[发明专利]一种碳纤维金属层板及其热冲压成形方法

说明书

本发明公开一种碳纤维金属层板热冲压成形方法，可用于碳纤维金属层板的热冲压快速成形。其采用碳纤维电加热方式加热已预热的预浸料，使得碳纤维金属层板热量由内向外热传导，树脂受热更加均匀，减少了由于层间温度梯度过大引起的残余应力，提高了成形质量；同时，碳纤维电加热产热量大、电热转换率高，可和外部热源共用作用使金属层板快速加热至成形温度，还将树脂固化过程中的保温保压阶段融合到了金属板的升温阶段，缩短了成形时间，使树脂浸润充分，层板受热更均匀，提高了成形效率，也进一步提高了成形质量。本发明还公开一种采用上述碳纤维金属层板热冲压成形方法制作而成的碳纤维金属层板。

技术领域

本发明涉及复合材料层板成形技术领域，特别是涉及一种碳纤维金属层板及其热冲压成形方法。

背景技术

纤维金属层板是由金属薄层与纤维增强树脂基复合材料层交替铺叠，在一定固化工艺下形成的一种层间混杂复合材料结构。它保留了金属层板材料和传统纤维增强复合材料的优点，同时具备了高比强度和比刚度、良好的韧性和可加工性能及优异的疲劳性能和损伤容限等性能，在航空、汽车领域应用广泛。

现用于纤维金属层板的纤维增强树脂基包括热固性树脂和热塑性树脂，热固性树脂(如环氧树脂)复合材料成形需要长时间固化、且发生化学交联固化反应，生产效率低，随着航空航天领域对于高性能的材质要求越来越高，已经不能满足要求。热塑性树脂得到越来越多的应用。

目前常用的复合材料成形方法有滚弯成形、热压成形、热冲压成形等。滚弯成形工艺简单、效率高，但成形质量低且回弹变形大。热压成形主要通过热压罐和热压机来实现，热压罐设备投资大、生产效率低，热压机成形形状简单，不适合高效率、低成本制造。热冲压成形充分利用了金属塑性变形的特点，能够成形圆筒形件、曲面形状件、盒形件等复杂形状构件，具有一次成形、适合大批生产的特点，但现有成形方法中将先固化成板状的纤维金属层板再转移到模具中进行热冲压二次成形或直接将模具和纤维金属层板置于内部环境箱中一起加热再冲压共固化成形，前者存在效率低、成本高、操作复杂的问题，后者存在加热效率低、层板受热不均问题。

根据检索，中国专利CN 111231366 A公开一种CFRP/铝合金热成形淬火时效共固化一体化成形方法，其首先将铝合金置于加热炉中进行固溶处理并迅速转移至水冷模具中成形及淬火；然后对铝合金表面进行粗糙化处理并与碳纤维预浸料叠层；最后通过热冲压模具完成CFRP/铝合金的共固化过程及铝合金的时效过程；或者通过热冲压模具完成CFRP/铝合金的共固化过程，再将复合结构转移至加热炉中完成时效过程。该方法先成形铝合金板，待铝合金板淬火冷却至室温再与碳纤维预浸料叠层，然后转移到室温模具中冲压成形，成形过程复杂，直接对室温预浸料冲压成形易引起成形难度大和预浸料与已成形铝合金构件贴合不严问题，进一步导致层间粘接强度不足。而且，通过模具升温传递热量给CFRP/铝合金层板，易引起复合层板受热不均、层间温度梯度大的问题，进而造成成形件存在较大残余应力，没办法保证较好的成形质量。

因此，需要一种适合纤维金属层板加热均匀、成形快、成形质量高、缺陷少的热冲压成形工艺，来解决现有热冲压技术中加热时间长、成形质量低及成本高等问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种碳纤维金属层板及其热冲压成形方法，以解决上述现有纤维金属层板热冲压成形质量低的问题。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明提供一种碳纤维金属层板热冲压成形方法，主要包括：

预热CFRP树脂层至树脂软化温度；

将金属板与预热完成的CFRP树脂层铺层形成预成形件；其中，“铺层”表示交替铺叠；

对所述预成形件的外层加热，同时给所述预成形件内的CFRP树脂层通电，以使所述金属板在外部加热和CFRP树脂层导热的双重加热条件下达到成形温度；

将达到成形温度的预成形件冲压成形。