CN114379113B - 一种工字梁成型模具及成型工艺 - Google Patents

Abstract

本发明创造提供了一种工字梁成型模具，包括对应工字梁腹板两侧表面的阳模件以及对应工字梁翼板外侧的阴模组件；所述阴模组件包括成型工字梁表面的平面模件以及平面模件内侧对应工字梁翼板外缘的挡条，在挡条下部设有引导结构；所述阳模件凸出于翼板外缘，在平面模件与阳模件间具有容纳挡条的空间，在两平面模件以及阳模件外侧设有用于压紧模具的压板。本发明创造通过对挡条的特殊设计，有规律的、可控的将气体及树脂从预定位置排出，并且成型过程无需转模，工艺操作简单，脱模非常容易。另外，工件主体部位尺寸精度均得到可靠保障，翼板边缘成型质量也得到极大提升，产品成型后，几乎不需要进行修理，更不会出现劈裂等情况。

Description

一种工字梁成型模具及成型工艺

技术领域

本发明创造属于复合材料成型技术领域，尤其是涉及一种工字梁成型模具及成型工艺。

背景技术

传统的复合材料工字梁成型是先通过平板模压的方法，分别制备出其上翼板、下翼板以及中间的腹板，然后通过螺栓或粘胶连接的方法，对翼板和腹板进行拼接，通过螺栓连接的主要缺陷是需要在复合材料工字梁的翼板及腹板中打孔，而打孔工艺将破坏复合材料工字梁的强度。而通过胶粘连接的主要缺陷是，在外加大的拉伸或剪切载荷作用下，由于复合材料的翼板及腹板之间存在明显的界面，容易发生断裂。现有技术中虽然有采用整体式的模具制作复合材料工字梁，但是工件成型尺寸不易保证，尤其是热固化成型后出现“铁包碳”的情况，脱模非常困难，工件边角部分不易控制成型，非常容易出现缺陷，比如，翼板外缘等部位精度要求虽然低于工字梁主体部分，但由于模具难以控制该部分尺寸，因此在工件热固化成型后需要进行边缘打磨修理才能使用，生产效率低，产品质量不稳定，且增加了生产成本。

发明内容

有鉴于此，本发明创造旨在克服现有技术中的缺陷，提出一种工字梁成型模具及成型工艺。

为达到上述目的，本发明创造的技术方案是这样实现的：

一种工字梁成型模具，包括对应工字梁腹板两侧表面的阳模件以及对应工字梁翼板外侧的阴模组件；所述阴模组件包括成型工字梁表面的平面模件以及平面模件内侧对应工字梁翼板外缘的挡条，在挡条下部设有引导结构；所述阳模件凸出于翼板外缘，在平面模件与阳模件间具有容纳挡条的空间，在两平面模件以及阳模件外侧设有用于压紧模具的压板，阳模件外侧的压板在压紧阳模件的同时，还对挡条施加压力，使得挡条贴住工字梁翼板外缘，并且在阳模件外侧的压板与平面模件间留有排气缝隙或排气槽，需要指出的是，各压板对模具压紧时，各面均匀施压。

进一步，所述引导结构包括挡条靠近平面模件一侧的引导斜面。

进一步，所述平面模件朝向工字梁一侧表面的粗糙度≤1.6μm，以及所述挡条朝向工字梁一侧表面的粗糙度≤1.6μm。

进一步，所述挡条朝向平面模件一侧表面的粗糙度≥3.2μm。

进一步，所述挡条朝向阳模件一侧表面的粗糙度≤1.6μm。

一种应用上述模具成型工字梁的工艺，包括如下步骤：

S1、计算工字梁翼板及腹板的预浸料尺寸和铺层层数；

S2、裁切预浸料，并按设计层数铺贴到阳模件上，使两阳模件之间形成工作梁的腹板部分、阳模件外壁形成工作梁的翼板部分；

S3、安放工字梁两侧翼板部分外侧的平面模件；

S4、安放工字梁侧翼外缘所对应的挡条；

S5、将两阳模件压紧工作梁工件的腹板部分、将两侧平面模件分别压紧工作梁工件预浸料铺层的翼板部分，同时，压住挡条，使挡条贴住翼板的外缘端面，完成模具组装；

S6、热固化成型；

S7、脱模。

进一步，组装模具时，使阳模件、挡条、平面模件对工件均匀施加压力。

进一步，热固化前，将铺贴有预浸料的模具整体置入真空袋，抽真空处理。

进一步，热固化成型后，降温至30-50℃时进行脱模。

相对于现有技术，本发明创造具有以下优势：

本发明创造通过对挡条的特殊设计，有规律的、可控的将气体及树脂从预定位置排出，并且成型过程无需转模，工艺操作简单，脱模非常容易。另外，工件主体部位尺寸精度均得到可靠保障，翼板边缘成型质量也得到极大提升，产品成型后，几乎不需要进行修理，更不会出现劈裂等情况。

附图说明

构成本发明创造的一部分的附图用来提供对本发明创造的进一步理解，本发明创造的示意性实施例及其说明用于解释本发明创造，并不构成对本发明创造的不当限定。在附图中：

图1为本发明创造的结构示意图；

图2为图1去掉外侧压板后的示意图；

图3为本工字梁工件的结构示意图；

图4为图2去掉工字梁工件后的示意图

图5为图4去掉阴模组件后的示意图

图6为图4去掉阳模件后的示意图

图7为图6中A处结构的放大图；

图8为本发明创造中挡条与其相邻的各结构件间在常态下相对位置布置的示意图；

图9为图8中挡条在气体及树脂排出状态下，挡条位置变化、和气体及树脂排出路径的示意图；

图10为本发明创造中侧向压板顶端面设有排空槽时的示意图；

图11为本图9中橡胶材质挡条时的示意图；

图12为图11中B处结构的放大图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明创造中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本发明创造的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”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发明创造和简化描述，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发明创造的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，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”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明创造的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明创造的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明创造中的具体含义。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明创造。

一种工字梁成型模具，如图1至12所示，包括对应工字梁11腹板1两侧表面的阳模件2、以及对应工字梁翼板3外侧的阴模组件4；阴模组件包括成型工字梁表面的平面模件5以及平面模件内侧对应工字梁翼板外缘7的挡条6，在挡条下部设有引导结构；所述阳模件凸出于翼板外缘，在平面模件与阳模件间具有容纳挡条的空间。需要说明的是，所提及的翼板外缘是指翼板宽度方向两端的端面及该端面与翼板两侧表面衔接部分，也可以理解为是预浸料铺贴完成后，各层预浸料末端所处的部分，如图3所示，下同。

阳模件外端凸出于翼板外缘，且在平面模件与阳模件间形成挡条安装空间，两平面模件以及阳模件外侧设有用于压紧模具的压板，具体的，平面模件外侧设有侧向压板8，阳模件外侧设有主向压板9，阳模件外侧的压板在压紧阳模件的同时，还对挡条施加压力，使得挡条贴住工字梁翼板外缘，并且优选的，主向压板与平面模件间留有排气缝隙或排气槽，以利于气体及多余的树脂排出。为了保证平面模板的稳定性，优选的，在平面模板与压板结合处的端面上开设置贯通的排气槽。需要指出的是，各压板对模具压紧操作时，最好各面均匀施压，即，拧紧各压板间的连接螺钉时，采用对称旋拧的方式，避免依次旋拧连接螺钉造成工字梁工件局部受力过大。

在一个可选的实施例中，挡条与平面模件制作为一体，比如，挡条采用橡胶材质，在平面模件两端的同侧硫化成型。阳模件外侧的压板在压紧阳模件的同时，会对挡条施加压力，使挡条贴住工字梁翼板外缘，保证工字梁翼板外缘成型质量高，且不妨碍从该位置排气或排出被挤压出来的树脂。优选的，如图10所示，最好在平面模件与主向压板间、以及侧向压板与正向压板间均设置贯通的排空槽13，以最大限度减少空气及树脂流入翼板内侧，尽可能使排出的空气及树脂如图9所示的路径经排空槽流出。

需要指出的是，挡条对工字梁翼板外缘表面的压力，小于阳模件对工字梁腹板的压力，能够贴紧工字梁翼板外缘提高表面质量即可。另需说明的是，由于橡胶材质挡条具有一定的形变能力，因此，并不如金属材质的阳模件刚度高，即使是压板对阳模件以及挡条施加同样的作用力的情况下，挡条对工字梁翼板外缘表面的实际压力也会稍小于阳模件对工字梁腹板的压力，当然，为了优化工件各部位受力状况，通过对工件不同部位施加作用力不同，达到更佳的成型质量，可以将挡条的厚度进行特殊设计。

具体设计可以为：

假设阳模件、挡条同时压紧工件，使得工字梁产品成型为设计尺寸，此时阳模件厚度的理论设计值为H1，挡条厚度的理论设计值为H2，由于在实际生产中，从翼板外缘会有树脂溢出，翼板尺寸相对于理论设计尺寸会有少许偏差，翼板厚度有设计要求，且经常会用翼板端面作为配合面，因此，只能以尺寸公差要求较低的翼板外缘部位作为改善这种上述尺寸偏差的突破口。

在实际生产时，将阳模件实际厚度h1加工为与理论设计值相同，即，h1＝H1，将挡条实际厚度h2加工为稍小于理论设计值，通常，挡条厚度小于理论设计值0.2-1mm，即，h2+0.2mm<H2<h2+1mm。这样的结构设计时，阳模件、挡条能够最大限度保障工字梁产品成型尺寸，尤其是阳模件连同平面模件一起，可以完全保证工字梁腹板、工字梁翼板尺寸成型为设计值，进而结构满足设计要求，同时，工字梁腹板、工字梁翼板表面质量更高，尤其是能显著降低工字梁翼板外缘处劈裂以及工件内部存留气泡的缺陷，进而有效改善产品质量。

而在另一个可选的实施例中，如图1、图2、图4及图6所示，挡条独立于平面模件，即挡条与平面模件是两个独立的零件，并在挡条朝向工字梁翼板的一侧设置所述引导结构。当挡条与平面模件为分体式结构时，挡条与平面模件可以采用不同材质的材料制作，如橡胶等非金属。另外，挡条与平面模件可以采用同种的金属材质，由于挡条与平面模件间为非封闭状态，因此，在产品热压成型过程中，允许从挡条与平面模件间排出气体或是树脂。

在一个可选的实施例中，如图7所示，所述引导结构包括挡条靠近平面模件一侧的引导斜面10，该引导斜面与平面模件内侧表面间形成由宽及窄的引导槽缝12。如图8、图9所示，挡条在热固化成型过程中，形成类似于阀芯的作用，具体的，由于引导槽缝处(挡条与平面模件间)启动压力，明显要大于挡条与阳模件间(以及挡条与翼板边缘间)的启动压力，由于外侧压板固定住模具，因此在热固化过程中，在外侧压板位置不会移动的情况下，挡条只能因引导槽缝处较大的启动压力，而有向远离平面模件一侧移动的趋势，如图8和图9中挡条位置变化，进而使挡条与平面模件间的缝隙，更加大于挡条与阳模件间的缝隙，并且使得挡条与阳模件间贴合愈加紧密，可靠的保障了气体及树脂从挡条与平面模件间排出。并且，挡条采用橡胶材料制作时，橡胶材质挡条与阳模件形成密封，而且，挡条向阳模件挤压时，会产生微小的形变，如图11和图12所示，挡条与阳模件所形成的挤压形变部分14，将侧翼与阳模件结合缝隙顶端密封，进而避免气体及树脂进入侧翼的内侧表面，成型质量极佳。

综上分析，正是由于引导槽缝的设计，使得各层预浸料间的气体及树脂由此顺利排出，而不会流向挡条远离平面模件一侧，进而大幅缩短了气体及树脂的流经路径，更易于产品成型，极大的减少气泡、树脂聚集到工件内部，并且，树脂不会流向翼板内侧，加之阳模件、平面模件均可采用刚性较大的金属或合金材料制作，可最大限度保证工字梁产品主体结构质量稳定，有效的避免气体及树胶残留，因此，工字梁产品质量更高。

挡条可以采用诸如橡胶等非金属材料，也可以是采用与平面模板一致的材料，或是其它的模具领域常用的金属或合金材料。而为了更有利于气体及树脂排出，在一个可选的实施例中，所述平面模件朝向工字梁一侧表面的粗糙度≤1.6μm，以及所述挡条朝向工字梁一侧表面的粗糙度≤1.6μm。所述挡条朝向平面模件一侧表面的粗糙度≥3.2μm。所述挡条朝向阳模件一侧表面的粗糙度≤1.6μm。挡条对应平面模板一侧粗糙度更大，即使受压板等外围部件压紧作用，使挡条与平面模件处于贴合状态，也能在微观层面形成较大的“缝隙”，能够及时排气和排出多余的树脂。该实施例的设计形式，尤为适合挡条采用金属或合金材料的工况。

一种应用上述模具成型工字梁的工艺，包括如下步骤：

S1、计算工字梁翼板及腹板的预浸料尺寸和铺层层数；

S2、裁切预浸料，并按设计层数铺贴到阳模件上，使两阳模件之间形成工作梁的腹板部分、阳模件外壁形成工作梁的翼板部分；一次铺贴，无需转换模具，省时省力，作为工件产品基础的预浸料铺层精确度易于保证，应用本模具可一次成型，无需二次加工处理。

S3、安放工字梁两侧翼板部分外侧的平面模件；

S4、安放工字梁侧翼外缘所对应的朝向工件一侧设有引导结构的挡条，并使挡条与平面模件间形成引导槽缝；

S5、压紧阳模件以及阴模组件，完成模具组装；

S6、热固化成型，由于上述引导结构的设计，使得工件在热固化成型过程中，气体及树脂会优先从引导槽缝处排出；

S7、脱模。

组装模具时，使阳模件、挡条、平面模件对工件均匀施加压力。热固化前，将铺贴有预浸料的模具整体置入真空袋，抽真空处理，减少预浸料铺层间夹杂的空气。热固化成型后，降温至30-50℃时进行脱模，更利于脱模。

需要说明的是，现有技术中，对翼板边缘部分加装模具时，由于工件采用预浸料多层铺贴的形式，被挤出的气泡以及树脂容易在边缘处聚集，造成产品缺陷，虽然翼板边缘尺寸精度要求低于工件主体结构，但是，一旦气泡无法及时排出或挤出的树脂聚集，都会影响翼板边缘处质量，千里之堤溃于蚁穴，工字梁受力时容易从翼板边缘劈裂，长期受力后存在工字梁突然溃缩变形或折断的隐患，可能导致非常严重的后果，因此，现有的生产方式所成型的产品存在较大安全隐患。

如果采用软质的芯模，则同样会存在上述情况，并且，各预浸料铺层间的气体并不易排出，由于芯模能够在任意位置有(微量)形变，气泡或挤压的树脂甚至聚集在工件主体结构中(如聚集在腹板表面、翼板表面)，存在极大的不可控性，产品质量存在安全隐患。一次你，软质芯模的模具不易保证产品尺寸精度，且模具易损坏，使用成本较高，并不适于高质量成型本发明创造所需生产的工字梁产品。

而本发明创造正是基于模具主体结构和材料不变的前提下，通过挡条的特殊设计，有规律的、可控的将气体及树脂从预定位置排出，并且，无需转模，操作简单，由于模具各部件均为“开放式”结构，脱模非常容易，不会出现“铁包碳”的情况，工件主体部位尺寸精度均得到可靠保障，并且，翼板边缘成型质量也得到极大提升，产品成型后，几乎不需要进行修理，更不会出现劈裂等情况。

以上所述仅为本发明创造的较佳实施例而已，并不用以限制本发明创造，凡在本发明创造的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明创造的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种工字梁成型模具，其特征在于：包括对应工字梁腹板两侧表面的阳模件以及对应工字梁翼板外侧的阴模组件；所述阴模组件包括成型工字梁表面的平面模件以及平面模件内侧对应工字梁翼板外缘的挡条，在挡条下部设有引导结构；所述阳模件凸出于翼板外缘，在平面模件与阳模件间具有容纳挡条的空间；

挡条与平面模件制作为一体，挡条采用橡胶材质，在平面模件两端的同侧硫化成型，阳模件实际厚度h1加工为与理论设计值相同，将挡条实际厚度h2加工为小于理论设计值0.2-1mm；

阳模件外侧的压板在压紧阳模件的同时，会对挡条施加压力，使挡条贴住工字梁翼板外缘，挡条对工字梁翼板外缘表面的压力，小于阳模件对工字梁腹板的压力，并在平面模件与主向压板间、以及侧向压板与正向压板间均设置贯通的排空槽；

所述引导结构包括挡条靠近平面模件一侧的引导斜面，该引导斜面与平面模件内侧表面间形成由宽及窄的引导槽缝；热固化成型过程中，引导槽缝处启动压力，大于挡条与阳模件间以及挡条与翼板边缘间的启动压力，且外侧压板固定住模具，因此在外侧压板位置不会移动的情况下，挡条因引导槽缝处较大的启动压力，而有向远离平面模件一侧移动的趋势，形成类似于“阀芯”的动作，进而使挡条与平面模件间的缝隙，更大于挡条与阳模件间的缝隙，并且使得挡条与阳模件间贴合愈加紧密，以确保气体及树脂从挡条与平面模件间排出。

2.根据权利要求1所述的一种工字梁成型模具，其特征在于：所述平面模件朝向工字梁一侧表面的粗糙度≤1.6μm，以及所述挡条朝向工字梁一侧表面的粗糙度≤1.6μm。

3.根据权利要求2所述的一种工字梁成型模具，其特征在于：所述挡条朝向平面模件一侧表面的粗糙度≥3.2μm。

4.根据权利要求2所述的一种工字梁成型模具，其特征在于：所述挡条朝向阳模件一侧表面的粗糙度≤1.6μm。

5.一种应用权利要求1所述模具成型工字梁的工艺，其特征在于，包括如下步骤：

S1、计算工字梁翼板及腹板的预浸料尺寸和铺层层数；

S2、裁切预浸料，并按设计层数铺贴到阳模件上，使两阳模件之间形成工作梁的腹板部分、阳模件外壁形成工作梁的翼板部分；

S3、安放工字梁两侧翼板部分外侧的平面模件；

S4、安放工字梁侧翼外缘所对应的挡条；

S5、压紧阳模件以及阴模组件，完成模具组装；

S6、热固化成型；

S7、脱模。

6.根据权利要求5所述的成型工字梁的工艺，其特征在于：组装模具时，使阳模件、挡条、平面模件对工件均匀施加压力。

7.根据权利要求5所述的成型工字梁的工艺，其特征在于：热固化前，将铺贴有预浸料的模具整体置入真空袋，抽真空处理。

8.根据权利要求5所述的成型工字梁的工艺，其特征在于：热固化成型后，降温至30-50℃时进行脱模。