一种纤维-铝合金复合材料零件成形方法技术

本申请提供一种纤维‑铝合金复合材料零件成形工艺方法，包括以下步骤：1、根据零件形状对铝合金板材以及纤维布进行裁剪；2、对铝合金板材进行固溶处理，并立即将固溶后的铝合金板材进行预压处理，使其与纤维布胶合的表面均匀分布网格形沟槽，然后将预压后的铝合金板材进行淬火处理；3、对淬火后的铝合金板进行除油处理，并将纤维布在环氧树脂胶液中进行预浸处理；4、按照铝合金板‑纤维预浸料‑铝合金板的顺序制成夹芯板，并对夹芯板进行预压处理；5、将得到的夹芯板置于冲压模具中，合模、保温及固化，得到纤维‑铝合金复合材料零件。该方法克服了纤维材料成形过程中延伸率低的问题，提高了复合材料零件的强度。

A Forming Method for Fiber-Aluminum Alloy Composite Parts

【技术实现步骤摘要】
一种纤维-铝合金复合材料零件成形方法
本申请涉及复合材料
，尤其涉及一种纤维-铝合金复合材料零件成形方法。
技术介绍
纤维增强树脂基复合材料由于具有高比强度、比刚度、耐腐蚀性好等优点，因此被广泛应用到航空航天以及汽车等交通领域。但树脂本身固有的缺陷，如：易老化、易蠕变、耐燃性差等缺点，这些缺陷限制了纤维增强树脂基复合材料的进一步应用。为了克服树脂基体的这些缺点，可以将铝合金与纤维复合材料结合起来，这样在克服耐湿热性差的弱点的同时，又可以发挥铝合金良好的塑性、抗冲击性和易加工性的特点，还能发挥纤维增强树脂基复合材料质轻、强度高、疲劳性好的优点。目前纤维-铝合金复合材料的制造工艺大多局限于成形平板或小曲率结构的层合板零件，多采用如下步骤进行加工：(1)将纤维增强热塑性树脂铝合金层板放置于凹模与凸模之间；(2)铝合金层加热，加热纤维增强热塑性树脂铝合金层板中的铝合金层至纤维增强热塑性树脂熔化温度并保温一定时间；(3)合模保压，合模后保持一定的压力，并持续一定时间；(4)脱模冷却。但上述方法仅用于解决在纤维增强热塑性树脂铝合金层板零件成形过程中铝合金层与纤维热塑性树脂层间的分层问题，而在实际生产过程中，由于纤维材料延伸率较差，在成形过程中纤维布可能发生破裂，因此较难实现复杂结构的纤维-铝合金复合材料零件的冲压成形。
技术实现思路
本申请提供一种纤维-铝合金复合材料零件成形方法，克服了纤维材料在冲压成形过程中延伸率低的缺陷，且通过对铝合金固溶、时效处理，进一步提高了纤维-铝合金复合材料零件的强度。本申请的技术方案是：一种纤维-铝合金复合材料零件成形方法，包括以下步骤：S1.根据零件形状分别对第一铝合金板、第二铝合金板以及纤维布进行裁剪；S2.对所述第一铝合金板、所述第二铝合金板进行固溶处理，并将固溶后的所述第一铝合金板、所述第二铝合金板进行预压处理，使所述第一铝合金板、所述第二铝合金板与所述纤维布进行胶合的表面上都均匀分布网格形沟槽，将预压后的所述第一铝合金板、所述第二铝合金板进行淬火处理；S3.对淬火后的所述第一铝合金板、所述第二铝合金板进行除油处理，并将所述纤维布在环氧树脂胶液中进行预浸处理；S4.在所述第一铝合金板上铺设经预浸处理的所述纤维布，将所述第二铝合金板铺设到预浸后的所述纤维布上，得到纤维-铝合金夹芯板；利用模具对所述夹芯板进行预压处理，使所述夹芯板在冲压过程中产生的大变形区呈波浪形结构；S5.将预压后的所述夹芯板置于冲压模具中，经合模、保温、固化工序后得到纤维-铝合金复合材料零件，将得到的所述纤维-铝合金复合材料零件置于室温下自然时效。根据本申请的非限制性的实施例可知，通过将纤维-铝合金夹芯板预压出波浪形结构形变以实现蓄料，在后期冲压成形过程中，波浪形的纤维布在拉延力的作用下逐渐展开铺平，从而对纤维布延伸率较低的缺陷进行了补偿，避免了因纤维材料延伸率低而造成的零件缺陷；同时，通过对第一铝合金板、第二铝合金板预压出网格状沟槽，在成形过程中网格状沟槽起到导流作用，能够及时将多余的环氧树脂胶液挤出，从而保证了环氧树脂胶液的均匀分布，同时沟槽的存在增大了第一铝合金板、第二铝合金板与纤维布的胶合面积，提高了粘接强度；此外，本申请通过对铝合金板材进行固溶、时效处理，提高了复合材料零件的强度，最终得到高比强度、高比刚度，且疲劳性能和损伤容限性能优良的纤维-铝合金复合材料零件。另外，根据本申请实施例的纤维-铝合金复合材料零件成形方法，还具有如下附加的技术特征：作为本申请的一种技术方案，在步骤S1中，所述第一铝合金板、所述第二铝合金板的厚度均为1～4mm，所述纤维布的厚度为0.1～2mm，且所述纤维布包括碳纤维、玻璃纤维或芳纶纤维。根据本申请的非限制性的实施例可知，实验结果表明，采用该种厚度尺寸的第一铝合金板、第二铝合金板以及纤维布进行加工，使得纤维-铝合金夹芯板更加容易成型，且成型效果好，二者之间的配合紧密，能够进一步地提高纤维-铝合金夹芯板的刚度和强度；并且，根据实际使用结果表明，该种尺寸加工而成的纤维-铝合金复合材料零件的刚度和强度相对提升130％；同时，由于整体结构的尺寸设计比较合理，因此，使得第一铝合金板、第二铝合金板在第一次预压的过程中形成的网格形沟槽的分布更加的均匀，从而沟槽将多余的环氧树脂胶液挤出的导流过程更加的顺畅，从而保证了环氧树脂胶液的均匀分布；此外，采用上述材质的纤维布，能够进一步地提高纤维-铝合金复合材料零件的刚度和强度。作为本申请的一种技术方案，在步骤S2中，所述沟槽的深度为所述第一铝合金板或所述第二铝合金板的厚度的5％～10％，宽度为所述第一铝合金板或所述第二铝合金板的厚度的5％～15％；相邻的所述沟槽间距为10～100mm。根据本申请的非限制性的实施例可知，实验结果表明，沟槽设定该种深度范围和间距，能够减小沟槽的存在对板料的强度产生影响，从而进一步地提高纤维-铝合金复合材料零件的强度。作为本申请的一种技术方案，在步骤S3中，用质量浓度为5％的氢氧化钠溶液对所述第一铝合金板、所述第二铝合金板进行除油处理。根据本申请的非限制性的实施例可知，实验结果表明，使用该种质量浓度的氢氧化钠溶液，能够提高除油效率，且除油的效果更好。作为本申请的一种技术方案，在步骤S4中，所述夹芯板的波浪形结构的轮廓切线与所述第一铝合金板或所述第二铝合金板的轴线方向之间的夹角为1°～45°。根据本申请的非限制性的实施例可知，采用该种角度范围的波浪形结构，使得在合模的过程中便于波浪形结构的形变展开，防止产生褶皱。作为本申请的一种技术方案，在步骤S5中，所述夹芯板在合模之后开始升温，升温速率为1～5℃/min，保温过程中的保温温度为150～200℃，保温时间为10～40min。根据本申请的非限制性的实施例可知，实际使用结果表明，采用该种数据范围进行合模、保温、固化工序，能够进一步地提高纤维-铝合金复合材料零件的刚度和强度，从而得到疲劳性能和损伤容限性能均优良的纤维-铝合金复合材料零件。一种纤维-铝合金复合材料零件成形方法，包括以下步骤：S1.根据零件形状分别对第一铝合金板、第二铝合金板以及纤维布进行裁剪；S2.对所述第一铝合金板、所述第二铝合金板进行固溶处理，并将固溶后的所述第一铝合金板、所述第二铝合金板进行预压处理，使所述第一铝合金板、所述第二铝合金板与所述纤维布进行胶合的表面上都均匀分布网格形沟槽，将预压后的所述第一铝合金板、所述第二铝合金板进行淬火处理；S3.对淬火后的所述第一铝合金板、所述第二铝合金板进行除油处理；S4.在所述第一铝合金板上均匀铺设第一热塑性环氧树脂粉末层，并在所述第一铝合金板的大变形区的所述第一热塑性环氧树脂粉末层上铺置热塑性环氧树脂粉末块；在铺设有所述热塑性环氧树脂粉末块的所述第一环氧树脂粉末层上依次铺设所述纤维布、第二热塑性环氧树脂粉末层以及所述第二铝合金板，得到夹芯板；S5.将所述夹芯板置于冲压模具中，采用力加载的方式用模具对所述夹芯板夹紧，使所述夹芯板中的相邻层之间充分接触；对所述夹芯板进行加热，当所述夹芯板达到所述热塑性环氧树脂粉末块的熔融温度后，对所述夹芯板进行合模，再经保温、固化工序后得到纤维-铝合金复合材料零件，将得到的所述纤维-铝合金复合材料零件置于室温下自然本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种纤维‑铝合金复合材料零件成形方法，其特征在于，包括以下步骤：S1.根据零件形状分别对第一铝合金板、第二铝合金板以及纤维布进行裁剪；S2.对所述第一铝合金板、所述第二铝合金板进行固溶处理，并将固溶后的所述第一铝合金板、所述第二铝合金板进行预压处理，使所述第一铝合金板、所述第二铝合金板与所述纤维布进行胶合的表面上都均匀分布网格形沟槽，将预压后的所述第一铝合金板、所述第二铝合金板进行淬火处理；S3.对淬火后的所述第一铝合金板、所述第二铝合金板进行除油处理，并将所述纤维布在环氧树脂胶液中进行预浸处理；S4.在所述第一铝合金板上铺设经预浸处理的所述纤维布，将所述第二铝合金板铺设到预浸后的所述纤维布上，得到纤维‑铝合金夹芯板；利用模具对所述夹芯板进行预压处理，使所述夹芯板在冲压过程中产生的大变形区呈波浪形结构；S5.将预压后的所述夹芯板置于冲压模具中，经合模、保温、固化工序后得到纤维‑铝合金复合材料零件，将得到的所述纤维‑铝合金复合材料零件置于室温下自然时效。

【技术特征摘要】
1.一种纤维-铝合金复合材料零件成形方法，其特征在于，包括以下步骤：S1.根据零件形状分别对第一铝合金板、第二铝合金板以及纤维布进行裁剪；S2.对所述第一铝合金板、所述第二铝合金板进行固溶处理，并将固溶后的所述第一铝合金板、所述第二铝合金板进行预压处理，使所述第一铝合金板、所述第二铝合金板与所述纤维布进行胶合的表面上都均匀分布网格形沟槽，将预压后的所述第一铝合金板、所述第二铝合金板进行淬火处理；S3.对淬火后的所述第一铝合金板、所述第二铝合金板进行除油处理，并将所述纤维布在环氧树脂胶液中进行预浸处理；S4.在所述第一铝合金板上铺设经预浸处理的所述纤维布，将所述第二铝合金板铺设到预浸后的所述纤维布上，得到纤维-铝合金夹芯板；利用模具对所述夹芯板进行预压处理，使所述夹芯板在冲压过程中产生的大变形区呈波浪形结构；S5.将预压后的所述夹芯板置于冲压模具中，经合模、保温、固化工序后得到纤维-铝合金复合材料零件，将得到的所述纤维-铝合金复合材料零件置于室温下自然时效。2.根据权利要求1所述的纤维-铝合金复合材料零件成形方法，其特征在于，在步骤S1中，所述第一铝合金板、所述第二铝合金板的厚度均为1～4mm，所述纤维布的厚度为0.1～2mm，且所述纤维布包括碳纤维、玻璃纤维或芳纶纤维。3.根据权利要求1所述的纤维-铝合金复合材料零件成形方法，其特征在于，在步骤S2中，所述沟槽的深度为所述第一铝合金板或所述第二铝合金板的厚度的5％～10％，宽度为所述第一铝合金板或所述第二铝合金板的厚度的5％～15％；相邻的所述沟槽间距为10～100mm。4.根据权利要求1所述的纤维-铝合金复合材料零件成形方法，其特征在于，在步骤S3中，用质量浓度为5％的氢氧化钠溶液对所述第一铝合金板、所述第二铝合金板进行除油处理。5.根据权利要求1所述的纤维-铝合金复合材料零件成形方法，其特征在于，在步骤S4中，所述夹芯板的波浪形结构的轮廓切线与所述第一铝合金板或所述第二铝合金板的轴线方向之间的夹角为1°～45°。6.根据权利要求1所述的纤维-铝合金复合材料零件成形方法，其特征在于，在步骤S5...

【专利技术属性】
技术研发人员：华林，于海洋，胡志力，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42