CN113172905B - 一种复合材料隔框的模具、隔框的制造方法以及隔框 - Google Patents

Abstract

本发明揭示了一种复合材料隔框的模具，包括底模，内边模，外边模以及辅助模具，底模可拆卸固定于框架上，内边模和外边模配置于底模上且与底模配合形成制作复合材料隔框的模腔，辅助模具与模腔形状相匹配且可被配置于模腔内；本发明还提供了一种采用上述复合材料隔框的模具制造复合材料隔框的方法以及制造的复合材料隔框。本发明的优点包括可以实现固化过程中对产品上下方向以及侧向的持续加压，使产品具有内部质量好、密实度高、外尺寸精准、表面光洁的优点。

Description

一种复合材料隔框的模具、隔框的制造方法以及隔框

技术领域

本发明属于复合材料隔框制备技术领域，具体涉及一种复合材料隔框的模具、复合材料隔框的制造方法以及一种复合材料隔框。

背景技术

隔框一般用于飞机、吊舱、弹体等产品结构的主要传力及承力结构，通常由缘条、腹板、加强筋等结构组成。传统隔框多为钢、铝合金、镁合金等金属结构，受工艺和材料本身属性的影响，金属隔框存在重量大、承载效率低、不耐腐等问题，因此需要研究一种轻质、高效的碳纤维复合材料隔框，以解决上述问题。

因此，针对上述技术问题，有必要提供一种复合材料隔框，一种复合材料隔框的模具以及复合材料隔框的制造方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种复合材料隔框的模具、复合材料隔框的制造方法以及一种复合材料隔框，以解决现有技术中的问题。

为了实现上述目的，本发明一实施例提供的技术方案如下：

一实施例中，提供了一种复合材料隔框的模具，包括底模，内边模，外边模以及辅助模具；

所述底模具有一封装平面，所述封装平面上凸设有与沿所述复合材料隔框外边框所描绘的形状相匹配的凸台；

所述内边模可拆卸配置于所述凸台内部相应位置；

所述外边模可拆卸配置于所述凸台外沿；

所述内边模、外边模以及底模配合形成制作所述复合材料隔框的模腔，所述辅助模具与所述模腔形状相匹配且可被配置于所述模腔内；

其中，所述内边模和所述外边模上分别均匀分布有若干第一定位孔和腰型孔，所述底模上分布有与第一定位孔和腰型孔相对应的第二定位孔，所述腰型孔沿所述模腔的法向延伸。

作为本发明的进一步改进，所述凸台内部相应位置凹设有与沿所述复合材料隔框内边框所描绘的形状相匹配的凹陷部，所述凹陷部的深度小于所述凸台的厚度，所述内边模被配置于所述凹陷部边缘。

在上述技术方案中，设置凸台以及凹陷部可以防止内、外边模在抽真空袋压缩过程中不会产生过多滑移，以免对模腔内的复合材料隔框造成过渡压缩导致变形或损坏。

作为本发明的进一步改进，所述内边模包括一内边模底座以及垂直于所述内边模底座延伸的内边模挡边，所述内边模底座的一侧贴合所述凹陷部边缘设置。

作为本发明的进一步改进，所述外边模包括一外边模底座以及垂直于所述外边模底座一侧延伸的外边模挡边，所述外边模挡边与所述凸台外沿之间留有一定间隙。

作为本发明的进一步改进，所述内边模与所述外边模分别由多个模块组合而成。

作为本发明的进一步改进，所述内边模底座贴合所述凹陷部边缘一侧的厚度等于所述凹陷部的深度，且所述内边模挡边与所述内边模底座的连接处呈曲面设置。

本发明还提供了一种复合材料隔框的制造方法，采用上述的复合材料隔框的模具进行制造，包括：

于底模封装平面的凹陷部边缘用螺栓固定内边模；

于内边模外侧逐层铺设第一预浸料铺层，并抽真空预压实；

放置辅助模具，所述辅助模具边缘与所述凸台上表面的第一预浸料铺层之间形成有三角区，于所述三角区内进行第二预浸料填充并抽真空预压实；

沿辅助模具外侧壁逐层铺设第三预浸料铺层，并抽真空预压实；

取出所述辅助模具，并于所述第三预浸料铺层上预定位置放置芯材结构，并抽真空预压实；

于底模凸台外侧壁处用螺栓固定外边模，并于模腔内逐层铺设第四预浸料铺层，抽真空预压实；

取下内边模和外边模上的螺栓并于腰型孔内安装定位螺栓；

热压固化，冷却后脱模，并按照所需尺寸精度进行边缘切割加工。

作为本发明的进一步改进，所述第一预浸料铺层自所述内边模挡边外侧壁延伸至所述凸台外侧壁，所述第三预浸料铺层自所述辅助模具外侧壁延伸至所述凸台外侧壁，所述第四预浸料铺层覆盖所述芯材结构以及部分所述第一预浸料铺层和部分所述第三预浸料铺层。

作为本发明的进一步改进，所述定位螺栓安装于所述腰型孔靠近所述凸台一端，以使得所述内边模和外边模在固化时受到外部压力后只能沿着腰型孔长度方向移动加压。

在一具体实施例中，热压固化前还包括，在模具及产品表面依次铺放隔离膜、脱模布、透气毡以及真空袋膜，并进行抽真空预压实。

在一具体实施例中，所述热压固化过程中，可以选择利用真空负压加压，也可以选择在热压罐中充入压缩空气或惰性气体进行加压。

在一具体实施例中，所述芯材结构可通过激光投影定位方式或传统样板定位方式进行定位铺放。

本发明还提供了一种复合材料隔框，由上述的复合材料隔框的制造方法制做而成。

作为本发明的进一步改进，包括腹板以及形成于腹板边缘的缘条，所述腹板包括层压实体腹板以及芯材结构腹板，所述层压实体腹板由所述第一预浸料铺层、第二预浸料铺层以及第三预浸料铺层组成的第一蒙皮铺层以及所述第四预浸料铺层组成的第二蒙皮铺层组合而成，所述芯材结构腹板配置于所述第一蒙皮铺层和所述第二蒙皮铺层之间。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

本发明提供了一种夹芯结构的碳纤维复合材料隔框的制作模具，通过辅助模具完成了第一预浸料层与第三预浸料层之间间隙的填充铺贴和压实，保证铺层的密实；通过设置外边模、定位螺栓、腰型孔，在保证定位精度的同时，在固化过程中通过真空袋加压实现侧向滑移，通过外边模同时能保证产品的外廓尺寸精度和表面光洁质量。

本发明的可以实现固化过程中对产品上下方向以及侧向的持续加压，使产品具有内部质量好、密实度高、外尺寸精准、表面光洁的优点。

本发明提供了一种夹芯结构的碳纤维复合材料隔框，具有质量轻、结构效率高、强度高、耐腐蚀等优点，与铝合金结构相比能够减轻30~40%重量，提高产品隔框的综合性能指标，且本发明的复合材料隔框，其在固化过程中能够实现侧向加压，制得的产品隔框密实度高。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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中记载的一些实施例，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是本申请一实施方式中一种复合材料隔板的立体结构图；

图2是本申请一实施方式中一种复合材料隔板的主视图；

图3是本申请一实施方式中一种复合材料隔板模具（装配好）的立体结构图；

图4是本申请一实施方式中一种复合材料隔板模具（装配好）的主视图；

图5是图4的A-A剖面图；

图6是本申请一实施方式中一种复合材料隔板模具底模的立体结构图；

图7是本申请一实施方式中一种复合材料隔板模具内边模的立体结构图；

图8是本申请一实施方式中一种复合材料隔板模具外边模的立体结构图；

图9是本申请一实施方式中一种复合材料隔板模具辅助模具的立体结构图；

图10是本申请一实施方式中一种复合材料隔板的主视图中剖面A-A第一步铺放完成示意图；

图11是本申请一实施方式中一种复合材料隔板的主视图中剖面A-A第二步铺放完成示意图；

图12是本申请一实施方式中一种复合材料隔板的主视图中剖面A-A第三步铺放完成示意图；

图13是本申请一实施方式中一种复合材料隔板的主视图中剖面A-A第五步铺放完成示意图；

图14是本申请一实施方式中一种复合材料隔板的主视图中剖面B-B第五步铺放完成示意图。

具体实施方式

以下将结合附图所示的各实施方式对本发明进行详细描述。但该等实施方式并不限制本发明，本领域的普通技术人员根据该等实施方式所做出的结构、方法、或功能上的变换均包含在本发明的保护范围内。

参考图1和图2所示，本申请一实施例中提供了一种复合材料隔板，包括腹板11以及形成于腹板边缘的缘条12，缘条12由“T型”、“L型”单独或组合构成，在其他实施例中也可由其他形状构成；腹板11包括层压实体腹板以及芯材结构腹板，层压实体腹板由第一蒙皮铺层以及第二蒙皮铺层组合而成，芯材结构腹板配置于第一蒙皮铺层和第二蒙皮铺层之间。

从结构上来讲，第一蒙皮铺层（下蒙皮铺层或内蒙皮铺层）由第一预浸料铺层、第二预浸料铺层以及第三预浸料铺层组合而成，第二蒙皮铺层（上蒙皮铺层或外蒙皮铺层）由第四预浸料铺层构成；从工艺上来讲，以芯材结构腹板所在面作为中间面，第一蒙皮铺层（下蒙皮铺层或内蒙皮铺层）被定义为铺放芯材结构腹板以前的铺层（包括腹部、缘条的整体铺层及加强铺层），第二蒙皮铺层（上蒙皮铺层或外蒙皮铺层）被定义为铺放芯材结构腹板以后的的铺层（包括腹部、缘条的整体铺层及加强铺层）。

参考图3至图9所示，本申请一实施例提供了一种复合材料隔框的模具，包括底模21，内边模22，外边模23以及辅助模具24，底模21可拆卸固定于框架25上，内边模22和外边模23配置于底模21上且与底模21配合形成制作复合材料隔框的模腔，辅助模具24与模腔形状相匹配且可被配置于模腔内。

框架25四周边缘固定有吊环251，两组吊环251对称分布于框架25上。

参考图5和图6所示，底模21具有一封装平面，封装平面上凸设有与沿复合材料隔框外边框所描绘的形状相匹配的凸台211，凸台211内部相应位置（根据制作的复合材料隔框形状确定）凹设有与沿复合材料隔框内边框所描绘的形状相匹配的凹陷部212，凹陷部212的深度小于凸台211的厚度；底模21的边缘均匀开设有若干靶标孔213。

参考图5和图7所示，内边模22包括一内边模底座221以及垂直于内边模底座221延伸的内边模挡边222，内边模底座221远离凹陷部212边缘的一侧上均匀分布有若干第一定位孔和第一腰型孔2211，底模21的相应位置分布有若干第二定位孔，第二定位孔与第一定位孔以及第一腰型孔2211分别一一对应，内边模22通过内六角头螺栓固定于与第一定位孔相对应的第二定位孔内，可拆卸配置于凹陷部212内且内边模底座221的一侧贴合凹陷部212边缘设置，内边模底座221贴合凹陷部212边缘一侧的厚度等于凹陷部212的深度，且内边模挡边222与内边模底座221的连接处呈曲面设置，便于进行第一预浸料铺层的铺设。

参考图5和图8所示，外边模23包括一外边模底座231以及垂直于外边模底座231一侧延伸的外边模挡边232，外边模底座231上同样均匀分布有若干第一定位孔和第二腰型孔2311，底模21的相应位置同样分布有若干第二定位孔，外边模23通过内六角头螺栓固定于与第一定位孔相对应的第二定位孔内，可拆卸配置于凸台211外沿且外边模挡边232与凸台211外沿之间留有一定间隙（该间隙用来容纳第三预浸料铺层，以及热压固化时实现对产品沿其法向的压缩）；其中，第一腰型孔2211和第二腰型孔2311均沿模腔的法向延伸。

为了方便脱模，内边模22与外边模23分别由多个模块拼装组合而成，且在本实施例中，内六角头螺栓主要起到紧固定位的作用，在其他实施例中，为达到紧固功能不仅限于此种螺栓。

参考图2、图10~图14所示，本申请一实施例提供了一种复合材料隔框的制造方法，在本实施例中，以碳纤维织物预浸料作为铺层材料，以芳纶纸蜂窝或者铝蜂窝作为夹芯材料进行案例实施的说明；但本申请不仅仅适用于实施案例所述材料，包括：

第一步，于底模封装平面的凹陷部边缘用内六角头螺栓固定内边模，于内边模外侧逐层铺设第一预浸料铺层，为保证良好的层间贴合性并减少孔隙率，铺层时应适当进行抽真空预压实；其中，第一预浸料铺层自内边模挡边外侧壁延伸至凸台外侧壁，铺放完成如图10所示。

第二步，放置辅助模具，辅助模具边缘与凸台上表面的第一预浸料铺层之间形成有三角区A，对三角区A使用第二预浸料铺层进行填充，并进行抽真空预压实，铺放完成如图11所示。

第三步，沿辅助模具外侧壁逐层铺设第三预浸料铺层（环向缘条铺层），铺层时应适当进行抽真空预压实，其中，第三预浸料铺层自辅助模具外侧壁延伸至凸台外侧壁，铺放完成如图12所示。

第四步，取出辅助模具，采用激光投影仪通过把标点投影定位铺放芯材结构或通过传统样板定位的方式进行芯材结构的定位铺放，应适当进行抽真空预压实。

第五步，将外边模安装到底模的凸台外侧壁处，并用内六角头螺栓定位禁锢；于模腔内逐层铺放第四预浸料铺层，铺放的第四预浸料铺层应覆盖芯材结构和内蒙皮铺层，铺放时应适当进行抽真空预压实，铺放完成如图13和图14所示。

第六步，将内六角头螺栓取出，在腰型孔（第一腰型孔和第二腰型孔）位置安装定位螺栓，无需拧紧；定位螺栓安装于腰型孔靠近凸台的一端，以使得内边模和外边模在固化时受到外部压力后只能沿着腰型孔长度方向（即产品法向）移动加压。定位螺栓主要起到腰型孔短边限位的作用，在固化时保证受侧向压力时只可以沿腰型孔长边对产品起法向滑移加压的作用。

第七步，在铺放完的模具及产品表面依次铺放隔离膜、脱模布、透气毡、真空袋膜等辅助材料，保证完全覆盖且不出现架空、不实的现象，用密封胶条对真空袋膜进行密封，真空袋膜上留有真空接嘴进行抽真空预压实。

第八步，放入热压罐或烘箱进行加热固化，固化过程中可以只选择利用真空负压加压，也可以选择在热压罐中充入压缩空气或惰性气体进行加压。

第九步，将固化冷却后的产品及模具从热压罐或烘箱中取出，去除掉辅助材料，依次拆卸定位螺栓、外边模、内边模，从而脱模取出复合材料隔框。

第十步，按照所需复合材料隔框的设计尺寸和精度要求，对复合材料隔框进行边缘切割加工。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

本发明提供了一种夹芯结构的碳纤维复合材料隔框的制作模具，通过辅助模具完成了第一预浸料层与第三预浸料层之间间隙的填充铺贴和压实，保证铺层的密实；通过设置外边模、定位螺栓、腰型孔，在保证定位精度的同时，在固化过程中通过真空袋加压实现侧向滑移，通过外边模同时能保证产品的外廓尺寸精度和表面光洁质量。

本发明提供了一种夹芯结构的碳纤维复合材料隔框，具有质量轻、结构效率高、强度高、耐腐蚀等优点，与铝合金结构相比能够减轻30~40%重量，提高产品隔框的综合性能指标，且本发明的复合材料隔框，其在固化过程中能够实现侧向加压，制得的产品隔框密实度高。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施例加以描述，但并非每个实施例仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (9)

1.一种复合材料隔框的模具，其特征在于，包括底模，内边模，外边模以及辅助模具；

所述底模具有一封装平面，所述封装平面上凸设有与沿所述复合材料隔框外边框所描绘的形状相匹配的凸台；

所述内边模可拆卸配置于所述凸台内部相应位置；

所述外边模可拆卸配置于所述凸台外沿；

所述内边模、外边模以及底模配合形成制作所述复合材料隔框的模腔，所述辅助模具与所述模腔形状相匹配且可被配置于所述模腔内；

其中，所述内边模和所述外边模上分别均匀分布有若干第一定位孔和腰型孔，所述底模上分布有与第一定位孔和腰型孔相对应的第二定位孔，所述腰型孔沿所述模腔的法向延伸；

所述凸台内部相应位置凹设有与沿所述复合材料隔框内边框所描绘的形状相匹配的凹陷部，所述凹陷部的深度小于所述凸台的厚度，所述内边模被配置于所述凹陷部边缘；

所述外边模包括一外边模底座以及垂直于所述外边模底座一侧延伸的外边模挡边，所述外边模挡边与所述凸台外沿之间留有一定间隙。

2.根据权利要求1所述的复合材料隔框的模具，其特征在于，所述内边模包括一内边模底座以及垂直于所述内边模底座延伸的内边模挡边，所述内边模底座的一侧贴合所述凹陷部边缘设置。

3.根据权利要求2所述的复合材料隔框的模具，其特征在于，所述内边模与所述外边模分别由多个模块组合而成；

或

所述内边模底座贴合所述凹陷部边缘一侧的厚度等于所述凹陷部的深度，且所述内边模挡边与所述内边模底座的连接处呈曲面设置。

4.一种复合材料隔框的制造方法，其特征在于，采用权利要求1~3任一所述的复合材料隔框的模具进行制造，包括：

于底模封装平面的凹陷部边缘用定位螺栓固定内边模；

于内边模外侧逐层铺设第一预浸料铺层，并抽真空预压实；

放置辅助模具，所述辅助模具边缘与所述凸台上表面的第一预浸料铺层之间形成有三角区，于所述三角区内进行第二预浸料填充并抽真空预压实；

沿辅助模具外侧壁逐层铺设第三预浸料铺层，并抽真空预压实；

取出所述辅助模具，并于所述第三预浸料铺层上预定位置放置芯材结构，并抽真空预压实；

于底模凸台外侧壁处用螺栓固定外边模，并于模腔内逐层铺设第四预浸料铺层，抽真空预压实；

取下内边模和外边模上的螺栓并于腰型孔内安装定位螺栓；

热压固化，冷却后脱模，并按照所需尺寸精度进行边缘切割加工。

5.根据权利要求4所述的复合材料隔框的制造方法，其特征在于，所述第一预浸料铺层自所述内边模挡边外侧壁延伸至所述凸台外侧壁，所述第三预浸料铺层自所述辅助模具外侧壁延伸至所述凸台外侧壁，所述第四预浸料铺层覆盖所述芯材结构以及部分所述第一预浸料铺层和部分所述第三预浸料铺层。

6.根据权利要求4所述的复合材料隔框的制造方法，其特征在于，热压固化前还包括，在模具及产品表面依次铺放隔离膜、脱模布、透气毡以及真空袋膜，并进行抽真空预压实。

7.根据权利要求4所述的复合材料隔框的制造方法，其特征在于，所述热压固化过程中，选择利用真空负压加压，或者选择在热压罐中充入压缩空气或惰性气体进行加压。

8.根据权利要求4所述的复合材料隔框的制造方法，其特征在于，所述定位螺栓安装于所述腰型孔靠近所述凸台一端，以使得所述内边模和外边模在固化时受到外部压力后只能沿着腰型孔长度方向移动加压。

9.一种复合材料隔框，其特征在于，由权利要求4~8任一所述的复合材料隔框的制造方法制做而成。

Images