CN107953576B - 一种适用于复合材料角材的rtm成型模具及成型方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于树脂传递模塑(RTM)成型技术领域，涉及一种适用于复合材料角材的RTM成型模具及成型方法。本发明所涉及的模具分块少，结构形式简单，制造成本低；模具组件之间的配合协调方法简单，无需专门的定位和限位装置，便可使组件组装到理论位置，保证了型腔的尺寸精确性；模具组装过程中，仅靠十字型楔块组装到阴模下半模时提供的侧向力，便可实现角材预制体与相对应的芯模组件以及阴模下半模之间的精确配合，避免了角材预制体与相邻的芯模组件以及阴模下半模之间的上下方向的相对运动，从而避免了褶皱、纤维错乱和“架桥”等现象的发生，提高了成型质量；本发明解决了复合材料角材的精确成型问题。

Description

一种适用于复合材料角材的RTM成型模具及成型方法
技术领域
本发明属于树脂传递模塑(RTM)成型技术领域，涉及一种适用于复合材料角材的RTM成型模具及成型方法。
背景技术
树脂传递模塑技术(Resin Transfer Molding,RTM)是典型的非热压罐低成本复合材料成型技术，因其采用刚性闭合(无自由面)的模具成型，所成型的零件尺寸和表面精度高，且具有污染小、能耗低、成型效率高等优点，该技术在汽车、航空航天等领域应用越来越广泛。
角材是航空构件上一类常见的结构形式，且截面形状多样，数量多，采用传统的阴阳模刚性闭合的RTM工艺成型时，每次只能成型一种截面形状的角材，成型数量也有限，成型效率低；其次，传统的角材RTM成型模具为阴阳模配合，合模时预制体与阴阳模之间有上下方向的相对运动，纤维易出现褶皱和纤维错乱等现象，且因角型结构部位的预制体无非净尺寸，合模精度有限，很难与模具很好配合，易出现褶皱、“架桥”等现象，因此该结构部位成型质量难以获得有效保证。
发明内容
本发明的目的是：针对现有RTM成型技术的不足，涉及一种适用于复合材料角材的RTM成型模具及成型方法。
本发明的技术解决方案是，所述RTM模具是包括阳模上半模、阴模下半模和芯模组合件，芯模组合件是由四个芯模组件和一个十字型楔块组成，四个芯模组件彼此无贴合面，分别位于十字型楔块的“十”字所分成的四个区域内，且四个芯模组件与中间十字型楔块的配合面均是斜面，倾斜角为5°～60°；四个芯模组件与中间十字型楔块组装后高度相等；将芯模组合件放置到阴模下半模中后，阴模下半模和四个芯模组件之间所形成的空腔为角材的成型区域，阴模下半模的内型面与四个芯模组件对应区域所为成型角材的外型面，四个芯模组件与十字型楔块非配合侧面的外型面为所成型角材相应区域的内型面，四个芯模组件的端面上均设有一个凸台，且凸台高度等于为所成型角材相应区域的厚度h，阴模下半模设有一个注胶口，阳模上半模上设有两个出胶口。
所述本模具结构特征是四个芯模组件的上表面和一个十字型楔块。的上表面均设有螺纹孔；
所述本模具结构特征是四个芯模组件的与十字型楔块非配合侧面的外型面相同或不同；
所述本模具结构特征是四个芯模组件中的每一个芯模组件上与十字型楔块(9)非配合侧面的外型面为一种截面形状，或者为多个截面形状；
采用上述RTM模具成型含多个角型结构的复合材料角材的步骤如下：
在四个芯模组件与十字型楔块非配合侧面的外型面上，避开凸台,分别按各自铺层顺序铺贴含定型剂的干态纤维织物，形成干态纤维织物预制体毛坯；
采用真空袋将四个芯模组件)及其上预制体毛坯封装在模板上，形成封装体，将封装体进行抽真空处理，真空度为-0.095MPa以下；对封装体进行加热赋形，去除真空袋，从四个芯模组件上取下预制体；
将预制体分别放入阴模下半模,使预制体的外型面与阴模下半模的内型面贴合；放置四个芯模组件，使四个芯模组件的外型面分别与预制体的内型面贴合；
将十字型楔块(9)嵌入放置于四个芯模组件中间，直至十字型楔块的上表面与四个芯模组件的上表面平齐；
合模后，按所选树脂的注射工艺注入树脂，并依据固化工艺固化成型，脱模后即可得到角材复合材料。
所述用于RTM成型模具成型复合材料角材的方法，一次成型多个相同截面形状的角材，或者一次成型多个不同截面形状的角材。
本发明的优点和有益效果是：提出了一种适用于含多个角型结构的复合材料角材成型的RTM模具及成型方法，采用本方法所成型的角材表面质量和尺寸精度高，尤其角型结构附近区域的成型质量高。
本发明的优点还在于，
1.本发明所涉及的模具分块少，结构形式简单，制造成本低；
2.本发明所涉及的模具组件之间的配合协调方法简单，无需专门的定位和限位装置，便可使组件组装到理论位置，保证了型腔的尺寸精确性；
3.本发明所涉及的模具组装过程中，仅靠十字型楔块组装到阴模下半模时提供的侧向力，便可实现角材预制体与相对应的芯模组件以及阴模下半模之间的精确配合，避免了角材预制体与相邻的芯模组件以及阴模下半模之间的上下方向的相对运动，从而避免了褶皱、纤维错乱和“架桥”等现象的发生，提高了成型质量；
4.本发明所涉及的模具有四个芯模组件组成，每个芯模组件的尺寸和结构形式设计灵活性大，采用该芯模可实现一次成型多个相同截面形状的角材，或者一次成型多个不同截面形状的角材，成型效率高；
5.本发明所涉及的模具组件上均设有螺纹孔，且配合面均为斜面，脱模操作简单易行，无需专门的脱模工装；
6.本发明通过对复合材料角材RTM模具进行创新设计,结合优化的成型过程,解决了复合材料角材的精确成型问题，使用该方法成型的角材外形尺寸精度高，内部质量好。
附图说明
图1是复合材料角材RTM成型模具的结构示意图；
图2是芯模组合件的结构示意图；
图3是芯模组合件在阴模下半模中的位置分布示意图；
图4是含多角型结构的角材结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作详细说明。一种适用于复合材料角材的RTM成型模具，所述RTM模具是包括阳模上半模2、阴模下半模3和芯模组合件4，芯模组合件4是由四个芯模组件5,6,7,8和一个十字型楔块9组成，四个芯模组件5,6,7,8彼此无贴合面，分别位于十字型楔块9的“十”字所分成的四个区域内，且四个芯模组件5,6,7,8与中间十字型楔块9的配合面均是斜面，倾斜角为5°～60°；四个芯模组件5,6,7,8与中间十字型楔块9组装后高度相等；将芯模组合件4放置到阴模下半模3中后，阴模下半模3和四个芯模组件5,6,7,8之间所形成的空腔为角材的成型区域，阴模下半模3的内型面与四个芯模组件5,6,7,8对应区域所为成型角材1的外型面，四个芯模组件5,6,7,8与十字型楔块9非配合侧面的外型面为所成型角材1相应区域的内型面，四个芯模组件5,6,7,8的端面上均设有一个凸台，且凸台高度等于为所成型角材1相应区域的厚度h，阴模下半模3设有一个注胶口，阳模上半模2上设有两个出胶口。
所述本模具结构特征是四个芯模组件5,6,7,8的上表面和一个十字型楔块9的上表面均设有螺纹孔；
所述本模具结构特征是四个芯模组件5,6,7,8的与十字型楔块9非配合侧面的外型面相同或不同；
所述本模具结构特征是四个芯模组件5,6,7,8中的每一个芯模组件上与十字型楔块(9)非配合侧面的外型面为一种截面形状，或者为多个截面形状；
采用上述RTM模具成型含多个角型结构的复合材料角材的步骤如下：
在四个芯模组件5,6,7,8与十字型楔块9非配合侧面的外型面上，避开凸台,分别按各自铺层顺序铺贴含定型剂的干态纤维织物，形成干态纤维织物预制体毛坯；所用的干态纤维织物为单向纤维织物、平纹织物、缎纹织物、或者为无屈曲织物；
采用真空袋将四个芯模组件5,6,7,8及其上预制体毛坯封装在模板上，形成封装体，将封装体进行抽真空处理，真空度为-0.095MPa以下；对封装体进行加热赋形，去除真空袋，从四个芯模组件5,6,7,8上取下预制体；
将预制体分别放入涂完脱模剂的阴模下半模3,使预制体的外型面与阴模下半模的内型面贴合；放置涂完脱模剂的四个芯模组件5,6,7,8，使四个芯模组件5,6,7，8的外型面分别与预制体的内型面贴合；
将涂完脱模剂的十字型楔块9嵌入放置于四个芯模组件5,6,7,8中间，直至十字型楔块9的上表面与四个芯模组件5,6,7，8的上表面平齐；
合模后，按所选树脂的注射工艺注入树脂，并依据固化工艺固化成型，脱模后即可得到角材复合材料。
所述用于RTM成型模具成型复合材料角材的方法，其特征是，一次成型多个相同截面形状的角材，或者一次成型多个不同截面形状的角材。
实施例1
该角材由底板1a和与其垂直相连的两个立板1b，1c组成，底板1a与立板1b、立板1c连接处的内侧过渡圆弧半径r1均为4mm,外侧过渡圆弧半径r2均为6.4,立板1b与立板1c连接处的内侧过渡圆弧半径为r3为5.6mm,外侧过渡圆弧半径r4为8mm,底板1a、立板1b与立板1c的厚度h均为2.4mm，两个立板的高度均为25mm，底板的宽度为28mm,长度为120mm。增强材料为含定型剂的U8190单向机织物，树脂为AC520RTM树脂。
含多角型结构的角材的RTM成型模具包括阳模上半模、阴模下半模和芯模组合件，芯模组合件是由四个芯模组件和一个十字型楔块组成，四个芯模组件彼此无贴合面，分别位于十字型楔块(9)的“十”字所分成的四个区域内，四个芯模组件的尺寸相同，长、宽、高尺寸分别为133mm，41mm,42mm；且四个芯模组件与中间十字型楔块的配合面均是斜面，倾斜角为5°；四个芯模组件与中间十字型楔块9组装后高度相等；将芯模组合件放置到阴模下半模中后，阴模下半模和四个芯模组件之间所形成的空腔为角材的成型区域，阴模下半模的内型面与四个芯模组件对应区域所为成型角材的外型面，四个芯模组件与十字型楔块(9)非配合侧面的外型面为所成型角材相应区域的内型面，四个芯模组件的端面上均设有一个凸台，且凸台尺寸为10mm*10mm*2.4mm，阴模下半模上设有一个直径为6mm注胶口，阳模上半模上设有两个直径为6mm出胶口；模具外圈有密封条密封和固定螺栓，很好地保证了模具的整体密封性；四个芯模组件的上表面和一个十字型楔块的上表面均设有直径为6.5mm的螺纹孔。
成型步骤是：
在四个芯模组件与十字型楔块非配合侧面的外型面上，分别按铺层顺序铺贴含定型剂的U8190干态单向机织物，形成干态纤维织物预制体毛坯；
采用真空袋将四个芯模组件及其上预制体毛坯封装在模板上，形成封装体，将封装体进行抽真空处理，真空度为-0.095MPa以下；对封装体进行加热赋形，去除真空袋，从四个芯模组件上取下预制体；
将预制体分别放入涂完脱模剂的阴模下半模,使预制体的外型面与阴模下半模的内型面贴合；放置涂完脱模剂的四个芯模组件，使四个芯模组件的外型面分别与预制体的内型面贴合；
将涂完脱模剂的十字型楔块嵌入放置于四个芯模组件中间，直至十字型楔块的上表面与四个芯模组件的上表面平齐；
合模后，按AC520RTM树脂的注射工艺注入树脂，并依据固化工艺固化成型，脱模后即可得到四个含多角型的角材复合材料。

Claims (6)

1.一种适用于复合材料角材的RTM成型模具，所述RTM模具是包括阳模上半模(2)、阴模下半模(3)和芯模组合件(4)，其特征在于：芯模组合件(4)是由四个芯模组件(5,6,7,8)和一个十字型楔块(9)组成，四个芯模组件(5,6,7,8)彼此无贴合面，分别位于十字型楔块(9)的“十”字所分成的四个区域内，且四个芯模组件(5,6,7,8)与中间十字型楔块(9)的配合面均是斜面，倾斜角为5°～60°；四个芯模组件(5,6,7,8)与中间十字型楔块(9)组装后高度相等；将芯模组合件(4)放置到阴模下半模(3)中后，阴模下半模(3)和四个芯模组件(5,6,7,8)之间所形成的空腔为角材的成型区域，阴模下半模(3)的内型面与四个芯模组件(5,6,7,8)对应区域所为成型角材(1)的外型面，四个芯模组件(5,6,7,8)与十字型楔块(9)非配合侧面的外型面为所成型角材(1)相应区域的内型面；四个芯模组件(5,6,7,8)的端面上均设有一个凸台，且凸台高度等于所成型角材(1)相应区域的厚度，阴模下半模(3)设有一个注胶口，阳模上半模(2)上设有两个出胶口。
2.根据权利要求1所述一种适用于复合材料角材的RTM成型模具，其特征是，四个芯模组件(5,6,7,8)的上表面和一个十字型楔块(9)的上表面均设有螺纹孔。
3.根据权利要求1所述一种适用于复合材料角材的RTM成型模具，其特征是，四个芯模组件(5,6,7,8)的与十字型楔块(9)非配合侧面的外型面相同或不同。
4.根据权利要求1所述一种适用于复合材料角材的RTM成型模具，其特征是，四个芯模组件(5,6,7,8)中的每一个芯模组件上与十字型楔块(9)非配合侧面的外型面为一种截面形状，或者为多个截面形状。
5.一种采用权利要求1所述用于RTM成型模具成型复合材料角材的方法，其步骤如下：
(1)在四个芯模组件(5,6,7,8)与十字型楔块(9)非配合侧面的外型面上，避开凸台,分别按各自铺层顺序铺贴含定型剂的干态纤维织物，形成干态纤维织物预制体毛坯(10，11,12,13)；
(2)采用真空袋将四个芯模组件(5,6,7,8)及其上预制体毛坯封装在模板上，形成封装体，将封装体进行抽真空处理，真空度为-0.095MPa以下；对封装体进行加热赋形，去除真空袋，从四个芯模组件(5,6,7,8)上取下预制体；
(3)将预制体分别放入阴模下半模(3),使预制体的外型面与阴模下半模的内型面贴合；放置四个芯模组件(5,6,7,8)，使四个芯模组件(5,6,7，8)的外型面分别与预制体的内型面贴合；
(4)将十字型楔块(9)嵌入放置于四个芯模组件(5,6,7,8)中间，直至十字型楔块(9)的上表面与四个芯模组件(5,6,7，8)的上表面平齐；
(5)合模后，按所选树脂的注射工艺注入树脂，并依据固化工艺固化成型，脱模后即可得到角材复合材料。
6.根据权利要求5所述用于RTM成型模具成型复合材料角材的方法，其特征是，一次成型多个相同截面形状的角材，或者，一次成型多个不同截面形状的角材。
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