CN110497562A - 组合模具的密封装置和组合模具的密封方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供组合模具的密封装置，组合模具包括第一模块和第二模块。第一模块和第二模块通过密封装置、使得其相邻的第一配合面和第二配合面重叠而密封地组合在一起。密封装置包括：形成在第二配合面中的凹槽；形成在第一模块和第二模块之一中的凹槽开孔，凹槽开孔与模具外面连通；容纳在凹槽中的环形封闭的中空软管，凹槽开孔通向中空软管，使得中空软管与凹槽开孔密封地连通，并构造成在通过凹槽开孔充气后能够在第一配合面与第二配合面之间形成密封。本发明还提供组合模具的密封方法，将中空软管放置在凹槽中；使第一配合面和第二配合面对置重叠；对中空软管充气；抽真空，以在位于中空软管的环形封闭内的区域中形成真空。

Description

组合模具的密封装置和组合模具的密封方法

技术领域

本发明涉及复合材料成型工艺领域，尤其是一种复合材料成型的组合模具，进一步地，涉及组合模具的密封装置和密封方法。

背景技术

高性能纤维增强的先进树脂基复合材料，以其“比强度”和“比刚度”高、“热膨胀系数”小、“可设计性”好、易于“整体成型”等一系列突出的优点，在航空航天领域中得到了广泛的应用。

复合材料成型工艺与金属材料的成型工艺有很大的不同，复合材料的成型一般方法为：将预浸料按照设计要求铺贴在模具的铺贴面上，形成结构件叠层毛坯，然后用真空袋对预浸料进行封装并抽真空压实，最后进热压罐固化成型。因需要加温、加压和抽真空固化成型，所以工装模具除了必须具有良好的热态刚度、传热效果和温度均匀性外，还必须保证气密性。

对于复合材料制件尺寸较小时，采用的是单块模具成型，因此在打真空袋时只需覆盖整个制件，并在真空袋边缘用密封胶条进行密封即可，如图1所示。其中，1a指代单块模具，2a指代边缘密封胶条，3a指代真空袋，4a指代复合材料制件。图1的示意图中未标示透气毡、隔离膜等辅助材料。

但是，对于尺寸较大的复合材料制件，其结构较为特殊，如对于民机复合材料机身筒段一体化成型，单块模具制造困难，往往需要采用组合模具，在这种情况下，除了制件边缘打真空袋密封外，组合模具配合处的密封对最终复合材料制件的成型质量也非常重要，通常组合模具的密封采用在组合模具的两个模块之间的配合面处涂抹填充硅胶进行密封，如图2所示。其中，11b指代组合模具的第一模块，12b指代组合模具的第二模块，2b指代边缘硅胶密封剂，3b指代真空袋，4b指代复合材料制件，8b指代在第一模块和第二模块之间的界面处填充的硅胶密封剂。

这种密封方式存在以下几点不足：

1.组合模具的模块配合面处密封不稳定，使用过程中容易出现漏点，导致漏气，从而影响零件质量。

2.两个模块的界面处的密封材料无法重复利用，而且每次成型后界面需要清理。

3.无法在封装前检查组合模具的界面处的密封状态，只能在完成真空袋封装后，通过真空度来检查，一旦存在问题，则需要将已经封装好的真空袋拆除，导致成本高。

此外，专利CN203864027U给出了一种飞机复合材料构件组合式成型工装。该专利涉及到左侧模具与右侧模具合模状态时接缝处的密封。该专利在密封处所采用的密封形式是：在左侧模具与右侧模具之间的界面处用实心橡胶材料进行密封，从而无法进行密封状态的提前检查和监控。

因此，为了降低大型复合材料构件的制造成本，提高大型复合材料构件的制造精度，目前对飞机复合材料构件组合式成型工装的密封形式有进一步改进的需求。

发明内容

针对复合材料大型结构件的成型制造，本发明提出了复合材料成型的组合模具的密封装置和密封方法，其有效地解决了组合模具的模块之间的密封及其拆装问题。

根据本发明，提供一种组合模具的密封装置，其中，组合模具包括至少两个模块，至少两个模块包括第一模块和第二模块。第一模块具有两个相对的第一侧边缘和在第一侧边缘之间延伸的第一配合面。第二模块具有两个相对的第二侧边缘和在第二侧边缘之间延伸的且与第一配合面相对的第二配合面。第一模块和第二模块通过密封装置、使得第一配合面和第二配合面重叠而密封地组合在一起。密封装置包括：

形成在第二配合面中的凹槽，凹槽在第二配合面的第二侧边缘之间延伸；

形成在第一模块和第二模块之一中的凹槽开孔，凹槽开孔与模具外面连通；

容纳在凹槽中的环形封闭的中空软管，凹槽开孔通向中空软管，使得中空软管与凹槽开孔密封地连通，并构造成在通过凹槽开孔充气后能够在第一配合面与第二配合面之间形成密封；以及

充气装置，充气装置通过凹槽开孔对中空软管充气，以调整中空软管内的压力。

根据上述的技术方案，较佳地，第二配合面的一部分是设置凹槽的第二密封面，第一配合面的一部分是对应第二密封面的第一密封面。密封装置还包括：

在第二密封面的第二侧边缘中分别形成的与凹槽连通的凹槽边缘开口：以及

位于凹槽边缘开口、设置在第二模块与中空软管之间的密封件，以在第二模块与中空软管之间形成密封。

根据上述的技术方案，较佳地，凹槽和中空软管分别为在第二侧边缘之间延伸的长环形。

根据上述的技术方案，较佳地，密封装置还包括形成在第一模块和第二模块之一中的排放开孔，排放开孔与模具外面连通并连通到第一配合面与第二配合面之间的中空软管的长环形内的区域中。

根据上述的技术方案，较佳地，密封装置还包括形成在第一模块和第二模块之一中的检测开孔，检测开孔与模具外面连通并连通到第一配合面与第二配合面之间的中空软管的长环形内的区域中。

根据上述的技术方案，较佳地，排放开孔、检测开孔和凹槽开孔形成在第二模块中。

根据上述的技术方案，较佳地，第一密封面和第二密封面平行于组合模具的铺贴面。

根据上述的技术方案，较佳地，中空软管的横截面为圆形、椭圆形和方形之一。

根据上述的技术方案，较佳地，中空软管为中空橡胶管。

根据上述的技术方案，较佳地，中空软管包括三通管部分，使得中空软管通过三通管部分与凹槽开孔连通。

根据上述的技术方案，较佳地，凹槽的横截面形状与中空软管的横截面形状设置成中空软管充气后能够填满凹槽。

根据上述的技术方案，较佳地，第一配合面与第二配合面之间至少部分接触。

较佳地，第一模块的构造和第二模块的构造交换，使得设置在第一模块上的各个构造设置在第二模块上，而设置在第二模块上的各个构造设置在第一模块上。

根据本发明，还提供一种组合模具的密封方法，方法采用上述技术方案中的密封装置进行密封，并包括如下步骤：将环形封闭的中空软管放置在凹槽中；重叠第一模具分块和第二模具分块，使得第一配合面和第二配合面对置重叠；对中空软管充气；以及，抽真空，以在第一模具分块和第二模具分块之间的位于中空软管的环形封闭内的区域中形成真空。

根据本发明的一种组合模具的密封装置和采用该密封装置的密封方法具有的优点见说明书具体实施部分的详细描述。

附图说明

图1是现有技术中单块模具密封示意图；

图2是传统组合模具密封示意图；

图3是根据本发明的组合模具的密封原理图，其中，右侧视图是左侧视图中的局部放大图；

图4是根据本发明的组合模具组合后的透视图示意图；

图5是图4所示的组合模具中省略第一模块的透视图示意图；

图6是图5所示的组合模具组合后的示意图中A-A截面的剖视图，其中包括了第一模块。

上述附图仅仅是示意性的，未严格按照比例绘制。

图中的附图标记在本申请的技术方案和实施例中的组合模具的列表：

1－第一模块，包括：

11－第一侧边缘；

12－第一配合面；

13－第一密封面；

2－第二模块，包括：

21－第二侧边缘；

22－第二配合面；

23－第二密封面；

3－排放开孔；

4－检测开孔；

5－凹槽边缘开口；

6－凹槽；

7－凹槽开孔；

8－中空软管；

9－密封条；

10－真空袋；

31－复合材料制件；

32－模具的铺贴面。

具体实施方式

下面结合附图和实施例来进一步描述本发明，从而更清楚地连接本发明的发明原理和有益的技术效果。

根据本发明，提供一种组合模具的密封装置，其中，组合模具包括至少两个模块，如图3和4所示，至少两个模块包括第一模块1和第二模块2。第一模块1具有两个相对的第一侧边缘11和在两侧的第一侧边缘11之间延伸的第一配合面12。第二模块2具有两个相对的第二侧边缘21和在两侧的第二侧边缘21之间延伸且与第一配合面12相对的第二配合面22。其中，第一模块1和第二模块2通过密封装置、使得第一配合面12和第二配合面22重叠而密封地组合在一起。

具体地，第一配合面12和第二配合面22分别采用阶梯状的装配面，第二配合面22的一部分是设置凹槽6的第二密封面23，第一配合面12的一部分是对应第二密封面23的第一密封面13。第一配合面12和第二配合面22也可以是其他的构型，例如，第一配合面12的一部分是设置凹槽6的第一密封面13，第二配合面22的一部分是对应第一密封面13的第二密封面23。较佳地，第一密封面13和第二密封面23平行于组合模具的铺贴面32。

密封装置包括凹槽6、凹槽开孔7、封闭的中空软管8和与凹槽开孔7连通的充气装置(图中未示出)。

在图3和4所示的实施例中，凹槽6形成在第二密封面23中，而且在第二模块2的两侧第二侧边缘21之间延伸形成长环形。凹槽开孔7形成在第一模块1和第二模块2之一中，在图3的实施例中，形成在第二模块2中，并与模具外面连通。容纳在凹槽6中的环形封闭的中空软管8较佳地为中空橡胶管，其形状与凹槽6对应为长环形。凹槽开孔7通向容纳在凹槽6中的中空软管8，使得中空软管8与凹槽开孔7密封地连通，并构造成在通过凹槽开孔7充气后能够在第一配合面12与第二配合面22之间形成密封。充气装置通过凹槽开孔7对中空软管8充气，以调整中空软管8内的压力大小。

密封装置还包括在第二密封面23的两侧第二侧边缘21中分别形成的凹槽边缘开口5，凹槽6的两端一直通向第二模块2的第二侧边缘，至凹槽边缘开口5。凹槽6和凹槽边缘开口5中填充中空软管8，第一模块1和第二模块2组合后，用硅胶将模具两侧的凹槽边缘开口5密封。因此，密封装置还包括位于凹槽边缘开口5内、设置在第二模块2与中空软管8之间的密封件，以在第二模块2与中空软管8之间形成密封。

如图3所示，第一模块1和第二模块2组合后，在组合模具的铺贴面32上铺贴复合材料制件31，然后铺设真空袋10并用硅胶条形式的密封条9进行边缘密封。完成上述封装步骤后，即可进行固化成型，成型过程中中空软管8通过充气装置(图中未示出)充罐压使其中空部分具有压力P1，而在第一配合面12与第二配合面22之间的中空软管8围成的区域的压力P2则保持真空状态，在P1与P2的压力差作用下，中空橡胶管膨胀并实现模具界面的密封，同时可以通过膨胀量的大小也可以实现组合模具的间隙和机加公差的补偿。

因此，根据本发明，较佳地，在第一配合面12与第二配合面22之间形成真空。如此，密封装置还包括形成在第一模块1和第二模块2之一中的排放开孔3，排放开孔3与模具外面连通并连通到第一配合面12与第二配合面22之间，以在第一配合面12与第二配合面22之间形成真空。

图3所示的中橡胶管示意图的截面为方形，但实际应用中不限制为方形，可根据密封效果和要求选择圆形、帽形、或其他特殊形状。同样，容纳中空橡胶管的凹槽示意图截面为方形，但实际应用中不限制为方形，可根据密封效果和要求选择圆形、帽形、或其他特殊形状。较佳地，凹槽6的横截面形状与中空软管8的横截面形状设置成中空软管8充气后能够填满凹槽6。

为了检测第一配合面12与第二配合面22之间是否达到真空，密封装置还包括形成在第一模块1和第二模块2之一中的检测开孔4，检测开孔4与模具外面连通并连通到第一配合面12与第二配合面22之间。

在图4和5所示的实施例中，环形的凹槽6设置在第二模块2的第二配合面22中，截面为矩形，凹槽6内放置环形橡胶管。第二模块2的第二配合面22上有三处开孔，其中排放开孔3与检测开孔4与第二配合面22联通，凹槽开孔7与环形的凹槽66联通。中空橡胶管在凹槽开孔7处为三通管(图中未示出)，从而通过凹槽开孔7使中空橡胶管的中空部分与外部联通。排放开孔3处连接真空抽嘴，检测开孔4连接真空压力表。通过排放开孔3处的真空抽嘴在第一配合面12与第二配合面22之间进行抽真空，如图6的箭头所示，从而在环形的充气的中空橡胶管内的界面处形成真空区域V，如图6所示。

如图6所示，第一模块1与第二模块2完全接触，但也可以是第一模块1与第二模块2部分接触。

采用具有本发明的组合模具来进行复合材料成型的实施过程如下：

1、组合模具密封实施

(1)将中空橡胶管放置于第二模块的环形凹槽中，并将中空橡胶管的三通管部分通过凹槽开孔将中空橡胶管的中空部分与外界联通。

(2)使用硅胶密封剂将中空橡胶管在模具两端的凹槽边缘开口处的裸露部分密封。

(3)排放开孔处连接真空抽嘴，并将真空抽嘴与排放开孔周边使用硅胶密封剂进行密封。

(4)检测开孔处连接真空压力表，并将压力表与检测开孔周边使用硅胶密封剂进行密封。

(5)将第一模块和第二模块进行合模。

2、封装前密封检查

完成组合模具密封后，通过排放开孔处的真空抽嘴进行抽真空，并通过检测开孔处的真空压力表监控真空度。如果能够保持真空状态，则表明第一模块与第二模块之间界面处(通过两者之间的中空橡胶管围成的界面)密封效果良好。通过这种方法，可以在正式封真空袋之前进行组合模具装配面处的密封检查。

3、正式铺贴制件、封装及固化

完成模具装配处的密封检查后，即可进行复合材料制件的铺贴、封装及固化。

(1)在组合模具铺贴面上铺贴复合材料制件。

(2)完成铺贴后，复合材料制件的表面封上真空袋，并在真空袋周围用硅胶条形式的密封条进行密封。

(3)完成封装并抽真空后，将排放开孔处的抽真空装置拆除。

(4)进罐固化，固化过程中，凹槽开孔处联通热压罐进行罐压，从而保证中空橡胶管内外更大的压力差，保证密封效果。

(5)完成固化。组合模具的中空管橡胶管可以反复使用。

根据本发明的组合模具的优点如下：

1.利用中空软管的内外压力差实现自密封，密封效果好；

2.方便在封装前检查密封效果，并可在工艺过程中实时监控密封效果；

3.可补偿组合模具的间隙和机加工公差；

4.密封材料可重复利用。

以上内容描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这些仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式中技术特征作出多种更换或组合，这些更换或组合均落入本发明的保护范围。例如，第一模块的构造和第二模块的构造可交换，使得设置在第一模块上的各个构造设置在第二模块上，而设置在第二模块上的各个构造设置在第一模块上。即，凹槽形成在第一模块中。

Claims (14)

1.一种组合模具的密封装置，其中，

组合模具包括至少两个模块，所述至少两个模块包括：

第一模块(1)，所述第一模块(1)具有两个相对的第一侧边缘(11)和在所述第一侧边缘(11)之间延伸的第一配合面(12)；以及

第二模块(2)，所述第二模块(2)具有两个相对的第二侧边缘(21)和在所述第二侧边缘(21)之间延伸的且与所述第一配合面(12)相对的第二配合面(22)，

其中，所述第一模块(1)和第二模块(2)通过所述密封装置、使得第一配合面(12)和第二配合面(22)重叠而密封地组合在一起；

所述密封装置包括：

形成在所述第二配合面(22)中的凹槽(6)，所述凹槽(6)在所述第二配合面(22)的所述第二侧边缘(21)之间延伸；

形成在所述第一模块(1)和所述第二模块(2)之一中的凹槽开孔(7)，所述凹槽开孔(7)与所述模具外面连通；

容纳在所述凹槽(6)中的环形封闭的中空软管(8)，所述凹槽开孔(7)通向所述中空软管(8)，使得所述中空软管(8)与所述凹槽开孔(7)密封地连通，并构造成在通过所述凹槽开孔(7)充气后能够在所述第一配合面(12)与所述第二配合面(22)之间形成密封；以及

充气装置，所述充气装置通过所述凹槽开孔(7)对所述中空软管(8)充气，以调整所述中空软管(8)内的压力。

2.如权利要求1所述的组合模具的密封装置，其特征在于，

所述第二配合面(22)的一部分是设置所述凹槽(6)的第二密封面(23)，所述第一配合面(12)的一部分是对应所述第二密封面(23)的第一密封面(13)；

所述密封装置还包括：

在所述第二密封面(23)的所述第二侧边缘(21)中分别形成的与所述凹槽(6)连通的凹槽边缘开口(5)：以及

位于所述凹槽边缘开口(5)、设置在所述第二模块(2)与所述中空软管(8)之间的密封件，以在所述第二模块(2)与所述中空软管(8)之间形成密封。

3.如权利要求2所述的组合模具的密封装置，其特征在于，

所述凹槽(6)和所述中空软管(8)分别为在所述第二侧边缘(21)之间延伸的长环形。

4.如权利要求3所述的组合模具的密封装置，其特征在于，所述密封装置还包括：

形成在所述第一模块(1)和所述第二模块(2)之一中的排放开孔(3)，所述排放开孔(3)与所述模具外面连通并连通到所述第一配合面(12)与所述第二配合面(22)之间的所述中空软管(8)的所述长环形内的区域中。

5.如权利要求4所述的组合模具的密封装置，其特征在于，所述密封装置还包括：

形成在所述第一模块(1)和所述第二模块(2)之一中的检测开孔(4)，所述检测开孔(4)与所述模具外面连通并连通到所述第一配合面(12)与所述第二配合面(22)之间的所述中空软管(8)的所述长环形内的所述区域中。

6.如权利要求5所述的组合模具的密封装置，其特征在于，

所述排放开孔(3)、所述检测开孔(4)和所述凹槽开孔(7)形成在所述第二模块(2)中。

7.如权利要求6所述的组合模具的密封装置，其特征在于，

所述第一密封面(13)和所述第二密封面(23)平行于所述组合模具的铺贴面(32)。

8.如权利要求7所述的组合模具的密封装置，其特征在于，

所述中空软管(8)的横截面为圆形、椭圆形和方形之一。

9.如权利要求8所述的组合模具的密封装置，其特征在于，

所述中空软管(8)为中空橡胶管。

10.如权利要求9所述的组合模具的密封装置，其特征在于，

所述中空软管(8)包括三通管部分，使得所述中空软管(8)通过所述三通管部分与所述凹槽开孔(7)连通。

11.如权利要求10所述的组合模具的密封装置，其特征在于，

所述凹槽(6)的横截面形状与所述中空软管(8)的横截面形状设置成所述中空软管(8)充气后能够填满凹槽(6)。

12.如权利要求11所述的组合模具的密封装置，其特征在于，

所述第一配合面(12)与所述第二配合面(22)之间至少部分接触。

13.如权利要求1－12中的任何一项所述的组合模具的密封装置，其特征在于，

所述第一模块(1)的构造和所述第二模块(2)的构造交换，使得设置在所述第一模块(1)上的各个构造设置在所述第二模块(2)上，而设置在所述第二模块(2)上的各个构造设置在所述第一模块(1)上。

14.一种组合模具的密封方法，所述方法采用权利要求1所述的密封装置进行密封，并包括如下步骤：

将环形封闭的中空软管(8)放置在凹槽(6)中；

重叠第一模具分块和第二模具分块，使得第一配合面(12)和第二配合面(22)对置重叠；

对所述中空软管(8)充气；

抽真空，以在第一模具分块和第二模具分块之间的位于所述中空软管(8)的环形封闭内的区域中形成真空。