[發(fā)明專利]一種碳纖維金屬層板及其熱沖壓成形方法

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• 申請?zhí)枺?/td>: 202110641342.1
• 申請日: 2021-06-09
• 公開（公告）號: CN113370441A
• 公開（公告）日: 2021-09-10
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李毅波;盧燕;黃明輝;潘晴;陳超
• 申請（專利權(quán)）人: 中南大學(xué)
• 主分類號: B29C43/02
• 分類號: B29C43/02;B29C43/32;B29C43/52;B29C43/58;B29B11/06;B29B11/16;B32B15/20;B32B15/08;B32B27/28;B32B9/00;B32B9/04
• 代理公司: 北京高沃律師事務(wù)所 11569
• 代理人: 孫玲

本發(fā)明公開一種碳纖維金屬層板熱沖壓成形方法，可用于碳纖維金屬層板的熱沖壓快速成形。其采用碳纖維電加熱方式加熱已預(yù)熱的預(yù)浸料，使得碳纖維金屬層板熱量由內(nèi)向外熱傳導(dǎo)，樹脂受熱更加均勻，減少了由于層間溫度梯度過大引起的殘余應(yīng)力，提高了成形質(zhì)量；同時，碳纖維電加熱產(chǎn)熱量大、電熱轉(zhuǎn)換率高，可和外部熱源共用作用使金屬層板快速加熱至成形溫度，還將樹脂固化過程中的保溫保壓階段融合到了金屬板的升溫階段，縮短了成形時間，使樹脂浸潤充分，層板受熱更均勻，提高了成形效率，也進(jìn)一步提高了成形質(zhì)量。本發(fā)明還公開一種采用上述碳纖維金屬層板熱沖壓成形方法制作而成的碳纖維金屬層板。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及復(fù)合材料層板成形技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種碳纖維金屬層板及其熱沖壓成形方法。

背景技術(shù)

纖維金屬層板是由金屬薄層與纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料層交替鋪疊，在一定固化工藝下形成的一種層間混雜復(fù)合材料結(jié)構(gòu)。它保留了金屬層板材料和傳統(tǒng)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的優(yōu)點(diǎn)，同時具備了高比強(qiáng)度和比剛度、良好的韌性和可加工性能及優(yōu)異的疲勞性能和損傷容限等性能，在航空、汽車領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。

現(xiàn)用于纖維金屬層板的纖維增強(qiáng)樹脂基包括熱固性樹脂和熱塑性樹脂，熱固性樹脂(如環(huán)氧樹脂)復(fù)合材料成形需要長時間固化、且發(fā)生化學(xué)交聯(lián)固化反應(yīng)，生產(chǎn)效率低，隨著航空航天領(lǐng)域?qū)τ诟咝阅艿牟馁|(zhì)要求越來越高，已經(jīng)不能滿足要求。熱塑性樹脂得到越來越多的應(yīng)用。

目前常用的復(fù)合材料成形方法有滾彎成形、熱壓成形、熱沖壓成形等。滾彎成形工藝簡單、效率高，但成形質(zhì)量低且回彈變形大。熱壓成形主要通過熱壓罐和熱壓機(jī)來實(shí)現(xiàn)，熱壓罐設(shè)備投資大、生產(chǎn)效率低，熱壓機(jī)成形形狀簡單，不適合高效率、低成本制造。熱沖壓成形充分利用了金屬塑性變形的特點(diǎn)，能夠成形圓筒形件、曲面形狀件、盒形件等復(fù)雜形狀構(gòu)件，具有一次成形、適合大批生產(chǎn)的特點(diǎn)，但現(xiàn)有成形方法中將先固化成板狀的纖維金屬層板再轉(zhuǎn)移到模具中進(jìn)行熱沖壓二次成形或直接將模具和纖維金屬層板置于內(nèi)部環(huán)境箱中一起加熱再沖壓共固化成形，前者存在效率低、成本高、操作復(fù)雜的問題，后者存在加熱效率低、層板受熱不均問題。

根據(jù)檢索，中國專利CN 111231366 A公開一種CFRP/鋁合金熱成形淬火時效共固化一體化成形方法，其首先將鋁合金置于加熱爐中進(jìn)行固溶處理并迅速轉(zhuǎn)移至水冷模具中成形及淬火；然后對鋁合金表面進(jìn)行粗糙化處理并與碳纖維預(yù)浸料疊層；最后通過熱沖壓模具完成CFRP/鋁合金的共固化過程及鋁合金的時效過程；或者通過熱沖壓模具完成CFRP/鋁合金的共固化過程，再將復(fù)合結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)移至加熱爐中完成時效過程。該方法先成形鋁合金板，待鋁合金板淬火冷卻至室溫再與碳纖維預(yù)浸料疊層，然后轉(zhuǎn)移到室溫模具中沖壓成形，成形過程復(fù)雜，直接對室溫預(yù)浸料沖壓成形易引起成形難度大和預(yù)浸料與已成形鋁合金構(gòu)件貼合不嚴(yán)問題，進(jìn)一步導(dǎo)致層間粘接強(qiáng)度不足。而且，通過模具升溫傳遞熱量給CFRP/鋁合金層板，易引起復(fù)合層板受熱不均、層間溫度梯度大的問題，進(jìn)而造成成形件存在較大殘余應(yīng)力，沒辦法保證較好的成形質(zhì)量。

因此，需要一種適合纖維金屬層板加熱均勻、成形快、成形質(zhì)量高、缺陷少的熱沖壓成形工藝，來解決現(xiàn)有熱沖壓技術(shù)中加熱時間長、成形質(zhì)量低及成本高等問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種碳纖維金屬層板及其熱沖壓成形方法，以解決上述現(xiàn)有纖維金屬層板熱沖壓成形質(zhì)量低的問題。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了如下方案：

本發(fā)明提供一種碳纖維金屬層板熱沖壓成形方法，主要包括：

預(yù)熱CFRP樹脂層至樹脂軟化溫度；

將金屬板與預(yù)熱完成的CFRP樹脂層鋪層形成預(yù)成形件；其中，“鋪層”表示交替鋪疊；

對所述預(yù)成形件的外層加熱，同時給所述預(yù)成形件內(nèi)的CFRP樹脂層通電，以使所述金屬板在外部加熱和CFRP樹脂層導(dǎo)熱的雙重加熱條件下達(dá)到成形溫度；

將達(dá)到成形溫度的預(yù)成形件沖壓成形。