CN109878002A - 一种软模辅助定位模具 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种软模辅助定位模具，包括刚性外模，刚性芯模，软模以及定位滑动组件，定位滑动组件包括若干滑动部和型面金属模块，型面金属模块、软模以及刚性芯模上分别加工有与若干滑动部相对于的第一、二、三定位孔，型面金属模块通过其上的第一定位孔套在所述的多个滑动部上并置于所述的软模上，所述的若干滑动部依次穿过第二定位孔和第三定位孔固定在所述刚性芯模上，成型时，通过软模膨胀推动所述的型面金属模块在滑动部上滑动，进而在刚性外模和型面金属模块之间进行复合材料的成型。该模具采用辅助手段进行控制，通过定位滑动组件辅助软模成型，其中，软模提供膨胀力，滑动组件用来保证平面及限位尺寸要求，极大地提高了产品的成型精度。

Description

一种软模辅助定位模具

技术领域

本发明提出一种软模辅助定位模具，属于复合材料成型技术领域。

背景技术

目前，复合材料结构的成型基本采取整体成型及分体成型机加的方法。其中，整体成型的优点是各结构组件能均匀传递载荷，减少零部件数量，降低装配成本，但复合材料构件越复杂，模具的设计和工艺制造难度就越大；采用分体成型的复合材料采用胶接、螺接或铆接等方式连接成整体，虽可降低成型难度，但像铆接和螺接连接方式，会对复合材料结构造成破坏，结构件性能低于整体成型的复合材料结构。此外，对于复杂整体成型工艺可以采用RTM工艺，但采用RTM工艺制备复杂结构普遍存在树脂对纤维的浸渍不好，制品的纤维体积含量不高，流动不均衡.难以进行控制等问题。

针对上述问题，发展出了热膨胀工艺，以热膨胀系数很大的弹性材料作为膨胀芯模，以刚性材料为产品型面模具，由膨胀芯模和刚性阴模构成一个封闭系统，复合材料铺放于膨胀芯模与阴模之间，通过系统升温，芯模本身的热膨胀产生的膨胀力对复合材料进行加压，实现复杂复合材料结构成型。

然而，虽然目前采用硅橡胶能较好的实现复杂复合材料的成型，但硅橡胶在膨胀的过程中会形成弹性体特征，即各个部分膨胀非常不均匀，导致各部分形变尺寸差距非常大，使得复合材料存在成型精度较差的问题，因此，如何控制好膨胀力及膨胀变形是至关重要的问题。而由于弹性体的固有物理属性，通过控制硅橡胶等膨胀体的物理属性是不太可能的，为了保证复合材料结构件的精度要求，亟需一种用于复合材料结构高精度成型的模具。

发明内容

在下文中给出关于本发明的简要概述，以便提供关于本发明的某些方面的基本理解。应当理解，这个概述并不是关于本发明的穷举性概述。它并不是意图确定本发明的关键或重要部分，也不是意图限定本发明的范围。其目的仅仅是以简化的形式给出某些概念，以此作为稍后论述的更详细描述的前序。

本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种软模辅助定位模具，该模具采用辅助手段进行控制，通过定位滑动组件辅助软模成型，其中，软模提供膨胀力，滑动组件用来保证平面及限位尺寸要求，极大地提高了产品的成型精度。

本发明的技术解决方案：

一种软模辅助定位模具，包括刚性外模，刚性芯模，软模以及定位滑动组件，其中：

所述的定位滑动组件包括若干滑动部和型面金属模块，所述型面金属模块、软模以及刚性芯模上分别加工有与若干滑动部相对应的第一定位孔、第二定位孔以及第三定位孔，其中，所述型面金属模块通过其上的第一定位孔套在所述的多个滑动部上并置于所述的软模上，所述的若干滑动部依次穿过第二定位孔和第三定位孔固定在所述刚性芯模上，成型时，通过软模膨胀推动所述的型面金属模块在滑动部上滑动，进而在刚性外模和型面金属模块之间进行复合材料的成型。

进一步的，控制所述的型面金属模块在滑动部上滑动距离d后不再滑动，且此时所述的型面金属模块和刚性外模之间可进行复合材料的成型；

进一步的，所述控制所述的型面金属模块在滑动部上滑动距离d后不再滑动通过以下方式实现：

a)、增加与所述第一定位孔相对应一侧的型面金属模块型面边缘的高度，当型面金属模块滑动距离d后，该型面边缘与刚性外模接触，此时，两者所围成的型腔尺寸即为复合材料产品的尺寸；

或，

b)、在所述型面金属模块上述设置限位部，所述限位部与第一定位孔相连通，并且所述滑动部上设置所述限位部相适应的限位结构；当型面金属模块滑动距离d时，通过该限位结构和限位部配合限制型面金属模块的进一步滑动；

进一步的，所述型面金属模块上设置的限位部具体可以为：

1)与所述第一定位孔相连通的具有一定斜度的槽；

或，

2)与所述第一定位孔构成阶梯结构的槽，且该槽直径大于第一定位孔；

进一步的，所述的滑动部为具有斜度或阶梯限位结构的金属滑柱；

进一步的，所述的软模为可膨胀的橡胶；

进一步的，所述的滑动距离d的取值为d∈[D/60,D/10]，其中D为软模的厚度；

进一步的，所述的软模的厚度D不小于5mm；

进一步的，所述第一定位孔的总面积S₀＝ξS,S为型面金属模块的定位部分的端面面积，ξ为面积定位系数，取值范围为ξ∈[0.1,0.7]，

进一步的，该第一、二、三定位孔的数量一致，优选不少于2个。

本发明相比于现有技术的有益效果：

应用本发明的技术方案，提供了一种软模辅助定位模具，该模具采用辅助手段进行控制，通过定位滑动组件辅助软模成型，其中，软模提供膨胀力，滑动组件用来保证平面及限位尺寸要求，极大地提高了产品的成型精度，具体的：

本发明利用软模的膨胀力作用以及结合定位滑动组件可成型高精度复合材料，有效的控制了橡胶等软模在膨胀时的不均匀的膨胀力，保证了成型复合材料的精度与金属模具的精度相同；

本发明确定了最佳的橡胶等软模的厚度以及其膨胀间隙，可以有效控制橡胶等软模的膨胀力，确保工艺的实现；

本发明确定了型面金属模块上的第一定位孔最佳定位面积和型面金属模块的限位方式，有效保证了复合材料成型精度；

本发明具有良好的工艺性和可操作性，有效地提高了产品质量和可靠性，同时提高了生产效率，提高了产品精度，具有良好的推广应用价值。

附图说明

所包括的附图用来提供对本发明实施例的进一步的理解，其构成了说明书的一部分，用于例示本发明的实施例，并与文字描述一起来阐释本发明的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1示出了根据本发明的具体实施例提供的软模辅助定位模具的的结构示意图；

图2示出了根据本发明的具体实施例提供的软模辅助定位模具中第一定位孔的设计示意图；

图3示出了根据本发明的具体实施例提供的软模辅助定位模具中具有限位功能的型面金属模块的结构示意图。

其中，上述附图包括以下附图标记：

1、刚性外模；2、型面金属模块；3、软模；4滑动部；5、刚性芯模；6、预浸料铺层。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

如图1所示，根据本发明的具体实施例提供一种软模辅助定位模具，该定位模具包括：刚性外模1，刚性芯模5，软模3以及定位滑动组件，所述的定位滑动组件包括若干滑动部4和型面金属模块2，所述型面金属模块2、软模3以及刚性芯模5上分别加工有与多个滑动部相对应的第一定位孔、第二定位孔以及第三定位孔，其中，所述型面金属模块2通过其上的第一定位孔套在所述的多个滑动部4上并置于所述的软模3上，所述的若干滑动部4依次穿过第二定位孔和第三定位孔固定在所述刚性芯模5上，成型时，通过软模3膨胀推动所述的型面金属模块2在滑动部4上滑动，进而在刚性外模1和型面金属模块2之间进行复合材料的成型。

应用此种配置方式，采用辅助手段进行控制，通过定位滑动组件辅助软模成型，其中，软模提供膨胀力，滑动组件用来保证平面及限位尺寸要求，且能够有效控制软模的膨胀力，极大地提高了产品的成型精度；本发明引入型面金属模块，区别于现有依靠软模的复合材料成型方式：现有铺放于膨胀芯模与阴模之间，依靠膨胀芯模本身的热膨胀产生的膨胀力对复合材料进行加压，现有的方式由于膨胀芯模例如硅橡胶在膨胀的过程中会形成弹性体特征，即各个部分膨胀非常不均匀，导致各部分形变尺寸差距非常大，使得复合材料存在成型精度较差的问题，本发明引入型面金属模块，从而是间接利用膨胀力，克服了现有由于橡胶膨胀力不均匀导致的复合材料成型精度差的问题。

在本发明中，为了有效控制软模的膨胀力，以确保复合材料的高精度成型，控制所述的型面金属模块2在滑动部4上滑动距离d后不再滑动，且此时所述的型面金属模块2和刚性外模1之间可进行复合材料的成型；

进一步的，作为本发明的一个具体实施例，为了保证复合材料产品的成型精度，型面金属模块在滑动过程中必须限定位置，所述控制所述的型面金属模块2在滑动部4上滑动距离d后不再滑动通过以下方式实现：

a)、增加型面金属模块2一侧型面边缘的高度，且该侧是与第一定位孔相对应的一侧，当型面金属模块2滑动距离d后，该型面边缘与刚性外模1接触，此时，两者所围成的型腔尺寸即为复合材料产品的尺寸；

或，

b)、在所述型面金属模块2上述设置限位部，所述限位部与第一定位孔相连通，并且所述滑动部4上设置所述限位部相适应的限位结构；当型面金属模块2滑动距离d时，通过该限位结构和限位部配合限制型面金属模块的进一步滑动；

具体的，参见图图3示出了根据本发明的具体实施例提供的具有限位功能的型面金属模块2的结构示意图，一种是通过增加金属模块2型面边缘的高度，使其滑动距离d时，型面边缘与刚性外模1接触，所围成的型腔尺寸即为复合材料产品的尺寸，具体如图3中的a所示；另一种是通过滑动部4对型面金属模块2进行定位，如图3中的b所示，型面金属模块2上的限位部设计为与第一定位孔相连通的具有一定斜度的凹槽，相应的，所述的滑动部4上设计与之相适应的限位结构；如图3中的c所示，型面金属模块2上的限位部还可设计成与第一定位孔连通并构成阶梯结构的凹槽，且该凹槽直径大于第一定位孔，相应的，所述的滑动部4上设计与之相适应的限位结构；此外，在型面金属模块2和滑动部4安装时，可以把滑动部4预先装配在型面金属模块2上，也可以把金属模块2设计成可拆卸结构等，以便于具有限位结构的滑动部的安装。应用此种配置方式，可对型面金属模块2的滑动距离进行有效控制，进而可有效保证复合材料的成型精度。

进一步的，在本发明中，所述的滑动距离d必须保持在适当的范围，原因在于：如果距离d过小，会导致软模3在膨胀时被自身的膨胀力压溃；如果距离d过大，会导致软模3膨胀时由于自身膨胀力不足，不能保证型面金属模块2的有效滑动，进而无法实现复合材料的成型，因此，本发明将距离d的取值与软模2的厚度D相关，d∈[D/60,D/10]，其中D为软模的厚度，并且所述的D的取值不低于5mm；应用此种配置方式，一方面充分利用软模3自身的膨胀力，保证型面金属模块2的有效滑动，另一方面还保证了软模3在膨胀时不会被自身的膨胀力压溃。

进一步的，在本发明中，为了操作的简便性和节约成本，可将软模3配置为可膨胀的橡胶，将滑动部4配置为具有斜度或阶梯限位结构的金属滑柱；

进一步的，在本发明中，为了保证型面金属模块2、滑动部4、软模3的定位精度，进而保证复合材料的成型精度，本发明对第一、二、三定位孔进行如下设计：

在型面金属模块2上且与软模3接触部分的区域加工n个半贯通的第一定位孔，在软模3上及刚性芯模5上加工与第一定位孔对应的第二定位孔和第三定位孔，其中，通过第一定位孔和滑动部4的配合对型面金属模块2进行限位，滑动部4可以通过第二定位孔和第三定位孔装配在刚性芯模5上；其中，第一定位孔、第二定位孔以及第三定位孔具有相应的装配关系，型面金属模块2加工第一定位孔，就一定有相应的软模3上第二定位孔和刚性芯模4上的第三定位孔；

型面金属模块2与复合材料接触的部分一般设计为不小于复合材料轮廓的尺寸，第一定位孔的数量n≥1，并且第一定位孔的设计必须确保在装配滑动部4后，型面金属模块2可以顺畅滑动，具体数量根据成型复合材料产品端面面积来设计，一般来说，复合材料产品端面面积大，形状不规则，其所需定位孔数量越多，定位孔以其重心设计为宜；

以型面金属模块2方形为例，参见图3中的a，其上第一定位孔为半贯通的圆孔，其分布图推荐如图2所示，在型面金属模块2的定位部分端面上呈均匀间隔布置，且5≥n≥1；

进一步的，为保证复合材料的成型精度，本发明对第一定位孔给出了最佳定位设计，具体如下：

n个第一定位孔的总面积S₀＝ξS,S为型面金属模块2的定位部分的端面面积，ξ为面积定位系数，取值范围为ξ∈[0.1,0.7]，其中，若定位面积系数超出上述范围，即定位面积系数小于0.1，会导致滑动部4材料发生弯折，型面金属模块2不能顺利滑动，工艺失败；若定位面积系数大于0.7，一方面会导致型面金属模块2边缘过薄，滑动部4过重，软模3膨胀力不能保证其滑动，另一方面会导致软模3面积过小，膨胀力过低，也不能保证型面金属模块2的滑动。

进一步的，根据本发明的具体实施例提供一种采用软模辅助定位模具成型高精度复合材料的方法：

准备复合材料增强纤维和树脂，一般来说增强纤维和树脂可以采用干法或湿法的方式制备成预浸料，再进行铺层，得到预浸料铺层；

准备刚性芯模和刚性外模，根据要成型复合材料件的特定结构和尺寸进行设计；

制备软模，采用成型模具进行软模的制备，软模的形状和尺寸根据型面金属模块与软模接触部分的结构和尺寸进行加工；

上述步骤均为本领域公知技术，本领域技术人员可以根据具体实际进行设计或加工；

加工安装定位滑动组件，具体可参见在前内容，在此不再赘述；

将上述定位滑动装置组装完成后，连同软模安装在芯模上，将预浸料铺层铺放在刚性外模内或铺放于型面金属模块上，并安装刚性外模，进行升温操作，升温特性设计可以依据膨胀橡胶的特性进行温度设定，然后进行固化，(例如：将刚性外模一侧置入热源，升温软模侧的金属壁，升温至树脂固化温度进行固化)固化后依次拆去金属外模、定位滑动组件，得到高精度复合材料产品。

为了对本发明有进一步的理解，下面对软模辅助定位模具的设计以及成型复合材料的方法进行详细的说明：

如图1-3所示，以图2中的a和图3中的a所示定位方式为例来详细说明本发明，具体步骤如下：

1、加工定位滑动组件

以图2中的a和图3中的a所示的方式加工定位滑动组件，型面金属模块2采用45号钢，其上端加工为凹形结构，即增加型面边缘高度，凹槽型腔深度为2mm，其定位部分的端面的边长为200mm*200mm，定位孔为半贯通圆孔，其直径为滑动部4为金属滑柱，其直径为型面金属模块2定位部分端面面积为40000mm²，面积定位系数ξ为0.196，定位孔的面积为7840mm²；

2、模具安装，具体可以为：

滑动部4采用膨胀橡胶，具体为硅橡胶，硅橡胶厚度设定为20mm，如图1所示，首先将金属滑柱装配至刚性芯模5上，然后将加工好的硅橡胶装配到金属滑柱上，再将型面金属模块2装配在金属滑柱上，其可滑动的距离d∈[1/3mm,2mm]，此实施例中优选为1mm；

3、将130℃固化的预浸料铺层6后放入凹槽内后，在将刚性外模1组装好；

4、升温模具至130℃，固化2小时后，脱去刚性外模1、定位滑动组件即可。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

本发明未详细说明部分为本领域技术人员公知技术。

Claims (10)

1.一种软模辅助定位模具，其特征在于：包括刚性外模，刚性芯模，软模以及定位滑动组件，其中：

所述的定位滑动组件包括若干滑动部和型面金属模块，所述型面金属模块、软模以及刚性芯模上分别加工有与若干滑动部相对应的第一定位孔、第二定位孔以及第三定位孔，其中，所述型面金属模块通过其上的第一定位孔套在所述的多个滑动部上并置于所述的软模上，所述的若干滑动部依次穿过第二定位孔和第三定位孔固定在所述刚性芯模上，成型时，通过软模膨胀推动所述的型面金属模块在滑动部上滑动，进而在刚性外模和型面金属模块之间进行复合材料的成型。

2.根据权利要求1所述的一种软模辅助定位模具，其特征在于，控制所述的型面金属模块在滑动部上滑动距离d后不再滑动，且此时所述的型面金属模块和刚性外模之间可进行复合材料的成型。

3.根据权利要求2所述的一种软模辅助定位模具，其特征在于，控制所述的型面金属模块在滑动部上滑动距离d后不再滑动通过以下方式实现：

a)、增加与所述第一定位孔相对应一侧的型面金属模块型面边缘的高度，当型面金属模块滑动距离d后，该型面边缘与刚性外模接触，此时，两者所围成的型腔尺寸即为复合材料产品的尺寸；

或，

b)、在所述型面金属模块上述设置限位部，所述限位部与第一定位孔相连通，并且所述滑动部上设置所述限位部相适应的限位结构；当型面金属模块滑动距离d时，通过该限位结构和限位部配合限制型面金属模块的进一步滑动。

4.根据权利要求3所述的一种软模辅助定位模具，其特征在于，所述型面金属模块上设置的限位部具体可以为：

1)与所述第一定位孔相连通的具有一定斜度的槽；

或，

2)与所述第一定位孔构成阶梯结构的槽，且该槽直径大于第一定位孔。

5.根据权利要求4所述的一种软模辅助定位模具，其特征在于，所述的滑动部为具有斜度或阶梯限位结构的金属滑柱。

6.根据权利要求1-5所述的一种一种软模辅助定位模具，其特征在于，所述的软模为橡胶。

7.根据权利要求2-6所述的一种软模辅助定位模具，其特征在于，所述的滑动距离d的取值为d∈[D/60,D/10]，其中D为软模的厚度。

8.根据权利要求7所述的一种软模辅助定位模具，其特征在于，所述的软模的厚度D不小于5mm。

9.根据权利要求1-8所述的一种软模辅助定位模具，其特征在于，所述第一定位孔的总面积S₀＝ξS,S为型面金属模块的定位部分的端面面积，ξ为面积定位系数，取值范围为ξ∈[0.1,0.7]。

10.根据权利要求1-9所述的一种软模辅助定位模具，其特征在于，所述该第一、二、三定位孔的数量一致。