CN102431183B - 一种成型模具及使用该模具制造成型制件的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种模具，包括底模(1)、至少两个挡块(2、3、4)、和盖板(5)，所述至少两个挡块间隔开地布置在所述底模(1)上从而形成空间，所述盖板(5)布置在相邻挡块上，其特征在于，所述模具还包括具有第一斜面(16)的第一压块(6)和具有第二斜面(17)的第二压块(7)，所述相邻挡块中的一个挡块、所述第一压块(6)、所述盖板(5)和底模(1)限定型腔，并且所述第一斜面(16)和所述第二斜面(17)彼此贴合，使得所述第二压块(7)能够与所述第一压块(6)彼此贴合地上下移动。本发明模具克服了现有技术中存在的不易组装和加压、脱粘、疏松以及质量不稳定等问题。

Description

一种成型模具及使用该模具制造成型制件的方法

技术领域

本发明属于成型模具技术领域，具体涉及一种成型模具及制造成型制件的方法。 

背景技术

现在的成型模具仍然存在诸多问题，例如不容易组装和/或加压、脱粘、疏松以及质量不稳定等问题，尤其是使用先进复合材料(Advanced Composites Material)来制造复合材料制件时所使用的成型模具，上述问题尤其突出。 

所谓先进复合材料，是指可用于加工主承力结构和次承力结构、其刚度和强度性能相当于或超过铝合金的复合材料。先进复合材料具有质量轻、比强度较高、比模量较高、延展性较好、抗腐蚀、隔热、隔音、减震、耐高(低)温等特点，已被大量运用到航空航天、医学、机械、建筑等领域。尤其是先进复合材料具有高比强度、高比模量的特点，在满足结构强度和刚度的前提下能够减轻航空航天器械的重量，因而已逐步取代金属材料在包括航空航天领域在内的各个领域中得到广泛应用。 

在利用先进复合材料的过程中，经常需要将先进复合材料制造成各种复合材料制件。对于结构复杂的复合材料制件，可以采用RTM(Resin Transfer Molding，树脂传递成型)和热压罐工艺。一般RTM工艺采用共固化成型技术，而热压罐工艺基本是采用零件单独成型然后胶接固化。 

目前，RTM工艺存在主要存在如下问题：(1)树脂对纤维的浸滞不够理想，制品里存在空隙率较高和/或干纤维的现象；(2)制品的纤维含量较低，一般为约50％；(3)大面积、结构复杂的模具型腔内，树脂流动不均衡，而这个动态过程无法观察、更不能进行预测和控制。 

与RTM工艺相比，热压罐工艺具有如下优点：(1)生产效率高，制品质量稳定且强度高，制品致密性高。(2)热压罐可同时加热加压，其施加的压 力通常为2～3个大气压，这使得在热压罐中成型的制品具有更高的致密度，其强度性能更好，因而更适合于主结构件的成型。 

但是，目前的热压罐工艺也存在一些问题，例如(1)生产工艺成本高，热压罐本身成本远高于热压机、烘箱等成型设备；(2)热压罐工艺复杂，真空系统在罐内操作性较差。 

如上所述，热压罐工艺基本是采用零件单独成型然后胶接固化。一般的复合材料制件都是由多个单独的复合材料制件完成后再胶接成型。 

在胶接固化时，为了保证胶接后的强度，胶接一般都是在中高温条件下进行，这样复合材料零件就会有一个加速老化的问题产生，对复合材料零件的性能会有一定的损伤。这是因为同一个力学松弛现象既可以在较高温度下利用较短时间内观察到，也可以在较低温度下和较长时间内观察到，故升高温度与延长观察时间对分子运动是等效的，这就是时-温等效原理。复合材料的胶接每多经过一次高温状态，就相当于复合材料在常温下经过了较长时间，所以说二次胶接会加速老化。 

另外，在例如热压罐成型技术中所使用的模具，在采用橡胶软模存在以下问题：(1)预浸料中的小分子较难排尽，产品易产生疏松及孔隙率缺陷；(2)橡胶软模是作为压力源使用的，由于橡胶模较厚，尤其在角区，膨胀能力与其他区域存在差异，不能使倒T结构和蒙皮平板完全贴合，导致出现脱粘、疏松现象；(3)橡胶软模在加热过程中，因热传导问题，导致制件加热固化不定因素增多，引起固化后质量不稳定。 

发明内容

鉴于上述问题，本发明提供了一种的模具及使用方法，其中采用如下技术方案来实现： 

1.一种模具，所述模具包括如下部件：底模、至少两个挡块、和盖板，所述至少两个挡块间隔开地布置在所述底模上，从而在相邻挡块之间形成空间，所述盖板横跨地布置在所述相邻挡块上面，其特征在于， 

所述模具还包括布置在所述空间中的具有第一斜面的第一压块和具有第二斜面的第二压块，所述相邻挡块中的一个挡块、所述第一压块、所述盖板和底模限定型腔，并且所述第一斜面和所述第二斜面彼此贴合，使得所述 第二压块能够与所述第一压块彼此贴合地沿着所述第一斜面上下移动。 

2.如技术方案1所述的模具，其特征在于，所述模具的至少一个部件由金属材料制成。 

3.如技术方案2所述的模具，其特征在于，所述模具的所有部件均由金属材料制成。 

4.如技术方案1至3任一项所述的模具，其特征在于，所述挡块固定地连接至所述底模。 

5.如技术方案1至4任一项所述的模具，其特征在于，所述模具用于制备倒T型结构制件，并且所述第一压块超出所述倒T型结构制件的与所述第一压块相接触的底部分支，并且与挡块有一定距离。 

6.如技术方案5所述的模具，其特征在于，所述第一压块超出所述底部分支的尺寸d1为2mm，距挡块(4)的尺寸d2为1mm至3mm。 

7.一种压模成型制件的制造方法，其特征在于，所述方法采用技术方案1至6任一项所述的模具。 

8.如技术方案7所述的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤： 

(1)模具组装和加料步骤； 

(2)模具封装步骤；和 

(3)固化和脱模步骤。 

9.如技术方案7或8所述的方法，其特征在于，所述模具组装和加料步骤包括预浸料铺层步骤和模具组装步骤。 

10.如技术方案7至9任一项所述的方法，其特征在于，在所述预浸料铺层步骤和所述模具组装步骤之间还包括预压实步骤。 

11.如技术方案7至10任一项所述的方法，其特征在于，所述封装步骤按如下方式进行：在经组装后的所述模具周围贴密封胶条，并在所述模具上方依次放置无孔膜、透气毡、真空袋，将所述模具封装。 

12.如技术方案7至11任一项所述的方法，其特征在于，所述固化和脱模步骤按如下方式进行：根据制件材料的固化工艺在热压罐中将经封装的所述模具进行相应的升温固化过程和降温脱模过程。 

13.如技术方案7至12任一项所述的方法，其特征在于，所述方法在所述固化和脱模步骤之后还包括修整步骤。 

14.如技术方案7至13任一项所述的方法，其特征在于，所述压模成型制件为平板结构制件。 

15.如技术方案7至13任一项所述的方法，其特征在于，所述压模成型制件为倒T型结构制件。 

16.如技术方案15所述的方法，其特征在于，所述预浸料铺层步骤采用如下方式进行：在所述底模上进行平板结构预浸料的铺层，并在所述相邻挡块上进行倒T型结构预浸料的铺层；所述预压实步骤在预浸料铺到规定层数后进行；所述模具组装步骤采用如下方式进行：将经铺层并压实的所述平板结构预浸料放置在所述底模上，然后在所述平板结构预浸料上放置所述相邻挡块的第一挡块，接着放置经铺层并压实的所述倒T型结构预浸料，再放置所述相邻挡块的第二挡块，然后依次将所述第一压块和所述第二压块放入到所述倒T型结构预浸料和所述第二挡块之间，最后将所述盖板横跨地布置在所述相邻挡块上面。 

通过本发明的模具可以在例如热压罐中成型出共固化结构的复合材料制件，成型后的产品外观、尺寸以及无损检测都能满足设计要求，同时，本发明的模具不采用硅橡胶软模，克服了利用硅橡胶的热膨胀实现对倒T型结构的加压以共固化所带来的产品合格率不高的问题，从而可以在热压罐中成型出例如共固化结构的复合材料制件。 

附图说明

图1是根据本发明的一个实施方式的模具的剖视图； 

图2是图1所示的剖视图的局部放大图； 

图3是根据本发明的实施方式的模具的左视图； 

图4是根据本发明的一个实施方式的第一压块的视图；和 

图5是根据本发明的一个实施方式的第二压块的视图。 

具体实施方式

下面参照附图详细地描述本发明的示例性实施方式。 

需要指出的是，在本发明中参考的方向，例如上表面、下表面、左侧、右侧、左、右、上、下等术语是参考附图中所示的零件取向和方位来描述的。 当零件取向和方位发生改变时，这些表示方向的术语也相应地发生改变。采用这些术语(包括在权利要求书中)只是为了方便理解本发明，并不是为了对本发明进行任何限制。 

如上所述，本发明提供了一种模具和使用所述模具来制造压模成型制件的方法。 

在本发明的第一方面，提供了一种模具，所述模具包括如下部件：底模1、至少两个挡块2、3、和盖板5，所述至少两个挡块间隔开地布置在所述底模1上，从而在相邻挡块之间形成空间，所述盖板5横跨地布置在所述相邻挡块上面，其特征在于，所述模具还包括布置在所述空间中的具有第一斜面16的第一压块6和具有第二斜面17的第二压块7，所述相邻挡块中的一个挡块、所述第一压块6、所述盖板5和底模1限定型腔，并且所述第一斜面16和所述第二斜面17彼此贴合，使得所述第二压块7能够与所述第一压块6彼此贴合地沿着所述第一斜面16上下移动。 

在一些实施方式中，所述至少两个挡块仅包括位于所述底模1的左端的左端部挡块2和位于底模1的右端的右端部挡块3，所述相邻挡块即为该左端部挡块2和右端部挡块3。 

另外，所述端部挡块2，3与底模1的连接方式没有限制，可以例如固定地连接至所述底模1上，其中对固定的方式也没有限制，可以采用例如销子固定至所述底模1上。 

在一些实施方式中，所述至少两个挡块还包括位于底模1上并布置在所述左端部挡块2和所述右端部挡块3之间的中间挡块4，所述中间挡块4的数量可以根据需要增减，例如可以为1个、2个、3个等。 

在需要制造片型结构制件时，所述中间挡块4以与所述底模1相接触的方式固定至所述底模1上，并且可以以与所述左端部挡块2和所述右端部挡块3相同的方式固定地连接至所述底模1上；在需要制造例如倒T型结构制件时，所述中间挡块4布置成压在例如经铺层的预浸料上。 

另外，在一些实施方式中，所述模具的至少一个部件，例如所述底模1、挡块2，3，4、盖板5、第一压块6、第二压块7中的至少一个部件由金属材料制成，优选多个所述部件由金属材料制成，最优选所有所述部件均由金属材料制成。所述金属材料可以根据需要进行选择，例如在制件材料为T700/HD93 复合材料的情况下，所述金属材料优选为例如钢45#。 

另外，在一些实施方式中，所述模具用于制备倒T型结构制件，并且当制件材料为例如蓬松材料时，所述第一压块6超出所述倒T型结构制件的与所述第一压块6相接触的底部分支，以便更好地控制制件材料尺寸，与挡块之间有一定距离是为了更好的安放压块。在一些实施方式中，所述第一压块6与挡块4之间的距离d2，所述距离d2可以为1mm至3mm，例如为1mm、1.5mm、2mm、2.5mm或3mm等。 

在另一方面，本发明提供了一种压模成型制件的制造方法，所述制造方法采用上文所述的模具进行，关于模具的具体特征，在此不再赘述。 

另外，在一些实施方式中，所述方法包括如下步骤：(1)模具组装和加料步骤；(2)模具封装步骤；和(3)固化和脱模步骤。当然，也可以根据需要增加其他的步骤。 

在一些实施方式中，所述模具组装和加料步骤包括预浸料铺层步骤和模具组装步骤。当然，如果制件材料是无法铺层时，也可以采用其他方式加料。 

另外，在一些实施方式中，在所述预浸料铺层步骤和所述模具组装步骤之间还包括预压实步骤，该步骤在预浸料铺到规定层数后进行。 

在本发明中，所述封装步骤没有特别限制，可以按如下方式进行：在经组装后的所述模具周围贴密封胶条，并在所述模具上方依次放置无孔膜、透气毡、真空袋，从而将所述模具封装。 

另外，在一些实施方式中，所述固化和脱模步骤按如下方式进行：根据制件材料的固化工艺在热压罐中将经封装的所述模具进行相应的升温固化过程和降温脱模过程，固化的温度根据制件材料等情况决定。 

在一些实施方式中，所述方法还可以在所述固化和脱模步骤之后还包括修整步骤。 

可以采用本发明的模具制备各种制件，所述制件的形状没有特别的规定，例如所述制件可以为平板结构制件，或者可以为倒T型结构制件。在所述制件为利用先进复合材料制备倒T型结构制件的情况下，可以例如采用预浸料的形式进行铺层，所述预浸料铺层步骤采用如下方式进行：在所述底模1上进行平板结构预浸料的铺层，并在所述相邻挡块上进行倒T型结构预浸料的铺层；所述预压实步骤在预浸料铺到规定层数后进行；所述模具组装步骤采用如下方式进行：将经铺层并压实的所述平板结构预浸料放置在所述底模1上，然后在所述平板结构预浸料上放置所述相邻挡块的第一挡块，接着放置经铺层并压实的所述倒T型结构预浸料，再放置所述相邻挡块的第二挡块，然后依次将所述第一压块6和所述第二压块7放入到所述倒T型结构预浸料和所述第二挡块之间，最后将所述盖板5横跨地布置在所述相邻挡块上面。 

为了更好的理解本发明，下面以实施例的形式对本发明进行进一步的说明。 

在该实施例中，通过本发明的模具采用热压罐工艺制造一种共固化复合材料制件，所述模具包括底模1、产品P、左端部挡块2和右端部挡块3，两个中间挡块4，盖板5和第一压块6和第二压块7。其中所述左端部挡块2固定在底模1上，用来对倒T型结构制件的左侧进行限位；所述右端部挡块3也固定在底模1上，用来对倒T型结构制件的右侧进行限位。制件材料为T700/HD03复合材料，所有模具的部件均为钢45#。 

具体制造步骤为： 

(1)预浸料铺层：在底模1上进行平板结构预浸料的铺层；在所述左端部挡块2和右端部挡块3上进行倒T型结构预浸料的铺层； 

(2)将预浸料铺到规定层数后，进行预压实； 

(3)模具组装：预压实后，将平板预浸料放置在底板上，先在平板结构预浸料上放置左端部挡块2，然后放置倒T型结构预浸料，然后放置放上第一中间挡块4。然后，将第一压块6放入，然后将第二压块7以斜面相互贴合的方式放入。将盖板置于所述第一压块6和第二压块7的上面。按如上方式按顺序放置好后面的倒T型结构预浸料，直到最好放上右端部挡块3，并将所有挡块用销子固定在底模1上。 

(4)封装：如上所述组装好模具后，在所述模具的周围贴密封胶条，所述模具的上面依次放置无孔膜、透气毡、真空袋，将模具封装； 

(5)固化：根据制件材料的固化工艺在热压罐中进行相应的升温固化过程，最高固化温度设定为180℃； 

(6)脱模、修整：按正常模式进行脱模、修整，从而完成了复合材料制件的成型。 

从上述实施例中不难看出，本发明的模具利用第一压块6、第二压块7和盖板5的组合，并利用第二挡块2固定在底模1上，用来对倒T型结构的左侧进行限位；还将第二挡块3也固定在底模1上，用来对倒T型结构的右侧进行限位。由于制件材料在固化前为蓬松结构，如果在固化前放置在模具中的中间挡块4或第二挡块3也采用和第二挡块2一样的结构，那么复合材料的表面会扭曲变形。因此采用了第一压块6、第二压块7和盖板5的组合方式，既方便复合材料预浸料的安装，又利于复合材料成型时的加压。 

通过本发明的模具可以在热压罐中成型出共固化结构的复合材料制件，成型后的产品外观、尺寸以及无损检测都能满足设计要求。如果通过硅橡胶的热膨胀来实现对倒T型结构制件的加压来进行共固化，产品合格率要低得多，这是因为采用橡胶软模会存在以下问题： 

(1)预浸料中的小分子较难排尽，产品易产生疏松及孔隙率缺陷； 

(2)橡胶软模是作为压力源使用的，由于橡胶模较厚，尤其在角区，膨胀能力与其他区域存在差异，不能使倒T结构和蒙皮平板完全贴合，导致出现脱粘、疏松现象； 

(3)橡胶软模在加热过程中，因热传导问题，导致制件加热固化不定因素增多，引起固化后质量不稳定。 

采用如实施例所述的方式，利用本发明的模具可以在热压罐中成型出共固化结构的复合材料制件。 

以上参照具体示例性实施方式详细地描述和示出了本发明。但本发明并不限于所述和所示的示例性实施方式。在不脱离本发明的精神和范围的情况下，本领域技术人员可以对本发明进行各种修改和改变，这些修改和改变均落入所附权利要求的范围内。 

Claims (10)

1.一种模具，所述模具包括如下部件：底模(1)、至少两个挡块(2、3、4)、和盖板(5)，所述至少两个挡块间隔开地布置在所述底模(1)上，从而在相邻挡块之间形成空间，所述盖板(5)横跨地布置在所述相邻挡块上面，其特征在于，

所述模具还包括布置在所述空间中的具有第一斜面(16)的第一压块(6)和具有第二斜面(17)的第二压块(7)，所述相邻挡块中的一个挡块、所述第一压块(6)、所述盖板(5)和底模(1)限定型腔，并且所述第一斜面(16)和所述第二斜面(17)彼此贴合，使得所述第二压块(7)能够与所述第一压块(6)彼此贴合地沿着所述第一斜面(16)上下移动。

2.如权利要求1所述的模具，其特征在于，所述模具的至少一个部件由金属材料制成。

3.如权利要求1所述的模具，其特征在于，所述挡块固定地连接至所述底模(1)。

4.如权利要求1至3任一项所述的模具，其特征在于，所述模具用于制备倒T型结构制件，并且所述第一压块(6)超出所述倒T型结构制件的与所述第一压块(6)相接触的底部分支。

5.如权利要求4所述的模具，其特征在于，所述第一压块(6)超出所述底部分支的尺寸d1为2mm，距挡块(4)d2尺寸为1mm至3mm。

6.一种压模成型制件的制造方法，其特征在于，所述方法采用权利要求1至5任一项所述的模具。

7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

(1)模具组装和加料步骤；

(2)模具封装步骤；和

(3)固化和脱模步骤。

8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述压模成型制件为倒T型结构制件。

9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述模具组装和加料步骤包括预浸料铺层步骤和模具组装步骤，在所述预浸料铺层步骤和所述模具组装步骤之间还包括预压实步骤。

10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，

所述预浸料铺层步骤采用如下方式进行：在所述底模(1)上进行平板结构预浸料的铺层，并在所述相邻挡块上进行倒T型结构预浸料的铺层；

所述预压实步骤在预浸料铺到规定层数后进行；

所述模具组装步骤采用如下方式进行：将经铺层并压实的所述平板结构预浸料放置在所述底模(1)上，然后在所述平板结构预浸料上放置所述相邻挡块的第一挡块，接着放置经铺层并压实的所述倒T型结构预浸料，再放置所述相邻挡块的第二挡块，然后依次将所述第一压块(6)和所述第二压块(7)放入所述倒T型结构预浸料和所述第二挡块之间，最后将所述盖板(5)横跨地布置在所述相邻挡块上面；

所述封装步骤按如下方式进行：在经组装后的所述模具周围贴密封胶条，并在所述模具上方依次放置无孔膜、透气毡、真空袋，将所述模具封装；

所述固化和脱模步骤按如下方式进行：根据制件材料的固化工艺在热压罐中将经封装的所述模具进行相应的升温固化过程和降温脱模过程；和/或

所述降温脱模过程之后还包括修整步骤。

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