[发明专利]一种CFRP工件微波固化的扫掠方法及系统

说明书

本发明公开一种CFRP工件微波固化的扫掠方法及系统，涉及碳纤维增强树脂基复合材料成型制造技术领域，方法包括：根据碳纤维增强树脂基复合材料工件的材料数据计算扫掠功率和扫掠时间段；针对碳纤维增强树脂基复合材料工件的任一表面，基于第一时间段和扫掠功率采用微波加载源按照第一扫掠方式对表面进行微波辐照扫掠；基于第二时间段和扫掠功率采用微波加载源按照第二扫掠方式对表面进行微波辐照扫掠；第二扫掠方式为：采用第三扫掠网格重复进行多次扫掠，且每次扫掠之后，将所述第三扫掠网格更新为缩小预设倍数后的第三扫掠网络，然后进行下一次扫掠。本发明使得微波辐照更加均匀，提高固化成型效率和能源利用率。

技术领域

本发明涉及碳纤维增强树脂基复合材料成型制造技术领域，特别是涉及一种CFRP工件微波固化的扫掠方法及系统。

背景技术

碳纤维增强树脂基复合材料(CFRP，Carbon Fiber Reinforced Polymer)得益于它诸多良好的综合机械性能，在各个领域得到了广泛应用。目前针对碳纤维增强树脂基复合材料的固化成型，主要以传统的热传导固化技术为主，制件效率较低，成型质量难以进一步提升。而微波固化技术的出现，为实现树脂基复合材料的高质高效固化成型提供了一定的契机。微波辐射穿透力较强，内部极性材料分子可实现对对微波的即时吸收，从而缩短了升温时间，但其研究及工艺尚未成熟，阻碍了其推广和应用。

微波固化技术现存的主要问题可分为两部分，一部分是自身特性导致，恒定频率的微波辐射受限于自身特性，振荡波变化传递会存在峰差值零点以及最大值，即会导致CFRP工件出现冷、热点，引起温度差异分布；另一部分是外部工艺导致，目前微波固化有关工艺的应用无法有效解决微波辐照不均的问题，工件各局部位置与微波发射腔的距离远近决定了所受到的微波辐照强度，而不均匀的辐照仍会导致温度的差异化分布。综合上述原因，微波固化技术在微波加载时段的均匀化辐照已成为一项亟需解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种CFRP工件微波固化的扫掠方法及系统，采用微波进行工件扫掠，使得微波辐照更加均匀，提高固化成型效率和能源利用率。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种CFRP工件微波固化的扫掠方法，包括：

根据碳纤维增强树脂基复合材料工件的材料数据，计算扫掠功率和扫掠时间段；所述扫掠时间段包括第一时间段和第二时间段；

针对所述碳纤维增强树脂基复合材料工件的任一表面，基于所述第一时间段和所述扫掠功率，采用微波加载源，按照第一扫掠方式对所述表面进行微波辐照扫掠；所述第一扫掠方式为：第一扫掠网格和第二扫掠网格交替扫掠；所述第一扫掠网格和所述第二扫掠网格均包括单一方向的扫掠线，且所述第一扫掠网格中的扫掠线与所述第二扫掠网格中的扫掠线正交；

基于所述第二时间段和所述扫掠功率，采用微波加载源，按照第二扫掠方式对所述表面进行微波辐照扫掠；所述第二扫掠方式为：采用第三扫掠网格重复进行多次扫掠，且每次扫掠之后，将所述第三扫掠网格更新为缩小预设倍数后的第三扫掠网络，然后进行下一次扫掠；所述第三扫掠网格包括两个方向的扫掠线，且两个方向的扫掠线正交。

可选地，所述微波加载源的确定过程，具体包括：

确定微波发射器在所述碳纤维增强树脂基复合材料工件上的辐照面；

选取辐照强度处于第一预设强度范围内的辐照面区域，作为辐照加载源。

可选地，所述第一预设强度范围为最大辐照强度的80％-100％。

可选地，所述碳纤维增强树脂基复合材料工件的材料数据包括工件尺寸、工件对应的固化温度工艺曲线；

所述根据碳纤维增强树脂基复合材料工件的材料数据，计算扫掠功率和扫掠时间段，具体包括：