[发明专利]连续纤维增强树脂基复合材料齿类零件的成型工装及工艺

说明书

本发明公开了连续纤维增强树脂基复合材料齿类零件的成型工装及工艺，属于加工工装技术领域。一种连续纤维增强树脂基复合材料齿类零件的成型工装，包括齿形零件成型模具和若干个齿形预压工装单元；齿形零件成型模具的齿部模腔用于放置连续纤维预浸料；齿形预压工装单元上设有与齿形相对应的凹面，用于齿形零件成型模具内的连续纤维预浸料的逐层按压；齿形预压工装单元由强磁性材料制成，强磁性材料外围包有聚四氟乙烯层。本发明的连续纤维增强树脂基复合材料齿类零件的成型工装，齿形预压工装单元具备强磁性、独立性以及可组合性，在铺层时进行按压能够有效地解决连续纤维预浸料在齿部模腔的贴覆桥接问题。

技术领域

本发明属于加工工装技术领域，尤其是连续纤维增强树脂基复合材料齿类零件的成型工装及工艺。

背景技术

齿类结构零件以其优异的结构强度和尺寸精度，在工业领域中得到了广泛的应用。传统齿类结构零件均采用金属材料加工而成，但因加工成本较高、特殊工况下的轻量化不足以及耐腐蚀性能差等缺点，逐渐限制了其应用范围。

近年来，纤维增强树脂基复合材料以其质轻、高强、成型尺寸精度高、耐磨损、耐腐蚀等特点逐步取代传统金属材料，在齿类零件中得到了广泛的应用。其中，短切纤维增强材料以其近似“准各向同性”的力学性能特点以及注塑、模压工艺过程中的易加工性，被广泛应用于纤维增强树脂基复合材料齿类零件的加工制备中。但近年来，短切纤维增强树脂基复合材料齿类零件在实际应用中所暴露出因纤维的非连续性以及层间结合强度偏低所导致的齿根处力学性能薄弱问题，已经引起了人们的密切关注。

连续纤维增强树脂基复合材料以其优异的结构强度可设计性被广泛应用于各种高精密零部件制备加工中。在齿类零部件中的应用过程中，因齿槽结构的特殊性，易导致铺贴的连续纤维出现桥接，进而会影响到后续固化成型过程中出现各种缺陷，例如：起皱、树脂富集、纤维丝束取向混乱等。因此，有必要设计加工一种成型工装，用于将连续纤维预浸料预压成齿形坯料，并确保纤维预浸料与模具面贴覆牢靠，纤维丝束的一致性和规则性得到有效保证。

发明内容

本发明的目的在于克服连续纤维增强树脂基复合材料制成的齿类零部件存在起皱、树脂富集及纤维丝束取向混乱的缺点，提供连续纤维增强树脂基复合材料齿类零件的成型工装及工艺。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

一种连续纤维增强树脂基复合材料齿类零件的成型工装，包括齿形零件成型模具和若干个齿形预压工装单元；

所述齿形零件成型模具的齿部模腔用于放置连续纤维预浸料；

所述齿形预压工装单元上设有与齿形相对应的凹面，用于齿形零件成型模具内的连续纤维预浸料的逐层按压；

所述齿形预压工装单元由强磁性材料制成，强磁性材料外围包有聚四氟乙烯层。

进一步的，还包括由若干个齿形预压工装单元吸附为一体的坯料整体固定工装。

本发明所述的连续纤维增强树脂基复合材料齿类零件的成型工装的成型工艺，包括以下步骤：

(1)将裁切好的连续纤维预浸料平放在齿形零件成型模具的齿部模腔上；

(2)将齿形预压工装单元按压在位于齿形零件成型模具端头的连续纤维预浸料上，直至连续纤维预浸料与齿形零件成型模具的齿部模腔贴覆紧实；

(3)重复步骤(2)，在连续纤维预浸料上依次按压若干个齿形预压工装单元，最后一个齿形预压工装单元位于齿形零件成型模具端尾的连续纤维预浸料上，从齿形零件成型模具的端头到端尾依次取出齿形预压工装单元，完成第一层连续纤维预浸料的铺层；

(4)重复步骤(2)～(3)，直至连续纤维预浸料铺层的层数达到设计层数；

(5)将齿形零件成型模具转移至固化成型设备中进行固化成型。