碳纤维增强铝合金层板构件成形工艺及成形模具
阅读说明：本技术 碳纤维增强铝合金层板构件成形工艺及成形模具 (Carbon fiber reinforced aluminum alloy laminate member forming process and forming die ) 是由 杨卓云 朱良金 张学健 董国疆 于 2021-09-15 设计创作，主要内容包括：本发明公开一种碳纤维增强铝合金层板构件成形工艺,为纤维金属层板构件成形提出了“铝合金外板材软模成形→铝合金外板成形件表面处理→碳纤维布和上、下层铝合金外板成形件铺贴→碳纤维增强铝合金层板预成形件复合压制→金属连接剂加热熔化→卸模”的工艺路线,尤其适用于制备异形截面纤维金属层板构件制备,解决纤维金属层板构件二次加工困难问题,扩大纤维金属复合材料应用范围,为复杂形状纤维金属复合材料成形提供参考,可用于成形大曲率、复杂结构的碳纤维增强铝合金复合构件的成形,在复合零件的同时解决成形问题。本发明还公开一种碳纤维增强铝合金层板构件成形模具。(The invention discloses a forming process of a carbon fiber reinforced aluminum alloy laminate member, and provides a process route of 'soft die forming of an aluminum alloy outer plate → surface treatment of an aluminum alloy outer plate forming piece → paving of carbon fiber cloth and upper and lower aluminum alloy outer plate forming pieces → composite pressing of a carbon fiber reinforced aluminum alloy laminate pre-forming piece → heating and melting of a metal connecting agent → mould unloading' for forming the fiber metal laminate member. The invention also discloses a forming die for the carbon fiber reinforced aluminum alloy laminate member.)
技术领域
本发明属于板构件成型技术领域，涉及一种碳纤维增强铝合金层板构件成型技术，特别是涉及一种碳纤维增强铝合金层板构件成形工艺及成形模具。
背景技术
(一)名词解释：
纤维金属层板(Fibermetal laminates，简称FMLs)：由金属薄板、纤维材料和连接剂依次铺贴后，在特定温度和压力条件下固化而成的夹层材料。
构件：以板材或管材为原始胚料经冲压加工制备而来的一类具有薄壁特征的零件。
模压成形：将一定量的预浸料放入成形温度下的模具型腔中，然后刚性凸模与凹模闭合加压，而使其成形并固化的工艺。
固体颗粒介质成形技术(方式)：利用固体颗粒代替刚性凸模的作用对板料进行软模成形；其中，固体颗粒介质为承压能力强、流动性能好的微小颗粒。
机械合金化：机械合金化(MechanicalAlloying，简称MA)又称高能球磨，是指金属或合金粉末在高能球磨机中通过粉末颗粒与磨球之间长时间激烈地冲击、碰撞，使粉末颗粒反复产生冷焊、断裂，导致粉末颗粒中原子扩散，从而获得合金化粉末的一种粉末制备技术。
钎剂：钎焊时使用的熔剂，钎剂能去除母材及钎料表面的氧化物，保护母材和钎料；并能够在加热过程中减少氧化，改善钎料对母材的润湿能力，能有效地溶解或破坏焊件和钎料表面的氧化膜。
(二)技术背景：
在轻量化设计和制造中，材料设计和结构设计是实现轻量化的两大基本思路。在材料设计方面，优质轻质合金材料(如铝合金、镁合金、钛合金)已经得到了广泛的应用，复合材料以其独特的性能正在得到广泛关注。在结构设计方面，薄壁结构零件具有明显的轻量化效果，历来是轻量化设计中的首选结构。纤维金属层板材料兼具有金属材料和纤维增强复合材料的特点，纤维金属层板构件与等体积铝合金构件相比减重25％以上，而成本仅为等体积纤维增强复合材料构件的1/3左右，同时还具有高强度、高损伤容限、耐腐蚀等良好的服役性能，在航空航天、汽车制造、轨道交通、五金电子等各个领域具有广阔的应用前景和开发潜力。
目前，纤维金属层板的成形方式主要有两种工艺思路：第一种是分别成形加工金属及纤维，经表面处理后将金属和纤维分层铺设，再利用连接方式将其粘接为纤维金属层板，而后利用热压罐工艺进行固化制成目标结构件；第二种是先将金属板与纤维层粘接成纤维金属层板，再利用传统塑性成形工艺(如冲压成形)加工成目标零件。其中，第一种成形思路的关键点是利用热压罐工艺进行固化，但是，热压罐投资成本较大，用于批量不大的小构件生产成本太高；而且液压成形工艺在高温高压条件下液体密封存在极大的困难，且高温条件下液体介质化学物理稳定性差给工艺过程带来了极大的安全隐患。第二种成形思路能够发挥传统冲压工艺便捷高效的优点，通常采用热压罐工艺、热模压工艺和轧制工艺，但是，难以通过二次加工成形大曲率层板构件，距离传统金属板材冲压成形质量仍有较大差距。
目前，纤维金属层板的制备技术已经相对成熟，但是现有制备技术制得的纤维金属层板一般属于半成品材料，往往需要进行二次加工才能制得能够使用的零部件。传统的金属冲压加工须利用金属材料的塑性变形，但是金属材料和纤维材料的塑性存在差异，现有纤维金属层板/管中的纤维几乎不具备塑性，使得复合层板/管在二次加工中各层之间的变形难以协调，很容易造成褶皱、分层分裂等缺陷，给该产品的二次加工带来了巨大难题，在很大程度上制约了该类复合层板构件走向更广的应用领域，只能在少数场景有应用价值。因此，在此基础上开发层板构件的制备技术，将纤维金属层板构件推广至更多应用场景具有重大意义。
目前发展较为成熟的层板构件成形工艺有滚弯成形工艺、热压成形工艺及冲压成形工艺。滚弯成形工艺存在构件成形质量低和回弹变形两大问题；热压成形工艺容易产生界面分层和孔隙等缺陷，严重的会发生层板剥离；冲压成形工艺无法在较厚的纤维金属层板上成形小弯曲半径，只能通过选用最薄的层板分步冲压后胶接固化的工艺来避免分层和纤维脱粘。在实际工艺过程中，由于纤维延伸率较低，无法成形大曲率、复杂结构的复合层板构件。
发明内容
本发明的目的是提供一种碳纤维增强铝合金层板构件成形工艺及成形模具，以解决上述现有技术存在的纤维金属二次加工困难、使用场景受限的问题，为纤维金属层板构件成形提出“铝合金外板材软模成形→铝合金外板成形件表面处理→碳纤维布和上、下层铝合金外板成形件铺贴→碳纤维增强铝合金层板预成形件复合压制→金属连接剂加热熔化→卸模”的工艺路线，可依据不同系列的铝合金所具备的塑性性能和冶金结合性能，开发细致的复合成形工艺过程，实现层板构件复合成形一体化制备方案。
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增强铝合金层板构件成形工艺，包括：
对铝合金外板坯进行固体颗粒介质软模成形，以分别形成上层铝合金外板成形件和下层铝合金外板成形件，且所述上层铝合金外板成形件和所述下层铝合金外板成形件的成形形状完全相同；
对所述上层铝合金外板成形件和所述下层铝合金外板成形件的表面进行表面处理；
在碳纤维布的两侧面、所述上层铝合金外板成形件的下表面以及所述下层铝合金外板成形件的上表面均涂覆金属连接剂，并将所述下层铝合金外板成形件、所述碳纤维布和所述上层铝合金外板成形件由下至上依次层叠铺排，形成碳纤维增强铝合金层板预成形件；
采用固体颗粒介质软模成形方式(技术)对所述碳纤维增强铝合金层板预成形件进行复合压制，形成碳纤维增强铝合金层板构件，并继续保持向所述碳纤维增强铝合金层板构件施加压力，以使所述金属连接剂完全浸润碳纤维；
在对所述碳纤维增强铝合金层板构件继续施加压力的同时，对所述碳纤维增强铝合金层板构件进行加热并保温；
所述碳纤维增强铝合金层板构件保温完成后进行冷却；冷却完毕之后，对所述碳纤维增强铝合金层板构件卸载，取出所述碳纤维增强铝合金层板构件。
可选的，所述表面处理包括：
对所述上层铝合金外板成形件和所述下层铝合金外板成形件的表面进行打磨处理；
利用丙酮对所述上层铝合金外板成形件和所述下层铝合金外板成形件的表面进行擦洗，以除去表面油脂；
将所述上层铝合金外板成形件和所述下层铝合金外板成形件在氢氧化钠(NaOH)溶液中浸泡，以去除表面氧化膜；
将所述上层铝合金外板成形件和所述下层铝合金外板成形件的表面用蒸馏水冲洗，再在硝酸水溶液中光化，直至所述上层铝合金外板成形件和所述下层铝合金外板成形件的表面洁白光亮后取出，用蒸馏水冲洗后烘干。
可选的，所述上层铝合金外板成形件的上下表面以及所述下层铝合金外板成形件的上下表面均进行所述表面处理。
可选的，在上述采用硝酸(HNO3)对所述上层铝合金外板成形件和所述下层铝合金外板成形件进行脱氧处理之后，还可对其进行磷酸阳极氧化处理。
可选的，所述金属连接剂的制备方法包括：
对金属粉末进行机械合金化处理，所述金属粉末为铝粉、硅粉和锌粉的混合粉末；
将机械合金化处理后的所述金属粉末与乙二醇溶液、AlF3-KF·KCI钎剂混合，制成金属连接剂浆料。
可选的，所述金属粉末在不锈钢真空球磨罐内进行机械合金化处理；所述不锈钢真空球磨罐中添加有质量分数为1％～1.5％的硬脂酸或者质量分数为1.5％～3％的无水乙醇，以防止所述金属粉末在机械合金化过程中出现冷焊现象。
可选的，采用液压机加载凸模的方式对下层铝合金外板坯进行固体颗粒介质软模成形，以形成所述下层铝合金外板成形件；然后更换凹模，采用液压机加载凸模的方式对上层铝合金外板坯进行固体颗粒介质软模成形，以形成所述上层铝合金外板成形件。
可选的，所述碳纤维增强铝合金层板预成形件形成于进行复合压制的模具之外。
可选的，在对所述碳纤维增强铝合金层板构件继续施加压力的同时，将所述碳纤维增强铝合金层板构件置于气氛保护炉中加热，以使所述碳纤维增强铝合金层板构件中的所述金属连接剂加热熔化，实现所述碳纤维布与所述上层铝合金外板成形件、所述下层铝合金外板成形件的粘合；其中：
所述气氛保护炉内的加热温度为420℃～520℃，所述金属连接剂的结合时间为30min-120min；施加于所述碳纤维增强铝合金层板构件的压力为20MPa～30MPa。
可选的，所述气氛保护炉内的升温速率为3～5℃/min。
可选的，所述气氛保护炉内的升温速率为1.5℃/min
可选的，所述金属连接剂熔化结合的过程可实现所述上层铝合金外板成形件和所述下层铝合金外板成形件的固溶处理。可按照固溶温度480℃、固溶时间30min的热处理工艺参数对铝合金外板成形件进行固溶处理。
可选的，对所述碳纤维增强铝合金层板预成形件进行复合压制时所采用的固体颗粒为直径0.3～0.6mm的二氧化硅颗粒或陶瓷颗粒。
同时，本发明提出一种碳纤维增强铝合金层板构件成形模具，用于对铝合金外板坯进行固体颗粒介质软模成形、对碳纤维增强铝合金层板预成形件进行复合压制以及对碳纤维增强铝合金层板构件进行金属连接剂熔化结合的过程中，包括：
凹模，所述凹模包括多种具备不同形状且能够相互替换的凹模本体；
凸模，所述凸模位于所述凹模的上方，所述凸模用于与固体颗粒介质和对应的所述凹模本体配合，能够对所述铝合金外板坯进行软模成形和对所述碳纤维增强铝合金层板预成形件进行复合压制；
压边组件，所述压边组件安装于所述凹模本体上，能够在所述铝合金外板坯软模成形和所述碳纤维增强铝合金层板预成形件复合压制的过程中固定所述铝合金外板坯和所述碳纤维增强铝合金层板预成形件的边缘；
紧固组件，所述紧固组件包括自上而下依次设置的紧固螺栓、紧固顶板、紧固滑板、紧固弹簧、紧固支架和紧固底座；所述凹模设置于所述紧固底座的上方；所述紧固支架固定设置于所述紧固底座的上方，且所述紧固支架位于所述凹模的外周；所述紧固滑板滑动套设于所述紧固支架上，且所述紧固滑板位于所述凸模的上方；所述紧固弹簧套设于所述紧固支架上，且所述紧固弹簧的两端分别与所述紧固滑板和所述紧固底座相抵；所述紧固顶板固定于所述紧固支架的顶端，所述紧固螺栓贯穿所述紧固顶板设置，并与所述紧固顶板螺纹连接，所述紧固螺栓能够推动所述紧固滑板下行，以下压所述凸模。
可选的，所述压边组件包括压边圈和用于固定所述压边圈的压边螺栓。
本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：
本发明提供的碳纤维增强铝合金层板构件成形工艺，为纤维金属层板构件成形提出了“铝合金外板材软模成形→铝合金外板成形件表面处理→碳纤维布和上、下层铝合金外板成形件铺贴→碳纤维增强铝合金层板预成形件复合压制→金属连接剂加热熔化→卸模”的工艺路线，可依据不同系列的铝合金所具备的塑性性能和冶金结合性能，开发细致的复合成形工艺过程，实现层板构件复合成形一体化制备方案，尤其适用于制备异形截面纤维金属层板构件制备，解决纤维金属层板构件二次加工困难问题，扩大纤维金属复合材料应用范围，为复杂形状纤维金属复合材料成形提供参考，可用于成形大曲率、复杂结构的碳纤维增强铝合金复合层板构件的成形，在复合零件的同时解决层板构件成形的问题。
此外，本发明提供的碳纤维增强铝合金层板构件成形工艺先对金属板坯预成形，可保证成形层板构件的质量；设计可替换不同型腔形状的成形模具，减少产品投资，适用于小批量大曲率构件生产；采用固体颗粒作为传压介质，具有传热、传压均匀，耐热，易密封等优点。同时，固体颗粒介质成形技术适用于小批量构件的生产，固体颗粒介质可以在各个方向上为复合压制过程提供可靠的层板贴合压力和树脂固化压力，而且颗粒介质加载便捷、易于密封、耐热性强；其次，先预成形金属构件后复合压制纤维层和金属层的方案避开了金属层和纤维层协调变形的问题，可以有效避免层板成形中存在的各类问题，实用性强。
本发明提出的成形模具，结构布置合理，便于拆装，可用于实施包含上述碳纤维增强铝合金层板构件成形工艺在内的多种层板构件成形工艺，尤其适用于异形截面纤维金属层板构件制备。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中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。
图1为本发明实施例所公开的碳纤维增强铝合金层板构件成形工艺的流程示意图；
图2为本发明实施例所公开的铝合金外板坯软模成形过程的结构示意图；
图3为本发明实施例所公开的复合压制过程的状态结构示意图；
图4为本发明实施例所公开的碳纤维增强铝合金层板构件成形模具的结构示意图。
其中，附图标记为：凸模1；固体颗粒介质2；预成形压边圈3；铝合金外板坯4；铝合金外板坯成形凹模5；上层铝合金外板成形件6；碳纤维布7；下层铝合金外板成形件8；紧固螺栓9；紧固顶板10；止推轴承11；紧固滑板12；紧固支架13；紧固弹簧14；压边组件15；垫圈16；碳纤维增强铝合金层板预成形件17；紧固底座18。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的之一是提供一种碳纤维增强铝合金层板构件成形工艺，以解决现有技术存在的纤维金属二次加工困难、使用场景受限的问题，为纤维金属层板构件成形提出“铝合金外板材软模成形→铝合金外板成形件表面处理→碳纤维布和上、下层铝合金外板成形件铺贴→碳纤维增强铝合金层板预成形件复合压制→金属连接剂加热熔化→卸模”的工艺路线，可依据不同系列的铝合金所具备的塑性性能和冶金结合性能，开发细致的复合成形工艺过程，实现层板构件复合成形一体化制备方案。
本发明的另一目的还在于提供一种可用于实施上述碳纤维增强铝合金层板构件成形工艺的成形模具。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
实施例一
如图1-3所示，本实施例提供一种碳纤维增强铝合金层板构件成形工艺，具体包括如下工艺路线：
S1)铝合金外板坯预成形：依次将铝合金外板坯4、预成形压边圈3、固体颗粒介质2和凸模1放置在铝合金外板坯成形凹模5上，闭合模具，利用液压机加载凸模1形成铝合金外板成形件。本实施例中，铝合金外板坯4共两层，首先进行下层铝合金外板坯的成形，在下层铝合金外板成形件8形成后，更换与成形下层铝合金外板成形件8的凹模成形形状完全相同的另一凹模，并在新更换的凹模上放置上层铝合金外板坯，再次利用液压机加载凸模1形成上层铝合金外板成形件6。上述上层铝合金外板成形件6和下层铝合金外板成形件8均采用固体颗粒介质软模进行成形，且二者的预成形形状完全相同，但鉴于后续所形成的碳纤维增强铝合金层板预成形件(即下述的碳纤维增强铝合金层板预成形件17)具备一定的厚度，所以上层铝合金外板成形件6和下层铝合金外板成形件8成形形状相同，但是成形面积不同，上层铝合金外板成形件6的成形面积要略小于下层铝合金外板成形件8，这也是要更换铝合金外板坯成形凹模5后，再进行另一块板坯成形的原因。由于本实施例所针对的是板材的复合压制，位于碳纤维增强铝合金层板预成形件(即下述的碳纤维增强铝合金层板预成形件17)整体两侧的上层铝合金外板成形件6和下层铝合金外板成形件8均位于最外层，故二者可统称为铝合金外板成形件(成形之前可均称为铝合金外板坯)。
S2)铝合金外板成形件表面处理：对上层铝合金外板成形件6和下层铝合金外板成形件8的粘合面进行表面处理，主要通过打磨处理和化学处理去除铝板表面疏松的氧化层，以增加金属基体对连接剂的粘附力，提高界面粘结强度。首先，可依次利用800#、1000#、1500#、2000#砂纸对上层铝合金外板成形件6的上下表面和下层铝合金外板成形件8的上下表面均进行打磨处理。然后进行碱洗-酸洗-烘干的化学处理步骤：首先利用丙酮对上层铝合金外板成形件6的上下表面和下层铝合金外板成形件8的上下表面进行擦洗，除去表面油脂；然后再将上层铝合金外板成形件6和下层铝合金外板成形件8置于(60±5)℃的25g/L氢氧化钠溶液中浸泡3min，去除表面氧化膜；然后将上层铝合金外板成形件6和下层铝合金外板成形件8表面用蒸馏水冲洗2-5min：再在200g/L-300g/L的硝酸水溶液中光化5min，中和碱液，至上层铝合金外板成形件6和下层铝合金外板成形件8的表面洁白光亮后取出，用蒸馏水冲洗2-5min，烘干。实际操作中，上述表面处理也可以仅针对上层铝合金外板成形件6的下表面和下层铝合金外板成形件8的上表面进行，操作方式与上述相同。
S3)材料层铺阶段：为方便碳纤维布7层铺，层铺过程在铝合金外板坯成形凹模5之外进行，即碳纤维增强铝合金层板预成形件17形成于模具之外。将配制好的金属连接剂的浆料均匀涂覆于经过表面处理的上层铝合金外板成形件6的下表面和下层铝合金外板成形件8的上表面，以及剪裁好的碳纤维布7两侧表面后，按照由下至上依次为下层铝合金外板成形件8-碳纤维布7-上层铝合金外板成形件6的结构层叠铺排，形成碳纤维增强铝合金层板预成形件17，并将其放入模具中等待复合压制。该步骤中包含了金属连接剂的制备过程，即在材料层铺之前先进行金属连接剂浆料的制备，主要包括如下步骤：将铝粉、硅粉和锌粉按一定重量比混合形成混合金属粉末，放置于不锈钢真空球磨罐中，罐中放置不同比例的直径5mm、直径10mm和直径15mm的不锈钢研磨球，在氩气气氛保护下，采用高能球磨机在转速300r/min～400r/min、球粉比15:1～20:1的条件下对上述混合金属粉末球磨30～50个小时，以充分混合金属粉末，完成对金属粉末的机械合金化处理。为防止冷焊现象，可在球磨罐中加入质量分数为1％～1.5％的硬脂酸或质量分数为1.5％～3％的无水乙醇。将机械合金化后的金属粉末与乙二醇溶液、AlF3-KF·KCI钎剂混合，制成浆料，便于涂覆。
S4)碳纤维增强铝合金层板预成形件复合压制阶段：首先进行装模，即将层铺好的碳纤维增强铝合金层板预成形件17放入铝合金外板坯成形凹模5内，为防止复合压制成形过程中层板发生滑移，可使用压边圈对其边缘进行压紧，将固体颗粒介质2倒入并尽量充满碳纤维增强铝合金层板预成形件17内的各边角部位，然后盖上凸模1。之后通过采用液压机加载凸模的方式，利用固体颗粒介质软模成形方式(技术)对碳纤维增强铝合金层板预成形件17进行复合压制，形成碳纤维增强铝合金层板构件。
S5)金属连接剂加热熔化阶段：对碳纤维增强铝合金层板预成形件17进行复合压制后，液压机卸载，可再利用紧固组件继续为凸模1提供20MPa～30MPa的压力。同时，将将组装后的成形模具及紧固组件放入充有保护气氛的气氛保护炉中进行加热熔化，炉内升温速率为3℃/min～5℃/min，加热温度为420℃～520℃，金属连接剂浆料结合时间为30min-120min。同时保温阶段可以实现6系或7系铝合金板材，即上层铝合金外板成形件6和下层铝合金外板成形件8的固溶处理。
S6)卸模阶段：碳纤维增强铝合金层板预成形件17在气氛保护炉中保温完成后，等待模具冷却至常温。冷却完成后，紧固组件卸载，取出固体颗粒介质2与压制成形的碳纤维增强铝合金层板构件。最后将碳纤维增强铝合金层板构件的边缘进行修剪即得到最终零件。
本实施例中，根据材料类型与板件厚度的不同，上述步骤S5)中保护炉内的升温速率优选设置为1.5℃/min。
本实施例中，上述步骤S4)中采用固体颗粒介质成形技术对碳纤维增强铝合金层板预成形件17进行复合压制成形。其中，固体颗粒介质2可以优选直径0.3～0.6mm的二氧化硅颗粒或陶瓷颗粒，加压过程模具的缝隙中会进入颗粒，但因为固体颗粒之间相互摩擦作用最终会起到封闭作用的。
本实施例中，当铝合金外板坯成形凹模5和凸模1选用如图2和3所示的异形结构时，实现了异形截面碳纤维增强铝合金层板的制备，扩大了纤维金属层板应用范围。利用压力自锁装置(即紧固组件)实现固化压力保持，简单便捷；复合压制过程中融合金属连接剂熔化结合和固溶处理，巧妙综合了铝合金低温变形热处理和碳纤维增强铝合金层板构件制备技术，提高复合构件使用强度，实现高质量复合层板构件的成形制备。
本实施例中，在复合压制过程中，应用了固体颗粒介质软模成形技术。固体颗粒介质传热、传压均匀，耐热，易密封，而且具有流动性，压力过大的位置颗粒会向压力较低部位流动而防止过载，同时利用流动性，提高了细微部位的成形精度，避免了模压成形中填充异形截面部位困难的问题。
本实施例设计了“铝合金外板材软模成形→铝合金外板成形件表面处理→碳纤维布和上、下层铝合金外板成形件铺贴(包含金属连接剂浆料制备)→碳纤维增强铝合金层板预成形件复合压制→气氛保护炉中金属连接剂加热熔化及铝合金固溶处理→卸模”的纤维增强金属层板构件复合成形一体化工艺方案。先预成形后复合压制的方案避开了金属层和纤维层协调变形的问题，可以有效避免层板成形中存在的纤维层断裂等问题，提高了碳纤维增强铝合金构件的应用范围。
本实施例将复合构件放在一定温度的加热炉中，这一特定温度既保证了纤维层之间及纤维层与铝合金构件间充分结合，同时在这一特定温度下，上、下层铝合金板坯无论选用7系铝合金板材还是6系铝合金板材，均能够达到其固溶温度，保证了复合构件的使用。
本实施例采用固体颗粒介质成形技术实现层板构件的复合压制，与液压成形相比无需密封，没有污染，固体颗粒介质可循环使用，符合低碳环保要求；颗粒介质软模成形工艺，具有传热、传压均匀，密封性好等优点。由于只需要更换不同具有不同形状型腔的成形模具，减少了产品投资，可用于小批量大曲率构件生产。
本实施例中所涉及的碳纤维增强铝合金层板构件成形模具，可用于对铝合金外板坯进行固体颗粒介质软模成形、对碳纤维增强铝合金层板预成形件进行复合压制以及对碳纤维增强铝合金层板构件进行金属连接剂熔化结合的过程中。如图1～4所示，上述碳纤维增强铝合金层板构件成形模具的结构主要包括铝合金外板坯成形凹模5、凸模1、压边组件和紧固组件。铝合金外板坯成形凹模5包括多种具备不同形状且能够相互替换的凹模本体。凸模1用于与固体颗粒介质2和对应的凹模本体配合，能够对铝合金上、下层板坯进行软模成形和对碳纤维增强铝合金层板预成形件进行复合压制。压边组件15安装于凹模本体上，能够在软模预成形和复合压制阶段固定铝合金上、下层板坯和碳纤维增强铝合金板壳层板预成形件的边缘。紧固组件包括自上而下依次设置的紧固螺栓9、紧固顶板10、紧固滑板12、紧固弹簧14、紧固支架13和紧固底座18；凹模本体设置于紧固底座18的上方；紧固支架13的底端固定设置于紧固底座18的上方，且紧固支架13位于凹模本体的外周；紧固滑板12滑动套设于紧固支架13上，且紧固滑板12位于凸模1的上方；紧固弹簧14套设于紧固支架13上，且紧固弹簧14的两端分别与紧固滑板12的下表面和紧固底座18的上表面相抵或连接；紧固顶板10固定于紧固支架13的顶端，紧固螺栓9贯穿紧固顶板20设置，并与紧固顶板10螺纹连接，紧固螺栓10能够推动紧固滑板12下行，以下压凸模1。
如图4所示，紧固组件套设于复合压制模具外，紧固滑板12的上表面还设置有止推轴承11。将装模后的复合压制模具放置于紧固底座18内，依次安装紧固支架13、紧固弹簧14、紧固滑板12、止推轴承11、紧固顶板10和紧固螺栓9，通过旋转紧固螺栓9对止推轴承11施加压力，从而对紧固滑板12施加压力，进而对凸模1施加压力，使碳纤维布7中的金属连接剂充分熔化并浸润碳纤维，提高对铝合金表面微孔的渗透和结合作用。紧固弹簧14可调整施加压力，避免压力过高；同时紧固弹簧14还起到将紧固滑板12复位的作用。
本实施例中，压边组件15包括压边圈和用于将压边圈固定的压边螺栓。如图4所示，压边组件15的压边圈与铝合金外板坯成形凹模5之间还设置有垫圈16，以确保压边圈牢固且平稳地对板材边缘施加压力。
本实施例中，鉴于成形模具包括多种具备不同形状且能够相互替换的凹模本体，所以可针对不同凹模本体的不同形状规格，将凸模1也对应设置为具有多种形状规格。其中，凸模1用于压制固体颗粒介质2，所以为了确保凸模1对固体颗粒介质2的力传递均匀，优选将凸模1的底面设置为平面。至于凹模本体的成形面，可以是不规则波浪状，或锯齿状等，可用于各种异形截面碳纤维增强铝合金层板的制备。
上述碳纤维增强铝合金层板构件成形模具，结构布置合理，便于拆装，可用于实施包含上述碳纤维增强铝合金层板构件成形工艺在内的多种层板构件成形工艺，尤其适用于异形截面纤维金属层板构件制备。
需要说明的是，对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内，不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
本发明中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
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