一种碳纤维短纤片状料复杂造型零件一次模压成型方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种碳纤维短纤片状料复杂造型零件一次模压成型方法，属于模具加工领域。
【背景技术】
[0002]传统碳纤维因其材料多以碳纤维丝、单向或多项编织布作为成型基材，故成型工艺主要不同层数以手糊、TRM、缠绕、层压、普通模压等热固性为主，成型的产品特性均表现为各项异性，层间剪切力弱的特点极大地限制碳纤维优异性能。目前长短碳纤维热塑性材料的运用也越来越多，但因热塑性材料本身收缩率，易变形、纤维含量低等缺点同样限制了碳纤维制造高模量、高精度产品的可能。
【发明内容】
[0003]针对现有技术存在的不足，本发明所要解决的技术问题是，提供一种碳纤维短纤片状料复杂造型零件一次模压成型方法，解决了传统碳纤维产品层间剪切力弱的问题，使其能够在模具成型精度不足的情况下通过与高强度金属材料相同的方式进行机加工。
[0004]为解决上述技术问题，本发明采取的技术方案是，一种碳纤维短纤片状料复杂造型零件一次模压成型方法，由以下步骤制成:
(1)测量待加工的零件的三维尺寸，并通过软件设计出出模芯料腔的形状；
(2)通过软件设计出在料腔内水平方向上设计出与待加工零件突出结构配合的中空结构、加强筋和孔结构；
(3)在料腔与待加工材料接触的位置设计加热管路；
(4)根据步骤(1)、(2)和(3)的设计结果，结合材料蓬松、分离的特点，针对性设计并制造出带料仓的模具；
(5)根据步骤(I)测量的零件三维尺寸计算出零件体积；
(6)根据步骤(5)计算的零件体积计算出碳纤维短纤片状料的投料量；
(7)将步骤(4)设计制造出的模具模芯在加热管路的加热下加热；
(8)根据步骤(6)计算的投料量，将等量的碳纤维短纤片状料投入步骤(7)加热的模具的模芯中；
(9)投料后保持步骤(7)的加热后的温度，将上下模合拢到80%，保温10分钟；
(10)将模具慢速升温至100度，在升温至100度时将上下模100%合拢，继续加温至150度，并保持上下模间的压力30分钟；
(11)将模具升温至177度，保温保压后开模脱出产品；
(12)在步骤(11)脱出的产品上进行钻孔、车丝等加工。
[0005]优化的，上述碳纤维短纤片状料复杂造型零件一次模压成型方法，所述碳纤维短纤片状料为6-50mm短切碳纤维环氧树脂热固性材料。
[0006]优化的，上述碳纤维短纤片状料复杂造型零件一次模压成型方法，所述步骤(7)中模具模芯的加热温度为70度。
[0007]优化的，上述碳纤维短纤片状料复杂造型零件一次模压成型方法，所述步骤(11)中保温保压的时间为120分钟。
[0008]本发明解决了碳纤维织物形状材料无法实现各项同性性能的问题，解决了热塑性碳纤维增强材料无法充分保证碳纤维性能发挥的问题。解决了热固性材料针对不等厚、复杂曲面及结构造型难以成型的问题。可以比各种金属轻得多的质量实现金属材料已有的各种优点，可广泛替代各种高模量、高精度金属材料，同时超越了金属材料不具备的优异特性。
[0009]本发明以6-50mm短切碳纤维环氧树脂热固性材料，根据其材料特性，针对性设计特殊结构成型模具，设计不同温度曲线下铺料、合模、加压、保压工艺，顺利实现不同范畴的临界各项同性高性能复杂造型碳纤维产品。解决了传统碳纤维产品层间剪切力弱的问题，使其能够在模具成型精度不足的情况下通过与高强度金属材料相同的方式进行机加工。同时可无限制地在产品的任一方向钻孔、车丝等加工。极大地拓展了碳纤维之间的应用范围及领域。
【具体实施方式】
[0010]实施例1
本发明为一种碳纤维短纤片状料复杂造型零件一次模压成型方法，由以下步骤制成:
(1)测量待加工的零件的三维尺寸，并通过软件设计出出模芯料腔的形状；
(2)通过软件设计出在料腔内水平方向上设计出与待加工零件突出结构配合的中空结构、加强筋和孔结构；
(3)在料腔与待加工材料接触的位置设计加热管路；
(4)根据步骤(1)、(2)和(3)的设计结果，结合材料蓬松、分离的特点，针对性设计并制造出带料仓的模具；
(5)根据步骤(I)测量的零件三维尺寸计算出零件体积；
(6)根据步骤(5)计算的零件体积计算出碳纤维短纤片状料的投料量；
(7)将步骤(4)设计制造出的模具模芯在加热管路的加热下加热；
(8)根据步骤(6)计算的投料量，将等量的碳纤维短纤片状料投入步骤(7)加热的模具的模芯中；
(9)投料后保持步骤(7)的加热后的温度，将上下模合拢到80%，保温10分钟；
(10)将模具慢速升温至100度，在升温至100度时将上下模100%合拢，继续加温至150度，并保持上下模间的压力30分钟；
(11)将模具升温至177度，保温保压后开模脱出产品；
(12)在步骤(11)脱出的产品上进行钻孔、车丝等加工。
[0011]上述加工方法中，所述碳纤维短纤片状料为6mm短切碳纤维环氧树脂热固性材料。所述步骤(7)中模具模芯的加热温度为70度。所述步骤(11)中保温保压的时间为120分钟。
[0012]本发明解决了碳纤维织物形状材料无法实现各项同性性能的问题，解决了热塑性碳纤维增强材料无法充分保证碳纤维性能发挥的问题。解决了热固性材料针对不等厚、复杂曲面及结构造型难以成型的问题。可以比各种金属轻得多的质量实现金属材料已有的各种优点，可广泛替代各种高模量、高精度金属材料，同时超越了金属材料不具备的优异特性。
[0013]本发明以6-50mm短切碳纤维环氧树脂热固性材料，根据其材料特性，针对性设计特殊结构成型模具，设计不同温度曲线下铺料、合模、加压、保压工艺，顺利实现不同范畴的临界各项同性高性能复杂造型碳纤维产品。解决了传统碳纤维产品层间剪切力弱的问题，使其能够在模具成型精度不足的情况下通过与高强度金属材料相同的方式进行机加工。同时可无限制地在产品的任一方向钻孔、车丝等加工。极大地拓展了碳纤维之间的应用范围及领域。
[0014]实施例2
此实施例与实施例1的区别在于:所述碳纤维短纤片状料为50mm短切碳纤维环氧树脂热固性材料。
[0015]实施例3
此实施例与实施例1、2的区别在于:所述碳纤维短纤片状料为38mm碳纤维环氧树脂热固性材料。
[0016]当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不限于上述举例，本技术领域的普通技术人员，在本发明的实质范围内，作出的变化、改型、添加或替换，都应属于本发明的保护范围。
【主权项】
1.一种碳纤维短纤片状料复杂造型零件一次模压成型方法，其特征在于:由以下步骤制成: (1)测量待加工的零件的三维尺寸，并通过软件设计出出模芯料腔的形状； (2)通过软件设计出在料腔内水平方向上设计出与待加工零件突出结构配合的中空结构、加强筋和孔结构； (3)在料腔与待加工材料接触的位置设计加热管路； (4)根据步骤(1)、(2)和(3)的设计结果，结合材料蓬松、分离的特点，针对性设计并制造出带料仓的模具； (5)根据步骤(I)测量的零件三维尺寸计算出零件体积； (6)根据步骤(5)计算的零件体积计算出碳纤维短纤片状料的投料量； (7)将步骤(4)设计制造出的模具模芯在加热管路的加热下加热； (8)根据步骤(6)计算的投料量，将等量的碳纤维短纤片状料投入步骤(7)加热的模具的模芯中； (9)投料后保持步骤(7)的加热后的温度，将上下模合拢到80%，保温10分钟； (10)将模具慢速升温至100度，在升温至100度时将上下模100%合拢，继续加温至150度，并保持上下模间的压力30分钟； (11)将模具升温至177度，保温保压后开模脱出产品； (12)在步骤(11)脱出的产品上进行钻孔、车丝等加工。2.根据权利要求1所述的碳纤维短纤片状料复杂造型零件一次模压成型方法，其特征在于:所述碳纤维短纤片状料为6-50mm短切碳纤维环氧树脂热固性材料。3.根据权利要求1所述的碳纤维短纤片状料复杂造型零件一次模压成型方法，其特征在于:所述步骤(7 )中模具模芯的加热温度为70度。4.根据权利要求1所述的碳纤维短纤片状料复杂造型零件一次模压成型方法，其特征在于:所述步骤(11)中保温保压的时间为120分钟。
【专利摘要】本发明公开了一种碳纤维短纤片状料复杂造型零件一次模压成型方法，由以下步骤制成：（1）测量待加工的零件的三维尺寸，并通过软件设计出出模芯料腔的形状；（2）通过软件设计出在料腔内水平方向上设计出与待加工零件突出结构配合的中空结构、加强筋和孔结构；（3）在料腔与待加工材料接触的位置设计加热管路；（4）根据步骤（1）、（2）和（3）的设计结果，结合材料蓬松、分离的特点，针对性设计并制造出带料仓的模具；（5）根据步骤（1）测量的零件三维尺寸计算出零件体积。本发明解决了碳纤维织物形状材料无法实现各项同性性能的问题，解决了热塑性碳纤维增强材料无法充分保证碳纤维性能发挥的问题。
【IPC分类】B29C33/38, B29C43/36, B29C43/02
【公开号】CN105666769
【申请号】CN201610068202
【发明人】刘有源
【申请人】江苏优培德复合材料有限公司
【公开日】2016年6月15日
【申请日】2016年2月1日