一种超厚热塑性复合材料桨毂中央件的高精度成型方法与流程

1.本发明涉及复合材料成型加工技术领域，具体涉及一种超厚热塑性复合材料桨毂中央件的高精度成型方法。


背景技术：

2.桨毂中央件服役环境较为苛刻，属于动部件，对复合材料制件的纤维准直度要求较高，并且桨毂中央件具有厚度较大，以及厚度变化梯度大的特点。传统的桨毂中央件成型方法是首先采用手工铺贴的方式，对大厚度预成型体进行铺贴，再通过热压方式对桨毂中央件进行成型加工，之后再进行脱模与修边，得到桨毂中央件产品。
3.上述传统方法制备存在的缺点是：由于桨毂中央件存在厚度梯度变化较大区域，导致铺贴时相邻两层预浸料间边缘差距小于1mm，而手工铺贴方式精度低，难以满足桨毂中央件的纤维准直度要求，因此难以对桨毂中央件产品进行高质量与高精度加工。
4.因此，发明人提供了一种超厚热塑性复合材料桨毂中央件的高精度成型方法。


技术实现要素：

5.(1)要解决的技术问题
6.本发明实施例提供了一种超厚热塑性复合材料桨毂中央件的高精度成型方法，解决了现有的桨毂中央件产品加工工艺由于铺贴精度低而导致的成型精度较低的技术问题。
7.(2)技术方案
8.本发明提供了一种超厚热塑性复合材料桨毂中央件的高精度成型方法，包括以下步骤：
9.使用热塑性复合材料织物按照预设铺层对插层预成型体进行铺贴；
10.按照桨毂中央件的不同厚度处的轮廓对每个所述插层预成型体的轮廓进行机械加工；
11.将热塑性复合材料织物连续层与插层预成型体在热压模具下模中按预设顺序铺放以形成桨毂中央件预成型体，在所述桨毂中央件预成型体的上下表面各铺一层表面牺牲层；
12.铺放完成后将热压模具上模与所述热压模具下模完成合模并进行热压成型，成型完成后取出热压模具并脱模；
13.去除所述表面牺牲层，得到桨毂中央件。
14.进一步地，所述使用热塑性复合材料织物按照预设铺层对插层预成型体进行铺贴，具体为：
15.使用电加热工具在所述插层预成型体中每层织物之间进行加热以及加压，将相邻织物进行粘接。
16.进一步地，加热温度为300～400℃，加压压力为2～4mpa。
17.进一步地，所述按照桨毂中央件的不同厚度处的轮廓对每个所述插层预成型体的
轮廓进行机械加工，具体为：
18.通过磨削加工方式加工每个所述插层预成型体的轮廓。
19.进一步地，磨削加工工艺的主轴转速为5500～7500rpm，进给速度为50～200mm/min，砂轮进给量为0.01～0.05mm。
20.进一步地，所述铺放完成后将热压模具上模与所述热压模具下模完成合模并进行热压成型，成型完成后取出热压模具并脱模，具体包括如下步骤：
21.将热压模具固定在热压机下工作台上；
22.使用热压机对所述桨毂中央件预成型体进行热压成型，操纵热压机上工作台竖直向下运动；
23.当热压机压力达到预设压力时，停止所述热压机上工作台运动，并将所述热压机上工作台抬起，取出所述热压模具并脱模。
24.进一步地，所述去除所述表面牺牲层，得到桨毂中央件，具体为：
25.通过磨削加工方式去除所述表面牺牲层，得到所述桨毂中央件。
26.进一步地，磨削加工工艺的主轴转速为5500～7500rpm，进给速度为50～200mm/min，砂轮进给量为0.01～0.05mm。
27.(3)有益效果
28.综上，本发明通过按照桨毂中央件不同厚度处的轮廓对每个插层预成型体的轮廓进行机械加工，可有效提高铺贴精度，更易满足桨毂中央件对纤维准直度的要求，从而提高桨毂中央件的成品率。
附图说明
29.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
30.图1是本发明实施例提供的一种超厚热塑性复合材料桨毂中央件的高精度成型方法的流程示意图；
31.图2是本发明实施例提供的一种桨毂中央件的俯视图；
32.图3是本发明实施例提供的一种桨毂中央件的主视图；
33.图4是本发明实施例提供的一种插层预成型体铺贴过程示意图；
34.图5是本发明实施例提供的一种桨毂中央件不同厚度处插层预成型体的轮廓示意图；
35.图6是本发明实施例提供的一种桨毂中央件预成型体的铺贴过程示意图；
36.图7是本发明实施例提供的一种桨毂中央件预成型体的热压过程示意图。
37.图中：
38.1-热塑性复合材料织物；2-插层预成型体；3-电加热工具；4-热塑性复合材料织物连续层；5-热压模具下模；6-玻璃纤维织物；7-热压模具上模；8-热压机下工作台；9-热压机上工作台；10-桨毂中央件；a-桨毂中央件中央区厚度变化梯度水平值；b-桨毂中央件中央区厚度变化梯度竖直值。
具体实施方式
39.下面结合附图和实施例对本发明的实施方式作进一步详细描述。以下实施例的详细描述和附图用于示例性地说明本发明的原理，但不能用来限制本发明的范围，即本发明不限于所描述的实施例。
40.需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参照附图并结合实施例来详细说明本技术。
41.图1是本发明实施例提供的一种超厚热塑性复合材料桨毂中央件的高精度成型方法的流程示意图，如图1所示，该方法可以包括以下步骤：
42.s100、使用热塑性复合材料织物按照预设铺层对插层预成型体进行铺贴；
43.s200、按照桨毂中央件的不同厚度处的轮廓对每个插层预成型体的轮廓进行机械加工；
44.s300、将热塑性复合材料织物连续层与插层预成型体在热压模具下模中按预设顺序铺放以形成桨毂中央件预成型体，在桨毂中央件预成型体的上下表面各铺一层表面牺牲层；
45.s400、铺放完成后将热压模具上模与热压模具下模完成合模并进行热压成型，成型完成后取出热压模具并脱模；
46.s500、去除表面牺牲层，得到桨毂中央件。
47.在上述实施方式中，通过按照桨毂中央件不同厚度处的轮廓对每个插层预成型体的轮廓进行机械加工，可有效提高铺贴精度，更易满足桨毂中央件对纤维准直度的要求，从而提高桨毂中央件的成品率。
48.作为一种可选的实施方式，步骤s100中，使用热塑性复合材料织物按照预设铺层对插层预成型体进行铺贴，具体为：如图4所示，使用电加热工具3在插层预成型体2中每层热塑性复合材料织物1之间进行加热以及加压，将相邻织物进行粘接。其中，电加热工具3的加热温度为300～400℃，加压压力为2～4mpa。该铺贴方式能够实现在较小面积范围内的自粘接，每个插层预成型体约1mm厚。
49.作为一种可选的实施方式，步骤s200中，按照桨毂中央件的不同厚度处的轮廓(如图5所示)对每个插层预成型体的轮廓进行机械加工，具体为：通过磨削加工方式加工每个插层预成型体的轮廓。其中，磨削加工工艺的主轴转速为5500～7500rpm，进给速度为50～200mm/min，砂轮进给量为0.01～0.05mm。该工艺参数的取值范围是为了避免粘刀引起堵塞。
50.具体地，步骤s300中，如图6所示，将热塑性复合材料织物连续层4与插层预成型体2在热压模具下模5中按顺序铺放形成桨毂中央件预成型体10，在桨毂中央件预成型体10的上、下表面各铺一层玻璃纤维织6作为牺牲层。
51.作为一种可选的实施方式，步骤s400中，如图7所示，铺放完成后将热压模具上模7与热压模具下模5完成合模并进行热压成型，成型完成后取出热压模具并脱模，具体包括如下步骤：
52.s401、将热压模具固定在热压机下工作台8上；
53.s402、使用热压机对桨毂中央件预成型体10进行热压成型，操纵热压机上工作台9竖直向下运动；
54.s403、当热压机压力达到预设压力时，停止热压机上工作台9运动，并将热压机上工作台9抬起，取出热压模具并脱模。
55.具体地，上述给出了桨毂中央件预成型体的热压成型的具体工艺，通过热压机与热压模具的相互配合能够实现快速热压，制备出桨毂中央件。
56.作为一种可选的实施方式，步骤s500中，去除表面牺牲层，得到桨毂中央件，具体为：通过磨削加工方式去除表面牺牲层，得到桨毂中央件。
57.其中，磨削加工工艺的主轴转速为5500～7500rpm，进给速度为50～200mm/min，砂轮进给量为0.01～0.05mm。该工艺参数的取值范围是为了避免粘刀引起堵塞。
58.实施例1
59.欲制作的热塑性复合材料桨毂中央件的结构如图2-3所示。在桨毂中央件中央区域厚度变化梯度较大，在17mm的水平距离(即桨毂中央件中央区厚度变化梯度水平值a)内厚度(即桨毂中央件中央区厚度变化梯度竖直值b)变化25mm，用于铺贴的热塑性复合材料织物预浸料厚度为0.25mm，因此该桨毂中央件厚度过渡区需要铺贴100层热塑性复合材料织物预浸料，相邻两层预浸料边缘之间平均相差约0.17mm。
60.该热塑性复合材料桨毂中央件的成型步骤具体包括：
61.步骤1、插层预成型体铺贴：设计插层预成型体厚度为1mm，即每4层热塑性复合材料织物预浸料组成一个插层预成型体；使用热塑性复合材料织物按照预设铺层对插层预成型体进行铺贴，使用电加热工具在插层预成型体中每层织物之间进行加热，使织物局部温度达到350℃左右，以及提供3mpa左右的压力，将相邻织物进行粘接，从而实现在较小面积范围内的自粘接；
62.步骤2、插层预成型体机械加工：按照桨毂中央件不同厚度处的轮廓对每个插层预成型体的轮廓进行机械加工；
63.步骤3、桨毂中央件预成型体铺贴：按照预设铺层，将热塑性复合材料织物连续层与插层预成型体在桨毂中央件热压模具下模中按顺序铺放，在桨毂中央件预成型体的上下表面各铺一层玻璃纤维织物作为牺牲层；
64.步骤4、热压：铺放完成后将桨毂中央件热压模具上模与桨毂中央件热压模具下模完成合模，将整个桨毂中央件热压模具固定在热压机下工作台上；使用热压机对桨毂中央件进行热压成型，操纵热压机的上工作台竖直向下运动，运动速率为1mm/s，当上工作台接触到桨毂中央件热压模具上模时停止上工作台运动，以1℃/min的升温速率进行升温，当温度达到385℃时，停止升温，保温30min后加压至3mpa，带压保温60min后带压降温至室温，将热压机的上工作台抬起，取出桨毂中央件热压模具并脱模；
65.步骤5、桨毂中央件表面机械加工：通过机械加工方式去除桨毂中央件表面牺牲层，得到最终的桨毂中央件产品。
66.需要明确的是，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同或相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。本发明并不局限于上文所描述并在图中示出的特定步骤和结构。并且，为了简明起见，这里省略对已知方法技术的详细描述。
67.以上仅为本技术的实施例而已，并不限制于本技术。在不脱离本发明的范围的情况下对于本领域技术人员来说，本技术可以有各种更改和变化。凡在本技术的精神和原理
之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本技术的权利要求范围内。

技术特征：
1.一种超厚热塑性复合材料桨毂中央件的高精度成型方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：使用热塑性复合材料织物按照预设铺层对插层预成型体进行铺贴；按照桨毂中央件的不同厚度处的轮廓对每个所述插层预成型体的轮廓进行机械加工；将热塑性复合材料织物连续层与插层预成型体在热压模具下模中按预设顺序铺放以形成桨毂中央件预成型体，在所述桨毂中央件预成型体的上下表面各铺一层表面牺牲层；铺放完成后将热压模具上模与所述热压模具下模完成合模并进行热压成型，成型完成后取出热压模具并脱模；去除所述表面牺牲层，得到桨毂中央件。2.根据权利要求1所述的超厚热塑性复合材料桨毂中央件的高精度成型方法，其特征在于，所述使用热塑性复合材料织物按照预设铺层对插层预成型体进行铺贴，具体为：使用电加热工具在所述插层预成型体中每层织物之间进行加热以及加压，将相邻织物进行粘接。3.根据权利要求2所述的超厚热塑性复合材料桨毂中央件的高精度成型方法，其特征在于，加热温度为300～400℃，加压压力为2～4mpa。4.根据权利要求1所述的超厚热塑性复合材料桨毂中央件的高精度成型方法，其特征在于，所述按照桨毂中央件的不同厚度处的轮廓对每个所述插层预成型体的轮廓进行机械加工，具体为：通过磨削加工方式加工每个所述插层预成型体的轮廓。5.根据权利要求4所述的超厚热塑性复合材料桨毂中央件的高精度成型方法，其特征在于，磨削加工工艺的主轴转速为5500～7500rpm，进给速度为50～200mm/min，砂轮进给量为0.01～0.05mm。6.根据权利要求1所述的超厚热塑性复合材料桨毂中央件的高精度成型方法，其特征在于，所述铺放完成后将热压模具上模与所述热压模具下模完成合模并进行热压成型，成型完成后取出热压模具并脱模，具体包括如下步骤：将热压模具固定在热压机下工作台上；使用热压机对所述桨毂中央件预成型体进行热压成型，操纵热压机上工作台竖直向下运动；当热压机压力达到预设压力时，停止所述热压机上工作台运动，并将所述热压机上工作台抬起，取出所述热压模具并脱模。7.根据权利要求1所述的超厚热塑性复合材料桨毂中央件的高精度成型方法，其特征在于，所述去除所述表面牺牲层，得到桨毂中央件，具体为：通过磨削加工方式去除所述表面牺牲层，得到所述成型桨毂中央件。8.根据权利要求7所述的超厚热塑性复合材料桨毂中央件的高精度成型方法，其特征在于，磨削加工工艺的主轴转速为5500～7500rpm，进给速度为50～200mm/min，砂轮进给量为0.01～0.05mm。

技术总结
本发明涉及复合材料成型加工技术领域，具体涉及一种超厚热塑性复合材料桨毂中央件的高精度成型方法。该方法包括步骤：使用热塑性复合材料织物按照预设铺层对插层预成型体进行铺贴；按照桨毂中央件的不同厚度处的轮廓对每个插层预成型体的轮廓进行机械加工；将热塑性复合材料织物连续层与插层预成型体在热压模具下模中铺放，在桨毂中央件的上下表面各铺一层表面牺牲层；铺放完成后将热压模具上模与热压模具下模完成合模并进行热压成型，完成后取出热压模具并脱模；去除表面牺牲层，得到桨毂中央件。该超厚热塑性复合材料桨毂中央件的高精度成型方法的目的是解决现有的桨毂中央件产品加工工艺由于铺贴精度低而导致的成型精度较低的问题。精度较低的问题。精度较低的问题。


技术研发人员：张晨乾 崔家铭 翟全胜 叶宏军 荀国立 张宝艳 高亮
受保护的技术使用者：中国航空制造技术研究院
技术研发日：2023.05.19
技术公布日：2023/10/6