CN111844810A - 复合材料预浸料层压板模压成型机构及其成型方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种复合材料预浸料层压板模压成型机构及其成型方法，属于热固性和热塑性复合材料层压板模压固化成型的技术领域。复合材料预浸料层压板模压成型机构，包括固定架和弹性架；固定架设置在冲压机压头的下部，弹性架设置在固定架内；弹性架的外侧端连接固定架上，弹性架的内侧端用于连接预浸料预制体。解决了现有技术中，预浸料的位置固定不牢固，冲压机压头对其冲压成型时，容易导致预浸料的压缩区起皱，造成产品报废的技术问题。本发明利用弹性架保持张力，调节施加预浸料预制体的张力和成型时的张力角度，确保成型后不起皱，产品合格率高。

Description

复合材料预浸料层压板模压成型机构及其成型方法

技术领域

本发明涉及热固性和热塑性复合材料层压板模压固化成型的技术领域，具体的涉及一种适用于钣金型材预浸料的复合材料预浸料层压板模压成型机构及其成型方法。

背景技术

复合材料模压成型具有生产速度快，产品一致性好的优点。复合材料在成型的过程中，需要将预浸料直接放置在冲压机的压头下部位置，冲压机启动后，压头直接对下方位置的预浸料进行冲压成型。

现有技术中，预浸料的位置固定不牢固，冲压机压头在启动的过程中，速率不匹配时，极易造成预浸料的冲压变形，使预浸料的压缩区引起起皱，尤其是大转角和成型件的边缘区域，几乎不可避免，出现产品报废率高，生产效率低的问题。并且采用此种冲压成型的方法，工作效率低。

发明内容

本发明的目的在于提供一种复合材料预浸料层压板模压成型机构，以解决现有技术中存在的，预浸料的位置固定不牢固，冲压机压头对其冲压成型时，容易导致预浸料的压缩区起皱，造成产品报废的技术问题。

本发明提供的一种复合材料预浸料层压板模压成型机构，包括固定架和弹性架；

固定架设置在冲压机压头的下部，弹性架设置在固定架内；

弹性架的外侧端连接固定架上，弹性架的内侧端用于连接预浸料预制体。

进一步的，固定架包括第一连接杆和第二连接杆；

第一连接杆的数量至少为两个，第二连接杆的数量至少为两个；

一个第一连接杆与一个第二连接杆交叉连接，连接为设有内部容置空间的架体结构，弹性架设置在内部容置空间内。

进一步的，第一连接杆上设有第一连接孔，第二连接杆上设有第二连接孔；

第一连接孔与第二连接孔通过第一锁紧件连接，实现第一连接杆与第二连接杆连接。

进一步的，第一连接孔的数量为多个，第二连接孔的数量为多个。

进一步的，弹性架包括第一弹性连接件和第二弹性连接件；

第一弹性连接件的外侧端连接第一连接杆上，第一弹性连接件的内侧端连接预浸料预制体的第一夹持块上；第二弹性连接件的外侧端连接第二连接杆上，第二弹性连接件的内侧端连接预浸料预制体的第二夹持块上；

第一弹性连接件的结构与第二弹性连接件的结构相同。

进一步的，第一弹性连接件包括固定件、弹性件和卡接件；

固定件的外侧端连接第一连接杆上，固定件的内侧端连接弹性件的外侧端，弹性件的内侧端连接卡接件，卡接件用于连接预浸料预制体。

进一步的，固定件上设有限位孔，弹性件的外侧端通过第二锁紧件连接限位孔内；

限位孔的数量为多个。

进一步的，卡接件设有卡槽，预浸料预制体通过第三锁紧件连接在卡槽内。

进一步的，还包括升降设备；

固定架连接在升降设备上，升降设备能够带动固定架沿着竖直方向往复运动，使固定架内的预浸料预制体靠近或者远离压机机头。

本发明还提供一种复合材料预浸料层压板模压成型机构的成型方法，包括如下步骤：

a.裁切预浸料

根据产品尺寸，利用切割机对预浸料进行裁切，形成方形预浸料毛坯料，在预浸料毛坯料的四周预留出第一夹持块、第二夹持块，在预浸料毛坯料的非夹持区预留毛边余量，形成预浸料预制体；

b.铺层

按照产品结构的铺层设计，对预浸料预制体进行铺层配置；

c.固定预浸料预制体

利用裁切设备分别在第一夹持块、第二夹持块上打孔，利用第一弹性连接件对第一夹持块固定，利用第二弹性连接件对第二夹持块固定；

d.铺脱模材料

分别在预浸料预制体的上、下表面铺贴一层脱模材料，然后利用压机驱动压头，对预浸料预制体进行合模模压；压力设置为0.1MPa-10MPa，根据材料和产品需求设置；

e.加热固化

预浸料预制体模压完毕后，在上下模具合模加压的同时，将预浸料预制体原位加热，对其进行加热加压固化，固化温度的取值范围在120℃～400℃之间，固化时间的取值范围在1h～20h之间；

f.产品脱模

将固化后的产品进行降温处理，降温速率小于5℃/min；

降温结束后，将产品放置在室内，使其降温至室温，直至产品表面的温度低于60℃，然后对产品进行脱模，形成完整的产品结构；

g.产品修整

利用机床或者手工打磨对脱模后的产品的毛边进行打磨修整，形成合格产品。

相对于现有技术，本发明的复合材料预浸料层压板模压成型机构具有以下优势：

本发明的固定架设置在冲压机的压头下部位置，对固定架的安装位置进行限定；弹性架设置在固定架内部，对弹性架的安装位置进行限定；弹性架的外侧端连接在固定架上，弹性架的内侧端用于连接预浸料预制体，以利用弹性架对预浸料预制体的连接位置进行限定；本发明利用弹性架固定预浸料预制体，通过弹性架的弹性力保持张力，利用弹性架调节三维进给量，从而调节施加的张力和产品成型时的张力角度，从而减少了成型过程中材料压缩区引起的起皱，提高了产品的合格率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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的附图。

图1为本发明实施例提供的复合材料预浸料层压板模压成型机构使用时的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的复合材料预浸料层压板模压成型机构的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的第一弹性连接件的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的预浸料预制体的结构示意图；

图5为本发明实施例提供的为第一连接杆与固定件之间的另一种连接方式示意图；

图6为本发明实施例提供的复合材料预浸料层压板模压成型机构的成型方法流程图。

附图标记说明：

100-固定架； 200-弹性架；

300-预浸料预制体； 101-第一连接杆；

102-第二连接杆； 103-内部容置空间；

104-第一连接孔； 105-第二连接孔；

106-第一锁紧件； 201-第一弹性连接件；

202-第二弹性连接件； 203-固定件；

204-弹性件； 205-卡接件；

206-限位孔； 207-第二锁紧件；

208-卡槽； 209-第三锁紧件；

301-第一夹持块； 302-第二夹持块。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

如图1～4所示，本发明提供的一种复合材料预浸料层压板模压成型机构，包括固定架100和弹性架200；

固定架100设置在冲压机压头的下部，弹性架200设置在固定架100内；

弹性架200的外侧端连接固定架100上，弹性架200的内侧端用于连接预浸料预制体300。

本发明的一个实施例中，如图1所示，固定架100采用多个螺栓固定连接在冲压机压头的下方位置，弹性架200设置在固定架100的内部，弹性架200的外侧端采用螺栓连接在固定架100上，弹性架200的内侧端采用螺栓连接预浸料预制体300四周的夹持块上，以对预浸料预制体300的位置进行固定。

使用时，利用弹性架200对预浸料预制体300进行固定，通过弹性架200的弹簧框架，使预浸料预制体300能够保持张力，并且弹簧框架还可以进行三维调节进给量，从而调节对预浸料预制体300施加的张力和成型时的张力角度，最终减少了预浸料预制体300在成形的过程中，材料压缩区引起的起皱。本申请弹性架200的弹簧型号、弹簧连接的位置和弹簧的张力都可以通过不同的预浸料预制体300进行模拟优化，冲压机压头冲压成型时，确保产品的合格率。

进一步的，固定架100包括第一连接杆101和第二连接杆102；

第一连接杆101的数量至少为两个，第二连接杆102的数量至少为两个；

一个第一连接杆101与一个第二连接杆102交叉连接，连接为设有内部容置空间103的架体结构，弹性架200设置在内部容置空间103内。

在本实施例中，如图2所示，第一连接杆101为水平横杆，第二连接杆102为竖直杆，两个连接杆均采用方形管或者圆管。第一连接杆101、第二连接杆102的数量分别为两个，一个第一连接杆101与一个第二连接杆102交叉连接，连接后形成方形架体结构，方形架体结构设有方形的内部容置空间103，弹性架200设置在内部容置空间103内。

在其他实施例中，第一连接杆101、第二连接杆102的数量还可以分别设置为三个，一个第一连接杆101与一个第二连接杆102交叉连接，连接后形成六边形架体结构，六边形架体结构设有六边形的内部容置空间103，弹性架200设置在内部容置空间103内。

在具体的实施方式中，第一连接杆101、第二连接杆102还可以根据使用的需要设置为其他的数量。

进一步的，第一连接杆101上设有第一连接孔104，第二连接杆102上设有第二连接孔105；

第一连接孔104与第二连接孔105通过第一锁紧件106连接，实现第一连接杆101与第二连接杆102连接。

在本实施例中，如图2所示，第一连接孔104、第二连接孔105均为螺纹孔，第一锁紧件106为螺栓，两个连接杆进行定位后，采用螺栓连接两个连接孔固定，以使两个连接杆的连接位置牢固，并且采用螺栓连接的方式，便于根据需要进行拆装。

进一步的，第一连接孔104的数量为多个，第二连接孔105的数量为多个。

在本实施例中，如图2所示，第一连接杆101上设置多个第一连接孔104，第二连接杆102上设置多个第二连接孔105，通过连接孔的位置，螺栓定位，能够对两个连接杆的连接位置进行调节，从而对预浸料预制体300的进给量进行调节。

进一步的，弹性架200包括第一弹性连接件201和第二弹性连接件202；

第一弹性连接件201的外侧端连接第一连接杆101上，第一弹性连接件201的内侧端连接预浸料预制体300的第一夹持块301上；第二弹性连接件202的外侧端连接第二连接杆102上，第二弹性连接件202的内侧端连接预浸料预制体300的第二夹持块302上；

第一弹性连接件201的结构与第二弹性连接件202的结构相同。

在本实施例中，如图1、图2、图4所示，第一弹性连接件201竖直设置，第二弹性连接件202水平设置；两个第一连接杆101、两个第二连接杆102连接后形成方形框架结构。在图4中，预浸料预制体300的上侧边、下侧边分别设置三个第一夹持块301，在图2中，上侧边采用三个第一弹性连接件201固定三个第一夹持块301，下侧边采用三个第一弹性连接件201固定三个第一夹持块301。在图4中，预浸料预制体300的左侧边、右侧边分别设置三个第二夹持块302，在图2中，左侧边采用三个第二弹性连接件202固定三个第二夹持块302，右侧边采用三个第二弹性连接件202固定三个第二夹持块302，完成对预浸料预制体300的位置固定。

进一步的，第一弹性连接件201包括固定件203、弹性件204和卡接件205；

固定件203的外侧端连接第一连接杆101上，固定件203的内侧端连接弹性件204的外侧端，弹性件204的内侧端连接卡接件205，卡接件205用于连接预浸料预制体300。

在本实施例中，如图3所示，固定件203为条形板的结构，弹性件204为弹簧，卡接件205为方形块的结构。固定件203的外侧端采用螺栓连接在第一连接杆101上，螺栓能够对固定件203在第一连接杆101上的连接位置进行调节；固定件203的内侧端采用螺栓连接弹簧的外侧端，弹簧的内侧端采用螺栓连接卡接件205上，卡接件205采用螺栓固定预浸料预制体300的夹持块。

在另一个实施例中，如图5所示，第一连接杆101上设置卡槽，第一弹性连接件201的固定件203的下面设置卡块，利用卡块与卡槽之间卡合连接，对第一弹性连接件201在第一连接杆101上的连接位置进行固定；同理，第二连接杆102上也设置卡槽，第二弹性连接件202的固定件203的下面设置卡块，利用卡块与卡槽之间卡合连接，对第二弹性连接件202在第二连接杆102上的连接位置进行固定。采用此种方式连接，对预浸料预制体300固定后，两个弹性连接件上的弹簧呈拉伸状态，通过预浸料预制体300施加的压力，利用弹簧的拉伸力，即可对两个弹性连接件的连接位置进行固定。

进一步的，固定件203上设有限位孔206，弹性件204的外侧端通过第二锁紧件207连接限位孔206内；

限位孔206的数量为多个。

在本实施例中，如图3所示，限位孔206为螺纹孔，第二锁紧件207为螺栓，在固定件203上设置多个限位孔206，弹簧的外侧端能够连接固定在任意一个限位孔206内，从而直接对弹簧的伸缩量进行调节，最终对预浸料预制体300的进给量进行调节。

进一步的，卡接件205设有卡槽208，预浸料预制体300通过第三锁紧件209连接在卡槽208内。

在本实施例中，如图3所示，卡槽208是在卡接件205的外侧端沿着水平方向，向内凹陷形成的方形槽；在卡接件205的外侧端沿着竖直方向，贯穿方形槽形成螺纹通孔，第三锁紧件209为螺栓；预浸料预制体300的夹持块上沿着竖直方向设有通孔，夹持块卡入卡槽208后，利用螺栓穿过卡接件205外侧端的螺纹通孔，夹持块上的通孔，将夹持块固定在卡槽208内。

进一步的，还包括升降设备；

固定架100连接在升降设备上，升降设备能够带动固定架100沿着竖直方向往复运动，使固定架100内的预浸料预制体300靠近或者远离压机机头。

在本申请的一个实施例中，升降设备采用液压缸，液压缸采用螺栓固定在冲压机的下方位置，固定架100采用螺栓连接在液压缸的输出端。使用时，液压缸在竖直方向带动固定架100向上伸出运动，带动预浸料预制体300向上靠近冲压机压头，此时即可启动冲压机进行冲压作业；冲压完毕后，再次启动液压缸，液压缸在竖直方向带动固定架100向下缩回运动，带动预浸料预制体300向下远离冲压机压头，对固定架100进行保护。

在其他实施例中，升降设备还可以采用驱动电机、蜗轮蜗杆相连接的结构，只要能够带动固定架100做靠近或者远离冲压机压头即可。

如图6所示，本发明还提供一种复合材料预浸料层压板模压成型机构的成型方法，包括如下步骤：

a.裁切预浸料

根据产品尺寸，利用切割机对预浸料毛坯料进行裁切，形成方形预浸料毛坯料，在预浸料毛坯料的四周预留出第一夹持块301、第二夹持块302，在预浸料毛坯料的非夹持区预留毛边余量，形成预浸料预制体300；

在本实施例中，对夹持块设置的尺寸为5cm-15cm的方形块，本实施方式采用10cm的方形块，实际使用的尺寸按照产品的厚度，预设弹簧张力设置来调整。预浸料预制体300的上侧边、下侧边分别预留三个第一夹持块301，预浸料预制体300的左侧边、右侧边分别预留三个第二夹持块302。

b.铺层

按照产品结构的铺层设计，对预浸料预制体300进行铺层配置；

c.固定预浸料预制体

利用裁切设备，例如：剪刀、冲孔机等，分别在第一夹持块301、第二夹持块302上打孔，利用第一弹性连接件201对第一夹持块301固定，利用第二弹性连接件202对第二夹持块302固定；

具体的，上部的三个第一弹性连接件201分别对预浸料预制体300上侧边的三个第一夹持块301固定，下部的三个第一弹性连接件201分别对预浸料预制体300下侧边的三个第一夹持块301固定，第一弹性连接件201的第三锁紧件209将第一夹持块301固定在卡槽208内。左侧边的三个第二弹性连接件202分别对预浸料预制体300左侧边的三个第二夹持块302固定，右侧边的三个第二弹性连接件202分别对预浸料预制体300右侧边的三个第二夹持块302固定，第二弹性连接件202的第三锁紧件209将第二夹持块302固定在卡槽208内。

d.铺脱模材料

分别在预浸料预制体300的上、下表面铺贴一层脱模材料，如脱模布，然后利用压机驱动压头，对预浸料预制体300进行合模模压；压力设置为0.1MPa-10MPa，根据材料和产品需求设置。

在此过程中，也可以利用升降设备对固定架100在竖直方向的位置进行调节，待固定架100的位置移动至冲压机压头的下方指定位置后，启动冲压机进行合模模压。

e.加热固化

预浸料预制体300模压完毕后，在上下模具合模加压的同时，将预浸料预制体300原位加热，此时，可以通过模具自加热或者在烘箱环境下加热，对预浸料预制体300进行加热加压固化，固化温度的取值范围在120℃～400℃之间，固化时间的取值范围在1h～20h之间；

在本实施例中，固化温度的取值为150℃，固化时间的取值为15h。

f.产品脱模

将固化后的产品进行降温处理，降温速率小于5℃/min；

降温结束后，将产品放置在室内，使其降温至室温，直至产品表面的温度低于60℃，然后对产品进行脱模，形成完整的产品结构；在本实施例中，固化后的产品可以直接放置在室内进行自然降温，也可以采用制冷设备进行降温，在制冷设备内降温时间为2h。

g.产品修整

利用机床或者手工打磨对脱模后的产品的毛边进行打磨修整，形成合格产品。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种复合材料预浸料层压板模压成型机构，其特征在于，包括固定架(100)和弹性架(200)；

所述固定架(100)设置在冲压机压头的下部，所述弹性架(200)设置在所述固定架(100)内；

所述弹性架(200)的外侧端连接所述固定架(100)上，所述弹性架(200)的内侧端用于连接预浸料预制体(300)。

2.根据权利要求1所述的复合材料预浸料层压板模压成型机构，其特征在于，所述固定架(100)包括第一连接杆(101)和第二连接杆(102)；

所述第一连接杆(101)的数量至少为两个，所述第二连接杆(102)的数量至少为两个；

一个所述第一连接杆(101)与一个所述第二连接杆(102)交叉连接，连接为设有内部容置空间(103)的架体结构，所述弹性架(200)设置在所述内部容置空间(103)内。

3.根据权利要求2所述的复合材料预浸料层压板模压成型机构，其特征在于，所述第一连接杆(101)上设有第一连接孔(104)，所述第二连接杆(102)上设有第二连接孔(105)；

所述第一连接孔(104)与所述第二连接孔(105)通过第一锁紧件(106)连接，实现所述第一连接杆(101)与所述第二连接杆(102)连接。

4.根据权利要求3所述的复合材料预浸料层压板模压成型机构，其特征在于，所述第一连接孔(104)的数量为多个，所述第二连接孔(105)的数量为多个。

5.根据权利要求4所述的复合材料预浸料层压板模压成型机构，其特征在于，所述弹性架(200)包括第一弹性连接件(201)和第二弹性连接件(202)；

所述第一弹性连接件(201)的外侧端连接所述第一连接杆(101)上，所述第一弹性连接件(201)的内侧端连接预浸料预制体(300)的第一夹持块(301)上；所述第二弹性连接件(202)的外侧端连接所述第二连接杆(102)上，所述第二弹性连接件(202)的内侧端连接预浸料预制体(300)的第二夹持块(302)上；

所述第一弹性连接件(201)的结构与所述第二弹性连接件(202)的结构相同。

6.根据权利要求5所述的复合材料预浸料层压板模压成型机构，其特征在于，所述第一弹性连接件(201)包括固定件(203)、弹性件(204)和卡接件(205)；

所述固定件(203)的外侧端连接所述第一连接杆(101)上，所述固定件(203)的内侧端连接所述弹性件(204)的外侧端，所述弹性件(204)的内侧端连接所述卡接件(205)，所述卡接件(205)用于连接预浸料预制体(300)。

7.根据权利要求6所述的复合材料预浸料层压板模压成型机构，其特征在于，所述固定件(203)上设有限位孔(206)，所述弹性件(204)的外侧端通过第二锁紧件(207)连接所述限位孔(206)内；

所述限位孔(206)的数量为多个。

8.根据权利要求7所述的复合材料预浸料层压板模压成型机构，其特征在于，所述卡接件(205)设有卡槽(208)，预浸料预制体(300)通过第三锁紧件(209)连接在所述卡槽(208)内。

9.根据权利要求8所述的复合材料预浸料层压板模压成型机构，其特征在于，还包括升降设备；

所述固定架(100)连接在所述升降设备上，所述升降设备能够带动所述固定架(100)沿着竖直方向往复运动，使所述固定架(100)内的预浸料预制体(300)靠近或者远离压机机头。

10.一种复合材料预浸料层压板模压成型机构的成型方法，其特征在于，包括如下步骤：

a.裁切预浸料

根据产品尺寸，利用切割机对预浸料进行裁切，形成方形预浸料毛坯料，在预浸料毛坯料的四周预留出第一夹持块(301)、第二夹持块(302)，在预浸料毛坯料的非夹持区预留毛边余量，形成预浸料预制体(300)；

b.铺层

按照产品结构的铺层设计，对预浸料预制体(300)进行铺层配置；

c.固定预浸料预制体

利用裁切设备分别在第一夹持块(301)、第二夹持块(302)上打孔，利用第一弹性连接件(201)对第一夹持块(301)固定，利用第二弹性连接件(202)对第二夹持块(302)固定；

d.铺脱模材料

分别在预浸料预制体(300)的上、下表面铺贴一层脱模材料，然后利用压机驱动压头，对预浸料预制体(300)进行合模模压；压力设置为0.1MPa-10MPa，根据材料和产品需求设置；

e.加热固化

预浸料预制体(300)模压完毕后，在上下模具合模加压的同时，将预浸料预制体(300)原位加热，对其进行加热加压固化，固化温度的取值范围在120℃～400℃之间，固化时间的取值范围在1h～20h之间；

f.产品脱模

将固化后的产品进行降温处理，降温速率小于5℃/min；

降温结束后，将产品放置在室内，使其降温至室温，直至产品表面的温度低于60℃，然后对产品进行脱模，形成完整的产品结构；

g.产品修整

利用机床或者手工打磨对脱模后的产品的毛边进行打磨修整，形成合格产品。

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