本發(fā)明屬于機(jī)械加工工程領(lǐng)域，尤其涉及一種超聲波輔助模壓成型纖維復(fù)合材料裝置及成型方法，用于加工各種具有平面或曲面形狀的膠粘纖維復(fù)合材料板材件。

背景技術(shù)：

纖維材料絕大部分具有高比強(qiáng)度、高比模量、耐腐蝕、耐疲勞、熱膨脹系數(shù)小、抗蠕變、傳熱和導(dǎo)電等優(yōu)異性能，特別是以碳纖維作為增強(qiáng)材料的先進(jìn)復(fù)合材料在航空航天、國(guó)防、建筑以及汽車等領(lǐng)域得到應(yīng)用，有著廣闊的發(fā)展前景。目前，工業(yè)領(lǐng)域最具應(yīng)用潛力的復(fù)合材料的成型工藝包括快速rtm成型工藝、預(yù)浸料快速模壓成型工藝pcm、片狀模塑料smc和真空輔助樹(shù)脂傳遞模塑成型vari）等，然而在以上所述的技術(shù)中普遍需要加熱溫度高，成型件表面質(zhì)量精度低、成型件內(nèi)部有孔穴等缺陷，常常影響復(fù)合材料的應(yīng)用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供一種超聲波輔助模壓成型纖維復(fù)合材料裝置及成型方法，其目的在于節(jié)能降耗，提高成型件質(zhì)量和效率。

本發(fā)明采取的技術(shù)方案是：包括：模具套裝，可調(diào)整頂桿，超聲變幅桿，底座，超聲波發(fā)生器，注膠口以及溫控口；

所述的模具套裝由至少四個(gè)可調(diào)頂桿支撐，超聲變幅桿與模具套裝接觸，可調(diào)整頂桿與超聲變幅桿固定在底座上，超聲波發(fā)生器安裝在底座下方，超聲波發(fā)生器與超聲變幅桿通過(guò)導(dǎo)線連接；所述的注膠口和溫控口與模具套裝連接。

所述的可調(diào)整頂桿通過(guò)旋轉(zhuǎn)調(diào)整高度；

所述的超聲變幅桿通過(guò)旋轉(zhuǎn)調(diào)整高度；

所述的模具套裝由上半模與下半模構(gòu)成。

采用超聲波輔助模壓成型復(fù)合材料裝置的成型方法，包括下列步驟：

1）添加纖維及鋪層：

首先，將纖維平鋪在模具套裝中；

其次，將上模和下模閉合；

2）升溫、保溫及注膠：

在與溫控口連接的溫度控制系統(tǒng)作用下，當(dāng)溫度達(dá)到要求后，保溫一定時(shí)間，在與注膠口連接的注膠系統(tǒng)作用下，通過(guò)注膠孔將膠粘劑注入模具空腔中；

3）超聲波輔助振動(dòng)及注膠：

啟動(dòng)超聲波發(fā)生器從而使超聲變幅桿將能量傳給模具，在超聲波的作用下減少膠和纖維的孔洞，同時(shí)提高膠與碳纖維表面的浸潤(rùn)性，此時(shí)開(kāi)啟注膠系統(tǒng)進(jìn)一步的增加注膠量，補(bǔ)充空孔洞等缺陷減少形成的缺膠現(xiàn)象；

4）降溫及卸件：

當(dāng)系統(tǒng)注膠壓力和注膠量達(dá)到計(jì)算量后，降低溫度，恢復(fù)至室溫后，在外力作用下提起上半模，取出纖維板材。

所述模具套裝中采用了脫模劑，并采用了常規(guī)的方法固定纖維和纖維布。

本發(fā)明優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)新穎，基于該裝置的成型方法可以應(yīng)用于模具成形，也可以應(yīng)用于纖維浸膠的過(guò)程中，超聲波有促使膠料流動(dòng)，并且完全改變了傳統(tǒng)纖維成形過(guò)程中通過(guò)控制溫度來(lái)促使膠流動(dòng)的方法。采用超聲波后利用超聲能量不僅可以降低材料的初始加熱溫度，通過(guò)超聲局部控制成型過(guò)程，從而提高復(fù)合材料的成形效率；其次還可以通過(guò)超聲的空化作用在膠與纖維結(jié)合部增加結(jié)合力；通過(guò)超聲還可以減少氣孔或虧料的出現(xiàn)，增加材料的填充量，從而提高材料的表面質(zhì)量和強(qiáng)度，為纖維復(fù)合材料的曲面件快速成型奠定基礎(chǔ)；成形時(shí)，可以采用較低的溫度進(jìn)行澆注，成形過(guò)程中可以降低澆注中出現(xiàn)的孔洞等缺陷，可以通過(guò)超聲波的形式增加膠與纖維的結(jié)合力，提高纖維復(fù)合材料的成形質(zhì)量，成形效率，降低材料的初始熔化外界溫度，對(duì)于成形一些特別厚的纖維板材具有更重要的價(jià)值。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明裝置帶有四個(gè)可調(diào)整頂桿和四個(gè)超聲變幅桿的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是本發(fā)明裝置帶有四個(gè)可調(diào)整頂桿和六個(gè)超聲變幅桿的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4是本發(fā)明裝置帶有四個(gè)可調(diào)整頂桿和十二個(gè)超聲變幅桿的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5是本發(fā)明裝置的下半模和覆蓋有纖維的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6是本發(fā)明裝置的上半模結(jié)構(gòu)示意圖；

圖7是本發(fā)明的纖維復(fù)合材料示意圖；

圖中：1.模具套裝，2.可調(diào)整頂桿，3.超聲變幅桿，4.底座，5.超聲波發(fā)生器，6.注膠口，7.溫控口，8.纖維，11.上半模12.下半模。

具體實(shí)施方式

包括：模具套裝1，可調(diào)整頂桿2，超聲變幅桿3，底座4，超聲波發(fā)生器5，注膠口6以及溫控口7；

所述的模具套裝1由至少四個(gè)可調(diào)整頂桿2支撐，超聲變幅桿3與模具套裝1接觸，可調(diào)整頂桿2與超聲變幅桿3固定在底座4上，超聲波發(fā)生器5安裝在底座4下方，超聲波發(fā)生器5與超聲變幅桿3通過(guò)導(dǎo)線51連接；所述的注膠口6和溫控口7與模具套裝1連接。

所述的可調(diào)整頂桿2通過(guò)旋轉(zhuǎn)調(diào)整高度；

所述的超聲變幅桿3通過(guò)旋轉(zhuǎn)調(diào)整高度；

所述的模具套裝1由上半模11與下半模12構(gòu)成。

采用超聲波輔助模壓成型復(fù)合材料裝置的成型方法，包括下列步驟：

1）添加纖維及鋪層：

首先，將纖維8平鋪在模具套裝1中；

其次，將上模11和下模12閉合；

2）升溫、保溫及注膠：

在與溫控口連接的溫度控制系統(tǒng)作用下，當(dāng)溫度達(dá)到要求后，保溫一定時(shí)間，在與注膠口連接的注膠系統(tǒng)6作用下，通過(guò)注膠孔將膠粘劑注入模具空腔中；

3）超聲波輔助振動(dòng)及注膠：

啟動(dòng)超聲波發(fā)生器7從而使超聲變幅桿6將能量傳給模具，在超聲波的作用下減少膠和纖維的孔洞，同時(shí)提高膠與碳纖維表面的浸潤(rùn)性，此時(shí)開(kāi)啟注膠系統(tǒng)進(jìn)一步的增加注膠量，補(bǔ)充空孔洞等缺陷減少形成的缺膠現(xiàn)象；

4）降溫及卸件：

當(dāng)系統(tǒng)注膠壓力和注膠量達(dá)到計(jì)算量后，降低溫度，恢復(fù)至室溫后，在外力作用下提起上半模，取出纖維板材。

所述模具套裝中采用了脫模劑，并采用了常規(guī)的方法固定纖維和纖維布。

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明。

如圖1所示，本發(fā)明超聲波輔助模壓成型纖維復(fù)合材料裝置，包括模具套裝1，可調(diào)整頂桿2，超聲變幅桿3，底座4，超聲波發(fā)生器5，注膠口6以及溫控口7；

所述的模具套裝1由至少四個(gè)可調(diào)整頂桿2支撐，一個(gè)以上的超聲變幅桿3與模具套裝1接觸，可調(diào)頂桿2與超聲變幅桿3通過(guò)螺紋連接固定在底座4上，超聲波發(fā)生器5安裝在底座4下方，超聲波發(fā)生器5與超聲變幅桿3通過(guò)導(dǎo)線51連接；

如圖2、3、4所示，本發(fā)明超聲波輔助模壓成型纖維復(fù)合材料裝置，可調(diào)整頂桿2至少有4個(gè)，超聲變幅桿3的數(shù)量包括了4個(gè)，6個(gè)以及12個(gè)等。以上對(duì)于超聲變幅桿的數(shù)量只是示例性的，并非對(duì)變幅桿的結(jié)構(gòu)和數(shù)量的了限定。

參閱圖5：成形過(guò)程中，將上半模移走，將纖維8或浸料的纖維在下半模表面進(jìn)行平鋪，然后將上半模合模，升溫，通過(guò)膠孔注膠，同時(shí)通過(guò)超聲控制器控制超聲變幅桿的能量傳遞，使模具中的纖維與膠進(jìn)行低溫混合或均勻混合進(jìn)而再一次增加注膠。

參閱圖6：是本發(fā)明中上半模的一種示例，并非對(duì)模具結(jié)構(gòu)進(jìn)行的限制。

參閱圖7：是成形結(jié)束時(shí)，成形后的纖維復(fù)合材料板材的結(jié)構(gòu)形狀，其成形形狀與模具的形狀一致，并非是對(duì)其結(jié)構(gòu)形式的限定。

以上結(jié)合具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)描述。超聲波輔助模壓成型纖維復(fù)合材料裝置，只需要改變模具套裝就可以實(shí)現(xiàn)不同材料纖維復(fù)合版的成型，同時(shí)可以改變超聲變幅桿與模具接觸點(diǎn)的數(shù)量來(lái)實(shí)現(xiàn)不同能量的傳遞。

很明顯，以上描述以及附圖中所示的內(nèi)容均應(yīng)被理解為是示例性的，而非意味著對(duì)本發(fā)明的限制。對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，顯然可以在本發(fā)明的基礎(chǔ)上對(duì)可調(diào)整頂桿與超聲變幅桿的數(shù)量及位置進(jìn)行各種變形或修改。顯然，這些變形或修改均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。