CN107443772A - 一种适用于复合材料圆管rtm成型的模具及其工艺方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种适用于复合材料圆管RTM成型的模具及其工艺方法，其中模具包括左侧模、与左侧模结构相同的右侧模、顶模、底模、上芯模、下芯模以及圆管织物预制件，左侧模、右侧模、顶模、底模、上芯模以及下芯模共同闭合形成圆管模腔。在顶模上设置树脂入口，在左右模上设置树脂出口，上芯模和下芯模安装在圆管织物预制件内部，待固化成型后拆除。本发明可以使得制备过程快速，高效，低成本，且能达到所需的标准和要求，适用于复合材料圆管的生产。
Description
技术领域：
本发明涉及一种适用于复合材料圆管RTM成型的模具及其工艺方法，属于复合材料圆管RTM成型模具结构设计与制备技术领域。
背景技术：
复合材料圆管具有高比强度、高比刚度、膨胀系数小、阻尼特性良好等优点，广泛应用在航空航天、船舶、运输、石油勘探等领域。随着新型多维纺织方法的出现，将纺织品增强材料与树脂体系复合在一起而制成的复合材料具有优良的机械力学性能，使其在工业工程中具有广泛的用途和较大的应用潜力。
RTM(Resin Transfer Molding)是树脂传递模塑成型的简称，是航空航天先进复合材料低成本制造技术(Cost Effective Manufacture Technology)的主要发展方向之一。近年来我国的RTM技术有着飞快的发展，但对于RTM成型技术的使用还仅局限在形状较为简单的零件上，对于空心织物的RTM生产并不普遍。伴随着国家对于工业工程质量要求的不断提高，复合材料圆管的需求急剧增加，因此需要一种模具能够快速高效地制备出复合材料圆管。在复合材料圆管的RTM复合过程中，必须要保证树脂对织物浸润的均匀性，且需要排尽模具内部空气，保证最终成型的复合材料无气泡产生，提高复合材料的质量。因此,借助于真空辅助系统,在树脂充模前,先对整体密闭循环的模具系统进行抽真空,同时由于树脂粘度及固化时间的要求,需要对注入的树脂施加一定的压力。而这就要求在模具设计时必须合理安排注口、出口的位置，同时要保证模具良好的密封性及承压能力。在此基础上，设计方便可行的脱模方法也可大大提高复合材料圆管的生产效率。
发明内容：
本发明是为了解决上述现有技术存在的问题而提供一种适用于复合材料圆管RTM成型的模具及其工艺方法，可保证所制备得到的复合材料圆管高质量化。
本发明采用如下技术方案：一种适用于复合材料圆管RTM成型的模具，包括左侧模、与左侧模结构相同的右侧模、顶模、底模、上芯模、下芯模以及圆管织物预制件，所述左侧模、右侧模、顶模、底模、上芯模以及下芯模共同闭合形成圆管模腔；
所述左侧模凹陷形成有圆弧形模具内壁，圆弧形模具内壁上形成有树脂出口，圆弧形模具内壁的前后两末端凹陷形成有侧模上密封槽，侧模上密封槽的外侧形成有侧模上螺栓孔，左侧模的上下表面上形成有侧模上螺钉孔；
所述顶模上设有与左侧模、右侧模上表面上的侧模上螺钉孔相对应的顶模上螺钉孔，顶模的中间位置凹陷形成有圆形凹槽，圆形凹槽的侧边缘凹陷形成有顶模上密封槽，圆形凹槽的中间位置设有树脂入口；
所述底模设有与左侧模、右侧模下表面上的侧模上螺钉孔相对应的底模上螺钉孔，底模的中间位置凹陷形成有底模上密封槽；
所述底模的底模上密封槽和顶模上的顶模上密封槽内放入密封圈，所述左侧模、右侧模上的侧模上密封槽内放入密封条；
所述上芯模、下芯模按照上下顺序放置在圆管织物预制件中，所述圆管织物预制件连同上芯模、下芯模一同放入圆管模腔中；
所述左侧模和右侧模安装于一起后在侧模上螺栓孔中安装入紧固螺栓以保证左侧模和右侧模的紧密配合；
所述左侧模和右侧模安装于一起后通过在顶模上螺钉孔和底模上螺钉孔中安装入紧固螺钉以将顶模和底模与左侧模和右侧模紧密配合；
所述圆管织物预制件上标注有用于打孔的虚线位置，在虚线位置打孔后放入承力部件。
本发明还采用如下技术方案：一种适用于复合材料圆管RTM成型的模具的工艺方法，包括如下步骤：
(1).先在左侧模、右侧模的圆弧形模具内壁上以及左侧模、右侧模的接触面之间上涂覆脱模剂，将左侧模、右侧模按上芯模在上，下芯模在下的顺序放入圆管织物预制件中，所述下芯模上的圆形螺纹孔与底模相贴合；
(2).将圆管织物预制件连同上芯模、下芯模一同放入左侧模、右侧模所形成的圆管模腔中，将密封条放入左侧模、右侧模上的侧模上密封槽内，闭合左侧模和右侧模，通过在侧模上螺栓孔中安装紧固螺栓以保证左侧模和右侧模的紧密配合；
(3).再将底模的底模上密封槽和顶模上的顶模上密封槽内放入密封圈，并用紧固螺钉将顶模和底模与左侧模和右侧模紧密配合；
(4).将注入接头安装在树脂入口上，出口接头安装在树脂出口上，注入树脂前，先对模具由树脂入口抽真空，注入树脂时，在预设注射压力下，树脂从树脂入口注入，通过管状通道流入圆管模腔内的圆管织物预制件，充满圆管模腔浸透圆管织物预制件后，树脂从出口树脂出口流出，待所有树脂出口流出树脂，停止注入树脂；
(5).再将树脂出口全部堵住，将顶模及上芯模拆卸下后，竖立放置等待固化成型；
(6).固化成型后，先脱去左侧模和右侧模，再在圆管织物预制件上的虚线位置打孔，放入承力部件，用丝锥清理净下芯模底部的圆形螺纹孔并拧入螺栓，通过在承力部件和圆形螺纹孔中拧入的螺栓上施加相反的作用力脱去下芯模，脱模后即可得到圆管复合材料。
进一步地，树脂为环氧树脂、酚醛树脂、不饱和聚酷树脂、环氧改性乙烯基树脂中的一种或者两种及以上，树脂粘度0.1—1.5Pa*s，模具可承压力0.5MPa-1.6MPa。
进一步地，圆管织物预制件是包括各种织造成型方法制成的增强材料预制件，包括编织、机织、经编、针织、缠绕方式形成的T型叶片预制件,是一维、二维、三维中的一种或两种以上。
进一步地，圆管织物预制件的织物原料是动植物纤维、石棉纤维、再生纤维、合成纤维、玻璃纤维、碳纤维、碳化硅纤维、石墨纤维、光导及导电纤维、金属纤维中的一种或者两种及以上。
本发明具有如下有益效果：
(1).该模具适用于复合材料圆管的RTM成型工艺，该模具的设计可以很好地保证热固性树脂对增强织物浸润的均匀性，并且独特的树脂流动槽设计保证了注射的稳定性，减少气泡的产生，最后树脂通过出胶口流出。本发明在树脂注射压力和模具可承受压力范围内，可以改变模腔的尺寸以制备不同尺寸的复合材料圆管或者类似圆管结构的其他复合材料，操作简单易行。
附图说明：
图1为左侧模示意图，右侧模与左侧模相同。
图2为顶模示意图。
图3为底模示意图。
图4为上芯模示意图。
图5为下芯模示意图。
图6为圆管织物预制件示意图。
图7为模具部分组装内部示意图。
图8为模具整体组装外部示意图。
图9为脱芯模方法示意图。
其中：
1-圆弧形模具内壁，2-树脂出口，3-侧模上螺钉孔，4-侧模上螺栓孔，5-侧模上密封槽，6-树脂入口，7-顶模上密封槽，8-圆形凹槽，9-顶模上螺钉孔，10-底模上密封槽，11-虚线位置，12-圆形螺钉孔，13-圆管模腔，14-承力部件，15-底模上螺钉孔，16-紧固螺栓，17-紧固螺钉，20-左侧模，30-顶模，40-底模，50-上芯模，60-下芯模，70-圆管织物预制件。
具体实施方式：
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
本发明适用于复合材料圆管RTM成型的模具包括：左侧模20、与左侧模20结构相同的右侧模、顶模30、底模40、上芯模50、下芯模60以及圆管织物预制件70，其中左侧模20、右侧模、顶模30、底模40、上芯模50以及下芯模60共同闭合形成圆管模腔13，左侧模20凹陷形成有圆弧形模具内壁1，圆弧形模具内壁1上形成有树脂出口2，圆弧形模具内壁1的前后两末端凹陷形成有侧模上密封槽5，侧模上密封槽5的外侧形成有侧模上螺栓孔4，左侧模20的上下表面上形成有侧模上螺钉孔3。右侧模与左侧模20的结构相同，这里不再重复赘述。
顶模30上设有与左侧模20、右侧模上表面上的侧模上螺钉孔3相对应的顶模上螺钉孔9，顶模30的中间位置凹陷形成有圆形凹槽8，圆形凹槽8的侧边缘凹陷形成有顶模上密封槽7，圆形凹槽8的中间位置设有树脂入口6。
底模40设有与左侧模20、右侧模下表面上的侧模上螺钉孔3相对应的底模上螺钉孔15，底模40的中间位置凹陷形成有底模上密封槽10。
底模40的底模上密封槽10和顶模30上的顶模上密封槽7内放入密封圈，左侧模20、右侧模上的侧模上密封槽5内放入密封条是为了使模具内形成密封模腔。
树脂入口6设置在顶模30中部，通过树脂入口6直接流向圆管模腔13，保证了树脂在圆管模腔13自下而上的流动过程，可以更好地均匀稳定地浸润织物。树脂出口2设置在左侧模20、右侧模上，方便收集和清理树脂。本发明特有的六块模具合一,使得脱模操作和清理模具简单便捷。
上芯模50、下芯模60按照上下顺序放置在圆管织物预制件70中，圆管织物预制件70连同上芯模50、下芯模60一同放入圆管模腔13中。
左侧模20和右侧模安装于一起后在侧模上螺栓孔5中安装入紧固螺栓16以保证左侧模20和右侧模的紧密配合。
左侧模20和右侧模安装于一起后通过在顶模上螺钉孔9和底模上螺钉孔15中安装入紧固螺钉17以将顶模30和底模40与左侧模20和右侧模紧密配合。
圆管织物预制件70上标注有用于打孔的虚线位置11，在虚线位置11打孔后放入承力部件14。
本发明适用于复合材料圆管RTM成型的模具的工艺方法，包括如下：
在RTM复合成型之前，先在左侧模20、右侧模的圆弧形模具内壁1上以及左侧模20、右侧模的接触面之间上涂覆脱模剂，也可粘贴脱模布，将左侧模20、右侧模按上芯模50在上，下芯模60在下的顺序放入圆管织物预制件70中，其中下芯模60上的圆形螺纹孔12是为了拆模使用，方向朝下，与底模40贴合。将圆管织物预制件70连同上芯模50、下芯模60一同放入左侧模20、右侧模所形成的圆管模腔13中，将密封条放入左侧模20、右侧模上的侧模上密封槽5内，闭合左侧模20和右侧模，通过在侧模上螺栓孔4中安装紧固螺栓16以保证左侧模20和右侧模的紧密配合。
再将底模40的底模上密封槽10和顶模30上的顶模上密封槽7内放入密封圈，并用紧固螺钉17将顶模30和底模40与左侧模20和右侧模紧密配合。
将注入接头安装在树脂入口6上，出口接头安装在树脂出口2上，其中左侧模20和右侧模上均设置三个树脂出口2是因为树脂在圆管模腔13内的流动性较差，增设树脂出口2可以方便检验树脂流动是否均匀，实验时可将所有树脂出口2串联。注入树脂前，可先对模具由树脂入口6抽真空，以排除模具内部及树脂通道内的空气。注入时，在适当的预设注射压力下，树脂从树脂入口6注入，通过管状通道流入圆管模腔13内的圆管织物预制件70，充满圆管模腔13浸透圆管织物预制件70后，树脂从出口2树脂出口2流出，待所有树脂出口2流出树脂，停止注入树脂。再将树脂出口2全部堵住，将顶模30及上芯模50拆卸下后，竖立放置等待固化，以免树脂流出。
注入树脂后固化成型之前先拆卸下顶模30及上芯模50后树立放置，后根据不同树脂体系的特点选择适当的固化工艺条件，固化成型后，先脱去左侧模20和右侧模，再在圆管织物预制件70上的虚线位置11打孔，放入承力部件14。用丝锥清理净下芯模60底部的圆形螺纹孔12并拧入螺栓，按照图9的受力方式脱去下芯模60。脱模工作可以在拉伸试验机上完成。脱模后即可得到圆管复合材料，可根据实际需要的长度进行切割，也可修改模腔的形状和尺寸以得到不同形状尺寸的圆管或类似圆管结构的其他复合材料。
本发明中树脂可为环氧树脂、酚醛树脂、不饱和聚酷树脂、环氧改性乙烯基树脂等各类树脂的一种或者两种及以上,树脂粘度0.1—1.5Pa*s，模具可承压力0.5MPa-1.6MPa。
圆管织物预制件70是包括各种织造成型方法制成的增强材料预制件,包括编织、机织、经编、针织、缠绕等方式形成的T型叶片预制件,可以是一维、二维、三维中的一种或两种以上。
圆管织物预制件70的织物原料可以是棉麻毛丝等动植物纤维石棉纤维如二氧化硅、氧化铝、氧化镁等矿质纤维勃胶纤维、醋酸纤维、铜氨纤维等再生纤维聚酷纤维涤纶、聚酞胺纤维锦纶或尼龙、聚乙烯醇纤维维纶、聚丙烯睛纤维睛纶、聚丙烯纤维丙纶、聚氯乙烯纤维氯纶等合成纤维以及玻璃纤维、碳纤维、碳化硅纤维、石墨纤维、光导及导电纤维、金属纤维等新型、特种及功能纤维等纤维中的一种或者两种及以上。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下还可以作出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。
Claims (5)
1.一种适用于复合材料圆管RTM成型的模具，其特征在于：包括左侧模(20)、与左侧模(20)结构相同的右侧模、顶模(30)、底模(40)、上芯模(50)、下芯模(60)以及圆管织物预制件(70)，所述左侧模(20)、右侧模、顶模(30)、底模(40)、上芯模(50)以及下芯模(60)共同闭合形成圆管模腔(13)；
所述左侧模(20)凹陷形成有圆弧形模具内壁(1)，圆弧形模具内壁(1)上形成有树脂出口(2)，圆弧形模具内壁(1)的前后两末端凹陷形成有侧模上密封槽(5)，侧模上密封槽(5)的外侧形成有侧模上螺栓孔(4)，左侧模(20)的上下表面上形成有侧模上螺钉孔(3)；
所述顶模(30)上设有与左侧模(20)、右侧模上表面上的侧模上螺钉孔(3)相对应的顶模上螺钉孔(9)，顶模(30)的中间位置凹陷形成有圆形凹槽(8)，圆形凹槽(8)的侧边缘凹陷形成有顶模上密封槽(7)，圆形凹槽(8)的中间位置设有树脂入口(6)；
所述底模(40)设有与左侧模(20)、右侧模下表面上的侧模上螺钉孔(3)相对应的底模上螺钉孔(15)，底模(40)的中间位置凹陷形成有底模上密封槽(10)；
所述底模(40)的底模上密封槽(10)和顶模(30)上的顶模上密封槽(7)内放入密封圈，所述左侧模(20)、右侧模上的侧模上密封槽(5)内放入密封条；
所述上芯模(50)、下芯模(60)按照上下顺序放置在圆管织物预制件(70)中，所述圆管织物预制件(70)连同上芯模(50)、下芯模(60)一同放入圆管模腔(13)中；
所述左侧模(20)和右侧模安装于一起后在侧模上螺栓孔(5)中安装入紧固螺栓(16)以保证左侧模(20)和右侧模的紧密配合；
所述左侧模(20)和右侧模安装于一起后通过在顶模上螺钉孔(9)和底模上螺钉孔(15)中安装入紧固螺钉(17)以将顶模(30)和底模(40)与左侧模(20)和右侧模紧密配合；
所述圆管织物预制件(70)上标注有用于打孔的虚线位置(11)，在虚线位置(11)打孔后放入承力部件(14)。
2.一种如权利要求1所述的适用于复合材料圆管RTM成型的模具的工艺方法，其特征在于：包括如下步骤：
(1).先在左侧模(20)、右侧模的圆弧形模具内壁(1)上以及左侧模(20)、右侧模的接触面之间上涂覆脱模剂，将左侧模(20)、右侧模按上芯模(50)在上，下芯模(60)在下的顺序放入圆管织物预制件(70)中，所述下芯模(60)上的圆形螺纹孔(12)与底模(40)相贴合；
(2).将圆管织物预制件(70)连同上芯模(50)、下芯模(60)一同放入左侧模(20)、右侧模所形成的圆管模腔(13)中，将密封条放入左侧模(20)、右侧模上的侧模上密封槽(5)内，闭合左侧模(20)和右侧模，通过在侧模上螺栓孔(4)中安装紧固螺栓(16)以保证左侧模(20)和右侧模的紧密配合；
(3).再将底模(40)的底模上密封槽(10)和顶模(30)上的顶模上密封槽(7)内放入密封圈，并用紧固螺钉(17)将顶模(30)和底模(40)与左侧模(20)和右侧模紧密配合；
(4).将注入接头安装在树脂入口(6)上，出口接头安装在树脂出口(2)上，注入树脂前，先对模具由树脂入口(6)抽真空，注入树脂时，在预设注射压力下，树脂从树脂入口(6)注入，通过管状通道流入圆管模腔(13)内的圆管织物预制件(70)，充满圆管模腔(13)浸透圆管织物预制件(70)后，树脂从出口(2)树脂出口(2)流出，待所有树脂出口(2)流出树脂，停止注入树脂；
(5).再将树脂出口(2)全部堵住，将顶模(30)及上芯模(50)拆卸下后，竖立放置等待固化成型；
(6).固化成型后，先脱去左侧模(20)和右侧模，再在圆管织物预制件(70)上的虚线位置(11)打孔，放入承力部件(14)，用丝锥清理净下芯模(60)底部的圆形螺纹孔(12)并拧入螺栓，通过在承力部件(14)和圆形螺纹孔(12)中拧入的螺栓上施加相反的作用力脱去下芯模(60)，脱模后即可得到圆管复合材料。
3.如权利要求2所述的适用于复合材料圆管RTM成型的模具的工艺方法，其特征在于：树脂为环氧树脂、酚醛树脂、不饱和聚酷树脂、环氧改性乙烯基树脂中的一种或者两种及以上，树脂粘度0.1—1.5Pa*s，模具可承压力0.5MPa-1.6MPa。
4.如权利要求3所述的适用于复合材料圆管RTM成型的模具的工艺方法，其特征在于：圆管织物预制件(70)是包括各种织造成型方法制成的增强材料预制件，包括编织、机织、经编、针织、缠绕方式形成的T型叶片预制件,是一维、二维、三维中的一种或两种以上。
5.如权利要求4所述的适用于复合材料圆管RTM成型的模具的工艺方法，其特征在于：圆管织物预制件的织物原料是动植物纤维、石棉纤维、再生纤维、合成纤维、玻璃纤维、碳纤维、碳化硅纤维、石墨纤维、光导及导电纤维、金属纤维中的一种或者两种及以上。
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