CN105252790A - 一种复合材料成型模具 - Google Patents

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邱启艳
袁超
陈静
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Abstract

本发明属于航空制造技术领域，具体涉及一种复合材料成型模具，用于单侧闭角封闭缘条结构复合材料零件的成型。目前复合材料成型模具包括金属模具、复合材料模具、橡胶模具、泡沫模具、石膏模具及可溶聚合物模具等。传统的异性结构复合材料零件的制造可采用橡胶收缩模、泡沫、石膏等零件成型过后可通过破坏模具的方式得到零件，但这些模具仅适用于一次或几次成型，不利于批量生产，而且采用这些模具制造的复合材料零件表面精度、质量等总体上不如金属模具。本发明提供一种设计合理、制造简单的用于单侧闭角封闭缘条结构复合材料零件的成型模具，同时解决了单侧闭角结构复合材料零件的成型及脱模问题。

Description

一种复合材料成型模具
技术领域
本发明属于航空制造技术领域，具体涉及一种复合材料成型模具，用于单侧闭角封闭缘条结构复合材料零件的成型。
背景技术
复合材料以其独特的高比强度，高比刚度、可设计性强、抗疲劳断裂性能好、耐腐蚀、尺寸稳定性好以及便于大面积整体成形等优点，成为当代最主要的航空结构材料之一。复合材料在飞机上应用的部位和用量已成为衡量飞机结构先进性的主要标志之一。目前，国外新型战机、民机均大量采用复合材料，F-22复合材料用量达24％以上，波音公司研制的B787“梦想”民用飞机，其复合材料用量达50％，空客公司即将推出的A350飞机，复合材料用量达52％。国内新设计、改进的飞机也同样加大了复合材料的用量。在使用上，除整体壁板外，新型飞机结构中的梁、肋等零件大量采用复合材料，这是由于采用新的低密度、高强度复合材料梁、肋结构，比传统铝合金结构减重50％以上，而且防腐、损伤容限高。特别是单侧闭角封闭缘条结构零件，此种零件为盒型，底部封闭，顶部开口，并且在一侧具有向底部内侧倾斜的角度。
传统的铝合金结构不仅重量大，制造过程采用数控加工，加工成本高，还与复合材料结构存在电化腐蚀问题。另外，由于飞机结构本身的复杂特性，一些如特殊位置的梁、肋等异型材零件形状复杂，普遍存在闭角结构难加工的情况，采用复合材料虽然不存在机械加工中刀具不能到达的问题。但模具的设计和制造是主要难题。在复合材料的制造成型过程中，模具是主要工艺装备，用以保证零件形状、结构及质量，在模具上完成复合材料聚合固化，有时还在成形模上进行预浸料的铺叠，复合材料模具的设计制造对复合材料构件的产品质量影响较大，要求模具的设计合理。目前复合材料成型模具包括金属模具、复合材料模具、橡胶模具、泡沫模具、石膏模具及可溶聚合物模具等。传统的异性结构复合材料零件的制造可采用橡胶收缩模、泡沫、石膏等零件成型过后可通过破坏模具的方式得到零件，但这些模具仅适用于一次或几次成型，不利于批量生产，而且采用这些模具制造的复合材料零件表面精度、质量等总体上不如金属模具。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种设计合理、制造简单的用于单侧闭角封闭缘条结构复合材料零件的成型模具，同时解决了单侧闭角结构复合材料零件的成型及脱模问题。
本发明的技术方案是，一种复合材料成型模具，用于单侧闭角封闭缘条结构的零件成型，该模具包括主体模、分体模和定位销，其中主体模具有定位孔和螺纹顶丝孔，分体模具有定位孔和顶丝孔，主体模和分体模组合构成整体模具，且整体外形与零件内型面一致，所述分体模在闭角侧与主体模结合，并且与主体模具有下分离面和内侧分离面，所述下分离面与模具基面平行，内侧分离面与下分离面的夹角为90°+β，分体模在闭角一侧具有向底部内侧倾斜的角度α。
进一步地，所述3°≤β≤20°。
进一步地，所述β为5°。
进一步地，所述α＜90°。
进一步地，所述主体模具有左侧定位孔和右侧定位孔；所述分体模具有左侧定位孔和右侧定位孔。
进一步地，主体模和分体模通过定位销进行定位。
进一步地，所述定位销包括左侧定位销和右侧定位销。
进一步地，所述主体模和分体模在脱模过程中通过螺杆顶丝进行脱模。
进一步地，所述主体模、分体模和定位销均采用相同的金属材料。
进一步地，该模具可用于纤维增强树脂基预浸料复合材料零件的铺叠及热成型。
本发明的有益效果：本发明的用于热压技术成型的单侧闭角封闭缘条结构复合材料零件成型模具采用组合模具及定位控制技术，通过定位销将分体模与主体模定位组合可保证模具相对位置及型面精度，可以保证零件的外形尺寸精度；同时零件成型后的脱模过程可以先将分体模、零件的组合体同时与主体模分开，再将分体模与零件分开，零件完成脱模，这种模具的设计方法解决了单侧闭角封闭缘条结构飞机复合材料零件的脱模问题，制造过程的可操作性好，零件质量可以得到保证。
附图说明
图1为本发明复合材料成型模具的结构示意图；
图2为本发明成型模具的俯视图；
图3为本发明成型模具的剖视图；
图4为本发明成型模具的主体模结构示意图；
图5为本发明成型模具的分体模结构示意图；
图6为本发明成型模具的分体模剖视图。
其中，1是主体模，2是分体模、3是左侧定位销、4是右侧定位销、5是模具左侧面、6是模具右侧面、7是模具中间侧面、8是模具腹板面、9是模具基面、10是左侧定位孔，11是螺纹顶丝孔，12是右侧定位孔，13是下分离面，14是内侧分离面、15是左侧定位孔、16是顶丝孔、17是右侧定位孔
具体实施方式
下面结合附图对本发明作详细说明。模具包括主体模1，分体模2、左侧定位销3，右侧定位销4，其中分体模2通过左侧定位销3连接左侧定位孔10、左侧定位孔15及右侧定位销4连接右侧定位孔12、右侧定位孔17与主体模在下分离面13与内侧分离面14处与主体模1组合；组合成的整体模具外形面包括左侧面5、模具右侧面6、模具中间侧面7、模具腹板面8，共同组成与单侧闭角封闭缘条结构复合材料零件内型面一致的型面。可以在型面上进行预浸料的铺叠、固化。
零件成型后的脱模可以先将分体模2、成型的零件组合体与主体模1同时分开，再将分体模2与零件分开，零件完成脱模，这种模具的设计方法解决了单侧闭角封闭缘条结构复合材料零件的脱模问题，制造过程的可操作性好，零件质量可以得到保证。
上述技术方案中，所述的主体模1，分体模2、左侧定位销3、右侧定位销4均采用相同刚性较大的金属材料制造以保证高温、高压成型过程模具结构的刚度，可确保零件的成型质量和精度。例如，采用Q235A钢。
所述的主体模1，分体模2、左侧定位销3、右侧定位销4均采用数控加工制造以保证其精度。
所述的分体模2与主体模1存在两个分离面，分别为下分离面13、侧分两面14，其中下分离面13与模具基面9平行，侧分两面14与垂直于模具基面9的平面夹角β，β在3°-20°之间。

Claims (10)

1.一种复合材料成型模具，用于单侧闭角封闭缘条结构的零件成型，其特征在于：该模具包括主体模(1)、分体模(2)和定位销(3、4)，其中主体模(1)具有定位孔和螺纹顶丝孔(11)，分体模(2)具有定位孔和顶丝孔(16)，主体模(1)和分体模(2)组合构成整体模具，且整体外形与零件内型面一致，所述分体模(2)在闭角侧与主体模(1)结合，并且与主体模(1)具有下分离面(13)和内侧分离面(14)，所述下分离面(13)与模具基面(9)平行，内侧分离面(14)与下分离面(13)的夹角为90°+β，分体模(2)在闭角一侧具有向底部内侧倾斜的角度α。
2.根据权利要求1所述的复合材料成型模具，其特征在于：所述3°≤β≤20°。
3.根据权利要求2所述的复合材料成型模具，其特征在于：所述β为5°。
4.根据权利要求1所述的复合材料成型模具，其特征在于：所述α＜90°。
5.根据权利要求1所述的复合材料成型模具，其特征在于：所述主体模(1)具有左侧定位孔(10)和右侧定位孔(12)；所述分体模(2)具有左侧定位孔(15)和右侧定位孔(17)。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的复合材料成型模具，其特征在于：主体模(1)和分体模(2)通过定位销(3、4)进行定位。
7.根据权利要求1-5中任一项所述的复合材料成型模具，其特征在于：所述定位销包括左侧定位销(3)和右侧定位销(4)。
8.根据权利要求1-5中任一项所述的复合材料成型模具，其特征在于：所述主体模(1)和分体模(2)在脱模过程中通过螺杆顶丝进行脱模。
9.根据权利要求1-5中任一项所述的复合材料成型模具，其特征在于：所述主体模(1)、分体模(2)和定位销(3、4)均采用相同的金属材料。
10.根据权利要求1-5中任一项所述的复合材料成型模具，其特征在于：该模具可用于纤维增强树脂基预浸料复合材料零件的铺叠及热成型。
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