CN112537051B - 具有可调式夹持装置的复合材料成型模具及成型方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种具有可调式夹持装置的复合材料成型模具及成型方法，成型模具包括模具上模、模具下模以及多个可调式夹持装置；多个可调式夹持装置均匀紧密地分布在模具上模的四周；可调式夹持装置包括夹持板和紧固件；夹持板可相对于模具上模上下移动；夹持板的上部开设有限制夹持板上下移动范围的条形通孔；通过紧固件穿过条形通孔将夹持板固定于模具上模上；模具下模相应的位置开设有与夹持板相配合的模具凹槽，以供夹持板的下部插入；当夹持板相对于模具上模移动到最低位置，模具上模和模具下模合模时，夹持板与模具凹槽的内壁之间具有一定间隙。本发明解决了复合材料模压工艺中纤维褶皱、纤维间隙及纤维方向内应力导致的制件回弹变形的问题。

Description

具有可调式夹持装置的复合材料成型模具及成型方法

技术领域

本发明涉及复合材料成型技术领域，尤其涉及一种具有可调式夹持装置的复合材料成型模具及成型方法。

背景技术

模压工艺广泛应用于连续纤维复合材料的成型。传统工艺中，首先根据铺层设计将连续纤维织物或预浸料铺贴在模具上，然后通过压机将模具上模与下模合模，在压力、温度、时间的作用下完成连续纤维复合材料的成型。由于需要在模具上进行连续纤维织物或预浸料的铺贴，模具占用时间长，人工投入大，生产效率低，难以实现规模化快速生产。随着汽车领域对复合材料需求的增加，传统的模压工艺在效率、成本上竞争力大大减弱。湿法模压工艺的出现，有效地解决了传统模压工艺效率及成本的问题。

湿法模压工艺是直接将裁切后的整块多层连续纤维织物放置于模具上方，减少了在模具上逐层铺贴连续纤维织物的工艺，提高了效率，降低了成本。整块多层连续纤维织物在上模与下模合模过程中的巨大压力作用下，形成与模具腔体相匹配的形状。对于相对简单的构型，连续纤维织物的随形性有效地保证了复合材料制件纤维的平整。但是，对于相对复杂的构型，连续纤维织物无法有效地随模具表面展开，在局部导致纤维堆积，形成纤维褶皱；同样，在局部由于纤维不足，在垂直于纤维方向产生纤维间隙，或者沿纤维方向产生巨大张力，导致成型后复合材料制件回弹变形。

为解决湿法模压工艺由于纤维织物随形性不匹配导致的纤维褶皱、纤维间隙及纤维方向内应力导致的制件回弹变形问题，发明了一种具有可调式夹持装置的复合材料成型模具及成型方法。

发明内容

本发明的目的是针对以上问题，提供一种具有可调式夹持装置的复合材料成型模具及成型方法。

第一方面，本发明提供一种具有可调式夹持装置的复合材料成型模具，包括模具上模、模具下模以及多个可调式夹持装置；多个所述可调式夹持装置均匀紧密地分布在所述模具上模的四周；所述可调式夹持装置包括夹持板和紧固件；所述夹持板可相对于所述模具上模上下移动；所述夹持板的上部开设有限制所述夹持板上下移动范围的条形通孔；通过所述紧固件穿过所述条形通孔将所述夹持板固定于所述模具上模上；所述模具下模相应的位置开设有与所述夹持板相配合的模具凹槽，以供所述夹持板的下部插入；当所述夹持板相对于所述模具上模移动到最低位置，所述模具上模和所述模具下模合模时，所述夹持板与所述模具凹槽的内壁之间具有一定间隙。

根据本申请某些实施例提供的技术方案，所述可调式夹持装置还包括一组厚度互不相同的垫片；所述垫片设置在所述夹持板上部与所述模具上模之间。

根据本申请某些实施例提供的技术方案，所述垫片的厚度为1-5cm。

根据本申请某些实施例提供的技术方案，所述夹持板的宽度为2-3cm。

根据本申请某些实施例提供的技术方案，所述紧固件为螺栓。

根据本申请某些实施例提供的技术方案，所述条形通孔为长方形通孔。

根据本申请某些实施例提供的技术方案，所述复合材料成型模具可用于对纤维织物或纤维织物预浸料的成型。

第二方面，本发明提供一种采用上述具有可调式夹持装置的复合材料成型模具的复合材料成型方法，包括如下步骤：

1)调节可调式夹持装置：根据待成型的复合材料制件的结构，逐一调节位于模具上模四周的每个可调式夹持装置的夹持板的高度位置，并用紧固件穿过位于其上部的条形通孔，将其固定在模具上模的侧面；

2)放置复合材料坯料：裁切复合材料坯料，并将复合材料坯料放置于模具下模上；

3)合模成型：将模具上模向模具下模上逐渐扣合，夹持板的底端插入对应位置的模具凹槽内，同时将复合材料坯料顶入模具凹槽内，复合材料坯料在夹持板与模具凹槽之间夹持力的作用下保持一定张力，以及其在模具上模与模具下模之间合模力的作用下可向模具上模和模具下模的模具型腔滑动，当复合材料坯料完全贴合模具型腔面时，合模成型完毕，得到复合材料制件。

根据本申请某些实施例提供的技术方案，如果成型的复合材料制件局部出现纤维褶皱、纤维间隙缺陷或因内应力导致的制件回弹，则需要进一步调整相应的夹持板的高度，重复步骤1)～3)。

根据本申请某些实施例提供的技术方案，合模成型的具体过程包括：位于最低位置的夹持板首先与复合材料坯料接触，并将其顶入对应位置的模具凹槽内夹持绷紧，位置相对较高的夹持板尚未接触到复合材料坯料；继续合模，模具上模和模具下模的模具型腔面与复合材料坯料接触，被夹持板夹持绷紧的复合材料坯料保持一定张力，尚未被夹持板限制的复合材料坯料可沿复合材料坯料面内方向向模具中心移动；继续合模，之前未接触到复合材料坯料的夹持板开始与复合材料坯料接触，并将其顶入对应位置的模具凹槽夹持绷紧；进一步合模，局部夹持绷紧的复合材料坯料沿夹持板与模具凹槽之间的间隙向模具型腔滑动，直至复合材料坯料完全贴合模具型腔面，合模成型完毕。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

(1)通过设置可调式夹持装置以及模具凹槽，在使用时根据复合材料制件的结构，设计并调整可调式夹持装置的夹持板相对于模具上模的高低位置，能够有效控制模具合模过程中不同时刻不同区域的复合材料坯料的夹持绷紧或自由松弛的状态，从而有效解决复合材料模压工艺，出现的纤维褶皱、纤维间隙及纤维方向内应力导致的制件回弹变形的问题；

(2)在本申请的某些实施例中，通过设置厚度互不相同的垫片，在使用时可通过选用合适厚度的垫片，来调整合模后夹持板与模具凹槽内侧壁之间的间隙，以匹配不同厚度的复合材料坯料，从而满足不同厚度的复合材料制件的生产要求。

附图说明

图1为本申请实施例1提供的具有可调式夹持装置的复合材料成型模具的结构示意图；

图2为本申请实施例1提供的具有可调式夹持装置的复合材料成型模具的可调式夹持装置的结构示意图。

图中所述文字标注表示为：

1、模具上模；2、模具下模；3、夹持板；4、紧固件；5、条形通孔；6、模具凹槽；7、垫片；8、复合材料坯料。

具体实施方式

为了使本领域技术人员更好地理解本申请的技术方案，下面结合附图对本申请进行详细描述，本部分的描述仅是示范性和解释性，不应对本申请的保护范围有任何的限制作用。

实施例1

请参考图1和图2，本实施例提供一种具有可调式夹持装置的复合材料成型模具，包括模具上模1、模具下模2以及多个可调式夹持装置；多个可调式夹持装置均匀分布在模具上模1的四周；可调式夹持装置包括夹持板3和紧固件4；夹持板3可相对于模具上模1上下移动；夹持板3的上部开设有限制夹持板3上下移动范围的条形通孔5；通过紧固件4穿过条形通孔5将夹持板3固定于模具上模1上；模具下模2相应的位置开设有与夹持板3相配合的模具凹槽6，以供夹持板3的下部插入；模具凹槽6的深度足够深，且宽度足够大，当夹持板3相对于模具上模1移动到最低位置，模具上模1和模具下模2合模时，夹持板3与模具凹槽6的内壁之间具有一定间隙，用于容纳复合材料坯料8。

进一步的，可调式夹持装置还包括一组厚度互不相同的垫片7；垫片7设置在夹持板3上部与模具上模1之间；通过选用不同厚度的垫片7，来调整合模后夹持板3与模具凹槽6内侧壁之间的间隙，以匹配不同厚度的复合材料坯料8，从而满足不同厚度的复合材料制件的生产要求。

进一步的，垫片7的厚度为1-5cm，使用时，垫片7厚度的选择需要根据复合材料坯料的厚度来定，在模具上模1和模具下模2合模的过程中，使得夹持板3与凹槽6配合将复合材料坯料夹持，形成一定的张紧力；随着模具上模1和模具下模2进一步合模，复合材料坯料接触模具型腔面后，在合模力的作用下，复合材料坯料将沿着夹持板3与模具凹槽6内侧壁之间的间隙向模具型腔滑动，进而复合材料坯料贴合模具型腔面。垫片7厚度与复合材料坯料厚度相当。

进一步的，夹持板3的宽度为2-3cm。

进一步的，紧固件4为螺栓。

进一步的，条形通孔5为长方形通孔。

进一步的，该复合材料成型模具可用于对纤维织物或纤维织物预浸料的成型，即该复合材料成型模具不仅可以用于湿法模压工艺，又可以用于传统的模压工艺。

本实施例提供的具有可调式夹持装置的复合材料成型模具，在使用时，(a)根据复合材料坯料8的厚度，选取合适的垫片7，确保合模时，远离模具下模2边缘一侧的模具凹槽6侧壁与夹持板3之间的间隙略大于复合材料坯料8的厚度，根据复合材料制件的平面展开图，来设计每个可调式夹持装置的夹持板3相对于模具上模1的高低位置，并根据设计结果来逐一调节每个夹持板3的高度位置，并用紧固件4穿过条形通孔5及垫片7，将其固定在模具上模1的侧面；(b)将复合材料坯料8放置于模具下模2上，需要注意的是，在裁切复合材料坯料8时，其尺寸要足够大，防止因尺寸太小，在合模时不能被夹持板3夹持在模具凹槽6内；(c)模具上模1和模具下模2进行合模，在合模的过程中，位于最低位置的夹持板3首先与复合材料坯料8接触，并将其顶入模具凹槽6内夹持绷紧，由于模具凹槽6的深度足够深，最低位置的夹持板3的底端与模具凹槽6的内侧底壁之间的间隙与复合材料坯料8的厚度相当，不影响继续合模，此时，位置相对较高的夹持板3尚未接触到复合材料坯料8，此处的复合材料坯料8处于自由松弛的状态，当模具上模1和模具下模2的模具型腔面随着合模过程与复合材料坯料8接触后，被夹持板3夹持绷紧的复合材料坯料8保持一定张力，避免相关区域纤维褶皱，此时，尚未被夹持板3限制的复合材料坯料8可沿复合材料坯料8面内方向向模具的中心移动，填补相应区域，避免纤维间隙或者纤维方向产生内应力，模具继续合模，之前未接触到复合材料坯料8的夹持板3开始与复合材料坯料8接触，并将其顶入模具凹槽6夹持绷紧，进而避免复合材料坯料8继续向模具中心移动而导致纤维褶皱；随着模具上模1和模具下模2进一步合模，在合模力的进一步作用下，局部夹持绷紧的复合材料坯料8将沿着夹持板3与模具凹槽6内侧壁之间的间隙向模具型腔滑动，直至合模成型完毕，复合材料坯料8完全贴合模具型腔面，进而有效解决复合材料模压工艺出现的纤维褶皱、纤维间隙及纤维方向内应力导致的制件回弹变形的问题。

需要说明的是，对于初次使用该具有可调式夹持装置的复合材料成型模具的操作人员来说，可能会因为设计计算每个夹持板3高低位置时出现偏差，导致所制得的复合材料制件局部出现纤维褶皱、纤维间隙缺陷或因内应力导致的制件回弹现象，此时需要根据出现的问题进一步调整夹持板3的高低位置，重复上述步骤(a)～步骤(c)，反复实验，直至缺陷被克服，确保复合材料制件的质量；在之后正式使用时，固定每个夹持板3的高低位置，无需再反复实验，直接进行制备即可。

本实施例提供的具有可调式夹持装置的复合材料成型模具，通过设置可调式夹持装置以及模具凹槽6，在使用时根据复合材料制件的结构，设计并调整可调式夹持装置的夹持板3相对于模具上模1的高低位置，能够有效控制模具合模过程中不同时刻不同区域的复合材料坯料8的夹持绷紧或自由松弛的状态，从而有效解决复合材料模压工艺成型复合材料纤维时，出现的纤维褶皱、纤维间隙及纤维方向内应力导致的制件回弹变形的问题；通过设置厚度互不相同的垫片7，在使用时可通过选用合适厚度的垫片7，来调整合模后夹持板3与模具凹槽6内侧壁之间的间隙，以匹配不同厚度的复合材料坯料8，从而满足不同厚度的复合材料制件的生产要求。

实施例2

本实施例提供一种采用实施例1提供的具有可调式夹持装置的复合材料成型模具的复合材料成型方法，包括如下步骤：

1)调节可调式夹持装置：根据待成型的复合材料制件的结构，逐一调节位于模具上模1四周的每个可调式夹持装置的夹持板3的高度位置，并用紧固件4穿过位于其上部的条形通孔5，将其固定在模具上模1的侧面；

2)放置复合材料坯料8：裁切复合材料坯料8，并将复合材料坯料8放置于模具下模2上；

3)合模成型：将模具上模1向模具下模2上逐渐扣合，夹持板3的底端插入对应位置的模具凹槽6内，同时将复合材料坯料8顶入模具凹槽6内，复合材料坯料8在夹持板3与模具凹槽6之间夹持力的作用下保持一定张力，以及其在模具上模1与模具下模2之间合模力的作用下可向模具上模1和模具下模2的模具型腔滑动，当复合材料坯料8完全贴合模具型腔面时，合模成型完毕，得到复合材料制件。

上述合模成型具体过程包括：位于最低位置的夹持板3首先与复合材料坯料接触8，并将其顶入对应位置的模具凹槽6内夹持绷紧，由于模具凹槽6的深度足够深，最低位置的夹持板3的底端与模具凹槽6的内侧底壁之间的间隙与复合材料坯料8的厚度相当，不影响继续合模，此时，位置相对较高的夹持板3尚未接触到复合材料坯料8，此处的复合材料坯料8处于自由松弛的状态；继续合模，模具上模1和模具下模2的模具型腔面与复合材料坯料8接触，被夹持板3夹持绷紧的复合材料坯料8保持一定张力，避免相关区域纤维褶皱，此时，尚未被夹持板3限制的复合材料坯料8可沿复合材料坯料8面内方向向模具的中心移动，填补相应区域，避免纤维间隙或者纤维方向产生内应力；继续合模，之前未接触到复合材料坯料8的夹持板3开始与复合材料坯料8接触，并将其顶入对应位置的模具凹槽6夹持绷紧，进而避免复合材料坯料8继续向模具中心移动而导致纤维褶皱；进一步合模，局部夹持绷紧的复合材料坯料8沿夹持板3与模具凹槽6之间的间隙向模具型腔滑动，直至复合材料坯料8完全贴合模具型腔面，合模成型完毕，进而有效解决复合材料模压工艺出现的纤维褶皱、纤维间隙及纤维方向内应力导致的制件回弹变形的问题。

如果成型的复合材料制件局部出现纤维褶皱、纤维间隙缺陷或因内应力导致的制件回弹，则需要进一步调整相应的夹持板的高度，重复步骤1)～3)，达到有效控制模具合模过程中，不同时刻不同区域复合材料坯料夹持绷紧或自由松弛状态，从而有效控制复合材料模压工艺成型复合材料纤维褶皱、纤维间隙缺陷或因内应力导致的制件回弹。

与采用固定式夹持装置成型复合材料的方法相比，此方法能够灵活地调整不同区域夹持板的高度位置，通过实验验证，确保能控制复合材料制件的缺陷，提高复合材料制件的质量，并且实验验证过程方便，减少了因修模所带来的人力、物力以及财力的浪费，降低了成本，缩短了时间周期。

本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想。以上所述仅是本申请的优选实施方式，应当指出，由于文字表达的有限性，而客观上存在无限的具体结构，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、润饰或变化，也可以将上述技术特征以适当的方式进行组合；这些改进润饰、变化或组合，或未经改进将发明的构思和技术方案直接应用于其他场合的，均应视为本申请的保护范围。

Claims (8)

1.一种具有可调式夹持装置的复合材料成型模具，其特征在于，包括模具上模(1)、模具下模(2)以及多个可调式夹持装置；多个所述可调式夹持装置均匀紧密地分布在所述模具上模(1)的四周；所述可调式夹持装置包括夹持板(3)和紧固件(4)；所述夹持板(3)可相对于所述模具上模(1)上下移动；所述夹持板(3)的上部开设有限制所述夹持板(3)上下移动范围的条形通孔(5)；通过所述紧固件(4)穿过所述条形通孔(5)将所述夹持板(3)固定于所述模具上模(1)上；所述模具下模(2)相应的位置开设有与所述夹持板(3)相配合的模具凹槽(6)，以供所述夹持板(3)的下部插入；当所述夹持板(3)相对于所述模具上模(1)移动到最低位置，所述模具上模(1)和所述模具下模(2)合模时，所述夹持板(3)与所述模具凹槽(6)的内壁之间具有一定间隙；多个所述夹持板(3)的高低位置可独立调节，合模时，各所述夹持板(3)相对于所述模具上模(1)的高低位置固定；所述可调式夹持装置还包括一组厚度互不相同的垫片(7)；所述垫片(7)设置在所述夹持板(3)上部与所述模具上模(1)之间；所述紧固件(4)为螺栓。

2.根据权利要求1所述的具有可调式夹持装置的复合材料成型模具，其特征在于，所述垫片(7)的厚度为1-5cm。

3.根据权利要求1所述的具有可调式夹持装置的复合材料成型模具，其特征在于，所述夹持板(3)的宽度为2-3cm。

4.根据权利要求1所述的具有可调式夹持装置的复合材料成型模具，其特征在于，所述条形通孔(5)为长方形通孔。

5.根据权利要求1所述的具有可调式夹持装置的复合材料成型模具，其特征在于，所述复合材料成型模具可用于对纤维织物或纤维织物预浸料的成型。

6.一种采用如权利要求1-5任一项所述的具有可调式夹持装置的复合材料成型模具的复合材料成型方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)调节可调式夹持装置：根据待成型的复合材料制件的结构，逐一调节位于模具上模四周的每个可调式夹持装置的夹持板的高度位置，并用紧固件穿过位于其上部的条形通孔，将其固定在模具上模的侧面；

2)放置复合材料坯料：裁切复合材料坯料，并将复合材料坯料放置于模具下模上；

3)合模成型：将模具上模向模具下模上逐渐扣合，夹持板的底端插入对应位置的模具凹槽内，同时将复合材料坯料顶入模具凹槽内，复合材料坯料在夹持板与模具凹槽之间夹持力的作用下保持一定张力，以及其在模具上模与模具下模之间合模力的作用下可向模具上模和模具下模的模具型腔滑动，当复合材料坯料完全贴合模具型腔面时，合模成型完毕，得到复合材料制件。

7.根据权利要求6所述的复合材料成型方法，其特征在于，如果成型的复合材料制件局部出现纤维褶皱、纤维间隙缺陷或因内应力导致的制件回弹，则需要进一步调整相应的夹持板的高度，重复步骤1)～3)。

8.根据权利要求6所述的复合材料成型方法，其特征在于，所述步骤3)合模成型的具体过程包括：

位于最低位置的夹持板首先与复合材料坯料接触，并将其顶入对应位置的模具凹槽内夹持绷紧，位置相对较高的夹持板尚未接触到复合材料坯料；

继续合模，模具上模和模具下模的模具型腔面与复合材料坯料接触，被夹持板夹持绷紧的复合材料坯料保持一定张力，尚未被夹持板限制的复合材料坯料可沿复合材料坯料面内方向向模具中心移动；

继续合模，之前未接触到复合材料坯料的夹持板开始与复合材料坯料接触，并将其顶入对应位置的模具凹槽夹持绷紧；

进一步合模，局部夹持绷紧的复合材料坯料沿夹持板与模具凹槽之间的间隙向模具型腔滑动，直至复合材料坯料完全贴合模具型腔面，合模成型完毕。