一种自适应曲面可施加均匀面压力的加热装置及方法与流程

本发明属于复合材料成型与加工，特别涉及一种自适应曲面可施加均匀面压力和快速加热的装置及方法。

背景技术：

1、复合材料的造型设计、制造与组装工艺具有多样化的特点。对于大型的复合材料部件，通过小部件的分体成型与后胶接的制造方法，产品的精度与质量可靠性更好，同时胶接的连接方式，操作简便、成本较低，也是目前复合材料制造领域最为常用的方法。部件胶接部位的结构强度，不仅取决于结构胶的种类、厚度、均匀性等主要参数，对于粘接部位施加均匀可控的压力对于提高胶接的质量也具有重要的作用。传统的平板类复合材料，胶接工艺仅使用弹簧夹等简易工具就可满足对工作曲面施加压力；然而，对于具有复杂曲面造型以及部件级的粘接工艺，现有工艺存在以下三点问题有待解决。

2、1、对于复杂曲面结构复合材料的粘接工艺，高度依赖于特定形状的工装设备辅助定型。不仅需要更多的工装成本，部分异型曲面的定位工装安装过程也极为复杂，粘接过程的操作繁琐，效率较低。如公开号为cn114986413a的专利公开了一种同轴的桶形结构，用于辅助粘接时部件的夹紧。此类定制的工装可以有效提高异型产品粘接的质量，但工装缺乏普适性，无法通用于其他部件的粘接；

3、2、曲面结构的复合材料粘接，无法提供稳定、均匀的预紧力，容易导致曲面结构部分粘接部位虚粘、脱层等现象。如公开号为cn109139638b的专利提出利用定位板与真空辅助等方法实现粘接工艺的夹紧，此法仅适用于平板或相对平整的部件粘接，对于结构复杂的复合材料部件粘接，目前无法有效实现随型的夹紧。公开号为cn206718516u的专利提出一种利用电磁铁或强磁体进行工件定位的方法，具体为在工件与工装中镶嵌或预埋磁体，在粘接时，利用磁铁之间的吸引力可以快速实现工件的定位，提高精准度；但是此法并未实质解决粘接过程中工件曲面与粘接工装的预紧力不足问题。

4、3、复合材料粘接剂固化的温度控制不均匀，加热效率低。对于大型复杂结构复合材料的成型与粘接过程中，如何提供快速、均匀的温度场，加速树脂基体或粘接剂的固化，对于提高复合材料制造效率具有重要意义。目前行业内仍缺少即能随型施加预紧力，且能够快速精准随型提供温度场辅助成型或粘接的装置。

5、基于此，需要一种自适应曲面可施加均匀面压力的加热装置，可同时提供均匀的面压预紧力和高效率均匀的加热，以解决上述问题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种自适应曲面可施加均匀面压力的加热装置，包括：

2、夹紧装置，所述夹紧装置兼具磁性和流动性或变形能力；所述夹紧装置设于工作曲面两侧，通过磁力使所述夹紧装置紧贴所述工作曲面并施加均匀的压力；

3、加热装置，所述加热装置通过所述夹紧装置的预紧力紧贴于所述工作曲面一侧，通过控制电流，对所述工作曲面均匀加热。

4、进一步的，所述夹紧装置在工作曲面的一侧为柔性磁性胶体，通过将磁性粉末均匀分散至胶体，并封装在柔性包装中，形成兼具磁性和流动性的柔性磁流胶体。

5、优选的，所述磁性粉末为铁基或铁-镍-钼基磁粉。

6、进一步的，所述柔性包装为塑料封装材料或橡皮泥。

7、优选的，所述夹紧装置在工作曲面的一侧为柔性磁流体，通过将磁性粉末均匀分散至橡皮泥中形成兼具磁性和流动性的柔性磁流体。

8、进一步的，所述夹紧装置在工作曲面的一侧为永磁铁或电磁铁。

9、优选的，所述加热装置为经过绝缘封装的柔性电加热薄膜；所述薄膜具有导电性和导热性，通过电流在薄膜中产生焦耳热以实现均匀加热。

10、进一步的，所述薄膜通过所述夹紧装置的压力均匀铺设在所述柔性磁性胶体或柔性磁流体一侧的工作曲面上，通过加热所述薄膜以实现对工作曲面的均匀加热。

11、本发明还包括一种复合材料的胶接方法，所述胶接方法步骤为：

12、s1：将复合材料的小部件分体成型；

13、s2：对分体成型的小部件进行胶接；

14、s3：使用上述的任一种自适应曲面可施加均匀面压力的加热装置对胶接部位施加均匀可控的压力，并进行均匀可控的加热。

15、进一步的，所述s1中分体成型的小部件的连接部位为曲面；所述s2中胶接过程具体为：在工作曲面上均匀刮涂双组分环氧结构胶。

16、与现有技术相比，本说明书实施例采用的上述至少一个技术方案能够达到的有益效果至少包括：

17、第一，本发明提供的加压加热装置广泛应用于各种复合材料异型曲面和复杂构型处进行粘接工作。本发明提供的加压加热装置还涵盖了一种具备曲面适应性的磁性材料，该材料能够智能地适应不同曲线和轮廓，以更好地匹配制品的外形，从而确保在粘接过程中提供更加均匀的预紧力；这不仅提高了复合材料制品的粘接质量，还确保了在各种复杂结构中实现出色的粘接性能，为复合材料粘接领域带来了更高的可靠性和效率。

18、第二，本发明引入了一种柔性随型加热辅助装置，通过利用焦耳热来实现快速、均匀的加热过程；这一技术允许热量有针对性地聚焦在成型或粘接的特定区域，从而极大提高了能量的利用效率，相比传统方法而言，更加高效；这意味着在加热过程中可以更精确地控制温度分布，减少了能量浪费，同时加速了工艺过程。这项创新将为成型和粘接工艺带来更高的效率、更可控的温度管理，从而提高了制造过程的可持续性和经济性。

19、第三，本发明提供的加压加温装置使粘接预紧力的可调节成为可能；传统的粘接方法通常无法准确控制粘接预紧力的大小，导致难以稳定地控制粘接胶层的厚度和粘接强度；然而，通过本发明，可以通过调整电磁铁的电流强度，来精确控制粘接夹紧装置的磁力大小，从而实现对粘接预紧力的精准控制；这一技术创新不仅提高了复合材料制品的粘接效果，还提升了其品质的稳定性。这意味着制造过程中可以更一致地实现所需的粘接结果，增强了生产过程的可靠性和品质控制。

20、第四，本发明提供了一种改进的复合材料粘接方法，以实现更优越的粘接效果；即便在粘接表面呈现曲线形状的情况下，该方法仍能确保出色的粘接效果；使用这项发明提供的粘接方法后，粘接区域的间隙得到显著减少，同时所需的固化时间也大幅缩短；本发明提供的方法为复合材料粘接带来了多方面的好处，包括更牢固的连接、更高的制品质量，以及更快的生产速度；这对于制造业和其他领域中需要使用复合材料的应用来说，都具有潜在的重要意义，因为它提高了效率，降低了制造成本，同时确保了更强的粘接性能。

技术特征：

1.一种自适应曲面可施加均匀面压力的加热装置，其特征在于：包括：夹紧装置和加热装置；所述夹紧装置兼具磁性和流动性或变形能力；所述夹紧装置设于工作曲面两侧，通过磁力使所述夹紧装置紧贴所述工作曲面并施加均匀的压力；所述加热装置通过所述夹紧装置的预紧力紧贴于所述工作曲面一侧，通过控制电流，对所述工作曲面均匀加热。

2.如权利要求1所述的一种自适应曲面可施加均匀面压力的加热装置，其特征在于：所述夹紧装置在工作曲面的一侧为柔性磁性胶体，通过将磁性粉末均匀分散至胶体，并封装在柔性包装中，形成兼具磁性和流动性的柔性磁流胶体。

3.如权利要求2所述的一种自适应曲面可施加均匀面压力的加热装置，其特征在于：所述磁性粉末为铁基或铁-镍-钼基磁粉。

4.如权利要求2所述的一种自适应曲面可施加均匀面压力的加热装置，其特征在于：所述柔性包装为塑料封装材料或橡皮泥。

5.如权利要求1所述的一种自适应曲面可施加均匀面压力的加热装置，其特征在于：所述夹紧装置在工作曲面的一侧为柔性磁流体，通过将磁性粉末均匀分散至橡皮泥中形成兼具磁性和流动性的柔性磁流体。

6.如权利要求1所述的一种自适应曲面可施加均匀面压力的加热装置，其特征在于：所述夹紧装置在工作曲面的一侧为永磁铁或电磁铁。

7.如权利要求2或5所述的一种自适应曲面可施加均匀面压力的加热装置，其特征在于：所述加热装置为经过绝缘封装的柔性电加热薄膜；所述薄膜具有导电性和导热性，通过电流在薄膜中产生焦耳热以实现均匀加热。

8.如权利要求7所述的一种自适应曲面可施加均匀面压力的加热装置，其特征在于：所述薄膜通过所述夹紧装置的压力均匀铺设在所述柔性磁性胶体或柔性磁流体一侧的工作曲面上，通过加热所述薄膜以实现对工作曲面的均匀加热。

9.一种复合材料的胶接方法，其特征在于：步骤为：

10.如权利要求9所述的一种复合材料的胶接方法，其特征在于：所述s1中分体成型的小部件的连接部位为曲面；所述s2中胶接过程具体为：在工作曲面上均匀刮涂双组分环氧结构胶。

技术总结
本发明提供一种自适应曲面可施加均匀面压力的加热装置及方法，所述装置包括夹紧装置和加热装置；所述夹紧装置一部分包括柔性磁流体或磁性胶体，工作时紧贴工作曲面一侧，所述夹紧装置位于工作曲面的另一侧的部分包括永磁铁或电磁铁；所述加热装置为绝缘封装的柔性电加热薄膜；通过控制电流大小来控制电磁铁的磁力大小和温度的升高，使曲面得到随型且均匀的受压和加热。

技术研发人员：孙昊,李昊亮,李婷
受保护的技术使用者：上海晋飞碳纤科技股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/3/24