[实用新型]一种碳纤维增强复合材料构件制造装置

说明书

技术领域

本实用新型属于复合材料成型及加工领域，涉及一种碳纤维增强复合材料构件制造装置，适用于碳纤维增强复合材料（CFRP）覆盖件及结构件的成型、加工一体化制造。

背景技术

近年来，随着原油价格的攀升及对环保要求的日益迫切，利用各种碳纤维增强材料实现结构轻量化以提高燃油经济性在除航空航天之外的汽车、船舶等民用工业领域也具有广阔的应用前景。碳纤维增强材料（CFRP）比重不到钢的1/4，抗拉强度却是钢的7.9倍左右，抗拉弹性模量也比钢高，与金属材料相比具有轻质、高刚性、高强度、高抗疲劳性能、耐磨、耐腐蚀、耐高温、抗振吸振性能好等优点，此外由于其热膨胀系数小，更容易获得尺寸稳定性好的制件，已成为各大汽车生产商首选的理想轻量化材料之一。

现有的可用于碳纤维增强材料汽车车身覆盖件、结构件制造的方法主要有：热模压成型工艺、树脂传递模塑成型工艺（Resin Transfer Molding）和在此基础上发展起来的真空树脂浸渗工艺（Vacuum Assisted Resin Transfer Molding）。当用于大尺寸零件成型时，热模压成型虽然工艺简单，但由于所需热压成型设备投资高、生产能耗大，因此制造成本高[碳纤维增强复合材料成型用中间材料及其成型方法，申请号200710180971.9]；而树脂传递模塑成型工艺和真空树脂浸渗工艺虽然属于低成本闭模制造工艺，但需要大型复杂的树脂计量、注射设备，需要精细、复杂的树脂流道设计，另外为了满足树脂充分、均匀浸渍碳纤维预制型坯的要求，需要一定的保温、保压时间，加上必要的固化周期，使大型CFRP制件成型的工艺周期加长[树脂传递模塑装置和树脂传递模塑方法，申请号200780028033.5；RTM成型方法及装置，申请号200580005211.3]。

此外，用上述工艺成型的碳纤维增强材料（CFRP）构件在固化成型后，往往还需要进行修边、钻孔等多道工序才能装配使用。而碳纤维增强材料（CFRP）属于典型的难加工材料，硬度高、刚性大，成型后难以用传统的冲裁工艺进行修边和冲孔加工，现有的铣削和钻削工艺又存在所需切削力大、切削温度高、刀具磨损剧烈，而且切削过程中因为碳纤维拉断撕裂、切屑卷曲缠绕等问题而影响加工表面质量[一种高速钻削复合材料的陶瓷钻头，申请号200810134628；整体硬质合金鱼鳞铣刀，申请号200910013142]。

综合考虑上述几方面因素，本实用新型公开了一种用于碳纤维增强复合材料构件的低成本、高效率、成型加工一体化制造装置，旨在通过树脂渗透成型后、固化前的湿态冲裁工艺，完成制件内外轮廓的修边、冲孔及修边废料的切断加工，最大程度的减少和避免现有成型工艺对难加工碳纤维增强复合材料构件的后续铣削及钻削加工要求，有效缩短了成型加工周期、提高制件的表面质量、降低对设备及装置的使用要求及制造成本。尤其适用于大型碳纤维增强复合材料构件的制造。

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题是降低对难加工碳纤维增强材料进行铣削、钻孔等机加工工序的依赖及其对表面质量、制件性能的影响，实现碳纤维增强复合材料构件的低成本、高效率成型加工一体化制造。为实现上述目的，本实用新型所采用的技术方案是：

所提供的用于碳纤维增强复合材料构件制造的装置由模架、上模部分和下模部分构成，主要包括：导柱、导套、模柄、上模座板、隔热垫A、上模固定板、上模、废料切断侧刃、上模加热元件、连接螺钉、冲孔凸模、叠层片材、下模、下模加热元件、隔热垫B、下模固定板、下模座板、支撑螺钉、弹簧等。

其中，上模座板与下模座板通过导柱、导套导向构成基本模架，通过模柄将上模部分与冲床相连接，通过下模座板将下模部分固定在机床工作台上。下模部分主要包括预制叠层片材、下模、下模加热元件、隔热垫B、下模固定板、下模座板。下模为凸模，具有与成型结构件内表面特征相同的型面；下模的成型凸模上开设有竖直通孔，通孔外缘为冲孔凹模刃口；下模的外缘呈台阶状，台阶上部在型腔过渡圆角处开设有抽真空吸气孔，台阶上部外缘端部有切削刃，为下模修边刃口；台阶下部沿径向设有废料切断窄槽；下模底面开设竖直的台阶孔，台阶孔内设有下模加热元件；下模底面与下模固定板间设有隔热垫B；所述下模固定板上设有不在同一直线上的三个沉头孔，沉头孔中安置弹性支撑架；所述弹性支撑架包括支撑螺钉和弹簧，其中支撑螺钉安置在下模固定板的沉头孔中，弹簧套在支撑螺钉上，构成弹性支撑架。