技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及的是一種沖壓成型領(lǐng)域的技術(shù)，具體是一種將預(yù)浸料沖壓成型后制造纖維增強(qiáng)復(fù)合材料成型產(chǎn)品的方法、及此制造方法所使用的沖壓用模具。

背景技術(shù)：

纖維增強(qiáng)復(fù)合材料成型產(chǎn)品一般采用環(huán)氧樹脂等材料，因此可通過用環(huán)氧樹脂浸漬纖維束、干燥后獲得預(yù)浸料，再將其加熱、加壓使之固化的方法制造。

[國(guó)際公開第2013/081058號(hào)小冊(cè)子]的段落[0022]中記載，此類制造方法通常包括了熱壓罐成型、真空袋成型、RTM法、沖壓成型，其中以沖壓成型的生產(chǎn)效率最高、生產(chǎn)出的纖維增強(qiáng)復(fù)合材料成型產(chǎn)品品質(zhì)最好，因此被廣泛利用。

現(xiàn)有技術(shù)如[國(guó)際公開第2013/081058號(hào)小冊(cè)子]，然而現(xiàn)有技術(shù)中由于預(yù)浸料與金屬材料不同，沖壓成型時(shí)固化了的預(yù)浸料很容易附著于模具上，當(dāng)需要將附著的已固化預(yù)浸料與模具(脫模)分離時(shí)，需先將模具冷卻，而每次冷卻所花費(fèi)的時(shí)間都會(huì)使生產(chǎn)效率產(chǎn)生相應(yīng)的低下?，F(xiàn)有的模具冷卻方法是采用較為費(fèi)時(shí)的水冷或油冷，并且當(dāng)在冷卻后需要繼續(xù)制作纖維增強(qiáng)復(fù)合材料成型品時(shí)，又必須將已冷卻的模具加熱到原有溫度，所以在連續(xù)制作纖維增強(qiáng)復(fù)合材料成型品的整個(gè)過程耗時(shí)過長(zhǎng)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，提出一種使用沖壓模具制造纖維增強(qiáng)復(fù)合材料成型產(chǎn)品的方法，具有耗時(shí)短、能源損耗少的優(yōu)點(diǎn)。

本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

本發(fā)明涉及一種纖維增強(qiáng)復(fù)合材料成型產(chǎn)品的制造方法，通過將預(yù)浸料設(shè)置于上模及下模之間一同進(jìn)行加壓與加熱，然后將上述上模與下模相互分離，并向附著在上模和下模的沖壓面上的已固化預(yù)浸料以及沖壓面之間施加冷卻氣體，從而使已固化預(yù)浸料從模具脫模。

所述的沖壓面的邊緣設(shè)有傾斜部，以使上述冷卻氣體更易于深入已固化預(yù)浸料與沖壓面之間，并且該傾斜部具有從沖壓面的邊緣往中心擴(kuò)散狀結(jié)構(gòu)，從而將冷卻氣體從傾斜部向沖壓面的中心導(dǎo)入。

本發(fā)明進(jìn)一步涉及一種實(shí)現(xiàn)上述方法的模具，包括上述預(yù)浸料所附著的沖壓面、及為使上述冷卻氣體更易于深入上述已固化預(yù)浸料與上述沖壓面之間而設(shè)置在上述沖壓面邊緣的傾斜部的沖壓用模具。

所述的沖壓用模具為具有中空結(jié)構(gòu)的模具。

技術(shù)效果

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的制造方法可在短時(shí)間內(nèi)將附著于模具上的已固化預(yù)浸料脫模。并且因?yàn)闊o(wú)需將模具冷卻達(dá)到與可脫模、已固化預(yù)浸料同樣的溫度，減少了溫度的上下浮動(dòng)，達(dá)到抑制能源損耗的作用。

附圖說明

圖1為實(shí)施例中預(yù)浸料配置于下模時(shí)的示意圖；

圖2為實(shí)施例中將上模往下降、將預(yù)浸料夾在上模和下模之間，同時(shí)加壓、加熱時(shí)的狀態(tài)的示意圖；

圖3為實(shí)施例中將上模返回到原來(lái)位置時(shí)的示意圖；

圖中：預(yù)浸料附著于上模；

圖4為上模的立體示意圖A；

圖5為上模的側(cè)視圖；

圖6為上模的立體示意圖B，即為圖4翻轉(zhuǎn)狀態(tài)；

圖7為上模的截面圖；

圖中：1沖壓成型裝置、2預(yù)浸料、21已固化預(yù)浸料(纖維增強(qiáng)復(fù)合材料成型產(chǎn)品)、3上模、31沖壓面、32傾斜部、33把手部、34中空部、4下模、5冷卻部、51冷卻氣體噴出部、52冷卻導(dǎo)管、6上模加熱部、7下模加熱部。

具體實(shí)施方式

本實(shí)施例涉及一種纖維增強(qiáng)復(fù)合材料成型產(chǎn)品的制造方法，通過將碳纖維、玻璃纖維等纖維束用熱塑性樹脂或熱固化性樹脂浸潤(rùn)并干燥而得的預(yù)浸料，經(jīng)沖壓成型并得到纖維增強(qiáng)樹脂復(fù)合材料成型產(chǎn)品，或?qū)⑸鲜鲱A(yù)浸料與鋁、鐵、鈦等金屬加壓加熱后接合而成的纖維增強(qiáng)樹脂復(fù)合材料/金屬一體成型產(chǎn)品。纖維增強(qiáng)復(fù)合材料成型產(chǎn)品根據(jù)用途、形狀的不用，可使用于飛機(jī)、汽車等的零部件中。

本實(shí)施例的制造方法通過如圖1所示的上模3、下模4的沖壓成型裝置1實(shí)現(xiàn)，該裝置的上模3為上下可動(dòng)，并且上模3和下模4之間實(shí)現(xiàn)壓縮(沖壓)物體。

所述的沖壓成型裝置1中進(jìn)一步設(shè)置上模用加熱部6及下模用加熱部7，分別對(duì)上模3與下模4進(jìn)行加熱。

所述的沖壓成型裝置1中設(shè)有冷卻部5。

本實(shí)施例針對(duì)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料成型產(chǎn)品中的纖維增強(qiáng)樹脂復(fù)合材料成型產(chǎn)品的制造過程具體如下：

1)首先將上模3與下模4加熱到130℃～150℃左右。

2)其次，在下模4上方的中央部分附近配置含有碳纖維的環(huán)氧樹脂預(yù)浸料2。此時(shí)，根據(jù)需要將預(yù)浸料2進(jìn)行預(yù)備加熱。這一狀態(tài)如圖1所示。

此外，在制造纖維增強(qiáng)復(fù)合材料/金屬一體成型產(chǎn)品而非纖維增強(qiáng)樹脂復(fù)合材料成型產(chǎn)品時(shí)，將預(yù)浸料配置于片狀的鐵、鋁、鈦等金屬之上。

3)然后將上模3朝下方移動(dòng)，將預(yù)浸料2夾在上模3與下模4之間并加壓。此時(shí)壓力約為1MPa～8MPa左右。沖壓時(shí)間為30秒～180秒左右。這一狀態(tài)如圖2所示。

經(jīng)過上述加壓、加熱工序，此時(shí)預(yù)浸料2成為已固化預(yù)浸料21(纖維增強(qiáng)復(fù)合材料成型產(chǎn)品)。

4)為了將已固化預(yù)浸料21取出，需將上模3往上升。此時(shí)已固化預(yù)浸料21附著于上模3的表面。由于已固化預(yù)浸料21及上模3都處于高溫狀態(tài)，因此無(wú)法立即將已固化預(yù)浸料21從上模3分離脫模。

5)為使已固化預(yù)浸料21脫模，需將從冷卻氣體導(dǎo)管52誘導(dǎo)出的冷卻氣體從冷卻氣體噴出部51朝已固化預(yù)浸料21的橫面方向施加，以讓冷卻氣體如同深入已固化預(yù)浸料21與上模3之間充分施加為最佳。

為使冷卻氣體朝已固化預(yù)浸料21的側(cè)面開始均勻地?cái)U(kuò)散施加，以扁平狀而非圓形的冷卻噴出口為最佳。

6)施加冷卻氣體后，已固化預(yù)浸料21與上模3的沖壓面31(表面)瞬間冷卻，此時(shí)已固化預(yù)浸料21即可脫模。

所述的冷卻氣體只需是可讓已固化預(yù)浸料21和沖壓面31瞬間冷卻的氣體即可，進(jìn)一步優(yōu)選為‐20℃左右的空氣。所述的‐20℃左右的冷卻氣體優(yōu)選采用日本精器株式會(huì)社制造的冷空氣產(chǎn)生器生成。

此時(shí)通過施加冷卻氣體而冷卻的已固化預(yù)浸料21已從上模3脫模。脫模所需的時(shí)間為從施加冷卻氣體開始大約需要5秒～60秒左右極短的時(shí)間。并且當(dāng)已固化預(yù)浸料21脫模后的模具的溫度為120～140℃左右。換言之，使用冷卻氣體脫模的情況下，模具的溫度僅下降了‐5℃～‐10℃左右。

綜上所述，本方法通過朝附著于模具上的預(yù)浸料與沖壓面之間施加冷卻氣體，使模具與已固化預(yù)浸料的附著部分迅速冷卻、從而順利脫模。

上述方法采用了使上述冷卻氣體更易于深入附著的已固化預(yù)浸料21與沖壓面31之間結(jié)構(gòu)的模具實(shí)現(xiàn)，具體來(lái)說：

如圖4所示，所述的上模3上設(shè)有使冷卻氣體更易于深入沖壓面31的中央部分的傾斜部32。

優(yōu)選地，為使從噴出部51施加出的冷卻氣體更易于深入附著的已固化預(yù)浸料21與沖壓面31之間，所述傾斜部32設(shè)置于所述冷卻氣體噴出部51附近。

進(jìn)一步優(yōu)選地，所述的傾斜部32的形狀能夠使冷卻氣體可均勻施加于沖壓面31整體，具體來(lái)說，傾斜部32形狀以從上模3的邊緣往其中心部分?jǐn)U散狀為最佳，例如圖4實(shí)施例所示的梯形形狀。

所述的傾斜部32的傾斜角度并無(wú)限制，優(yōu)選為以相對(duì)上模的設(shè)置面10～45°左右。

如圖5(側(cè)面圖)、圖6(立體圖B)、圖7(斷面圖)所示，所述的上模3優(yōu)選在其沖壓面31的相對(duì)側(cè)設(shè)有挖空的中空部34，該中空部具體是指預(yù)浸料與上?；蛳履＝佑|的相對(duì)一側(cè)(參考圖6等)。

所述的中空部34的形狀采用但不限于如圖6所示的長(zhǎng)方體，其尺寸并無(wú)限制，但以模具整體體積的50％～80％之間的比例為最佳。

所述的中空部34除直接挖空金屬鑄錠制作外，亦可采用板狀金屬組合拼接的方式實(shí)現(xiàn)。此類將板材組合制作模具的方法亦在本發(fā)明的范圍內(nèi)。用這種方法制造可抑制廢棄物的產(chǎn)生，同時(shí)可設(shè)置大空間的中空部。

本實(shí)施例由于不對(duì)模具進(jìn)行水冷處理、無(wú)需在模具內(nèi)配置水冷管，因此可在模具中設(shè)置中空部，設(shè)有中空部34的模具與沒有設(shè)置中空部的鑄錠形狀模具相比重量約輕2/3～1/2，更便于更換模具，加熱時(shí)溫度提升更快。

如圖1～圖7所示，所述的模具進(jìn)一步設(shè)有把手部33，必要時(shí)可更換成所需形狀的模具。

本發(fā)明的纖維增強(qiáng)復(fù)合材料成型產(chǎn)品并不僅限于片狀，亦可制作成其他形狀。

本實(shí)施例技術(shù)效果包括：

1)采用預(yù)浸料2沖壓成型后制造纖維增強(qiáng)復(fù)合材料成型產(chǎn)品的方法，即包括將上述預(yù)浸料2夾在上模3及下模4之間的工序、將夾在中間的預(yù)浸料2同時(shí)進(jìn)行加壓與加熱的工序、將上述上模3與下模4相互分離的工序、往附著在上述上模3及上述下模4的其中一方的沖壓面31上的已固化預(yù)浸料21、及其所附著的上述沖壓面31之間施加冷卻氣體，從而使上述已固化預(yù)浸料21從模具脫模的工序的方法。該方法可使附著于模具上的已固化預(yù)浸料在短時(shí)間內(nèi)脫模，溫度的上下幅度減少，同時(shí)降低了能源損耗。

具體來(lái)說，通過將冷卻氣體施加到已固化預(yù)浸料21與上述沖壓面31之間，使附著的部分急速冷卻，從而使已固化預(yù)浸料21在短時(shí)間內(nèi)即可脫模。同時(shí)減少了提升溫度(130～150℃)以便進(jìn)行下一次制造所需耗費(fèi)的時(shí)間。

由于無(wú)需降低模具整體溫度，模具溫度不會(huì)過低(一般只降低‐5℃～‐10℃左右)，更便于加熱到所需溫度。而現(xiàn)有的水冷技術(shù)由于需要將模具溫度下降到100℃以下，當(dāng)再次加熱時(shí)既耗時(shí)又損耗能源。因此本發(fā)明在節(jié)省時(shí)間的同時(shí)，抑制了加熱所耗費(fèi)的能源。

同時(shí)冷卻氣體可讓模具和預(yù)浸料急速冷卻并脫模，從而防止纖維束在樹脂內(nèi)發(fā)生變形、移位。

2)為使上述冷卻氣體更易于深入上述已固化預(yù)浸料21與上述沖壓面31之間，在上述沖壓面31的邊緣設(shè)置傾斜部32。上述冷卻氣體從上述傾斜部32往上述沖壓面的中心導(dǎo)入，使更多的冷卻氣體更易于深入已固化預(yù)浸料21與沖壓面之間，從而使沖壓面的冷卻速度變得極快。

3)上述傾斜部32具有從上述沖壓面31的邊緣往上述沖壓面31的中心擴(kuò)散一般的形狀，因此由傾斜部32導(dǎo)入的氣體便于向附著的已固化預(yù)浸料21與沖壓面31之間擴(kuò)散，即可在其他時(shí)間將已固化預(yù)浸料21脫模。

4)上述上模3及下模4中至少一個(gè)為中空模具，使得當(dāng)已冷卻、已固化預(yù)浸料21脫模后則能更快速地加熱到所需溫度，節(jié)省了制造工序的時(shí)間，從而使已固化預(yù)浸料21的生產(chǎn)量提升了單位時(shí)間所對(duì)應(yīng)的量。同時(shí)中空模具更為輕巧、便于替換，在各方面達(dá)到了水冷模具所無(wú)法企及的效果。

5)為將預(yù)浸料2沖壓成型后制造纖維增強(qiáng)復(fù)合材料成型產(chǎn)品而使用到的模具，即包括上述預(yù)浸料2所附著的沖壓面31、及為使上述冷卻氣體更易于深入上述已固化預(yù)浸料21與上述沖壓面31之間而設(shè)置在上述沖壓面31邊緣的傾斜部32的沖壓用模具。此沖壓模具對(duì)于將預(yù)浸料2沖壓成型后制造纖維增強(qiáng)復(fù)合材料成型產(chǎn)品的過程及其重要，通過施加冷卻氣體，使得附著于沖壓面31的已固化預(yù)浸料2更易于從沖壓面31脫模。

6)上述模具為中空，即可實(shí)現(xiàn)上述快速加熱、冷卻，從而減少制造時(shí)間，并且由于體積輕巧、便于更換，亦減輕了操作人員的負(fù)擔(dān)。

上述具體實(shí)施可由本領(lǐng)域技術(shù)人員在不背離本發(fā)明原理和宗旨的前提下以不同的方式對(duì)其進(jìn)行局部調(diào)整，本發(fā)明的保護(hù)范圍以權(quán)利要求書為準(zhǔn)且不由上述具體實(shí)施所限，在其范圍內(nèi)的各個(gè)實(shí)現(xiàn)方案均受本發(fā)明之約束。