是在金属冲压成型的基础上发展起来的,主要用于加工具有冲压成型工艺性能的复合材料片材。
冲压成型
利用模具通过高速压力进行复合材料制品成型的方法。
- 英文名称
- stamping processing
- 所属学科
- 材料科学与工程
热塑性片材通常是指以热塑性树脂为基体制备的硬质或软质平面材料,常用的热塑性树脂基体包括聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯以及聚氯乙烯等,增强相多为连续玻璃纤维毡或短切玻璃纤维毡。具有成型周期短、生产效率高、弹性模量和强度高、尺寸稳定、耐腐蚀、电绝缘性好、设计空间大,以及可长期储存等优点。通过结构优化设计,热塑性片材可以取代部分金属材料,其较原金属件减重30%~80%,可满足汽车的轻量化、节能环保的发展需求。其典型制品包括保险杠横梁、仪表板、座椅骨架、电池托架等40多种零部件。
传统的热塑性片材面密度一般为4000~5500克/厘米2,体积密度为1.1~1.3克/厘米3。相同面积或体积下,轻质热塑性片材可以实现50%~80%以上的减重目标,也可将热塑性复合材料的应用范围进一步扩展到功能材料。
冲压成型的工艺过程主要包括:①片材剪裁,将热塑性片材根据制品厚度、体积和重量设计出片材的形状、层数及重量,并借助下料机完成片材剪裁与铺叠成型,其中坯料的重量应等于制品重量或稍有富余。②坯料预热,将下料完成的坯料放入加热炉内预热到成型要求温度,加热时间一般控制在90~180秒。③冲压成型,将预热坯料转换到保持一定温度的金属模具内,利用压机实现制品的冲压成型。④脱模修整,冲压坯件经冷却后脱模并修正得到成品。冲压成型过程中所用压机的关键技术参数包括合模速度(通常要求50~200厘米/分钟)、台面尺寸、压力大小(需参考产品尺寸和形状确定)和保压时间(一般为10~50秒)。
根据成型过程预热温度的不同,可分为固态冲压成型和流动态(液态)冲压成型两种。
①固态冲压成型,将裁剪好的片材坯料加热至低于基体黏流态温度10~20℃,然后放入模具型腔中,快速合模压制,合模压力一般控制在1.0兆帕以内。其成型过程中坯料铺放性好,成型温度低、压力小、周期短,但制品的形状比较简单。
②流动态(液态)冲压成型,坯料预热温度高于树脂熔融点10~20℃,合模压力为10~20兆帕。所用热塑性片材增强材料为连续卷曲纤维薄毡或短切纤维毡,而非编织布或单向布,成型过程中坯料在模内流动从而充满模腔。其成型压力较高且树脂浸渍较好,可以压制厚度和密度变化的、带有凸台或加强肋等形状复杂或带有金属嵌件的制品。