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淺析熱壓罐成型工藝流程

放大字體  縮小字體 發布日期:2020-05-13  來源:復合材料件可制造性技術  瀏覽次數:620
核心提示:熱固性復合材料的成形過程通常是相當復雜的。由于精確的成形過程和零件尺寸及零件質量,上述八個步驟中每一步 都有詳細的子步驟。成形工序的復雜程度依賴于零件的復雜程度和成形工藝的精確程度,最多可達200多步。其中在第3,4步和第7步工序中使用熱壓罐,在某些情形下第(8)步也使用熱壓罐。

航空航天用熱固性復合材料制件的生產全過程大體包括八道工序:

 

(1)準備過程:包括工具和材料的準備。

 

(2)材料鋪貼:包括裁切、鋪層和壓實。

 

(3)固化準備:包括模具清洗、坯件裝袋以及在某些情況下坯件的轉移等。

 

(4)固化:包括坯件流動壓實過程和化學固化反應過程。

 

(5)檢測:包括目測、超聲或X射線無損檢測。

 

(6)修整:通過刨機、高速水切割機或銑床修整。

 

(7)二次成形(該過程不是必須的,但適合用于復雜外形的零件)。

 

(8)裝配:包括測量、墊片、裝配。通常采用機械裝配,但在一些情況下也采用膠接裝配。

 

熱固性復合材料的成形過程通常是相當復雜的。由于精確的成形過程和零件尺寸及零件質量,上述八個步驟中每一步 都有詳細的子步驟。成形工序的復雜程度依賴于零件的復雜程度和成形工藝的精確程度,最多可達200多步。其中在第3,4步和第7步工序中使用熱壓罐,在某些情形下第(8)步也使用熱壓罐。

 

下面就具體描述這些步驟。

 

第1步,準備過程。主要包括工具的準備和材料的準備,其中材料的準備包括主要材料和輔助材料的準備,數量、有效期以及各自的使用條件等。

 

第2步,材料鋪貼。包括裁切、鋪層和壓實。該過程將主要原材料按照設計要求以不同尺寸和鋪層方式裁減,可以使用樣板,也可以使用自動切割機。如將不同的鋪層尺寸輸入到計算機中,通過圖形分析軟件(如AutoCAD等和切割機及其相應的軟件(如GERBER的Cut-Works軟件)將預浸料裁成相應的尺寸,再按照設計的鋪層方式進行鋪層,最后進行預壓實處理。

 

裁減后的鋪層工序能通過許多途徑完成,包括手工鋪層、自動絲束鋪放、自動鋪帶及纖維纏繞等,也可能包括一個成形工藝步驟 ,例如隔膜成形。近年來,熱壓罐成形過程的許多工序都有很大進步,但許多航空復合材料零件還是通過手工鋪層制造實現的。這是由于手工鋪疊大的制件具有更大的靈活性,同時采用自動化設備生產小批量產品的經濟性差。手工鋪層可以制造幾乎任何外形的復合材料制件。

 

第3步,固化準備過程。它包括制件裝袋、輔助材料的裁切、鋪放等。在某些特殊情況下鋪層和固化為不同的模具,因此該操作也包括從鋪貼模具將完成鋪貼的制件轉移到固化模具中。通常固化準備工放等。在某些特殊情況下鋪層和固化為不同的模具,因此該操作也包括從鋪貼模具將完成鋪貼的制件轉移到固化模具中。通常固化準備工作包括制件、模具、真空袋和輔助材料的準備。其中,必須使用的輔助材料包括脫模材料、透氣材料(用以均勻地分散真空袋體系內的真空)等。從圖3- 20中我們可以看到熱壓罐工藝過程的真空袋的封裝的材料及次序。

淺析熱壓罐成型工藝流程

第4步,固化是復合材料生產的必經步驟,包括加熱、壓實和固化。熱固性樹脂在-定的固化工藝條件下進行反應,最后形成三維網狀結構的結構。對于熱固性復合材料,這一步是不可逆的,因此熱固性復合材料一旦固化,由鋪層或固化過程本身弓|起的缺陷就不可改變地固定下來。由于工業化熱壓罐相當大,可同時批量加工許多零件,然而這種"批量” 在體現熱壓罐高效率使用的同時,也給如何嚴格控制工藝參數提出了嚴格的挑戰。

 

第5步,檢測:包括目測、超聲或X射線無損檢測。將固化后的復合材料進行質量檢測,首先,目測外表,可以觀察到未浸潤的干斑、缺膠和集膠等外觀缺陷,而內部質量檢驗的通常方法是無損檢測法(NDT).主要是用超聲C-掃描法,根據超聲波聲信號的衰減程度可以檢測到復合材料內部的缺陷,一般主要指密集空隙和分層。而使用X射線法檢測,可以根據不同的增強材料的密度,來顯示不同的增強材料的存在形態。例如,為了檢測仔熱壓罐成形過程中纖維的壓縮變化或移動,可以觀察示蹤絲(相對于增強材料來講,一種密度較大、經X射線無損檢測其亮色較亮的纖維的像來預測纖維的壓縮變化或移動。

 

第6步,修整:通過刨光機、高速水切割機或銑床修整。對于固化后的復合材料可能有一定的飛K邊或毛刺等,可以通過刨光機或銑床進行修整,以達到設計的要求。

 

第7步,某些復合材料制件需要進行熱壓罐二次成形,進行共膠接或共固化,最后制備具有復雜形狀的復合材料制件。

 

第8步,如果采用熱固性膠粘劑的固化或層間熱塑性膠粘劑的熔融和固結I藝進行復合材料制件的裝配,則也需要進行熱壓罐二次成形。膠接裝配工藝很大程度增加了熱壓罐的負荷,導致很多復合材料制件的熱壓罐成形過程要經歷兩倍于常規工藝周期的加熱和冷卻時間。為提高熱:壓罐成形的效率, 這類復合材料制件的成形應盡可能采用共固化工藝。共固化工藝能一次固化成形一個完整的復合材料結構件,這種工藝同時需要復雜的固化模具,但它消除了墊片和裝配。


來源: 《復合材料件可制造性技術》

 
 
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