CN115556385A - 复合材料拉杆的成型方法及其成型模具 - Google Patents

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Abstract

本发明专利涉及复合材料拉杆生产的技术领域，具体而言，涉及复合材料拉杆的成型方法及其成型模具，所述成型模具包括可溶模具、芯模、定位模具；所述可溶模具为开有轴向圆形通孔的管状结构，且所述可溶模具的两端均设有向轴线方向倾斜的斜坡，且两个斜坡的两端分别设有一限位凸台，两个限位凸台分别连接有一金属预埋件；所述芯模为两端设置有固定孔的圆柱体，所述芯模穿过可溶模具的轴向圆形通孔，且该芯模的两端均延伸至可溶模具外部，所述芯模的两端还分别开有一贯穿的第一固定孔；所述可溶模具两端各通过一定位模具与芯模固定；解决了复合材料拉杆的制造难题，且得到的复合材料拉杆外表面平整光滑，美观实用。

Description

复合材料拉杆的成型方法及其成型模具
技术领域
本发明专利涉及复合材料拉杆生产的技术领域，具体而言，涉及复合材料拉杆的成型方法及其成型模具。
背景技术
随着复合材料产业的发展和飞机轻量化需求的日益增加，飞机上越来越多的部件要求使用复合材料替代。复合材料拉杆是一种飞机舱门锁机构件，需能承受较大的拉/压载荷，因为舱门内空间的限制和复合材料拉杆本身功能的要求，其被设计成两端内孔带有金属螺纹且要求两端金属螺纹同轴、形状为两端细中段粗的圆形管状轻量化结构件。
针对两端细中段粗的圆形管状产品，传统的复合材料成型方法会面临无法脱模的问题；针对两端带有金属螺纹的圆形管状产品，传统的复合材料成型方法也无法保证金属螺纹的同轴度和强度。
总之，由于复合材料拉杆的形状限制和功能性、轻量化的要求，传统的复合材料成型方法已经不能满足其制造需求。
因此，提供了复合材料拉杆的成型方法及其成型模具。
发明内容
本发明的目的在于提供复合材料拉杆的成型方法及其成型模具，解决了复合材料拉杆的制造难题，且得到的复合材料拉杆外表面平整光滑，美观实用。
本发明是这样实现的，复合材料拉杆的成型模具，所述成型模具包括可溶模具、芯模、定位模具；
所述可溶模具为开有轴向圆形通孔的管状结构，且所述可溶模具的两端均设有向轴线方向倾斜的斜坡，且两个斜坡的两端分别设有一限位凸台，两个限位凸台分别连接有一金属预埋件；
所述芯模为两端设置有固定孔的圆柱体，所述芯模穿过可溶模具的轴向圆形通孔，且该芯模的两端均延伸至可溶模具外部，所述芯模的两端还分别开有一贯穿的第一固定孔；
所述可溶模具两端各通过一定位模具与芯模固定；
所述定位模具开有轴向贯通的安装内孔，且所述芯模穿过该安装内孔并与其配合连接，所述定位模具还开有相对于轴线垂直的第二固定孔，且定位模具与芯模连接时，芯模两端的第一固定孔与定位模具第二固定孔通过销连接，销穿过第一固定孔和第二固定孔。
进一步，所述金属预埋件开有轴向贯通的通孔，该金属预埋件外表面设有定位凸台，设有定位凸台的通孔一端设有内螺纹，该金属预埋件中端外表面设有一圈内缩凹槽，该金属预埋件的另一端外表面设有远离轴线方向倾斜的斜台，且设于斜台的通孔处形成限位圆孔；
所述定位模具的安装内孔一端形成定位凹槽，该定位凹槽与金属预埋件的定位凸台配合；
所述可溶模具上的限位凸台插入金属预埋件的限位圆孔内。
进一步，可溶模具为水溶性模具。
进一步，提供了复合材料拉杆的成型方法，包括以下步骤：
S1，两个金属预埋件外表面滚花和喷砂处理，在可溶模具外表面喷涂封孔剂，将可溶模具、两个金属预埋件安装在芯模上，将两个定位模具使用钢销固定在芯模的两端；
S2，进行第一次铺贴：将胶膜铺贴在金属预埋件外表面，将少量预浸料铺贴在金属预埋件外表面和外露的可溶模具两端外表面，整体缠BOPP带，包裹透气毡，使用真空袋和密封胶带进行真空封装，然后放入固化设备进行第一次固化；
S3，去除真空辅料和BOPP带，不脱模，将预浸料固化后的区域打磨粗糙，得到两端为复合材料毛坯；
S4，进行第二次铺贴：将胶膜铺贴在复合材料毛坯的外表面，将预浸料铺贴在复合材料毛坯和外露的可溶模具外表面，再表面整体缠BOPP带，包裹透气毡，使用真空袋和密封胶带进行真空封装，然后放入固化设备进行第二次固化；
S5，将定位模具从芯模上取下，将芯模脱出，去除产品表面的真空辅料和BOPP带，将可溶模具和封孔剂溶解，将产品外表面打磨光滑，清除多余树脂，得到复合材料拉杆。
进一步，S2中第一次铺贴的金属预埋件外表面为金属预埋件定位凸台的内侧的外表面，不包含定位凸台。
进一步，S4中第二次铺贴的过程中使用预浸料将金属预埋件中部的内缩凹槽逐步填平。
进一步，所述第一次铺贴和第二次铺贴的过程中，预浸料除了包裹一圈后的适当搭接外，将多余的预浸料切除，保证每块预浸料均包裹一圈，以避免复合材料拉杆产生褶皱和凹凸不平的外观不良，且在预浸料、胶膜的铺贴过程有温度、湿度要求，温度22℃±4℃、相对湿度≤65％。
进一步，所述预浸料为碳纤维预浸料，真空辅料为透气毡、真空袋和密封胶带。
进一步，S2中所述第一次固化的固化设备为烘箱或固化炉，固化时不加压；也可使用热压罐，固化时使用热压罐加压。
进一步，S4中所述第二次固化的固化设备为热压罐，固化时使用热压罐加压。
与现有技术相比，本发明可成功制备复合材料拉杆。复合材料拉杆两端细中段粗，满足形状要求，且复合材料拉杆外表面平整光滑，美观实用；复合材料拉杆除了复合材料和金属预埋件本身以外不存在其他物质，重量轻，满足轻量化要求；复合材料拉杆两端内孔带有金属螺纹且两端金属螺纹同轴、复合材料拉杆两端的金属预埋件与复合材料之间连接牢固不易松脱，可承受较大的拉/压载荷，满足功能性要求。
附图说明
图1是根据本发明实施例的生产的复合材料拉杆成品示意图；
图2是根据本发明实施例的生产的复合材料拉杆成品剖面示意图；
图3是根据本发明实施例的金属预埋件示意图；
图4是根据本发明实施例的金属预埋件剖面示意图；
图5是根据本发明实施例的芯模示意图；
图6是根据本发明实施例的定位模具示意图；
图7是根据本发明实施例的定位模具剖面示意图；
图8是根据本发明实施例的可溶模具示意图；
图9是根据本发明实施例的可溶模具剖面示意图；
图10是根据本发明实施例的复合材料拉杆的成型模具与金属预埋件组装后示意图；
图11是根据本发明实施例的复合材料拉杆的成型模具与金属预埋件组装后面示意图；
图12是根据本发明实施例的复合材料拉杆的成型模具与金属预埋件组装后剖面示意图A部分的放大图；
图13是根据本发明实施例的第一次固化后的产品与模具状态示意图；
上述附图中涉及的附图标记：金属预埋件1，复合材料拉杆2，内螺纹3，定位凸台4，内缩凹槽5，斜台6，限位圆孔7，芯模8，第一固定孔801，定位模具9，第二固定孔901，定位凹槽902，安装内孔903，可溶模具10，斜坡1001，限位突凸台1002，轴向圆形通孔1003，销11，复合材料毛坯12。
具体实施例
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。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。
以下结合具体实施例对本发明的实现进行详细的描述。
本实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”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，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
参照图1-13所示，为本发明提供的较佳实施例。
复合材料拉杆2的成型模具，成型模具包括可溶模具10、芯模8、定位模具9，定位模具9使用销11固定在芯模8上，可溶模具10套在芯模8上，定位模具9的数量为两个(组装示意如图10-12所示)；
如图8/9所示，可溶模具10为开有轴向圆形通孔1003的管状结构，且可溶模具10的两端均设有向轴线方向倾斜的斜坡1001，且两个斜坡1001的两端分别设有一限位凸台，两个限位凸台分别连接有一金属预埋件1；
如图5所示，芯模8为两端设置有固定孔的圆柱体，芯模8穿过可溶模具10的轴向圆形通孔1003，且该芯模8的两端均延伸至可溶模具10外部，芯模8的两端还分别开有一贯穿的第一固定孔801；可溶模具10两端各通过一定位模具9与芯模8固定；
定位模具9开有轴向贯通的安装内孔903，且芯模8穿过该安装内孔903并与其配合连接，定位模具9还开有相对于轴线垂直的第二固定孔901，且定位模具9与芯模8连接时，芯模8两端的第一固定孔801与定位模具9第二固定孔901通过销11连接，销11穿过第一固定孔801和第二固定孔901。
如图3/4所示，金属预埋件1开有轴向贯通的通孔，该金属预埋件1外表面设有定位凸台4，设有定位凸台4的通孔一端设有内螺纹3，该金属预埋件1中端外表面设有一圈内缩凹槽5，该金属预埋件1的另一端外表面设有远离轴线方向倾斜的斜台6，且设于斜台6的通孔处形成限位圆孔7；
如图6/7所示，定位模具9的安装内孔903一端形成定位凹槽902，该定位凹槽902与金属预埋件1的定位凸台4配合；可溶模具10上的限位凸台插入金属预埋件1的限位圆孔7内。
提供了复合材料拉杆2的成型方法，包括以下步骤：
S1，两个金属预埋件1外表面滚花和喷砂处理，在可溶模具10外表面喷涂封孔剂(可溶模具10为水溶性模具，封孔剂为水溶性封孔剂，喷涂封孔剂的目的是为了防止预浸料固化时树脂进入可溶模具10的孔隙中，树脂进入可溶模具10的孔隙中会造成可溶模具10无法溶解)，将可溶模具10、两个金属预埋件1安装在芯模8上，将两个定位模具9使用钢销11固定在芯模8的两端；
S2，进行第一次铺贴：将胶膜铺贴在金属预埋件1外表面，将少量预浸料铺贴在金属预埋件1外表面和外露的可溶模具10两端外表面，整体缠BOPP带，包裹透气毡，使用真空袋和密封胶带进行真空封装，然后放入固化设备进行第一次固化；
S3，去除真空辅料和BOPP带，不脱模，将预浸料固化后的区域打磨粗糙，得到两端为复合材料毛坯12，如图13所示；
S4，进行第二次铺贴：将胶膜铺贴在复合材料毛坯12的外表面，将预浸料铺贴在复合材料毛坯12和外露的可溶模具10外表面，再表面整体缠BOPP带，包裹透气毡，使用真空袋和密封胶带进行真空封装，然后放入固化设备进行第二次固化；
S5，将定位模具9从芯模8上取下，将芯模8脱出，去除产品表面的真空辅料和BOPP带，将可溶模具10和封孔剂溶解(可溶模具10和封孔剂的溶解方式是使用水溶解)，将产品外表面打磨光滑，清除多余树脂，得到复合材料拉杆2，如图1、2所示。
使用两次铺贴、两次固化方案的原因为：在金属预埋件1和水溶模具的交接处，无法完全避免存在缝隙，因为存在缝隙，所以在固化过程中，树脂易流入缝隙中，导致复合材料拉杆2固化后在金属预埋件1和水溶模具的交接位置产生凹陷。如果使用一次铺贴、一次固化的方案，因为以上原因，会造成复合材料拉杆2外观不良和强度不达标。所以先进行第一次铺贴和第一次固化，使凹陷出现在第一次固化后，进行第二次铺贴时，在铺贴胶膜后，先使用预浸料将凹陷填平，再进行整体预浸料的铺贴，就可以保证复合材料拉杆2第二次固化后不产生凹陷、强度合格。
需注意的是：因为第一次固化的预浸料层数较少，所以第一次固化压力为抽真空的压力(约0.092MPa)即可保证产品的质量，使用固化炉进行固化即可，不需要使用热压罐额外加压，当然使用热压罐额外加压也可以。
第二次固化因为预浸料层数较多，为了保证产品质量，在抽真空的压力(约0.092MPa)的基础上，需要使用热压罐进行加压，热压罐压力0.5～0.6MPa。
第一次固化和第二次固化温度根据预浸料的树脂类型确定，如果树脂为中温固化体系，固化温度要求为120℃(±5℃)，如果树脂为高温固化体系，固化温度为180℃(±5℃)。
S2中第一次铺贴的金属预埋件1外表面为金属预埋件1定位凸台4的内侧的外表面，不包含定位凸台4。
S4中第二次铺贴的过程中使用预浸料将金属预埋件1中部的内缩凹槽5逐步填平。
所述第一次铺贴和第二次铺贴的过程中，预浸料除了包裹一圈后的适当搭接外，将多余的预浸料切除，保证每块预浸料均包裹一圈，以避免复合材料拉杆产生褶皱和凹凸不平的外观不良，且在预浸料、胶膜的铺贴过程有温度、湿度要求，温度22℃±4℃、相对湿度≤65％，其他操作过程(不含固化)无严格的温湿度要求，温度15℃～32℃，相对湿度≤75％即可。
预浸料为碳纤维预浸料，真空辅料为透气毡、真空袋和密封胶带。
S2中第一次固化的固化设备为烘箱或固化炉，固化时不加压；也可使用热压罐，固化时使用热压罐加压。
S4中第二次固化的固化设备为热压罐，固化时使用热压罐加压。
采用上述方法可成功制备复合材料拉杆2，复合材料拉杆2两端细中段粗，满足形状要求，且复合材料拉杆2外表面平整光滑，美观实用；复合材料拉杆2除了复合材料和金属预埋件1本身以外不存在其他物质，重量轻，满足轻量化要求；复合材料拉杆2两端内孔带有金属螺纹且两端金属螺纹同轴、复合材料拉杆2两端的金属预埋件1与复合材料之间连接牢固不易松脱，可承受较大的拉/压载荷，满足功能性要求。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.复合材料拉杆的成型模具，其特征在于，所述成型模具包括可溶模具、芯模、定位模具；
所述可溶模具为开有轴向圆形通孔的管状结构，且所述可溶模具的两端均设有向轴线方向倾斜的斜坡，且两个斜坡的两端分别设有一限位凸台，两个限位凸台分别连接有一金属预埋件；
所述芯模为两端设置有固定孔的圆柱体，所述芯模穿过可溶模具的轴向圆形通孔，且该芯模的两端均延伸至可溶模具外部，所述芯模的两端还分别开有一贯穿的第一固定孔；
所述可溶模具两端各通过一定位模具与芯模固定；
所述定位模具开有轴向贯通的安装内孔，且所述芯模穿过该安装内孔并与其配合连接，所述定位模具还开有相对于轴线垂直的第二固定孔，且定位模具与芯模连接时，芯模两端的第一固定孔与定位模具第二固定孔通过销连接，销穿过第一固定孔和第二固定孔。
2.根据权利要求1所述的复合材料拉杆的成型模具，其特征在于，所述金属预埋件开有轴向贯通的通孔，该金属预埋件外表面设有定位凸台，设有定位凸台的通孔一端设有内螺纹，该金属预埋件中端外表面设有一圈内缩凹槽，该金属预埋件的另一端外表面设有远离轴线方向倾斜的斜台，且设于斜台的通孔处形成限位圆孔；
所述定位模具的安装内孔一端形成定位凹槽，该定位凹槽与金属预埋件的定位凸台配合；
所述可溶模具上的限位凸台插入金属预埋件的限位圆孔内。
3.根据权利要求2所述的复合材料拉杆的成型模具，其特征在于，可溶模具为水溶性模具。
4.复合材料拉杆的成型方法，其特征在于，使用权利要求3所述的成型模具，包括以下步骤：
S1，两个金属预埋件外表面滚花和喷砂处理，在可溶模具外表面喷涂封孔剂，将可溶模具、两个金属预埋件安装在芯模上，将两个定位模具使用钢销固定在芯模的两端；
S2，进行第一次铺贴：将胶膜铺贴在金属预埋件外表面，将少量预浸料铺贴在金属预埋件外表面和外露的可溶模具两端外表面，整体缠BOPP带，包裹透气毡，使用真空袋和密封胶带进行真空封装，然后放入固化设备进行第一次固化；
S3，去除真空辅料和BOPP带，不脱模，将预浸料固化后的区域打磨粗糙，得到两端为复合材料毛坯；
S4，进行第二次铺贴：将胶膜铺贴在复合材料毛坯的外表面，将预浸料铺贴在复合材料毛坯和外露的可溶模具外表面，再表面整体缠BOPP带，包裹透气毡，使用真空袋和密封胶带进行真空封装，然后放入固化设备进行第二次固化；
S5，将定位模具从芯模上取下，将芯模脱出，去除产品表面的真空辅料和BOPP带，将可溶模具和封孔剂溶解，将产品外表面打磨光滑，清除多余树脂，得到复合材料拉杆。
5.根据权利要求4所述的复合材料拉杆的成型方法，其特征在于，S2中第一次铺贴的金属预埋件外表面为金属预埋件定位凸台的内侧的外表面，不包含定位凸台。
6.根据权利要求5所述的复合材料拉杆的成型方法，其特征在于，S4中第二次铺贴的过程中使用预浸料将金属预埋件中部的内缩凹槽逐步填平。
7.根据权利要求6所述的复合材料拉杆的成型方法，其特征在于，所述第一次铺贴和第二次铺贴的过程中，预浸料除了包裹一圈后的适当搭接外，将多余的预浸料切除，保证每块预浸料均包裹一圈，以避免复合材料拉杆产生褶皱和凹凸不平的外观不良，且在预浸料、胶膜的铺贴过程有温度、湿度要求，温度22℃±4℃、相对湿度≤65％。
8.根据权利要求7所述的复合材料拉杆的成型方法，其特征在于，所述预浸料为碳纤维预浸料，真空辅料为透气毡、真空袋和密封胶带。
9.根据权利要求8所述的复合材料拉杆的成型方法，其特征在于，S2中所述第一次固化的固化设备为烘箱或固化炉，固化时不加压；也可使用热压罐，固化时使用热压罐加压。
10.根据权利要求9所述的复合材料拉杆的成型方法，其特征在于，S4中所述第二次固化的固化设备为热压罐，固化时使用热压罐加压。
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