一种炭复合材料的压花工艺的制作方法

本发明属于炭复合材料压花，尤其涉及一种炭复合材料的压花工艺。

背景技术：

1、炭复合材料是由炭纤维及其制品(炭钻或炭布)增强的炭纤维复合材料。炭复合材料具有许多炭和石墨材料的优点，如密度低(石墨的理论密度为2.2g/cm)和优异的热性能，即高的导热性、低热膨胀系数以及对热冲击不敏感等特性。作为新型结构材料，炭还具有优异的力学性能，如高温下的高强度和模量，尤其是其随温度的升高，强度不但不降低反而升高的特性以及高断裂韧性、低蠕变等性能。这些特性，使炭复合材料成为目前唯一可用于高温达2800c的高温复合材料。非常适用于高温烧蚀环境，如火箭发动机喷管，喉衬、坩埚、硅碳棒等。

2、由于炭复合材料的成品具有硬度大、耐磨系数高，所以在其高温灼烧衬成型之前，对相对柔软的毛坯材料进行压花印制，但是目前的压花工具一般采用刚性压制，压花过程中，若压制力道控制不得当，容易对炭复合的毛坯材料造成损坏；并且压头在相对低的工作环境中，由于挤压容易与炭复合的毛坯材料发生粘连，压头不易与炭复合材料分离，导致压花效果不好，出现错花现象；目前对于拼接压花，尤其是对于圆形印花的压制，需要压头转动多次，操作较为繁琐，有待改进。

技术实现思路

1、针对现有技术不足，本发明的目的在于提供了一种炭复合材料的压花工艺，解决了背景技术中提出的问题。

2、本发明提供如下技术方案：

3、一种炭复合材料的压花工艺，包括以下步骤：

4、s1，炭复合的成型压花件在高温硬化处理硬化之前，将其通过压板固定在托盘上，进行固定；

5、s2，启动直线电机和液压缸调节压头的位置，使压头的柔性导电件与压花件接触，接触之后压头内部的通电线圈通过柔性导电件与压花件形成电性连接，通电线圈一端连接电源正极，压花件通过导线连接电源的负极接线柱，且通电线圈连接有振荡器，振荡器周期性改变通电线圈中的电流方向，使压头中的铁芯产生涡流效应，铁芯和压头的温度升高，温度升高之后驱动压花板移动，对压花件进行单次压花；

6、s3，单次压花完成之后，伸缩缸驱动压头离开压花件，通电线圈形成断路，铁芯和压头降温冷却，压花板复位；启动伺服电机驱动凸轮带动移动杆发生转动，移动杆转动过程中，移动杆端部的卡爪通过对相邻两个卡柱的切换，带动托盘转动一定的角度，停止伺服电机，最后驱动压头和压花板重复压花操作，直至在压花件表面完成圆形的压花。

7、优选的，该工艺采用一种压花装置，包括底座，底座的两侧设有龙门架，龙门架的顶部设有直线电机，直线电机下方设有伸缩缸，伸缩缸的端部连接有压头；所述底座内部设有伺服电机，伺服电机驱动连接有托盘，伺服电机驱动托盘转动，所述托盘的上方对称连接有两个支撑柱，支撑柱的内侧连接有伸缩杆，伸缩杆一端连接压板，伸缩杆的另一端连接有弹簧，通过弹簧与支撑柱连接；所述压板对压花件进行夹持；压板连接有导线，导线通过压板与压花件连接，导线的另一端连接电源的负极接线柱。

8、优选的，所述压头内部设有通电线圈，通电线圈一端连接电源正极，且通电线圈内部设有铁芯，通电线圈串联连接有振荡器，通电线圈另一端电性连接柔性导电件，所述柔性导电件设置在压头靠近托盘的一端。

9、优选的，所述铁芯的两侧均设有筒体，所述筒体内部设有磁性活塞，磁性活塞一侧连接有连接杆，磁性活塞的另一侧为密封腔，密封腔内设有弹性件，弹性件一端与磁性活塞连接，另一端与筒体内壁连接；所述连接杆的另一端延伸至筒体的外侧，且连接杆连接有压花板，连接杆与筒体间隙滑动连接，所述压花板的厚度小于柔性导电件的厚度。

10、优选的，所述密封腔连接有导管，导管的另一端连接有盒体，导管内设有阀门，盒体内设有冷凝腔，冷凝腔下方设有隔板，冷凝腔下方装有冷却介质，所述冷凝腔连接有回气管，所述回气管的另一端连接在筒体的中间位置，所述回气管设有气阀，只能供蒸汽通过。

11、优选的，冷却介质采用冷却液。

12、优选的，所述导管内的阀门为单向阀，仅供盒体内的介质单向流向筒体；回气管内设置的气阀为单向阀，仅供筒体内的蒸汽单向流向盒体的冷凝腔。

13、优选的，筒体的外侧壁设有螺旋线圈，所述压头内部靠近压花板的一侧设有铁板，铁板内部设有励磁线圈，所述螺旋线圈与励磁线圈电性连接，所述铁板与压花板之间能够进行热量传递。

14、优选的，所述伺服电机转动连接有凸轮，凸轮的另一侧转动连接有滑动轴；所述底座中心位置设有转轴，所述转轴的另一端转动连接托盘；所述转动轴上设有移动杆，所述移动杆上开设有第一通槽和第二通槽，转周轴贯穿设置在第一通槽内，且转动轴在第一通槽内间隙滑动连接；所述转轴贯穿设置在第二通槽内，转轴与第二通槽间隙滑动连接。

15、优选的，所述移动杆的端部设有卡爪，托盘靠近移动杆的一侧沿周向均匀设有多个卡柱，凸轮带动移动杆移动时，移动杆端部的卡爪能够对相邻的两个卡柱依次卡接。

16、另外，步骤s1中，将压花件的毛坯材料放置在托盘上，通过托盘两侧设置的压板对其进行夹持，压板两侧设置的弹性件对压板提供反作用力，一方面有助于压板压紧压花件，另一方面对压花件形成缓冲力，防止压板压坏压花件，保护压花件的完整性。

17、步骤s2中，伸缩缸驱动压头靠近压花件之后，当压头的柔性导电件与压花板接触之后，伸缩缸停止工作，由于压花件为炭复合材料，含有大量的炭元素，所以压花件能够进行导电；此时压头内部的通电线圈与柔性压电件、压花板、导线、接线柱形成了连通，通电线圈通电，且通电线圈通过振荡器形成方向相反的周期性交替电流，通电线圈内部的铁芯受到电涡流效应发热，并且将热量通过柔性导电件传输至压花件，对压花件进行预热，一方面防止压花过程中与压花板粘连，另一方面有助于压花件的干燥，保持硬度。

18、当铁芯发热时，密封腔中的水受热蒸发，带动磁性活塞和连接杆发生移动，弹簧同时受到拉伸，磁性活塞和连接杆驱动压花板移动，对压花件进行压花，通过蒸汽驱动压花板的方式进行压花，相对与传统硬性驱动方式，能够减少压花板对压花件的损坏，压花效果更好；磁性活塞移动至回气管的下方时，回气管与密封腔形成连通，密封腔中的蒸汽通过回气管进入到盒体的冷凝腔中，盒体内的冷却液温度较低，将水蒸气液化，液化的水蒸气在冷凝腔内形成堆积，当液化水的质量达到设定的阈值时，导管的阀门开启，冷凝腔中的液化水通过导管重新进入到密封腔中；随着密封腔内的蒸汽量减少，密封腔中的压强减小，磁性活塞受到弹簧的回弹力租用反向运动，当磁性活塞移动至回气管的上方时，回气管与密封腔形成隔离，从冷凝腔中回流到密封腔中的液化水持续受到蒸腾作用，再次驱动磁性活塞带动连接杆和压花板移动，进行二次压花；应当理解的是，在一次压花之后，液压缸带动压头向上移动，柔性导电件与压花件脱离，通电线圈断路，铁芯停止加热，密封腔停止蒸发作用，磁性活塞受到弹簧回力作用复位；上述驱动压花的过程中，随着磁性活塞在密封腔内的往复运动，筒体外侧的螺旋线圈产生感应电动势，感应电流随着磁性活塞的移动方向发生周期性的方向变化，方向变化的感应电流流向励磁线圈，励磁线圈使铁板产生涡流现象，铁板发生热，铁板将热量传递至压花板，对压花板进行加热，一方面防止压花板与压花件在压制时发生粘连，另一方面提高了压花驱动过程中的热能的利用率，减少了热量损失，有利于将损失的热能充分利用，提高压花效率。上述驱动压花板压花过程中，可能会出现磁性活塞受压力过大，对压花件造成损坏，或者磁性活塞受压力过小，不足以使压花板对压花件造成压花，为了避免上述情况的发生，所述密封腔的压强p与密封腔的体积v，蒸汽的密度ρ，与磁性活塞的面积s、弹簧的伸长量l之间满足：4/5(ps-2/3kl)≥α·(vρ)/g≥1/2(ps-2/3kl)；上式中，k为弹簧的劲度系数，α为调节系数，取值范围为0.33-0.89；上式只进行数值计算，不进行单位计算。

19、另外，在针对圆形压花压制时，在压头单次压制之后，无需对压头的位置进行调节，只需要启动伺服电机，伺服电机带动凸轮转动，凸轮在转动时带动滑动轴在第一通槽内滑动，当滑动轴滑动到第一通槽的端部时，滑动轴同步带动移动杆进行椭圆运动，同时转轴在第二通槽内的相对位置发生滑动，滑动轴同步带动移动杆能够进行15°、30°、45°、60°、90°、120°单次转动，在转动过程中，移动杆端部的卡爪从初始位置的卡柱上脱离，经过转动杆带动移动杆转动一定的角度之后，卡爪卡入相邻位置的卡柱，并带动卡柱一同发生转动，从而完成托盘的角度转动，托盘转动的角度能够为15°、30°、45°、60°、90°、120°。

20、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

21、本发明一种炭复合材料的压花工艺，通电线圈通电，且通电线圈通过振荡器形成方向相反的周期性交替电流，通电线圈内部的铁芯受到电涡流效应发热，并且将热量通过柔性导电件传输至压花件，对压花件进行预热，一方面防止压花过程中与压花板粘连，另一方面有助于压花件的干燥，保持硬度。

22、铁芯发热驱动压花的过程中，随着磁性活塞在密封腔内的往复运动，筒体外侧的螺旋线圈产生感应电动势，感应电流随着磁性活塞的移动方向发生周期性的方向变化，方向变化的感应电流流向励磁线圈，励磁线圈使铁板产生涡流现象，铁板发生热，铁板将热量传递至压花板，对压花板进行加热，一方面防止压花板与压花件在压制时发生粘连，另一方面提高了压花驱动过程中的热能的利用率，减少了热量损失，有利于将损失的热能充分利用，提高压花效率。

23、在针对圆形压花压制时，在压头单次压制之后，无需对压头的位置进行调节，能够满足多角度的圆形花型的压制，使用简单，调节方便。

24、通过托盘两侧设置的压板对其进行夹持，压板两侧设置的弹性件对压板提供反作用力，一方面有助于压板压紧压花件，另一方面对压花件形成缓冲力，防止压板压坏压花件，保护压花件的完整性。