CN113021955B - 一种复合材料梁的成型模具及复合材料梁的制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及复合材料成型加工技术领域，本发明公开了一种复合材料梁的成型模具及复合材料梁的制造方法。该复合材料梁的成型模具包括多个模块和固定件；该多个模块通过该固定件可拆卸连接；该多个模块中的每个模块包括相对的第一侧面和第二侧面；相邻模块之间的连接面由一个模块的第二侧面和另一个模块的第一侧面连接形成。该模块的优点在于可以选用金属材质、保证成型后的零件具备极佳的精度，同时能从封闭的零件型腔内顺利脱模。

Description

一种复合材料梁的成型模具及复合材料梁的制造方法

技术领域

本发明涉及复合材料成型加工技术领域，特别涉及一种复合材料梁的成型模具及复合材料梁的制造方法。

背景技术

一般，复合材料的梁结构具有结构简单、强度好、易装配、维修更换方便，适用于多种飞机主结构，例如机身地板梁、无人机机翼、撑杆等。

现有技术中通常使用拉挤成型工艺或者半梁胶接/螺接均来制造，虽然可以制造出各种结构的复合材料梁结构，但仍具有铺层连续性差、结构强度低和效率低的问题，尤其是制造闭口复合材料梁结构时，由于其内腔面尺寸精度要求高，采用上述成型工艺难以同时保证其尺寸精度和强度要求。

发明内容

本发明要解决的是现有技术复合材料梁成型结构强度和尺寸精度低的技术问题。

为解决上述技术问题，本申请在一方面公开了一种复合材料梁的成型模具，其包括多个模块和固定件；

该多个模块通过该固定件可拆卸连接；

该多个模块中的每个模块包括相对的第一侧面和第二侧面；

相邻模块之间的连接面由一个模块的第二侧面和另一个模块的第一侧面连接形成；

该模块的材料为硬质材料。

可选的，该多个模块中的每个模块的结构相同。

可选的，该多个模块包括间隔设置的多个第一子模块和多个第二子模块；

该多个第一子模块中的每个第一子模块包括至少两个子块；

该多个第二子模块中的每个第二子模块包括至少两个子块。

可选的，该第一子模块包括第一子块和第二子块；

该第二子模块包括第三子块和第四子块；

该第一子块和第二子块之间连接形成的连接缝与该第三子块和第四子块之间连接形成的连接缝不重合。

可选的，该第一子块和该第二子块上分别设有一个第一通孔；

该第三子块和该第四子块上分别设有一个与该第一通孔对应的第二通孔；

该固定件包括第一固定件和第二固定件；

该第一固定件用于通过穿过一个该第一通孔和对应的一个该第二通孔固定连接该第一子块和该第三子块；

该第二固定件用于通过穿过另一个该第一通孔和对应的另一个该第二通孔固定连接该第二子块和该第四子块。

可选的，该第一子模块包括四个子块；

该第二子模块包括四个子块；

该第一子模块的四个子块之间连接形成的多个连接缝与该第二子模块的四个子块之间连接形成的多个连接缝互不重合。

可选的，该第一子模块的纵向长度小于该第二子模块的纵向长度，和/或，该第一子模块的横向宽度小于该第二子模块的横向宽度。

可选的，该第一子模块的至少两个子块中相邻两个子块之间的接触面设有拔模角；

该第二子模块的至少两个子块中相邻两个子块之间的接触面设有拔模角。

可选的，该模块的中部设有减重孔；

该减重孔的顶部设有凸部；

该减重孔的底部设有与该凸部配合的凹部。

本申请在另一方面还公开了一种复合材料梁的制造方法，其包括如下步骤：

将复合材料铺层在成型模具的表面，该成型模具包括多个模块和固定件；该多个模块通过该固定件可拆卸连接；该多个模块中的每个模块包括相对的第一侧面和第二侧面；相邻模块之间的连接面由一个模块的第二侧面和另一个模块的第一侧面连接形成；该模块的材料为硬质材料；

复合材料成型后，得到待取出复合材料梁结构；

通过拆卸该固定件，依次取出该待取出复合材料梁结构内腔的该多个模块中的每个模块，得到复合材料梁。

采用上述技术方案，本申请提供的复合材料梁的成型模具具有如下有益效果：

本申请提供了一种复合材料梁的成型模具，其包括多个模块和固定件；该多个模块通过该固定件可拆卸连接；该多个模块中的每个模块包括相对的第一侧面和第二侧面；相邻模块之间的连接面由一个模块的第二侧面和另一个模块的第一侧面连接形成；该模块的材料为硬质材料。如此情况下，能够使得该成型模具在对复合材料梁进行成型后，便于通过依次取出一个模块来进行脱模，具有脱模方便，且由于该模具可以为金属模具，还能够使得成型出的复合材料梁具有结构强度高和尺寸精度好的优点。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，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为本申请一种可选地实施方式中复合材料梁的成型模具的结构示意图；

图2为本申请一种可选地实施方式中第一子模块的主视图；

图3为本申请另一种可选地实施方式中复合材料梁的成型模具的结构示意图；

图4为本申请另一种可选地实施方式中第一子模块的结构示意图；

图5为本申请一种可选地实施方式中第二子模块的结构示意图；

图6为本申请一种可选地实施方式中主轴的结构示意图；

图7为本申请另一种可选地实施方式中复合材料梁的成型模具的结构示意图；

图8为本申请一种可选地实施方式中模块的局部放大图；

图9为本申请一种可选地实施方式中固定了两块模块的结构示意图；

图10为本申请一种可选地实施方式中待卸出第一子块的示意图；

图11为本申请一种可选地实施方式中已卸出第一子块的示意图；

图12为本申请一种可选地实施方式中已卸出第二子块的示意图；

图13为本申请一种可选地实施方式中已卸出第六子块的示意图；

图14为本申请一种可选地实施方式中复合材料梁的结构示意图。

以下对附图作补充说明：

1-模块；11-第一子模块；111-第一子块；112-第二子块；113-第一通孔；114-第五子块；115-第六子块；12-第二子模块；121-第三子块；122-第四子块；123-第七子块；124-第八子块；125-第二通孔；13-连接缝；14-减重孔；15-成型面；16-凸部；17-凹部；2-固定件；21-第一固定件；22-第二固定件；3-主轴；31-螺纹段；32-安装结构；4-手柄；5-固定支架；51-底板；52-支板；6-复合材料梁；7-凸结构或者凹结构。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本申请至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含的包括一个或者更多个该特征。而且，术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。

如图1所示，图1为本申请一种可选地实施方式中复合材料梁的成型模具的结构示意图。本申请在一方面公开了一种复合材料梁的成型模具，其包括多个模块1和固定件2；该多个模块1通过该固定件2可拆卸连接；该多个模块1中的每个模块1包括相对的第一侧面和第二侧面；相邻模块1之间的连接面由一个模块1的第二侧面和另一个模块1的第一侧面连接形成；该模块1的材料为硬质材料，从而使得本申请提供的成型模具能够成型尺寸精度更好且等径或者等宽的复合材料闭合梁。

可选地，该硬质材料包括陶瓷、金属或者工程塑料等高强度、不易变形的材料。

可选地，该模块1的金属材料包括铝合金、铜、不锈钢、铸铁或者钛合金，优选地，该金属材料为铝合金。

在一种可选的实施方式中，该多个模块1中的每个模块1的结构相同。

在另一种可选的实施方式中，该多个模块1包括间隔设置的多个第一子模块11和多个第二子模块12；该多个第一子模块11中的每个第一子模块11包括至少两个子块；该多个第二子模块12中的每个第二子模块12包括至少两个子块，有利于后续复合材料梁成型后便于将模块1从复合材料梁的内腔中取出，可选地，通过取出单个子块进而依次取出所有模块1。

在一种可选的实施方式中，该第一子模块11的纵向长度小于该第二子模块12的纵向长度；在另一种可选的实施方式中，该第一子模块11的横向宽度小于该第二子模块12的横向宽度，从而使得成型出来的复合材料梁的内腔面具有凹凸形状。

在一种可选的实施方式中，如图2所示，图2为本申请一种可选地实施方式中第一子模块的主视图。该第一子模块11包括第一子块111和第二子块112；该第二子模块12包括第三子块121和第四子块122；该第一子块111和第二子块112之间连接形成的连接缝13与该第三子块121和第四子块122之间连接形成的连接缝13不重合，由于两种子模块1的连接缝13不重合，便于在安装形成整体模具时使得相邻的模块1之间连接更加紧密，有助于提高成型产品的质量，优选地，第一子模块11的连接缝13与第二子模块12的连接缝13垂直。

在一种可选地实施方式中，从图2可以看出，当将第一子模块11分成两个子块时，其连接缝13与该第一子模块11的对角线重合。

需要说明的是，将第一子模块11和第二子模块12分成多个子块的方式以及子块的大小不做限制，可以根据需要进行划分设计；本实施例中的第一子块111、第二子块112、第三子块121和第四子块122与下文中的同一名称的子块并不是同一子块，位置关系以及连接关系均不相同。

在一种可选的实施方式中，如图3-5所示，图3为本申请另一种可选地实施方式中复合材料梁的成型模具的结构示意图；图4为本申请另一种可选地实施方式中第一子模块的结构示意图；图5为本申请一种可选地实施方式中第二子模块的结构示意图。该第一子块111和该第二子块112上分别设有一个第一通孔113；该第三子块121和该第四子块122上分别设有一个与该第一通孔113对应的第二通孔125；该固定件2包括第一固定件21和第二固定件22；该第一固定件21用于通过穿过一个该第一通孔113和对应的一个该第二通孔125固定连接该第一子块111和该第三子块121；该第二固定件22用于通过穿过另一个该第一通孔113和对应的另一个该第二通孔125固定连接该第二子块112和该第四子块122。

在一种可选的实施方式中，从图3可以看出，该第一子模块11包括四个子块；该第二子模块12包括四个子块；该第一子模块11的四个子块之间连接形成的多个连接缝13与该第二子模块12的四个子块之间连接形成的多个连接缝13互不重合，且该固定件2包括多个子固定件，优选地，该子固定件的数量与模块1包含的子模块1的数量相同。

可选的，由图3可知，由第一子模块11和第二子模块12固定连接形成的模具的表面为成型面15，该成型面15的形状即为后续成型出的复合材料梁的内腔面结构。

在一种可选的实施方式中，该第一子模块11的至少两个子块中相邻两个子块之间的接触面设有拔模角；该第二子模块12的至少两个子块中相邻两个子块之间的接触面设有拔模角，便于后续依次拆卸出该子块。

在一种可选的实施方式中，该模块1的中部设有减重孔14，能有效降低该模具的质量和成本，当然该减重孔14还可以用来放置下文中的主轴3，参见图6。

在一种可选的实施方式中，从图4可以看出，该第一子模块11包括的四个子块分别为第一子块111、第二子块112、第五子块114和第六子块115；其中，第一子块111与第二子块112分别为该减重孔14左右两侧的子块，第五子块114和第二子块112分别为该减重孔14上下两侧的子块，该连接缝13为四条，第一子块111与第五子块114形成的连接缝13与第一子块111与第六子块115形成的连接缝13大致平行，第二子块112与第五子块114形成的连接缝13与第二子块112与第六子块115形成的连接缝13大致平行，优选地，该第一子块111与第二子块112的面积为较小的两个子块，便于后续拆卸取出；

该第二子模块12包括的四个子块分别为第三子块121、第四子块122、第七子块123和第八子块124；其中，第七子块123与第八子块124分别为该减重孔14左右两侧的子块，第三子块121和第四子块122分别为该减重孔14上下两侧的子块，该连接缝13为四条，第三子块121与第七子块123形成的连接缝13与第三子块121与第八子块124形成的连接缝13大致平行，第四子块122与第七子块123形成的连接缝13与第四子块122与第八子块124形成的连接缝13大致平行，当对上述第一模块11和第二模块12进行连接后，使得第一子块1111与第六子块115形成的连接缝13与第三子块121与第八子块124形成的连接缝13垂直，便于多个模块1连接后形成更紧密的结构。

需要说明的是，后续下文中提到的子块均为本实施例中对应的第一子块111至第八子块124。

在一种可选的实施方式中，参考图5，该减重孔14的顶部设有凸部16；该减重孔14的底部设有与该凸部16配合的凹部17，便于相邻的模块1之间能够紧密贴合，也进一步降低了相邻模块1之间连接定位的难度。

在一种可选地实施方式，第一子块111与第二子块112上均设有一个第一通孔113，第五子块114和第六子块115上分别设有三个第一通孔113，相应的，第二子模块12的四个子块对应设于相应的第二通孔125，将第一子模块11与第二子模块12连接固定后，能够形成第一子块111与第八子块124连接，第二子块112与第七子块123连接，第五子块114与第七子块123、第四子块122和第八子块124连接，第六子块115与第七子块123、第三子块121和第八子块124连接。

在一种可选地实施方式中，参考图3，固定件2为具有螺纹的细轴，相应地，第一通孔113和第二通孔125为具有与该细轴的螺纹配合的内螺纹，通过螺纹的配合，将多个模块1连接的更紧密，当该固定件2将多个模块1连接后可以通过在该固定件2的两端上螺母，从而进一步加固整个结构。

在一种可选地实施方式中，如图6-8所示，图6为本申请一种可选地实施方式中主轴的结构示意图；图7为本申请另一种可选地实施方式中复合材料梁的成型模具的结构示意图；图8为本申请一种可选地实施方式中模块的局部放大图。该成型模具还包括手柄4、固定支架5和主轴3，该主轴3包括螺纹段31和安装结构32，该螺纹段31的两端分别连接一个该安装结构32，该安装结构32用于安装手柄4，该减重孔14设有内螺纹，且与该螺纹端相配合，将该多个子块依次拼接放置在主轴3上，后续通过固定件2将多个模块1固定连接后，可以将该整体结构通过该主轴3放置在固定支架5上，该固定支架5包括底板51和支板52，该底板51的两端部分别设有一个支板52，从图7可以看出，该支板52上设有通孔，用于放置主轴3的端部，从而使得整个模块1架设在该底板51上方，该模块1的底部与底板51存在预设距离，便于后续成型闭合梁时能够转动手柄4，进而转换位于当前顶部的表面，可选地，在一种应用场景中，当复合材料铺完当前的顶表面，需要铺侧面时，可以通过转动手柄4，将侧面转到上个顶表面的位置，便于操作人对该侧面进行铺层。

在另一种可选地实施方式中，参考图7，该成型模具还包括手柄4、固定支架5和连接件，本实施例中的手柄4和固定支架5与图7中的位置关系相同，该固定连接好的多个模块1整体的两端分别连接一个该连接件，该连接件的一端置于该固定支架5的通孔内，且与手柄4连接，本实施例中的成型模具的操作方法与上个相同，为了简化描述，在此不再赘述。

在一种可选的实施方式中，该成型模具还包括外模具，即图3中的模具结构作为芯模，在一种应用场景中，当铺层好复合材料后，可以对应的外模具放置在复合材料上，形成预设的复合材料，从而使得成型的复合材料梁的外表面尺寸精度高，复合材料梁的强度更高；在另一种应用场景中，可以直接将该芯模和外模具组合好，从而形成预设的空腔结构，后续通过挤出的方式在该空腔结构挤出原料，再通过定型和脱模工艺得到所需的复合材料梁结构。

在另一种可选的实施方式中，该成型模块1还包括气囊和其他模具组件，该气囊置于上述模块1的外部，从而可以采用气囊成型的方法得到所需的复合材料梁结构。

本申请在另一方面还公开了一种复合材料梁的制造方法，其包括如下步骤：

1)将复合材料铺层在成型模具的表面，该成型模具包括多个模块1和固定件2；该多个模块1通过该固定件2可拆卸连接；该多个模块1中的每个模块1包括相对的第一侧面和第二侧面；相邻模块1之间的连接面由一个模块1的第二侧面和另一个模块1的第一侧面连接形成；该模块1的材料为硬质材料。

可选的，该成型模具的结构如图3所示。如图9所示，图9为本申请一种可选地实施方式中固定了两块模块1的结构示意图。该成型模具的固定件2包括8个子固定件，该子固定件为带有螺纹的细轴。

2)复合材料成型后，得到待取出复合材料梁结构。

3)通过拆卸该固定件2，依次取出该待取出复合材料梁结构内腔的该多个模块1中的每个模块1，得到复合材料梁6。

可选的，该成型模具的结构如图7所示，如图10-13所示，图10为本申请一种可选地实施方式中待卸出第一子块111的示意图；图11为本申请一种可选地实施方式中已卸出第一子块111的示意图；图12为本申请一种可选地实施方式中已卸出第二子块112的示意图；图13为本申请一种可选地实施方式中已卸出第六子块115的示意图。可以看出，拆卸多个模块的过程如下：先取出所有的子固定件，再将第一子块111对应的子固定件部分旋入其的第一通孔113内，将主轴3略微旋出使其的螺纹轻抵第一子块111，在旋入主轴3从而有力推第一子块111，并拉拔上述子固定件，由于第一子块111的长度方向和高度方向均带有拔模角，在主轴3螺纹推力和上述子固定件的螺纹拉力的作用下，该第一子块111可轻松从其对应的第一模块1中卸出，同理卸出第二子块112、第六子块115的方法相同，需要说明的是，为了便于拆卸，优选地，可以选择先卸出体积较小的子块，如第一子块111和第二子块112，再卸出第五子块114和第六子块115，但拆卸第一子块111和第二子块112的先后顺序不做限定，拆卸第五子块114和第六子块115的顺序不做限定，根据拆卸第一模块1的方法可拆卸出下一个第二模块1，从而可以依次拆卸出所有的模块1。可见，采用本申请的成型模具在后续脱模过程中可以不受闭合梁截面形状的影响，具有应用范围广和成型的闭合梁尺寸精度高的优点。

在一种可选的实施方式中，步骤1)之后还包括使用真空袋进行成型的步骤，后续还包括定型，可选的，该定型可以是常温，也可以是放置在预设温度的烘箱、热压罐或其他设备中，后续还包括卸出真空袋。

在一种可选的实施方式中，如图14所示，图14为本申请一种可选地实施方式中复合材料梁的结构示意图。该复合材料梁6为闭合梁，该闭合梁的内腔面包括多个凸结构和/或者凹结构7，该凸结构对应的模块1为表面具有凹陷结构的模块1，同理该凹结构对应的模块1表面具有凸起结构的模块1。

需要说明的是，该闭合梁的内腔面的凹凸结构的位置、尺寸以及形状均不作限定，可以根据需求对成型模具的模块1进行改造从而得到。

以上所述仅为本申请可选实施例，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种复合材料梁的成型模具，其特征在于，包括多个模块(1)和固定件(2)；

所述多个模块(1)通过所述固定件(2)可拆卸连接；

所述多个模块(1)中的每个模块(1)包括相对的第一侧面和第二侧面；

相邻模块(1)之间的连接面由一个模块(1)的第二侧面和另一个模块(1)的第一侧面连接形成；

所述模块(1)的材料为硬质材料；

所述多个模块(1)包括间隔设置的多个第一子模块(11)和多个第二子模块(12)；

所述多个第一子模块(11)中的每个第一子模块(11)包括至少两个子块；

所述多个第二子模块(12)中的每个第二子模块(12)包括至少两个子块；

相邻的第一子模块(11)的至少两个子块的连接缝与第二子模块(12)的至少两个子块的连接缝不重合；

复合材料能够通过铺覆在所述多个模块(1)形成的成型面定型为具有闭合腔体的复合材料梁结构。

2.根据权利要求1所述的复合材料梁的成型模具，其特征在于，所述第一子模块(11)包括第一子块(111)和第二子块(112)；

所述第二子模块(12)包括第三子块和第四子块；

所述第一子块(111)和所述第二子块(112)之间连接形成的连接缝(13)与所述第三子块和所述第四子块之间连接形成的连接缝(13)不重合。

3.根据权利要求2所述的复合材料梁的成型模具，其特征在于，所述第一子块(111)和所述第二子块(112)上分别设有一个第一通孔(113)；

所述第三子块和所述第四子块上分别设有一个与所述第一通孔(113)对应的第二通孔(125)；

所述固定件(2)包括第一固定件(21)和第二固定件(22)；

所述第一固定件(21)用于通过穿过一个所述第一通孔(113)和对应的一个所述第二通孔(125)固定连接所述第一子块(111)和所述第三子块；

所述第二固定件(22)用于通过穿过另一个所述第一通孔(113)和对应的另一个所述第二通孔(125)固定连接所述第二子块(112)和所述第四子块。

4.根据权利要求1所述的复合材料梁的成型模具，其特征在于，所述第一子模块(11)包括四个子块；

所述第二子模块(12)包括四个子块；

所述第一子模块(11)的四个子块之间连接形成的多个连接缝(13)与所述第二子模块(12)的四个子块之间连接形成的多个连接缝(13)互不重合。

5.根据权利要求1所述的复合材料梁的成型模具，其特征在于，所述第一子模块(11)的纵向长度小于所述第二子模块(12)的纵向长度，和/或，所述第一子模块(11)的横向宽度小于所述第二子模块(12)的横向宽度。

6.根据权利要求1所述的复合材料梁的成型模具，其特征在于，所述第一子模块(11)的至少两个子块中相邻两个子块之间的接触面设有拔模角；

所述第二子模块(12)的至少两个子块中相邻两个子块之间的接触面设有拔模角。

7.根据权利要求1所述的复合材料梁的成型模具，其特征在于，所述模块(1)的中部设有减重孔(14)；

所述减重孔(14)的顶部设有凸部(16)；

所述减重孔(14)的底部设有与所述凸部(16)配合的凹部(17)。

8.根据权利要求1所述的复合材料梁的成型模具，其特征在于，所述多个模块(1)中的每个模块(1)的结构相同。

9.一种复合材料梁的制造方法，其特征在于，包括如下步骤：

将复合材料铺层在成型模具的表面，所述成型模具包括多个模块(1)和固定件(2)；所述多个模块(1)通过所述固定件(2)可拆卸连接；所述多个模块(1)中的每个模块(1)包括相对的第一侧面和第二侧面；相邻模块(1)之间的连接面由一个模块(1)的第二侧面和另一个模块(1)的第一侧面连接形成；所述模块(1)的材料为硬质材料；相邻的第一子模块(11)的至少两个子块的连接缝与第二子模块(12)的至少两个子块的连接缝不重合；

复合材料成型后，得到待取出复合材料梁结构；

通过拆卸所述固定件(2)，依次取出所述待取出复合材料梁结构内腔的所述多个模块(1)中的每个模块(1)，得到复合材料梁(6)。

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