CN115091786B - 一种锥筒形纤维增强复合材料的成型方法及成型模具 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及锥筒形纤维增强复合材料成型技术领域，尤其涉及一种锥筒形纤维增强复合材料的成型方法及成型模具。成型方法采用反向合模方式，将增强纤维的外型面控制为负公差与阴模的内型面之间存在间隙，内型面控制为正公差与阳模外型面存在干涉量，且干涉量在径向上的尺寸不小于间隙，在阳模合模到位后能够对增强纤维产生挤压，使增强纤维的外型面与阴模贴合，有效解决常见的褶皱与浮胶问题，并且工艺简单，操作人员经简单培训即可上岗。该成型模具在阴模的大端可拆卸的设有多个导向柱，在大端盖板上设有与导向柱相对应的滑孔，能够使阳模保持沿阴模的中心轴线穿入增强纤维内，为反向合模操作提供设备支持，且操作简便，成型质量好。

Description

一种锥筒形纤维增强复合材料的成型方法及成型模具
技术领域
本发明涉及锥筒形纤维增强复合材料成型技术领域，尤其涉及一种锥筒形纤维增强复合材料的成型方法及成型模具。
背景技术
飞行器的发展经历了低速、亚声速、超声速、高超声速等阶段，随着飞行器速度的不断提高，对其外部热防护层复合材料提出了更高的要求。除材料本身的性能改进以外，材料的成型方面也由分块粘接逐步发展为整体制备，尽可能减少飞行器表面的拼接缝，改善气流在其表面的流动状态。
飞行器的整体外防热层多为锥筒形结构，为实现合模、固化、拆模等操作，目前常用的成型模具一般包括阳模、分瓣阴模、小端盖板、大端盖板等。合模时，正向操作，即大端在下，小端在上，先将阳模与大端盖板装配到位，再将增强纤维套装在阳模上，再将阴模与大端盖板装配到位，最后安装小端盖板。采用该成型模具及成型方法，为保证产品的成型质量，增强纤维需存在一定压缩量，增强纤维的外型面控制为正公差，同时为了保证增强纤维与阳模顺利套装，需要将增强纤维的内型面控制为负公差，即使增强纤维的内型面与阳模的外型面具有间隙。通过分瓣阴模限定并压缩增强纤维，该方式极易导致产品表面出现纵向褶皱或浮胶。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明的目的是提供一种锥筒形纤维增强复合材料的成型方法及成型模具，解决背景技术中的问题。
(二)技术方案
为了实现上述目的，第一方面，本发明提供了一种锥筒形纤维增强复合材料的成型方法，包括以下步骤：
S1、将阴模与小端盖板装配到位，小端盖板位于下侧；
S2、将增强纤维放入阴模内，其中，增强纤维的外型面轮廓度控制为负公差，使增强纤维与阴模的内型面之间存在间隙；
S3、将阳模与阴模合模，在合模过程中，阳模保持沿阴模的中心轴线穿入增强纤维内，阳模与大端盖板同步移动，其中，增强纤维的内型面轮廓度控制为正公差，使增强纤维的内型面与阳模外型面存在干涉量，且在增强纤维轴向上的同一位置处，干涉量在径向上的尺寸不小于间隙，在阳模合模到位后，通过阳模的挤压，使增强纤维的内型面贴合在阳模的外型面，增强纤维的外型面贴合在阴模的内型面；
S4、将步骤S3中合模后模具翻转，使小端盖板位于上侧，大端盖板位于下侧；
S5、注胶、固化后脱模得到锥筒形纤维增强复合材料。
可选地，步骤S3中，采用以下方式使阳模保持沿阴模的中心轴线穿入增强纤维内：
在阴模和大端盖板之间设置多根导向柱，导向柱的一端与阴模连接，大端盖板上设有滑孔，导向柱的另一端通过滑孔穿过大端盖板，使大端盖板能够沿导向柱的轴向滑动。
可选地，导向柱的长度不大于阳模的轴向长度，不小于阳模轴向长度的2/3；和/或
在滑孔内设置滚珠，使大端盖板与导向柱之间为滚动摩擦。
第二方面，本发明还提供了一种一种锥筒形纤维增强复合材料的成型模具，包括阳模、阴模、大端盖板、小端盖板，大端盖板与阳模的大端连接，阳模能够随大端盖板同步移动，在阴模的大端可拆卸的设有多个导向柱，在大端盖板上设有与导向柱相对应的滑孔；
在合模时，大端盖板通过滑孔与导向柱配合，使大端盖板带动阳模保持沿阴模的轴线滑动。
可选地，导向柱的长度不大于阳模的轴向长度，不小于阳模轴向长度的2/3。
可选地，滑孔内设有滚珠，使大端盖板与导向柱之间为滚动摩擦。
可选地，导向柱为三根或四根；和/或
阴模为分瓣结构。
可选地，大端盖板与阴模的大端之间设有第一定位结构；
小端盖板与阴模的小端之间设有第二定位结构。
可选地，第一定位结构包括第一环形限位块、第一定位块以及与第一定位块相匹配的第一定位槽，第一定位块设置在阴模的大端，第一环形限位块和第一定位槽设置在大端盖板；
第二定位结构包括第二环形限位块、第二定位块以及与第二定位块相匹配的第二定位槽，第二定位块设置在阴模的小端，第二环形限位块和第二定位槽设置在小端盖板；
阳模合模到位时，第一环形限位块和所述第二环形限位块伸入阳模和阴模之间，第一定位块卡入第一定位槽，第二定位块卡所述第二定位槽。
可选地，大端盖板与阴模的大端之间设有第一密封结构；
小端盖板与阴模的小端之间均设有第二密封结构。
可选地，第一密封结构包括两个第一环形密封槽，两个第一环形密封槽设置在大端盖板上，且两个第一环形密封槽分别位于第一环形限位块内外两侧，在第一环形密封槽内均设有第一密封圈；
第二密封结构包括两个第二环形密封槽，两个第二环形密封槽设置在大端盖板上，且两个第二环形密封槽分别位于第二环形限位块内外两侧，在第二环形密封槽内均设有第二密封圈。
(三)有益效果
本发明的上述技术方案具有如下优点：本发明提供的锥筒形纤维增强复合材料的成型方法，采用反向合模方式，并通过对增强纤维的内外型面轮廓度进行控制，使增强纤维的外型面控制为负公差与阴模的内型面之间存在间隙，使增强纤维的内型面控制为正公差与阳模外型面存在干涉量，且干涉量在径向上的尺寸不小于间隙，在阳模合模到位后能够对增强纤维产生挤压，使增强纤维的外型面与阴模贴合，在保证成型的同时，有效解决常见的褶皱与浮胶问题，并且工艺简单，操作人员经简单培训即可上岗。
本发明提供的锥筒形纤维增强复合材料的成型模具，包括阳模、阴模、大端盖板、小端盖板，大端盖板与阳模的大端连接，在阴模的大端可拆卸的设有多个导向柱，在大端盖板上设有与导向柱相对应的滑孔，能够使阳模保持沿阴模的中心轴线穿入增强纤维内，为反向合模操作提供设备支持，且操作简便，成型质量好。
附图说明
本发明附图仅为说明目的提供，图中各部件的比例与数量不一定与实际产品一致。
图1是本发明实施例中一种锥筒形纤维增强复合材料的成型模具；
图2是图1中成型模具的半部结构示意图；
图3是本发明实施例中增强纤维的内外型面轮廓度与阳模和阴模之间的关系示意图；
图4是本发明实施例中一种大端盖板的结构示意图；
图5是本发明实施例中一种小端盖板的结构示意图；
图6是本发明实施例中一种锥筒形纤维增强复合材料的成型模具合模后的结构示意图；
图7是图6中成型模具合模并去除导向柱后的结构示意图；
图8是图7中成型模具调整为待注胶状态的结构示意图；
图9是图8中成型模具的半部结构示意图；
图10是图9中的A部放大示意图；
图11是图9中的B部放大示意图；
图12是本发明实施例中一种锥筒形纤维增强复合材料的成型模具成型后拆模状态示意图。
图中：1：阳模；
2：阴模；21：第一定位块；22：第二定位块；
3：大端盖板；31：滑孔；32：第一定位槽；33：第一环形限位块；34：第一环形密封槽；35：第一密封圈；
4：小端盖板；41：第二定位槽；42：第二环形限位块；43：第二环形密封槽；44：第二密封圈；
5：导向柱；
6：增强纤维；61：增强纤维的外型面；62：增强纤维的内型面；7：锥筒形纤维增强复合材料。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本实施例中的阴模和阳模的“大端”是径向尺寸大的一端，“小端”是径向尺寸小的一端。大端盖板是指与阳模的大端相连接的盖板结构，小端盖板是指与阴模的小端相连接的盖板结构。
实施例一
参见图1和图2所示，本发明实施例提供的锥筒形纤维增强复合材料的成型方法，包括以下步骤：
第一步：将阴模2的小端与小端盖板4装配到位，小端盖板4位于下侧。
第二步：将增强纤维6放入阴模2内，其中，参见图3所示，增强纤维的外型面61轮廓度控制为负公差，使增强纤维6与阴模2的内型面之间存在间隙。
第三步：将阳模1与阴模2合模，在合模过程中，阳模1保持沿阴模2的中心轴线穿入增强纤维6内，阳模1与大端盖板3连接，使阳模1能够与大端盖板3同步移动。其中，增强纤维的内型面62轮廓度控制为正公差，使增强纤维的内型面62与阳模1外型面存在理论干涉量(即未合模前，在增强纤维轴向上的同一位置处，增强纤维的内型面的尺寸小于阳模外型面的尺寸)，且在增强纤维6轴向上的同一位置处，干涉量在增强纤维6径向上的尺寸不小于间隙。更优选地，干涉量在增强纤维6径向上的尺寸大于间隙。在阳模1合模到位后，通过阳模1的挤压，使增强纤维的内型面62贴合在阳模1的外型面，增强纤维的外型面61贴合在阴模2的内型面，参见图9～图11所示。
第四步：将第三步中合模后模具翻转，使小端盖板4位于上侧，大端盖板3位于下侧，参见图8所示。
第五步：注胶、固化后脱模得到锥筒形纤维增强复合材料7，参见图12所示，其示意了拆模过程中一种状态示意图。需要说明是，注胶、固化和脱模均采用常规工艺即可，在此不再赘述。
该成型方法采用反向合模方式(小端盖板在下，阳模移动向阴模合模)，并通过对增强纤维的内外型面轮廓度进行控制，将增强纤维的外型面控制为负公差与阴模的内型面之间存在间隙，内型面控制为正公差与阳模外型面存在干涉量，且干涉量在径向上的尺寸不小于间隙，在阳模合模到位后能够对增强纤维产生挤压，使增强纤维的外型面与阴模贴合，在保证成型的同时，有效解决常见的褶皱与浮胶问题，并且工艺简单，操作人员经简单培训即可上岗。
在一个实施方式中，阳模1和阴模2为金属材质，增强纤维密度相对较高(例如1g/cm3以上)，增强纤维的外型面61轮廓度控制在-1mm～0mm负公差，即增强纤维的外型面61与阴模2的内型面之间具有0mm～1mm间隙，能够保证增强纤维的外型面61不会出现褶皱。增强纤维的内型面62轮廓度控制在+1mm～+2mm正公差，即增强纤维的内型面62与阳模1的外型面存在干涉，但由于增强纤维6与金属模具相比，质地相对柔软，易变形。因此，在阳模1轴向到位过程中，阳模1的外型面先与增强纤维的内型面62接触，之后逐渐压缩，同时，在挤压作用下，增强纤维的外型面61逐渐与阴模2的内型面贴合，保证增强纤维6在模腔中完整填充，成型的产品质量好、无褶皱，且成型的产品外型面不会出现浮胶。在本实施方式中，增强纤维6的平均压缩量为1mm，在极限情况下，压缩量为0mm～2mm(例如，0mm的间隙与2mm的干涉量将导致2mm的压缩量，1mm的间隙与1mm的干涉量将导致0mm的压缩量)。更优选地，干涉量取值大于间隙量。
在另一个实施方式中，阳模1和阴模2为金属材质，增强纤维密度相对较低(例如0.5g/cm3以下)，增强纤维的外型面61轮廓度控制在-2mm～-1mm负公差，即增强纤维的外型面61与阴模2的内型面之间存在1mm～2mm间隙。增强纤维的内型面62轮廓度控制在+2mm～+3mm正公差，即增强纤维的内型面62与阳模1的外型面理论存在2mm～3mm干涉量，通过合模过程中的挤压能够得到成型质量好的产品，且能够保证成型的产品外型无褶皱与浮胶。
在又一个实施试中，阳模1和阴模2为金属材质，增强纤维密度相对较低0.5g/cm3～1g/cm3，增强纤维的外型面61轮廓度控制在-1.5mm～-0.5mm负公差，即增强纤维的外型面61与阴模2的内型面之间存在0.5mm～1.5mm间隙。增强纤维的内型面62轮廓度控制在+1.5mm～+2.5mm正公差，即增强纤维的内型面62与阳模1的外型面理论存在1.5mm～2.5mm干涉量，通过合模过程中的挤压能够得到成型质量好的产品，且能够保证成型的产品外型无褶皱与浮胶。
在一些优选实施方式中，采用在阴模2和大端盖板3之间设置多根导向柱5的方式，使阳模1要整个合模过程中，保持沿阴模2的中心轴线穿入增强纤维6内。其中，导向柱5的一端与阴模2连接，大端盖板3上设有滑孔31，导向柱5的另一端通过滑孔31穿过大端盖板3，使大端盖板3能够沿导向柱5的轴向滑动。
进一步优选地，导向柱5的长度不大于阳模1的轴向长度，不小于阳模1轴向长度的2/3。
在一些优选实施方式中，为了有效减少摩擦，在滑孔31内设置滚珠(未示出)，使大端盖板3与导向柱5之间为滚动摩擦。
需要说明的是，一般情况下，合模过程中，由吊装设备吊装阳模1下放。
具有导向柱5的实施方式中，合模完成后，参见图7所示，拆除导向柱5后再将合模后的模具调转方向，使小端盖板4位于上侧，大端盖板3位于下侧，然后再进行注胶、固化等工艺。
实施例二
参见图1、图2和图12所示，本发明实施例提供的锥筒形纤维增强复合材料的成型模具，用于锥筒形纤维增强复合材料的成型，其包括阳模1、阴模2、大端盖板3、小端盖板4。
参见图2和图4所示，大端盖板3与阳模1的大端连接，阳模1能够随大端盖板3同步移动，在阴模2的大端可拆卸的设有多个导向柱5，在大端盖板3上设有与导向柱5相对应的滑孔31。
在合模时，大端盖板3通过滑孔31与导向柱5配合，使大端盖板3带动阳模1沿阴模2的轴线滑动，直至合模到位，参见图6所示。
该成型模具能够使阳模1保持沿阴模2的中心轴线穿入增强纤维6内，为反向合模(小端盖板在下，阳模移动向阴模合模)操作提供设备支持，且操作简便，成型质量好。
为了保证合模过程中的阳模1与阴模2的同轴度，在一优选实施方式中，导向柱5为三根或四根，即能够避免在合模过程中阳模1偏离轴线，同时避免增加过约束的风险，进而避免在合模过程中，出现大端盖板3与导向柱5卡涩无法滑动。
为了方便拆模并避免在拆模过程中损坏成型产品，参见图12所示，阴模2为分瓣结构，一般分3～4瓣为佳。在拆模时，先拆除小端盖板4以及分瓣拆除阴模2，然后再将锥筒形纤维增强复合材料7从阳模1上拆除。
为了保证合模的精准，大端盖板3与阴模2的大端之间设有第一定位结构，实现大端盖板3与阴模2的大端之间的定位。小端盖板4与阴模2的小端之间设有第二定位结构，实现小端盖板4与阴模2的小端之间的定位。
在一些优选实施方式中，参见图1、图2和图4所示，第一定位结构包括第一环形限位块33、第一定位块21以及与第一定位块21相匹配的第一定位槽32，第一定位块21设置在阴模2的大端，第一环形限位块33和第一定位槽32设置在大端盖板3。
参见图2、图5和图12所示，第二定位结构包括第二环形限位块42、第二定位块22以及与第二定位块22相匹配的第二定位槽41，第二定位块22设置在阴模2的小端，第二环形限位块42和第二定位槽41设置在小端盖板4。
阳模1合模到位时，第一环形限位块33和第二环形限位块42伸入阳模1和阴模2之间。第一定位块21卡入所述第一定位槽32，第二定位块22卡第二定位槽41，实现阳模1和阴模2的定位。
为了实现更好的密封，在一些优选实施方式中，大端盖板3与阴模2的大端之间设有第一密封结构。小端盖板4与阴模2的小端之间均设有第二密封结构。
在一些优选实施方式中，参见图4、图9和图11所示，第一密封结构包括两个第一环形密封槽34，两个第一环形密封槽34设置在大端盖板3上，且两个第一环形密封槽34分别位于第一环形限位块33内外两侧，在第一环形密封槽34内均设有第一密封圈35。
参见图5、图9和图10所示，第二密封结构包括两个第二环形密封槽43，两个第二环形密封槽43设置在大端盖板3上，且两个第二环形密封槽43分别位于第二环形限位块42内外两侧，在第二环形密封槽43内均设有第二密封圈44。
完成合模后，第一密封圈35和第二密封圈44受到挤压，实现密封。
当然，第一定位结构、第二定位结构、第一密封结构和第二密封结构也可以采用现有技术中定位和密封结构，在此不再赘述。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：并非每个实施例仅包含一个独立的技术方案，不存在方案冲突的情况下，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
此外，在不脱离本发明的范围的情况下，对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (3)

1.一种锥筒形纤维增强复合材料的成型方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、将阴模与小端盖板装配到位，所述小端盖板位于下侧；
S2、将增强纤维放入所述阴模内，其中，所述增强纤维的外型面轮廓度控制为负公差，使所述增强纤维与所述阴模的内型面之间存在间隙；
S3、将阳模与所述阴模合模，在合模过程中，所述阳模保持沿所述阴模的中心轴线穿入所述增强纤维内，所述阳模与大端盖板同步移动，其中，所述增强纤维的内型面轮廓度控制为正公差，使所述增强纤维的内型面与所述阳模外型面存在干涉量，且在所述增强纤维轴向上的同一位置处，所述干涉量在径向上的尺寸不小于所述间隙，在所述阳模合模到位后，通过所述阳模的挤压，使所述增强纤维的内型面贴合在所述阳模的外型面，所述增强纤维的外型面贴合在所述阴模的内型面；
S4、将步骤S3中合模后模具翻转，使所述小端盖板位于上侧，所述大端盖板位于下侧；
S5、注胶、固化后脱模得到锥筒形纤维增强复合材料。
2.根据权利要求1所述的成型方法，其特征在于：
步骤S3中，采用以下方式使所述阳模保持沿所述阴模的中心轴线穿入所述增强纤维内：
在所述阴模和所述大端盖板之间设置多根导向柱，所述导向柱的一端与所述阴模连接，所述大端盖板上设有滑孔，所述导向柱的另一端通过所述滑孔穿过所述大端盖板，使所述大端盖板能够沿所述导向柱的轴向滑动。
3.根据权利要求2所述的成型方法，其特征在于：
所述导向柱的长度不大于所述阳模的轴向长度，不小于所述阳模轴向长度的2/3；和/或
在所述滑孔内设置滚珠，使所述大端盖板与所述导向柱之间为滚动摩擦。
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