CN105751409B - 一种碳纤维复合材料零件模具的制造方法 - Google Patents
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Abstract
一种碳纤维复合材料零件模具的制造方法，属于模具制造领域，主要针对现有的碳纤维复合材料结构件制造过程复杂、成本高、使用寿命低的问题。本发明首先依据零件数模制造一个泡沫模型，然后制作模具的表面部分加工及支撑部分，最后将制作的模具的表面部分和支撑部分采用树脂材料粘结起来，即可制得模具。本发明采用了3D一体化涂敷技术，模具成形表面材质均匀无接痕，制件质量得到提高，模具以树脂材料为主体，代替了钢材，实现了轻量化，模具形面加工效率提高3倍以上，缩短了制造周期，整体制造成本下降了20％以上。
Description
技术领域
本发明涉及一种碳纤维复合材料零件模具的制造方法，属于模具制造领域。
背景技术
碳纤维复合材料是一种新型的工业复合材料，其优势在于强度和模量分别是铁的7.2倍和6.4倍，比重却仅仅是铁的四分之一。而且其具有良好的耐磨性、耐高温性和耐疲劳性。目前碳纤维复合材料结构件成型的方法常用的有两种：一种是热压罐成型技术。这种成型技术应用于体积大、结构简单、制作要求不高的模具。通过这种方法制造的模具一般都需要进行机械加工，以达到精度要求。另一种方法是模压成型技术。它是通过金属模具压制而成的，成型后的模具可达到精度要求而不需要再进行机械加工，常用于加工一些结构复杂，机械加工困难的模具成型。
目前碳纤维复合材料结构件成型的方法具有一定的缺陷：
(1)制造过程复杂：其一，模具本身的材料就是复合材料，这使得模具成型制造的过程中具有一定的复杂性和不可知性，不同工艺有时候能使产品的质量产生较大的差异。其二，模具体积大，较为笨重，无法实现轻量化，给制造过程增加极大的难度。其三，复合材料表面硬度较低，制造模具过程中如发生磕碰容易损坏。
(2)制造周期长：复合材料模具成型制造困难，需要大量的时间来完成。
(3)制造成本高：复杂的制造过程以及原材料较高的价格，增加了复合材料模具的制造成本。
(4)使用寿命较低：与金属模具相比，复合材料制造的模具寿命较低，容易发生损坏。
发明内容
本发明的目的在于解决上述问题，提供了一种碳纤维复合材料零件模具的制造方法，本发明的制造方法实现了轻量化，模具形面加工效率提高3倍以上，缩短了制造周期，整体制造成本下降了20％以上。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种碳纤维复合材料零件模具的制造方法，是按照如下步骤实现的：首先依据零件数模制造一个泡沫模型，然后在所述泡沫模型表面涂5mm厚的气相二氧化硅材料制作的气相二氧化硅材料层和1mm厚的第一胶衣树脂混合物层，进行固化，然后再在所述第一胶衣树脂混合物层上3D涂敷厚度为30mm的第二胶衣树脂混合物层，进行固化，利用数控机床完成模具的表面部分加工；然后再制作支撑部分，最后将制作的模具的表面部分和支撑部分采用树脂材料粘结起来，即可制得模具。
一种碳纤维复合材料零件模具的制造方法，其具体实现步骤如下：
一、模具表面部分制造：
a、首先依据零件数模制造一个泡沫模型；
b、在所述泡沫模型表面涂5mm厚的气相二氧化硅材料制作的气相二氧化硅材料层和1mm厚的第一胶衣树脂混合物层，进行固化，所述气相二氧化硅材料层固化后将起到缓冲作用，在模具进入高温工作状态时，表面材料的热变形承受支撑部分的影响；
c、待所述步骤b的气相二氧化硅材料层和第一胶衣树脂混合物层固化后，利用高粘度树脂混合挤出机在所述第一胶衣树脂混合物层的表面随形3D涂敷厚度为30mm的第二胶衣树脂混合物层，再进行固化，待所述第二胶衣树脂混合物层固化后，利用数控机床完成模具的表面部分加工。
二、支撑部分制造：
d、参照模具数学模型尺寸，制作厚度为15mm的板材，进行固化；
e、所述步骤d制作的板材固化后，利用数控机床加工成不同的截面形状，为支撑部分；
三、组成模具：
去掉泡沫模型，将所述步骤c制成的模具的表面部分和所述步骤e制成的支撑部分用树脂材料粘结起来，即可完成整个模具的制造。
进一步地，所述第一胶衣树脂混合物层与第二胶衣树脂混合物层均采用SAM624型耐温树脂材料制作，所述SAM624型耐温树脂材料由如下组分按重量份额组成：196不饱和聚酯树脂100份，气相二氧化硅2.5-3.5份，分散剂0.2份，6800消泡剂2.0份，过氧化甲乙酮1.0份，环烷酸钴1.0份。
进一步地，所述步骤d板材的具体制造步骤为：在平台上首先涂上厚度为0.2mm的蜡质脱模剂，而后涂约2mm厚的混合物，所述混合物为环氧树脂、所述环氧树脂的固化剂与氢氧化铝粉按质量比为100:30:400的比例混合制得，再铺上一层耐温纤维布，用压泡钳压实，然后在所述耐温纤维布上继续涂2mm厚的所述混合物，再铺上一层耐温纤维布，重复上述步骤，使板材最终厚度达到15mm即可。
进一步地，所述步骤b的固化的条件为室温23～25℃，固化24小时。
进一步地，所述步骤c的固化的条件为室温固化24小时。
进一步地，所述步骤d的固化的条件为室温固化24小时。
进一步地，所述耐温纤维布为玻璃纤维布。
本发明的有益效果是：
本发明由于采用了3D一体化涂敷技术，模具成形表面材质均匀无接痕，制件质量得到提高，模具以树脂材料为主体，代替了钢材，密度从7.8吨每立方米降低到1.7吨每立方米，实现了轻量化，模具形面加工效率提高3倍以上，缩短了制造周期，整体制造成本下降了20％以上。
附图说明
图1是实施例中具体实现步骤a的示意图；
图2是实施例中具体实现步骤b的示意图；
图3是实施例中具体实现步骤c的示意图；
图4是实施例中具体实现步骤d的示意图；
图5是实施例中具体实现步骤e的示意图；
图6是实施例中具体实现步骤三中模具表面部分与支撑部分粘贴的示意图；
图7是实施例中具体实现步骤三中制成的模具的示意图。
具体实施方式
实施例
一种碳纤维复合材料零件模具的制造方法，其具体实现步骤如下：
一、模具表面部分制造：
a、参照图1，首先依据零件数模制造一个泡沫模型1；
b、参照图2，在所述泡沫模型1表面涂约5mm厚的气相二氧化硅材料层2和1mm厚的第一胶衣树脂混合物层3，进行固化，所述气相二氧化硅材料层2固化后将起到缓冲作用，在模具进入高温工作状态时，表面材料的热变形承受支撑部分的影响；
c、参照图3，所述步骤b的气相二氧化硅材料层2和第一胶衣树脂混合物层3固化后，利用高粘度树脂混合挤出机8在所述步骤b的第一胶衣树脂混合物层3表面随形3D涂敷30mm厚的第二胶衣树脂混合物层4，待所述第二胶衣树脂混合物层4固化后，固化的条件23～25℃之间，固化24小时，利用数控机床完成模具的表面部分加工，得到模具表面部分7。
所述步骤b与步骤c中的第一胶衣树脂混合物层3与第二胶衣树脂混合物层4均采用SAM624型耐温树脂材料制作，它由如下组分按重量份额组成：196不饱和聚酯树脂100份，气相二氧化硅2.5-3.5份，分散剂0.2份，6800消泡剂2.0份，过氧化甲乙酮1.0份，环烷酸钴1.0份。
二、支撑部分制造：
d、参照图4，参照模具数学模型尺寸，制作厚度为15mm的板材5，板材的具体制造步骤为：在平台上首先涂上厚度为0.2mm的蜡质脱模剂，而后涂约2mm厚的混合物，所述混合物为YD128环氧树脂、YD128环氧树脂的固化剂与FR3815氢氧化铝粉按照质量比为100:30:400的比例混合制得，再铺上一层耐温纤维布，用压泡钳压实，然后在所述耐温纤维布上继续涂2mm厚的所述混合物，再铺上一层耐温纤维布，如此重复上述步骤，使板材最终厚度达到15mm即可。板材5进行固化，固化的条件为23～25℃之间，固化24小时；
e、参照图5，所述步骤d的板材5固化后，利用数控机床加工成不同的截面形状，得到支撑部分6。
三、组成模具：
参照图6-7，去掉泡沫，将所述步骤c制成的模具的表面部分7和所述步骤e制成的支撑部6分用树脂材料粘结起来，最终完成整个模具9的制造。
实施例中所述步骤a中的气相二氧化硅材料层的气相二氧化硅材料选用HN-150-200-3000-380型号，为扬州昊能化工有限公司生产。
所述胶衣树脂混合物选择SAM624型号，沈阳中航迈瑞特工业有限公司生产。
所述步骤c的高粘度树脂混合挤出机的型号为MMP-3型。
Claims (1)
1.一种碳纤维复合材料零件模具的制造方法，是按照如下步骤实现的：首先依据零件数模制造一个泡沫模型，然后在所述泡沫模型表面涂5mm厚的气相二氧化硅材料制作的气相二氧化硅材料层和1mm厚的第一胶衣树脂混合物层，进行固化，然后再在所述第一胶衣树脂混合物层上3D涂敷厚度为30mm的第二胶衣树脂混合物层，进行固化，利用数控机床完成模具的表面部分加工；然后再制作支撑部分，最后将制作的模具的表面部分和支撑部分采用树脂材料粘结起来，即可制得模具；
其具体实现步骤如下：
一、模具表面部分制造：
a、首先依据零件数模制造一个泡沫模型；
b、在所述泡沫模型表面涂5mm厚的气相二氧化硅材料制作的气相二氧化硅材料层和1mm厚的第一胶衣树脂混合物层，进行固化，所述气相二氧化硅材料层固化后将起到缓冲作用，在模具进入高温工作状态时，表面材料的热变形承受支撑部分的影响；
c、待所述步骤b的气相二氧化硅材料层和第一胶衣树脂混合物层固化后，利用高粘度树脂混合挤出机在所述第一胶衣树脂混合物层的表面随形3D涂敷厚度为30mm的第二胶衣树脂混合物层，再进行固化，待所述第二胶衣树脂混合物层固化后，利用数控机床完成模具的表面部分加工；
二、支撑部分制造：
d、参照模具数学模型尺寸，制作厚度为15mm的板材，进行固化；
e、所述步骤d制作的板材固化后，利用数控机床加工成不同的截面形状，为支撑部分；
三、组成模具：
去掉泡沫模型，将所述步骤c制成的模具的表面部分和所述步骤e制成的支撑部分用树脂材料粘结起来，即可完成整个模具的制造；
所述第一胶衣树脂混合物层与第二胶衣树脂混合物层均采用SAM624型耐温树脂材料制作，所述SAM624型耐温树脂材料由如下组分按重量份额组成：196不饱和聚酯树脂100份，气相二氧化硅2.5-3.5份，分散剂0.2份，6800消泡剂2.0份，过氧化甲乙酮1.0份，环烷酸钴1.0份；
所述步骤d板材的具体制造步骤为：在平台上首先涂上厚度为0.2mm厚的蜡质脱模剂，而后涂约2mm厚的混合物，所述混合物为环氧树脂、所述环氧树脂的固化剂与氢氧化铝粉按质量比为100:30:400的比例混合制得，再铺上一层耐温纤维布，用压泡钳压实，然后在所述耐温纤维布上继续涂2mm厚的所述混合物，再铺上一层耐温纤维布，重复上述步骤，使板材最终厚度达到15mm即可；
所述步骤b的固化的条件为室温23～25℃，固化24小时；
所述步骤c的固化的条件为室温固化24小时；
所述步骤d的固化的条件为室温固化24小时；
所述耐温纤维布为玻璃纤维布。
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