CN104589674A - 飞机用复合材料低成本简易模具及快速制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种飞机用复合材料低成本简易模具及快速成型制造方法，针对飞机用复合材料成型过程中，模具一般采用Q235A、Invar等金属材料整体制造，本发明提供了一种制造飞机用复合材料成型薄壳模具型面的专用模具及快速制造方法，采用普通板状钢材制作成网格框架结构，主要由筋板、底座、工艺定位孔等组成，筋板按复合材料零件的数学模型通过激光切割成型，筋板与底座焊接联接，两个方向的筋板采用焊接或插接方式组成网状，在网格空槽中注入填充物并按型面刮型，保证了模具强度和加快散热，在模具上制作工艺定位孔，以保证成型后的薄壳模具型面在数控机床上精确的重复定位，既保证了精度又有效节省模具材料，降低了模具制造成本。

Description

飞机用复合材料低成本简易模具及快速制造方法
技术领域
本发明涉及一种飞机用复合材料低成本简易模具及快速制造方法。
背景技术
目前，模具制造行业在设计制造模具时，大多采用金属材料整体加工制造，材料成本及加工费用较高，当模具使用寿命较低或使用次数较少时，更是造成极大的浪费。尤其在大型、精密复合材料成型模具制造方面，由于采用成本较高的Invar材料，如何在保证制件精度要求的前提下，尽可能的降低模具成本，是模具设计和制造过程中亟待解决的难题。
本发明涉及薄壳模具型面制造过程中的简易模具设计，且以关键字“简易模具”进行专利检索时，检索到发明专利21项、实用新型专利31项，未见与本发明所述相似专利。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是在复合材料精准成型过程中，为了减少模具热变形对复合材料零件精度的影响，可以采用热容量较小的薄壳模具型面，而型面制作过程所需的模具若采用金属材料整体加工制造，成本较高。本发明提出一种低成本简易模具作为一种过渡工装，主要用来制造复材精准成型过程中的薄壳模具型面。所采用的材料为普通钢材，并设计为筋板网格结构，中间注入填充物，从而避免了整体加工制造模具的成本浪费，可以有效的节省模具材料。由于薄壳模具型面在经由本模具制造成型后仍需进行数控精加工，需要在数控机床上重新定位，因此，在成型阶段，必须设计出定位基准，以便准确进行重定位，本发明采用制作工艺定位孔的方式解决此问题。
本发明的目的是一种飞机用复合材料制造薄壳模具型面时使用低成本简易模具及快速制造方法，即采用普通钢材经激光切割加得到轮廓形状，再以其作为筋板经焊接构成网格状结构，并使其上表面与所需薄壳模具型面一致，网格尺寸设计为200～300mm，网格内部以填充物填充，并将填充好的上表面按模具型面进行刮型。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种飞机用复合材料低成本简易模具，由U向筋板(1)、V向筋板(2)、底座(3)、工艺耳孔底座(4)、凸形型面(5)、支撑体(6)、开槽(7)、凸形型面(8)、支撑体(9)、开槽(10)、网格空槽(11)、填充物(12)、工艺耳孔座支撑体(13)、工艺定位孔(14)组成，其特征在于：主要由U向筋板(1)、V向筋板(2)、底座(3)组成一个网格状的低成本简易模具，所用材料为普通钢材，采用同等间隔距离的网格，间隔尺寸为200～300mm的间隔，网格数量由复合材料尺寸决定，在成型模具的每个网格之间的网格空槽(11)之间注入填充物(12)，用于模具强度的提高和快速散热，并将填充好上表面按模具型面进行刮型；所述工艺耳孔底座(4)由工艺耳孔座支撑体(13)和工艺定位孔(14)组成，工艺定位孔(14)用于数控修正模具的重复定位，工艺耳孔底座(4)采用焊接方式刚性联接在模具最外侧的U向筋板(1)或V向筋板(2)上；所述U向筋板(1)或V向筋板(2)分别采用焊接方式与底座(3)刚性联接；所述U向筋板(1)与V向筋板(2)均采用两种结构，U向筋板(1)采用的两种结构，一种是无开槽的U向筋板(1)，另一种结构是有开槽(7)的U向筋板(1)，其中，无开槽的U向筋板主要由凸形型面(5)、支撑体(6)组成，而有开槽(7)的U向筋板主要由凸形型面(5)、支撑体(6)、开槽(7)组成；V向筋板(2)采用的两种结构，一种是无开槽的V向筋板(2)，另一种结构是有开槽(10)的V向筋板(2)，其中，无开槽的V向筋板(2)主要有凸形型面(8)、支撑体(9)组成，而有开槽(10)的V向筋板(2)主要有凸形型面(8)、支撑体(9)、开槽(10)组成；所述U向筋板(1)的凸形型面(5)和V向筋板(2)的凸形型面(8)分别与复合材料零件的相应位置结构的数学模型一致，通过激光切割成型；所述U向筋板(1)与V向筋板(2)采用焊接或插入方式的刚性联接组成网格状，无开槽的U向筋板(1)与无开槽的V向筋板(2)相配合采用焊接方式刚性联接，有开槽(7)的U向筋板(1)与有开槽(10)的V向筋板(2)相配合采用插入方式的刚性联接。
所述一种飞机用复合材料低成本简易模具的快速制造方法，具体包括以下步骤：
(1)选择底座及筋板，根据所要制造的模具型面规格，选择合适尺寸的模具底座与合适数量及平面尺寸的板材；
(2)筋板切割成型，根据每一张U向筋板(1)和V向筋板(2)在整个模具中所在位置的表面形状，利用激光切割机将U向筋板(1)和V向筋板(2)加工成精确的轮廓形状；
(3)连接简易模具网格框架，采用两种方式进行U向筋板(1)和V向筋板(2)之间联接，任选其中一种联接方法即可，第一种是采用完全焊接的方式，这种方式要求在筋板切割阶段，按整体模具图将某一方向排布的U向筋板(1)分成若干小块，焊接时首先将另一方向的V向筋板(2)焊在底座上后，再逐一焊接该方向的小块U向筋板(1)，直至形成完整的模具框架；第二种是采用相互插接的方式，这种方式连接要求在筋板切割阶段，U向筋板(1)与V向筋板(2)需在正确的位置切割出插接的开槽；
(4)制作工艺定位孔，为满足模具型面成型后，进行数控精加工时能够快速准确的进行重新定位，在简易模具上设计制作的2个工艺耳孔底座(4)，工艺耳孔底座(4)焊接在模具外侧的2个U向筋板(1)或V向筋板(2)上；
(5)注入填充物并刮型，在模具框架制作完成后，在网格内部空间注入填充物(12)，再按照模具框架整体型面，对所填充的填充物(12)进行刮型，最终获得所需模具型面。
附图说明
图1是本发明的立体结构示意图。
图2是本发明的筋板原材料示意图。
图3是本发明的U向筋板的结构组成示意图(其中，图3-1是本发明的无开槽的U向筋板的结构组成示意图，图3-2是本发明的有开槽的U向筋板的结构组成示意图)。
图4是本发明的V向筋板的结构组成示意图(其中，图4-1是本发明的无开槽的V向筋板的结构组成示意图，图4-2是本发明的有开槽的V向筋板的结构组成示意图)。
图5是本发明的网格结构示意图(其中，图5-1是本发明的焊接联接方式的网格结构示意图，图5-2是本发明的插入联接方式的网格结构示意图)。
图6是本发明的剖视图示意图。
1-U向筋板、2-V向筋板、3-底座、4-工艺耳孔底座、5-凸形型面、6-支撑体、7-开槽、8-凸形型面、9-支撑体、10-开槽、11-网格空槽、12-填充物、13-工艺耳孔座支撑体、14-工艺定位孔。 
具体实施方式
本技术方案还可以通过以下技术措施来实现并下面结合附图对本发明作进一步的描述：
图1是本发明的立体结构示意图，图6是本发明的剖视图示意图，由U向筋板(1)、V向筋板(2)、底座(3)、工艺耳孔底座(4)、凸形型面(5)、支撑体(6)、凸形型面(8)、支撑体(9)、网格空槽(11)、填充物(12)、工艺耳孔座支撑体(13)、工艺定位孔(14)组成，其特征在于：主要由U向筋板(1)、V向筋板(2)、底座(3)组成一个网格状的低成本简易模具，所用材料为普通钢材，采用同等间隔距离的网格，间隔尺寸为200～300mm，网格数量由复合材料尺寸决定，在成型模具的每个网格之间的网格空槽(11)之间注入填充物(12)，一般选用水泥作为填充物(12)，用于模具的快速散热，并将填充好上表面按模具型面进行刮型；工艺耳孔底座(4)由工艺耳孔座支撑体(13)和工艺定位孔(14)组成，工艺定位孔(14)用于数控修正模具的重复定位，工艺耳孔底座(4)采用焊接方式刚性联接在模具最外侧的U向筋板(1)或V向筋板(2)上；U向筋板(1)或V向筋板(2)分别采用焊接方式与模具底座(3)刚性联接；U向筋板(1)与V向筋板(2)采用焊接或插入方式的刚性联接组成网格状。
图2是发明的筋板原材料示意图，图3是本发明的U向筋板的结构组成示意图(其中，图3-1是本发明的无开槽的U向筋板的结构组成示意图，图3-2是本发明的有开槽的U向筋板的结构组成示意图)，采用普通钢材经激光切割加得到轮廓形状，无开槽的U向筋板(1)主要由凸形型面(5)、支撑体(6)组成；有开槽(7)的U向筋板(1)主要由凸形型面(5)、支撑体(6)、开槽(7)组成。
图4是本发明的V向筋板的结构组成示意图(其中，图4-1是本发明的无开槽的V向筋板的结构组成示意图，图4-2是本发明的有开槽的V向筋板的结构组成示意图)，无开槽的V向筋板(2)主要有凸形型面(8)、支撑体(9)组成；有开槽(10)的V向筋板(2)主要有凸形型面(8)、支撑体(9)、开槽(10)组成。
图5-1是本发明的焊接联接方式的网格结构示意图，主要由U向筋板(1)、V向筋板(2)、凸形型面(5)、支撑体(6)、凸形型面(8)、支撑体(9)组成，U向筋板(1)采用无开槽的，V向筋板(2)采用无开槽的，无开槽的U向筋板(1)与无开槽的V向筋板(2)相配合采用焊接方式刚性联接。
图5-2是本发明的插入联接方式的网格结构示意图)，主要由U向筋板(1)、V向筋板(2)、凸形型面(5)、支撑体(6)、开槽(7)、凸形型面(8)、支撑体(9)、开槽(10)组成，U向筋板(1)采用有开槽的U向筋板，V向筋板(2)采用有开槽的V向筋板，有开槽(7)的U向筋板(1)与有开槽(10)的V向筋板(2)相配合采用插入方式的刚性联接。

Claims (5)

1.一种飞机用复合材料低成本简易模具，由U向筋板(1)、V向筋板(2)、底座(3)、工艺耳孔底座(4)、凸形型面(5)、支撑体(6)、开槽(7)、凸形型面(8)、支撑体(9)、开槽(10)、网格空槽(11)、填充物(12)、工艺耳孔座支撑体(13)、工艺定位孔(14)组成，其特征在于：主要由U向筋板(1)、V向筋板(2)、模具底座(3)组成一个网格状的低成本简易模具，所用材料为普通钢材，采用同等间隔距离的网格，间隔尺寸为200～300mm的间隔，网格数量由复合材料尺寸决定，每个网格之间的网格空槽(11)之间注入填充物(12)，用于模具强度的提高和快速散热，并将填充好上表面按模具型面进行刮型；所述U向筋板(1)与V向筋板(2)均采用焊接方式与底座(3)刚性联接；所述U向筋板(1)与V向筋板(2)采用焊接或插入方式的刚性联接组成网格状；所述工艺耳孔底座(4)由工艺耳孔座支撑体(13)和工艺定位孔(14)组成，工艺定位孔(14)用于数控修正模具的重复定位，工艺耳孔底座(4)采用焊接方式刚性联接在模具最外侧的U向筋板(1)或V向筋板(2)上。
2.根据权利要求1所述的飞机用复合材料低成本简易模具，其特征在于：所述U向筋板(1)与V向筋板(2)均采用两种结构，U向筋板(1)采用的两种结构，一种是无开槽的U向筋板(1)，另一种结构是有开槽(7)的U向筋板(1)，其中，无开槽的U向筋板主要由凸形型面(5)、支撑体(6)组成，而有开槽(7)的U向筋板(1)主要由凸形型面(5)、支撑体(6)、开槽(7)组成；V向筋板(2)采用的两种结构，一种是无开槽的V向筋板(2)，另一种结构是有开槽(10)的V向筋板(2)，其中，无开槽的V向筋板主要有凸形型面(8)、支撑体(9)组成，而有开槽(10)的V向筋板主要有凸形型面(8)、支撑体(9)、开槽(10)组成。
3.根据权利要求1或2所述的飞机用复合材料低成本简易模具，其特征在于：所述无开槽的U向筋板(1)与无开槽的V向筋板(2)相配合采用焊接方式刚性联接成网格状；有开槽(7)的U向筋板(1)与有开槽(10)的V向筋板(2)相配合采用插入方式的刚性联接成网格状。
4.根据权利要求1所述的飞机用复合材料低成本简易模具，其特征在于：所述U向筋板(1)的凸形型面(5)和V向筋板(2)的凸形型面(8)分别与复合材料制件的相应位置结构的数学模型一致，通过激光切割成型。
5.根据权利要求1所述的飞机用复合材料低成本简易模具的快速成型制造方法，其特征在于：所述低成本简易模具的快速成型制造方法，具体包括以下步骤：
(1)选择底座及筋板，根据所要制造的模具型面规格，选择合适尺寸的模具底座与合适数量及平面尺寸的板材；
(2)筋板切割成型，根据每一张U向筋板(1)和V向筋板(2)在整个模具中所在位置的表面形状，利用激光切割机将U向筋板(1)和V向筋板(2)加工成精确的轮廓形状；
(3)连接简易模具网格框架，采用两种方式进行U向筋板(1)和V向筋板(2)之间联接，任选其中一种联接方法即可，第一种是采用完全焊接的方式，这种方式要求在筋板切割阶段，按整体模具图将某一方向排布的U向筋板(1)分成若干小块，焊接时首先将另一方向的V向筋板(2)焊在底座上后，再逐一焊接该方向的小块U向筋板(1)，直至形成完整的模具框架；第二种是采用相互插接的方式，这种方式连接要求在筋板切割阶段，U向筋板(1)与V向筋板(2)需在正确的位置切割出插接的开槽；
(4)制作工艺定位孔，为满足模具型面成型后，进行数控精加工时能够快速准确的进行重新定位，在简易模具上设计制作的2个工艺耳孔底座(4)，工艺耳孔底座(4)焊接在模具外侧的2个U向筋板(1)或V向筋板(2)上；
(5)注入填充物并刮型，在模具框架制作完成后，在网格内部空间注入填充物(12)，再按照模具框架整体型面，对所填充的填充物(12)进行刮型，最终获得所需模具型面。
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