CN112677517A - 一种预埋金属螺母复合材料箱体的rtm成型模具及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种预埋金属螺母复合材料箱体的RTM成型模具，包括阴模、阳模以及螺栓，阴模上设置有注胶口、出胶口及螺纹孔，阳模上依次铺放有下层纤维织物、复合材料板和上层纤维织物，复合材料板上嵌套有多组金属螺母，上层纤维织物包覆复合材料板并预留螺母容置孔，螺栓依次穿过阴模的螺纹孔、上层纤维织物的螺母容置孔后旋入金属螺母，还公开了其RTM一体成型工艺；本发明制造的复合材料箱体自带有金属螺母，能够稳定的安装于其它设备上，有效避免复合材料打孔造成的结构和力学损伤，保证复合材料箱体的密封性能，可以实现复合材料箱体与金属结构或其他设备的连接固定，稳定性更好，箱体密封性优异。

Description

一种预埋金属螺母复合材料箱体的RTM成型模具及方法

技术领域

本发明属于树脂基复合材料与金属部件一体成型技术领域，具体涉及一种预埋多组金属螺母的复合材料箱体的RTM成型模具，以及其一体成型方法。

背景技术

高性能纤维增强树脂基复合材料与传统轻量化材料相比，具有密度小、强度高、模量高等优点，被广泛应用于轨道交通设备中的轻量化设计。

RTM成型工艺是低粘度树脂在闭合的阴、阳模中流动、浸润增强材料并固化成形的一种工艺技术。随着复合材料技术的发展，RTM工艺被广泛应用于生产较大型规则零部件，RTM工艺成本低、环保，复合材料水箱、集装箱等较大型部件也逐渐应用到船舶和车辆。

由于复合材料结构件打孔易造成结构和力学损伤，破环复合材料箱体的密封性能，难以与其它设备连接固定，在行驶过程中易发生摇晃、倾倒，产生安全隐患。

因此预埋多组金属螺母的复合材料箱体在进行RTM一体成型时，容易导致成型失败。

发明内容

为了克服上述技术不足，本发明的目的之一是提供一种预埋多组金属螺母的复合材料箱体的RTM成型模具。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种预埋金属螺母复合材料箱体的RTM成型模具，包括合模后能形成密闭模腔的阴模和阳模，以及连接用螺栓，所述的阴模上设置有用于连接注射机的注胶口、用于连接真空设备树脂管的出胶口以及多个螺纹孔，注射机将树脂注入密闭模腔内后固化成型为复合材料箱体，所述的阳模上依次铺放有下层纤维织物、中间复合材料板和上层纤维织物，所述的复合材料板上嵌套有正对螺纹孔的多组金属螺母，所述的上层纤维织物包覆复合材料板并预留螺母容置孔，位置与复合材料板的金属螺母位置一致，并通过螺栓与阴模定位固定，复合材料板RTM成型，其厚度小于金属螺母厚度，在复合材料板上雕刻出螺母外尺寸，将多组金属螺母按设计位置嵌入复合材料板中，所述的螺栓依次穿过阴模的螺纹孔、上层纤维织物的螺母容置孔后旋入金属螺母保证合模后的真空度。

所述的一种预埋金属螺母复合材料箱体的RTM成型模具，其金属螺母为完全嵌入复合材料箱体内的标准不锈钢法兰螺母，螺母螺纹端与箱体表面平齐，所述金属螺母数量不限。

本发明的目的之二是提供一种基于上述成型模具对预埋金属螺母复合材料箱体进行RTM一体成型的方法，解决现有技术中复合材料箱体难以连接固定，易摇晃、倾倒的技术问题，有效避免复合材料打孔造成的结构和力学损伤，保证复合材料箱体的密封性能。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种预埋金属螺母复合材料箱体的RTM成型方法，包括如下步骤：

步骤1，在中间复合材料板上预埋多组金属螺母：复合材料板RTM成型，其厚度小于螺母厚度，在复合材料板上按螺母外尺寸雕刻出型腔，将多组金属螺母按设计位置嵌入复合材料板中；

步骤2，在复合材料板两下侧分别铺层下层纤维织物和上层纤维织物；

步骤3，将下层纤维织物直接铺放于阳模上，用上层纤维织物包覆复合材料板，预留上层纤维织物上的螺母容置孔，并与金属螺母对齐；

步骤4，将包括阴模放置在上层纤维织物上方并使螺纹孔与螺母容置孔和金属螺母对其并通过螺栓固定，够成模具组一；

步骤5，选择N套模具组一与5-N套仅由阴模和阳模构成的模具组二组装合模，然后通过注射机向密闭模腔内注入纤维增强树脂基复合材料，通过RTM成型工艺制备得到具有N个预埋金属螺母面板和5-N个不带金属螺母面板且顶部开口的复合材料箱体，其中N=1，2，3，4或5。

进一步，所述的纤维为玻璃纤维织物或/和碳纤维织物。

更进一步，所述的树脂为不饱和树脂、乙烯基树脂或环氧树脂。

与现有技术相比，本发明的有益效果包括：本发明成型模具制备得到的复合材料箱体自带有金属螺母，可以实现复合材料箱体与金属结构或其他设备的连接固定，能够稳定的安装于其它设备上，有效避免复合材料打孔造成的结构和力学损伤，保证复合材料箱体的密封性能，而且稳定性更好。

本发明采用的RTM成型工艺，通过RTM模具设计实现金属螺母嵌件的定位，实现预埋多组金属螺母的复合材料箱体一体成型工艺，RTM一体成型工艺成本低、对车间环境污染小，既能满足日益严厉的环境保护法规的要求，又能提供出性能优良的复合材料制件。

复合材料箱体相比于金属箱体，既保证了箱体的结构强度，又减轻了重量。同时保证了复合材料箱体与其它金属部件的连接，能够稳定的安装于其它设备上，能有效避免复合材料打孔造成的结构和力学损伤，保证复合材料箱体的密封性能。复合材料箱体应用于船载或车载的水箱或集装箱，可以通过螺栓固定箱体的位置，避免摇晃或震动导致箱体移动或倾倒。

附图说明

图1是本发明成型模具的结构示意图；

图2是本发明方法成型得到的复合材料箱体结构图。

各附图标记为：1—阳模，2—侧壁或底部，3—金属螺母，4—复合材料板，5—下层纤维织物，6—上层纤维织物，7—阴模，8—螺纹孔，9—螺栓，10—复合材料箱体。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

如图1所示，本发明公开的一种预埋金属螺母复合材料箱体的RTM成型模具，包括合模后能形成密闭模腔的阴模7和阳模1，以及连接用螺栓9，所述的阴模7上设置有用于连接注射机的注胶口、用于连接真空设备树脂管的出胶口以及螺纹孔8，注射机将树脂注入密闭模腔内后固化成型为复合材料箱体10，所述的阳模1上依次铺放有下层纤维织物5、中间复合材料板4和上层纤维织物6，所述的复合材料板4上嵌套有正对螺纹孔8的多组金属螺母3，所述的上层纤维织物6包覆复合材料板4并预留螺母容置孔，位置与复合材料板4的金属螺母3位置一致，并通过螺栓9与阴模7定位固定，复合材料板4为RTM成型，材料与箱体相同，其厚度小于金属螺母3厚度，注塑后与箱体面板一体成型，在复合材料板4上雕刻出螺母外尺寸，将多组金属螺母3按设计位置嵌入复合材料板4中，所述的螺栓9依次穿过阴模7的螺纹孔8、上层纤维织物6的螺母容置孔后旋入金属螺母3保证合模后的真空度。其中金属螺母3为完全嵌入复合材料箱体10内的标准不锈钢法兰螺母，成型后需完全嵌入箱体面板，螺母螺纹端与面板表面平齐，所述金属螺母3数量为4～6个。

本发明的实施例1提供了预埋多组金属螺母的玻璃钢蓄电池槽，所述预埋多组金属螺母的玻璃钢蓄电池槽一体成型工艺为RTM液体工艺。所述玻璃钢蓄电池槽用于存放电解液和电极，金属螺母用于固定电池槽位置，避免摇晃或震动导致电池槽移动或倾倒。所述RTM液体成型工艺包括模具设计以及金属螺母预埋方案。所述预埋多组金属螺母的玻璃钢蓄电池槽为纤维增强树脂基复合材料，所述增强纤维包括为玻璃纤维织物；所述树脂为改性环氧树脂。

所述的中间复合材料板4嵌套金属螺母3，复合材料板4由真空袋压成型，增强纤维为玻璃纤维织物，树脂为改性环氧树脂。阴模7和阳模1合模后形成密闭模腔，由注射机将改性环氧树脂混入固化剂后注入密闭模腔内，固化成型。

实施例2

本发明的实施例2提供了预埋多组金属螺母3的碳纤维电池包，所述预埋多组金属螺母3的碳纤维电池包一体成型工艺为RTM液体工艺。所述碳纤维电池包用于安放新能源电池，金属螺母3用于连接碳纤维电池包与金属零部件，避免电池包打孔可能造成的结构和力学损伤。所述RTM液体成型工艺包括模具设计以及金属螺母预埋方案。所述预埋多组金属螺母的碳纤维电池包为纤维增强树脂基复合材料，所述增强纤维包括为碳纤维织物；所述树脂为改性环氧树脂。

所述金属螺母3为标准不锈钢法兰螺母，其完全嵌入碳纤维电池包的四个侧面2，螺母螺纹端与碳纤维电池包表面平齐，所述金属螺母数量共计12个。

所述金属螺母3预埋方案：纤维铺层包括下层纤维织物5、中间复合材料板4、上层纤维织物6。下层碳纤维织物直接铺放于金属阳模1上，上层碳纤维织物包覆中间复合材料板4，并预留螺纹孔8。所述中间复合材料板4嵌套金属螺母3，复合材料板4由碳纤维预浸料模压成型，厚度小于螺母厚度，在复合材料板4上雕刻出螺母外尺寸，将多组螺母按设计位置嵌入复合材料板4中。

阴模7和阳模1合模后形成密闭模腔，由注射机将改性环氧树脂混入固化剂后注入密闭模腔内，固化成型。

实施例3

本发明成型模具进行预埋金属螺母复合材料箱体的RTM成型，包括如下步骤：

步骤1，中间复合材料板4嵌套金属螺母3：在复合材料板4上按螺母外尺寸雕刻出型腔，将多组金属螺母3按设计位置嵌入复合材料板4中；

步骤2，在复合材料板4两下侧分别铺层下层纤维织物5和上层纤维织物6；

步骤3，将下层纤维织物5直接铺放于阳模1上，用上层纤维织物6包覆复合材料板4，预留上层纤维织物6上的螺母容置孔，并与金属螺母3对齐；

步骤4，将包括阴模7放置在上层纤维织物6上方并使螺纹孔8与螺母容置孔和金属螺母3对其并通过螺栓9固定，够成模具组一；

步骤5，选择一套模具组一与四套仅由阴模7和阳模1构成的模具组二组装合模，然后通过注射机向密闭模腔内注入纤维增强树脂基复合材料，通过RTM成型工艺制备得到具有一个预埋金属螺母面板和四个不带金属螺母面板（图中的侧壁或底部2）的顶部开口的复合材料箱体10，其结构如图2所示。

其中，所述的纤维为玻璃纤维织物或/和碳纤维织物，所述的树脂为不饱和树脂、乙烯基树脂或环氧树脂。

本发明设计的RTM一体成型工艺成本低、对车间环境污染小，既能满足日益严厉的环境保护法规的要求，又能提供出性能优良的复合材料制件。

实施例4

本发明实施例与实施例3的不同之处在于步骤5，选择两套模具组一与三套仅由阴模7和阳模1构成的模具组二组装合模，然后通过注射机向密闭模腔内注入纤维增强树脂基复合材料，通过RTM成型工艺制备得到具有两个预埋金属螺母面板和三个不带金属螺母面板的顶部开口的复合材料箱体。

实施例5

本发明实施例与实施例3的不同之处在于步骤5，选择三套模具组一与两套仅由阴模7和阳模1构成的模具组二组装合模，然后通过注射机向密闭模腔内注入纤维增强树脂基复合材料，通过RTM成型工艺制备得到具有三个预埋金属螺母面板和两个不带金属螺母面板的顶部开口的复合材料箱体。

实施例6

本发明实施例与实施例3的不同之处在于步骤5，选择四套模具组一与一套仅由阴模7和阳模1构成的模具组二组装合模，然后通过注射机向密闭模腔内注入纤维增强树脂基复合材料，通过RTM成型工艺制备得到具有四个预埋金属螺母面板和一个不带金属螺母面板的顶部开口的复合材料箱体。

实施例7

本发明实施例与实施例3的不同之处在于步骤5，选择五套模具组一组装合模，然后通过注射机向密闭模腔内注入纤维增强树脂基复合材料，通过RTM成型工艺制备得到具有五个预埋金属螺母面板的顶部开口的复合材料箱体。

以上所述本发明的具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何根据本发明的技术构思所做出的各种其他相应的改变与变形，均应包含在本发明权利要求的保护范围内。

Claims (5)

1.一种预埋金属螺母复合材料箱体的RTM成型模具，其特征在于：包括合模后能形成密闭模腔的阴模（7）和阳模（1），以及连接用螺栓（9），所述的阴模（7）上设置有用于连接注射机的注胶口、用于连接真空设备树脂管的出胶口以及多个螺纹孔（8），所述的阳模（1）上依次铺放有下层纤维织物（5）、复合材料板（4）和上层纤维织物（6），所述的复合材料板（4）上嵌套有正对螺纹孔（8）的多组金属螺母（3），所述的上层纤维织物（6）包覆复合材料板（4）并预留螺母容置孔，所述的复合材料板（4）厚度小于金属螺母（3），所述的螺栓（9）依次穿过螺纹孔（8）、螺母容置孔后旋入金属螺母（3）。

2.根据权利要求1所述的一种预埋金属螺母复合材料箱体的RTM成型模具，所述的金属螺母（3）为完全嵌入复合材料箱体内的不锈钢法兰螺母，数量为4～6个。

3.一种预埋金属螺母复合材料箱体的RTM成型方法，基于权利要求1所述的成型模具，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1，在复合材料板（4）上雕刻出型腔，将多组金属螺母（3）嵌入复合材料板（4）中；

步骤2，在复合材料板（4）两下侧分别铺层下层纤维织物（5）和上层纤维织物（6）；

步骤3，将下层纤维织物（5）铺放于阳模（1）上，用上层纤维织物（6）包覆复合材料板（4），预留上层纤维织物（6）上的螺母容置孔，并与金属螺母（3）对齐；

步骤4，将包括阴模（7）放置在上层纤维织物（6）上方并使螺纹孔（8）与螺母容置孔和金属螺母（3）对其并通过螺栓（9）固定，够成模具组一；

步骤5，选择N套模具组一与5-N套仅由阴模（7）和阳模（1）构成的模具组二组装合模，然后通过注射机向密闭模腔内注入纤维增强树脂基复合材料，通过RTM成型工艺制备得到具有N个预埋金属螺母面板和5-N个不带金属螺母面板的顶部开口的复合材料箱体（10），其中N=1，2，3，4或5。

4.根据权利要求3所述的一种预埋金属螺母复合材料箱体的RTM成型方法，其特征在于，所述的纤维为玻璃纤维织物或/和碳纤维织物。

5.根据权利要求4所述的一种预埋金属螺母复合材料箱体的RTM成型方法，其特征在于，所述的树脂为不饱和树脂、乙烯基树脂或环氧树脂。

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