的任一表面进行扫掠。由于第一扫掠网格和第二扫掠网格均包括单一方向的扫掠线，其可以首先完成对工件表面的粗略的单道次扫掠。之后，基于扫掠功率和第二时间段，采用第三扫掠网格重复对工件的表面进行多次扫掠，且每次扫掠之后，将第三扫掠网格更新为缩小预设倍数后的第三扫掠网络，然后再进行下一次扫掠，如此能够使得对于工件厚度进深大的部位实现深度扫掠。对于工件整体而言，采用第一扫掠方式和第二扫掠方式对于工件进行辐照加热，能够使得工件各部分受热温度均衡，有效解决微波固化大厚度件、非标形貌件等固化应力难以平衡的问题。

技术特征：

1.一种cfrp工件微波固化的扫掠方法，其特征在于，扫掠方法包括：

2.根据权利要求1所述的cfrp工件微波固化的扫掠方法，其特征在于，所述微波加载源的确定过程，具体包括：

3.根据权利要求2所述的cfrp工件微波固化的扫掠方法，其特征在于，所述第一预设强度范围为最大辐照强度的80％-100％。

4.根据权利要求1所述的cfrp工件微波固化的扫掠方法，其特征在于，所述碳纤维增强树脂基复合材料工件的材料数据包括工件尺寸、工件对应的固化温度工艺曲线；

5.根据权利要求4所述的cfrp工件微波固化的扫掠方法，其特征在于，所述碳纤维增强树脂基复合材料工件的任一表面为任一坐标轴方向的投影面所对应的工件表面；

6.根据权利要求4所述的cfrp工件微波固化的扫掠方法，其特征在于，建立所述碳纤维增强树脂基复合材料工件的三维笛卡尔坐标系，具体包括：

7.根据权利要求2所述的cfrp工件微波固化的扫掠方法，其特征在于，扫掠方法还包括：

8.一种cfrp工件微波固化的扫掠系统，其特征在于，扫掠系统包括：

技术总结
本发明公开一种CFRP工件微波固化的扫掠方法及系统，涉及碳纤维增强树脂基复合材料成型制造技术领域，方法包括：根据碳纤维增强树脂基复合材料工件的材料数据计算扫掠功率和扫掠时间段；针对碳纤维增强树脂基复合材料工件的任一表面，基于第一时间段和扫掠功率采用微波加载源按照第一扫掠方式对表面进行微波辐照扫掠；基于第二时间段和扫掠功率采用微波加载源按照第二扫掠方式对表面进行微波辐照扫掠；第二扫掠方式为：采用第三扫掠网格重复进行多次扫掠，且每次扫掠之后，将所述第三扫掠网格更新为缩小预设倍数后的第三扫掠网络，然后进行下一次扫掠。本发明使得微波辐照更加均匀，提高固化成型效率和能源利用率。

技术研发人员：李树健,龙习坤,黎海滢,梁伟茵
受保护的技术使用者：湖南科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13