CN115401827A - 成型模具、成型方法及由该成型方法获得的梁结构件 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种成型模具、成型方法及由该成型方法获得的梁结构件，涉及梁结构件制造领域，为解决通过现有方法制造获得的梁结构件成型效率低、缺陷多的问题而设计。该成型模具包括模具本体、多个第一模芯和多个第二模芯，模具本体包括底板和背板，底板与背板之间用于形成多个第一型腔和多个第二型腔，多个第一型腔与多个第二型腔沿底板与背板的接缝交替排布，多个第一模芯分别一一对应地可拆卸设置于多个第一型腔，多个第二模芯分别一一对应地可拆卸设置于多个第二型腔，且第一模芯具有固定轮廓尺寸，第二模芯能够弹性形变。本发明能够提高多腔结构的梁结构件的成型效率，并减少其缺陷。

Description

成型模具、成型方法及由该成型方法获得的梁结构件
技术领域
本发明涉及梁结构件制造领域，具体而言，涉及一种成型模具、成型方法及由该成型方法获得的梁结构件。
背景技术
梁是众多结构件中常用的承载结构件，通常起到承受和传递载荷的作用。较传统金属材料而言，复合材料特别是碳纤维复合材料梁具有密度低、比强度高、比模量高、耐腐蚀性能好、设计性强等特点，因此，这类梁结构件在飞机、导弹等整体结构中起着举足轻重的作用。
目前，常用的梁结构件形状较为细长，且许多梁结构件还具有多空腔、薄壁、加强筋等特征，在满足强度和刚度的情况下，可以降低整体结构的重量和成本。但是，具有复杂结构的梁成型起来较为困难，特别是对于加强筋的位置，需要先进行多次成型，然后再采用粘接的方法成型，不仅成型效率低，且多次成型会不可避免地增加缺陷数量，从而使得梁结构件的疲劳性能差，很难保证梁整体结构的质量及性能要求。
发明内容
本发明的第一个目的在于提供一种成型模具，以解决通过现有方法制造获得的梁结构件成型效率低、缺陷多的技术问题。
本发明提供的成型模具，用于成型具有多腔结构的梁结构件，所述成型模具包括模具本体、多个第一模芯和多个第二模芯，所述模具本体包括底板和成角度连接于所述底板的背板，所述底板与所述背板之间用于形成多个第一型腔和多个第二型腔，多个所述第一型腔与多个所述第二型腔沿直线交替排布，所述直线平行于所述底板与所述背板的接缝，其中，多个所述第一模芯分别一一对应地可拆卸设置于多个所述第一型腔，多个所述第二模芯分别一一对应地可拆卸设置于多个所述第二型腔，且所述第一模芯具有固定轮廓尺寸，所述第二模芯能够弹性形变。
进一步地，所述成型模具还包括导向组件，所述导向组件被配置为引导所述第一模芯沿垂直于所述背板的方向运动。
进一步地，所述导向组件包括定位块和导向条，所述定位块开设有导向槽，所述导向条与所述导向槽滑动配合，其中，所述定位块与所述导向条两者中的一者固定设置于所述背板，所述定位块与所述导向条两者中的另一者固定设置于所述第一模芯。
进一步地，所述成型模具还包括定位组件，所述定位组件包括定位孔、条形孔和定位销，每个所述第一模芯均开设有所述定位孔，所述底板与所述定位孔相对应的位置开设所述条形孔，所述条形孔的长度方向垂直于所述背板，所述定位销插设于所述定位孔与相应的所述条形孔中，且所述定位销与所述定位孔配合。
进一步地，每个所述第一模芯均开设有多个所述定位孔，所述条形孔及所述定位销的数量及位置均与所述定位孔的数量及位置对应。
进一步地，沿垂直于所述背板的方向，所述定位组件和所述导向组件分别设置于所述第一模芯的两端。
进一步地，所述第一模芯的材质为金属，所述第二模芯的材质为硅橡胶。
本发明成型模具带来的有益效果是：
通过设置主要由模具本体、多个第一模芯和多个第二模芯组成的成型模具，其中，模具本体包括成角度连接的底板和背板，底板与背板之间用于形成沿二者接缝交替排布的多个第一型腔和多个第二型腔，多个第一型腔用于一一对应地可拆卸设置多个具有固定轮廓尺寸的第一模芯，多个第二型腔用于一一对应地可拆卸设置多个能够弹性形变的第二模芯。
当需要制作梁结构件时，可以先在模具本体的底板和背板铺叠预浸料，在各第一模芯的表面铺叠预浸料，并将各第一模芯安装于与之对应的第一型腔，在各第二模芯的表面铺叠预浸料，并将各第二模芯安装于与之对应的第二型腔；之后，利用真空袋将上述铺叠完预浸料的成型模具套入，并在真空袋的设定位置设置出气孔，采用热压罐工艺进行固化成型。
该成型模具中，模具本体作为阴模。上述对梁结构件成型的过程中，在真空压力的作用下，将使得第一模芯在第一型腔中向靠近底板和背板的方向运动，向预浸料施加压力，对预浸料进行挤压，使得预浸料被逐渐压实，并使预浸料中的气泡向外排出；与此同时，第二模芯的引入，能够在自身的弹性形变作用下，均匀地向预浸料传递压力，以保证梁结构件中的加强筋厚度均匀，尺寸稳定性好。其中，预浸料即为梁结构件的本体材质。
该成型模具利用第一模芯和第二模芯的组合，实现了薄壁、多腔多筋、异型碳纤维梁结构件的一次高质量整体成型，不仅成型效率高，而且缺陷少，从而提高了梁结构件的疲劳性能，保证了梁结构件的质量及性能要求。
本发明的第二个目的在于提供一种成型方法，以解决通过现有方法制造获得的梁结构件成型效率低、缺陷多的技术问题。
本发明提供的成型方法，采用上述成型模具成型具有多腔结构的梁结构件，包括如下步骤：在模具本体的底板和背板铺叠预浸料；在各第一模芯的表面铺叠预浸料，并将各第一模芯安装于与之对应的第一型腔；在各第二模芯的表面铺叠预浸料，并将各第二模芯安装于与之对应的第二型腔；利用真空袋将上述铺叠完预浸料的成型模具套入，并在真空袋的设定位置设置出气孔，采用热压罐工艺进行固化成型。
进一步地，所述在各第一模芯的表面铺叠预浸料的步骤中，为在各第一模芯朝向底板的表面、各第一模芯朝向背板的表面以及各第一模芯朝向两侧第二模芯的表面铺叠预浸料；所述在各第二模芯的表面铺叠预浸料的步骤中，为在各第二模芯朝向底板的表面、各第二模芯朝向背板的表面以及各第二模芯朝向两侧第一模芯的表面铺叠预浸料。
本发明成型方法带来的有益效果是：
该成型方法采用上述成型模具成型具有多腔结构的梁结构件，无需后续粘接组装等工序，成型效率高，而且，能够有效减少梁结构件的制造缺陷，从而提高了产品的质量及性能。
本发明的第三个目的在于提供一种梁结构件，以解决通过现有方法制造获得的梁结构件成型效率低、缺陷多的技术问题。
本发明提供的梁结构件，由上述的成型方法获得。
本发明梁结构件带来的有益效果是：
由于该梁结构件由上述成型方法获得，因此，该梁结构件的成型效率高、缺陷少，另外，这种由预浸料形成梁结构件的形式，使得成型获得的梁结构件为碳纤维材质，不仅质量轻、整体刚度高，而且，其设置有加强筋的部位具有厚度均匀、孔隙率低、尺寸稳定性好的优点。
附图说明
为了更清楚地说明本发明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发明的实施例，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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的成型模具的正视结构示意图；
图2为本发明实施例提供的成型模具的俯视结构示意图；
图3为本发明实施例提供的成型模具的仰视结构示意图；
图4为本发明实施例提供的成型模具的左视结构示意图；
图5为本发明实施例提供的梁结构件的示意图。
附图标记说明
010成型模具 020梁结构件
021底壁 022侧壁
023加强筋 100模具本体
110底板 120背板
200第一模芯 300第二模芯
400导向组件 410定位块
41导向槽 420导向条
510定位孔 520条形孔
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。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。
图1为本实施例提供的成型模具010的正视结构示意图，图2为本实施例提供的成型模具010的俯视结构示意图，图3为本实施例提供的成型模具010的仰视结构示意图，图4为本实施例提供的成型模具010的左视结构示意图。如图1至图4所示，本实施例提供了一种成型模具010，用于成型具有多腔结构的梁结构件020，图5为本实施例提供的梁结构件020的示意图。
请继续参照图1至图4，具体地，成型模具010包括模具本体100、多个第一模芯200和多个第二模芯300，模具本体100包括底板110和成角度连接于底板110的背板120，底板110与背板120之间用于形成多个第一型腔和多个第二型腔，多个第一型腔与多个第二型腔沿直线交替排布，上述直线平行于底板110与背板120的接缝，其中，多个第一模芯200分别一一对应地可拆卸设置于多个第一型腔，多个第二模芯300分别一一对应地可拆卸设置于多个第二型腔，且第一模芯200具有固定轮廓尺寸，第二模芯300能够弹性形变。
当需要制作图5示出的梁结构件020时，可以先在模具本体100的底板110和背板120铺叠预浸料，在各第一模芯200的表面铺叠预浸料，并将各第一模芯200安装于与之对应的第一型腔，在各第二模芯300的表面铺叠预浸料，并将各第二模芯300安装于与之对应的第二型腔；之后，利用真空袋将上述铺叠完预浸料的成型模具010套入，并在真空袋的设定位置设置出气孔，采用热压罐工艺进行固化成型。
该成型模具010中，模具本体100作为阴模。上述对梁结构件020成型的过程中，在真空压力的作用下，将使得第一模芯200在第一型腔中向靠近底板110和背板120的方向运动，向预浸料施加压力，对预浸料进行挤压，使得预浸料被逐渐压实，并使预浸料中的气泡向外排出；与此同时，第二模芯300的引入，能够在自身的弹性形变作用下，均匀地向预浸料传递压力，以保证梁结构件020中的加强筋023厚度均匀，尺寸稳定性好。其中，预浸料即为梁结构件020的本体材质。
该成型模具010利用第一模芯200和第二模芯300的组合，实现了薄壁、多腔多筋、异型碳纤维梁结构件020的一次高质量整体成型，不仅成型效率高，而且缺陷少，从而提高了梁结构件020的疲劳性能，保证了梁结构件020的质量及性能要求。
本实施例中，梁结构件020包括底壁021、成角度连接于底壁021的侧壁022以及位于底壁021与侧壁022之间的多个加强筋023，多个加强筋023沿梁结构件020的长度方向分散排布。其中，底壁021由第一模芯200的下面、第二模芯300的下面以及底板110的上面成型；侧壁022由第一模芯200的后面、第二模芯300的后面以及背板120的前面成型；加强筋023由第一模芯200的左面和右面以及第二模芯300的左面和右面成型；多腔结构中的“腔”指的是任意相邻两个加强筋023之间形成的开放腔。
需要说明的是，本实施例中，仅以成型模具010的一种具体结构为例，对成型模具010的结构及工作原理进行示例性说明，可以理解的是，成型模具010的具体结构可以根据实际中的梁结构件020进行选择。
请继续参照图1和图2，本实施例中，成型模具010还可以包括导向组件400，具体地，导向组件400被配置为引导第一模芯200沿垂直于背板120的方向运动。
通过设置导向组件400，能够实现对第一模芯200运动的引导，使得最终成型得到的梁结构件020中，加强筋023是垂直于底壁021的，从而避免了因加强筋023偏斜而导致的梁结构件020无法满足强度要求的情形。
请继续参照图1和图2，本实施例中，导向组件400可以包括定位块410和导向条420，具体地，定位块410开设有导向槽411，导向条420与导向槽411滑动配合，其中，定位块410固定设置于背板120，导向条420固定设置于第一模芯200。
在利用热压罐工艺对套袋后的成型模具010进行加压的过程中，导向条420在导向槽411中滑动，从而引导第一模芯200朝背板120的方向运动，实现对预浸料的挤压。
这种导向组件400的设置形式，结构简单，而且，在将第一模芯200放入第一型腔的过程中，便可以容易地使导向条420位于导向槽411中，便于装配。
本实施例中，定位块410通过螺纹连接件固定设置于背板120，类似地，导向条420也可以通过螺纹连接件固定设置于第一模芯200。
在其他实施例中，也可以将定位块410固定设置于第一模芯200，而将导向条420固定设置于背板120。
请继续参照图2和图3，本实施例中，成型模具010还可以包括定位组件，具体地，定位组件包括定位孔510、条形孔520和定位销(图中未示出)，每个第一模芯200均开设有上述定位孔510，底板110与定位孔510相对应的位置开设上述条形孔520，其中，条形孔520的长度方向垂直于背板120，定位销插设于定位孔510与相应的条形孔520中，且定位销与定位孔510配合。
在安装第一模芯200的过程中，可以利用定位组件实现第一模芯200在第一型腔中的定位，具体地，利用定位销插设于定位孔510和与之对应的条形孔520中，如此设置，从而可以准确地确定出各加强筋023所处的位置，并便于第二模芯300的安装。
另外，条形孔520的设置，还能够实现定位销与条形孔520的相对运动，使得在为成型模具010热压过程中，第一模芯200能够朝背板120方向运动，对预浸料进行挤压。并且，定位销与条形孔520的配合，还为第一模芯200的运动起到了导向作用。
请继续参照图2和图3，本实施例中，每个第一模芯200均开设有两个定位孔510，条形孔520及定位销的数量及位置均与定位孔510的数量及位置对应。
通过在每个第一模芯200开设两个定位孔510，利用两个定位销对第一模芯200进行定位，能够实现对第一模芯200绕竖直轴转动的自由度的限制，从而能够实现对第一模芯200的精确定位。
在其他实施例中，开设于每个第一模芯200的定位孔510还可以为其他数量形式，如：三个等。
请继续参照图2，本实施例中，沿垂直于背板120的方向，定位组件和导向组件400分别设置于第一模芯200的两端。也就是说，本实施例中，定位组件靠近第一模芯200的后面设置，导向组件400靠近第一模芯200的前面设置。
定位组件和导向组件400的这种布局方式，使得第一模芯200的前端和后端均能够受到导向作用，避免了因导向位置集中而导致的第一模芯200在运动中发生摆动的情形。
本实施例中，第一模芯200的材质可以为金属。这种设置形式，能够保证第一模芯200始终具有固定的轮廓尺寸，不会在梁结构件020成型过程中发生变形，从而进一步保证了梁结构件020成型后的质量。
具体地，第一模芯200的材质可以为钢。本实施例中，模具本体100的材质也可以为钢。
本实施例中，第二模芯300的材质可以为硅橡胶。如此设置，能够提高第二模芯300的耐温性能，从而进一步提高梁结构件020成型后的质量。
本实施例还提供了一种成型方法，采用上述成型模具010成型具有多腔结构的梁结构件020，包括如下步骤：在模具本体100的底板110和背板120铺叠预浸料；在各第一模芯200的表面铺叠预浸料，并将各第一模芯200安装于与之对应的第一型腔；在各第二模芯300的表面铺叠预浸料，并将各第二模芯300安装于与之对应的第二型腔；利用真空袋将上述铺叠完预浸料的成型模具010套入，并在真空袋的设定位置设置出气孔，采用热压罐工艺进行固化成型。
该成型方法采用上述成型模具010成型具有多腔结构的梁结构件020，无需后续粘接组装等工序，成型效率高，而且，能够有效减少梁结构件020的制造缺陷，从而提高了产品的质量及性能。
需要说明的是，在真空袋的何处设置出气孔，以及热压罐工艺的具体实现条件，均为本领域技术人员可以根据现有技术获得的，本实施例并未对此进行改进，故不再进行赘述。
具体地，本实施例中，上述在各第一模芯200的表面铺叠预浸料的步骤中，为在各第一模芯200朝向底板110的表面、各第一模芯200朝向背板120的表面以及各第一模芯200朝向两侧第二模芯300的表面铺叠预浸料；上述在各第二模芯300的表面铺叠预浸料的步骤中，为在各第二模芯300朝向底板110的表面、各第二模芯300朝向背板120的表面以及各第二模芯300朝向两侧第一模芯200的表面铺叠预浸料。也就是说，第一模芯200铺叠预浸料的表面为其左面、右面、后面和下面，第二模芯300铺叠预浸料的表面也为其左面、右面、后面和下面。
如此设置，不仅能够保证梁结构件020的顺利成型，而且，还能够减少预浸料的浪费。
具体地，本实施例中，上述在各第一模芯200的表面铺叠预浸料的步骤中，预浸料采用尺寸余量为25-35mm的方式下料，或者，铺叠后按从右至左的顺序进行组合；所述在各第二模芯300的表面铺叠预浸料的步骤中，预浸料采用尺寸余量为25-35mm的方式下料，或者，铺叠后按从右至左的顺序进行组合。
如此设置，能够保证梁结构件020成型后，其加强筋023与底板110以及加强筋023与背板120连接处的结构强度，从而进一步提高梁结构件020的质量与性能。
此外，本实施例还提供了一种梁结构件020，该梁结构件020由上述成型方法获得。
由于该梁结构件020由上述成型方法获得，因此，该梁结构件020的成型效率高、缺陷少，另外，这种由预浸料形成梁结构件020的形式，使得成型获得的梁结构件020为碳纤维材质，不仅质量轻、整体刚度高，而且，其设置有加强筋023的部位具有厚度均匀、孔隙率低、尺寸稳定性好的优点。
本发明中，用于制作薄壁、多腔多筋、异型碳纤维梁结构件020的一个具体实施例为：第一步：在模具本体100的底板110和背板120上均匀涂抹脱模剂，待干燥后，直接铺叠预浸料；第二步：在第一模芯200的左面、右面、后面和下面铺叠预浸料，将铺设有预浸料的第一模芯200采用定位销和定位块410安装至模具本体100；在第二模芯300的左面、右面、后面和下面铺叠预浸料，铺设完毕后，按顺序将铺叠有预浸料的第二模芯300铺放在第一模芯200之间；第三步：将整个铺设完预浸料的成型模具010打上真空袋，设置好相应出气孔，采用热压罐工艺完成固化成型，固化过程中主要通过第二模芯300传递压力，脱模后铣切零件边缘余量及斜角，并钻孔，即完成本发明中梁结构件020的制备。
本发明提供的成型模具010、成型方法及由该成型方法获得的梁结构件020，通过引入可弹性形变的第二模芯300，能够实现压力的均匀传递，从而有效地保证了加强筋023厚度均匀，尺寸稳定性好；通过使第一模芯200由定位组件定位、由导向组件400导向，能够保证在加压时，第一模芯200向下和向后移动，可有效对阴模上的预浸料施加压力，有利于压实产品和气泡的排出。因此，通过第一模芯200和第二模芯300的组合及应用，可实现薄壁、多腔多筋、异型碳纤维梁结构件020的一次高质量整体成型。
需要说明的是，本实施例中，图1中，箭头a、b所指的方向分别为上、下方向，箭头c、d所指的方向分别为左、右方向，箭头e、f所指的方向分别为前、后方向。
虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。
最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
上述实施例中，诸如“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“侧”等方位的描述，均基于附图所示。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种成型模具，其特征在于，用于成型具有多腔结构的梁结构件，所述成型模具包括模具本体(100)、多个第一模芯(200)和多个第二模芯(300)，所述模具本体(100)包括底板(110)和成角度连接于所述底板(110)的背板(120)，所述底板(110)与所述背板(120)之间用于形成多个第一型腔和多个第二型腔，多个所述第一型腔与多个所述第二型腔沿直线交替排布，所述直线平行于所述底板(110)与所述背板(120)的接缝，其中，多个所述第一模芯(200)分别一一对应地可拆卸设置于多个所述第一型腔，多个所述第二模芯(300)分别一一对应地可拆卸设置于多个所述第二型腔，且所述第一模芯(200)具有固定轮廓尺寸，所述第二模芯(300)能够弹性形变。
2.根据权利要求1所述的成型模具，其特征在于，所述成型模具还包括导向组件(400)，所述导向组件(400)被配置为引导所述第一模芯(200)沿垂直于所述背板(120)的方向运动。
3.根据权利要求2所述的成型模具，其特征在于，所述导向组件(400)包括定位块(410)和导向条(420)，所述定位块(410)开设有导向槽(411)，所述导向条(420)与所述导向槽(411)滑动配合，其中，所述定位块(410)与所述导向条(420)两者中的一者固定设置于所述背板(120)，所述定位块(410)与所述导向条(420)两者中的另一者固定设置于所述第一模芯(200)。
4.根据权利要求2所述的成型模具，其特征在于，所述成型模具还包括定位组件，所述定位组件包括定位孔(510)、条形孔(520)和定位销，每个所述第一模芯(200)均开设有所述定位孔(510)，所述底板(110)与所述定位孔(510)相对应的位置开设所述条形孔(520)，所述条形孔(520)的长度方向垂直于所述背板(120)，所述定位销插设于所述定位孔(510)与相应的所述条形孔(520)中，且所述定位销与所述定位孔(510)配合。
5.根据权利要求4所述的成型模具，其特征在于，每个所述第一模芯(200)均开设有多个所述定位孔(510)，所述条形孔(520)及所述定位销的数量及位置均与所述定位孔(510)的数量及位置对应。
6.根据权利要求4所述的成型模具，其特征在于，沿垂直于所述背板(120)的方向，所述定位组件和所述导向组件(400)分别设置于所述第一模芯(200)的两端。
7.根据权利要求1-6任一项所述的成型模具，其特征在于，所述第一模芯(200)的材质为金属，所述第二模芯(300)的材质为硅橡胶。
8.一种成型方法，其特征在于，采用权利要求1-7任一项所述的成型模具成型具有多腔结构的梁结构件，包括如下步骤：
在模具本体(100)的底板(110)和背板(120)铺叠预浸料；在各第一模芯(200)的表面铺叠预浸料，并将各第一模芯(200)安装于与之对应的第一型腔；在各第二模芯(300)的表面铺叠预浸料，并将各第二模芯(300)安装于与之对应的第二型腔；
利用真空袋将上述铺叠完预浸料的成型模具套入，并在真空袋的设定位置设置出气孔，采用热压罐工艺进行固化成型。
9.根据权利要求8所述的成型方法，其特征在于，所述在各第一模芯(200)的表面铺叠预浸料的步骤中，为在各第一模芯(200)朝向底板(110)的表面、各第一模芯(200)朝向背板(120)的表面以及各第一模芯(200)朝向两侧第二模芯(300)的表面铺叠预浸料；所述在各第二模芯(300)的表面铺叠预浸料的步骤中，为在各第二模芯(300)朝向底板(110)的表面、各第二模芯(300)朝向背板(120)的表面以及各第二模芯(300)朝向两侧第一模芯(200)的表面铺叠预浸料。
10.一种梁结构件，其特征在于，所述梁结构件由权利要求8或9所述的成型方法获得。
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