CN116214777B - 一种成型碳纤维的注塑模具 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种成型碳纤维的注塑模具，包括前模和后模，前模和后模之间界定有一适于成型工件的型腔，包括：加热组件，加热组件沿开合模方向设置在后模上，加热组件包括预压加热部和增压加热部，预压加热部适于压紧工件外侧沿周向环绕设置的废料区，并加热废料区；工件上设置有深槽区，废料区上设置有变形区，变形区相对于深槽区沿径向向外设置，增压加热部适于压紧并加热变形区，增压加热部的输出温度高于预压加热部的输出温度；预关模组件，预关模组件沿开合模方向设置在加热组件和前模之间，本申请的一个目的在于提供一种快速、高效、高成型质量的成型碳纤维的注塑模具。

Description

一种成型碳纤维的注塑模具

技术领域

本申请涉及模具领域，特别涉及一种成型碳纤维的注塑模具。

背景技术

碳纤维拥有强度大，硬度高的材质特点，其强度和硬度远超过同体积同重量的金属材质。因此，碳纤维制品在航空、航海、军工等高科技工业领域有着广泛的应用。碳纤维制品通常有碳纤布通过预浸工艺形成预浸碳纤维布，并通过对预浸碳纤维布的加工形成最终成品。

目前碳纤维制品在工业上一般采用热压工艺或者模压工艺，一般包括以下工序：切割（将预浸碳纤维布裁切成适当的形状），预浸料加热塑形（在较低的加热温度75℃以下和较低的压力0.1MPA下加热塑形预浸碳纤维布使之能够贴合最终模具表面），最终模压成型（利用高温130℃-150℃和高压3MPA-10MPA下完全成型，在此过程中，还能加入树脂进一步提升该碳纤维制品的性能）。加工过程需要进行二次模压，成型工序复杂，生产效率低，是本领域的技术人员需要解决的问题。

发明内容

本申请的一个目的在于提供一种快速、高效、高成型质量的成型碳纤维的注塑模具。

为达到以上目的，本申请采用的技术方案为：

一种成型碳纤维的注塑模具，包括前模和后模，所述前模和所述后模之间界定有一适于成型工件的型腔，包括：

加热组件，所述加热组件沿开合模方向设置在所述后模上，所述加热组件包括预压加热部和增压加热部，所述预压加热部适于压紧所述工件外侧沿周向环绕设置的废料区，并加热所述废料区；所述工件上设置有深槽区，所述废料区上设置有变形区，所述变形区相对于所述深槽区沿径向向外设置，所述增压加热部适于压紧并加热所述变形区，所述增压加热部的输出温度高于所述预压加热部的输出温度，并且不需要均匀加热整个碳纤维布；

预关模组件，所述预关模组件沿开合模方向设置在所述加热组件和所述前模之间，当关模后，所述预关模组件适于控制所述前模和所述后模处于预关模状态，并控制所述增压加热部压紧并加热所述变形区，直到所述变形区完全软化后，控制所述前模和所述后模处于完全关模状态。

易于理解的是，上述工件指的是预浸碳纤维布，经过预浸处理的碳纤维布其在高温下会出现一定的软化，从而使该碳纤维布能更加贴合模具表面。加工成型后的工件包括工件本体和深槽区，深槽区向下凸出于工件本体设置，并使深槽区的底部和工件本体具有一定的高度差。另外变形区相对于深槽区沿径向向外设置指的是，深槽区的外部沿径向向外设置有变形区，通过变形区内的预浸碳纤维布的加热变形，从而成型该深槽区。设置该变形区并加热该变形区是为了方便工件（预浸布）能更加方便和容易地成型深槽区，由于深槽区的深度较深（通常在50mm以上），如果不进一步加热变形区，从而使变形区进一步软化，从而增加其变形程度，容易造成深槽区壁厚减少，并且也会导致工件表面在深槽区附近没有足够变形使之无法完全抵触型腔的内壁，造成成型后的工件质量差的问题。

预关模状态指的是，前模和后模之间仍具有一定的空间，前模和后模之间的型腔尚未完全形成，因此在该状态下，工件（预浸的碳纤维布）没有受到足够的前模和后模的挤压，因此还未完全抵触型腔的内壁。关模状态指的是，前模和后模抵触，并在前模和后模之间形成完整的成型该工件的型腔，由于前模和后模抵触，因此前模和后模之间的工件（预浸布）也会与该型腔压紧。（当然在该工序中，可以加入气吹工艺，使工件与型腔内壁的抵触更加紧密）变形区完全软化指的是，工件可以在变形区可以进行足够的拉伸，而不会出现软化程度不够，导致拉伸长度不够，使工件表面在深槽区附近无法抵触型腔内壁，造成成型后的工件质量差的问题。

进一步分析现有的碳纤维成型注塑工艺具有以下缺陷：

（1）传统注塑加工工序通常需要采用预浸料加热塑形的工序，先在较低的加热温度（75℃以下）低压（0.1MPA以下）的状态下加热预浸料，并通过模具压制形成能够贴合最终成型模具的塑形工件，最后将塑形工件放置进入成型模具中，通过注塑成型，进一步加入树脂并使之硬化成型成品工件（在预浸碳纤维布中进一步加入树脂是现有工艺，主要用于提升最终碳纤维制品的强度和稳定性），如果不采用预浸料加热塑形工序，会使预浸碳纤维布无法贴合模具表面，而模具表面一般结构较为复杂，需要采用人工贴合的方法，造成成型效率进一步下降，而采用了预浸料加热塑形工序除了需要额外开设一副模具用于塑形外，还需要浪费额外的电能用于加热预浸料，降低了生产效率的同时，造成能源的浪费，提升了加工成本；

（2）另外而深槽区是由于工件本体受模压成型，受到模压原理影响，深槽区的壁厚、碳纤维排布方式都会出现变化，造成深槽区的强度下降，造成最终成品容易在深槽区出现断裂的问题，因此造成了对具有深槽区的工件生产质量差的问题。

针对以上问题，本申请的发明人开发了一种成型碳纤维的注塑模具，在加工过程中使用该模具并按照以下工艺进行加工;

S100、对预浸碳纤维布进行初步切割，并将切割完成的预浸碳纤维布通过预压加热部与后模连接，其中预压加热部适于抵触并压紧所述废料区，由于预压加热部具有加热能力，因此在固定完成后，后续工序进行之前，预压加热部除了固定废料区从而固定该预浸碳纤维布以外，还能对废料区进行加热，使废料区具有一定的初始温度；

S200、进行关模工序，由于设置了预关模组件，因此预关模组件可以控制前模和后模处于预关模状态，在此状态下，废料区受到了预压加热部的加热而进一步软化，另外由于预关模组件可以控制增压加热部压紧并加热所述变形区，因此可以提升变形区的加热温度，从而提升了变形区的软化程度，更方便其后续拉伸；

S300、在所述变形区完全软化后，控制前模和后模处于完全关模状态，即使前模完全压紧后模，此时由于变形区和废料区被压紧，同时被软化，因此可以在前模和后模的驱动下进行拉伸变形，从而使工件（预浸布）抵触型腔的内壁。（当然在该工序中，可以加入气吹工艺，使工件与型腔内壁的抵触更加紧密）

利用本申请的注塑模具成型碳纤维制品，其具有以下优点：

（1）由于设置了预压加热部和增压加热部，其中预压加热部适于加热沿工件外侧沿周向环绕设置的废料区，增压加热部适于加热在废料区上设置的变形区，并且变形区相对于深槽区沿径向向外设置，从而使得废料区及变形区的预浸碳纤维布软化，从而方便该预浸碳纤维布在废料区和变形区发生变形，从而方便后续的模压，另外值得一提的是，由于设置了预关模组件，因此该生产过程中，分别具有预关模状态和关模状态，利用预关模状态加热废料区，并进一步加热变形区，使得变形区的预浸布更容易被拉伸，利用关模状态使预浸布贴紧型腔的内壁；

（2）并且由于设置了预压加热部和增压加热部，其中增压加热部的输出温度高于预压加热部的输出温度，不仅可以使废料区的预浸碳纤维布软化，也可以使变形区的预浸碳纤维布进一步软化，从而方便使预浸碳纤维布在废料区及变形区进行变形、延伸、拉薄，从而减少对成型的工件的质量影响，防止由于深槽区的设置，导致工件生产质量差的问题；

（3）相较于传统工艺，采用预压加热部和增压加热部的模具，由于加热面积小，因此节约了大量的能量，并且也不用开设另外的模具用于加热塑形工艺，减少了加工成本，另外减少了工艺步骤，降低了生产时间，优化了生产工序，使利用该注塑模具的碳纤维制品更易生产，并且生产质量更高。

进一步优选，所述加热组件包括升温模块，所述升温模块内包括所述预压加热部和所述增压加热部，且所述预压加热部沿径向向外设置在所述增压加热部的外部，所述升温模块具有多组并设置于所述废料区及所述变形区上。

进一步优选，所述升温模块具有壳体，所述壳体的底部包括外圈和内圈，所述内圈向下凸出并与所述外圈形成台阶面，所述外圈设置所述预压加热部，所述内圈设置所述增压加热部；所述内圈上套设有可更换的导热环，所述导热环的顶部适于抵触所述内圈的底部，所述导热环的底部和所述增压加热部的底部适于抵触并加热所述工件。

进一步优选，所述壳体内设置有容纳腔，所述容纳腔内填充有保温液，所述容纳腔内沿上下方向可活动地设置有增温管，所述容纳腔包括相互连通的第一导热腔和第二导热腔，所述内圈的内壁适于界定所述第一导热腔，所述外圈的内壁适于界定所述第二导热腔，所述第一导热腔横截面的内径为D1，所述第二导热腔横截面的内径为D2，所述增温管的外径为D3，满足D2＞D1≥D3；当加热所述废料区时，所述增温管适于侵入所述第二导热腔内，并加热所述保温液；当需要加热所述变形区时，所述增温管适于向下运动并侵入所述第一导热腔内，直到所述增温管抵触所述内圈的底壁，所述增温管适于推动所述第一导热腔内的所述保温液进入所述第二导热腔中。

进一步优选，所述增温管的底部沿径向向内收缩形成让位部，当需要加热所述变形区时，所述第一导热腔中的所述保温液适于沿所述让位部的外壁流动并流入所述第二导热腔内。

进一步优选，所述壳体的顶部沿轴向开设有控制孔，所述控制孔适于连通所述容纳腔；所述增温管的顶部设置有控制杆和增压块，所述控制杆适用于连接所述增温管和所述增压块，所述控制杆适于穿过所述控制孔，驱动组件适于通过驱动所述增压块向下运动；所述控制杆从上到下依次套设有隔热垫和密封垫，所述密封垫的外壁适于与所述控制孔的内壁形成密封结构，并可沿所述控制孔的轴向运动，所述隔热垫的外侧与所述控制孔的内壁固定连接，所述隔热垫与所述增压块之间设置有复位弹簧，所述复位弹簧套设于所述控制杆上。

进一步优选，所述加热组件还包括固定座，所述固定座安装在所述后模上，所述固定座的内壁沿上下方向设置有固定腔，所述升温模块通过所述固定腔安装在所述后模上，所述固定腔的内壁上设置有保温层，所述保温层适于控制所述升温模块的温度流失。

进一步优选，所述加热组件包括加热管，所述加热管具有多组并设置在所述废料区上，且所述加热管与所述升温模块分体设置，并适于加热所述废料区。

进一步优选，所述模具还包括限位组件，所述限位组件上沿轴向开设有限位槽，所述限位槽的槽口朝上，且所述限位槽的横截面为上小下大的梯形；所述加热组件沿开合模方向可活动地设置在所述限位槽内，所述加热组件的底部设置有限位部，所述限位部的横截面也为上小下大的梯形，所述加热组件的外壁和所述限位槽之间具有间隙，所述间隙内填充有具有弹性的弹性体，当关模时，所述弹性体适于发生形变，并锁紧所述限位部和所述限位槽；当开模时，受到所述限位槽内壁的挤压，所述弹性体适于限制所述加热组件的最大移动距离，并提供预紧力，使所述加热组件抵触所述工件。

进一步优选，所述预关模组件包括压力检测组件和压头组件，当合模压力低于所述压力检测组件的设定压力时，所述预关模组件适于控制所述前模和所述后模处于预关模状态，此时所述压头组件适于驱动所述增压加热部压紧并加热所述变形区；当所述合模压力等于或高于所述压力检测组件的设定压力时，所述预关模组件适于控制所述前模和所述后模处于完全关模状态；所述压力检测组件为具有弹性的弹性套，所述弹性套套设在所述压头组件的外侧。

与现有技术相比，本申请的有益效果在于：

（1）由于设置了预压加热部和增压加热部，其中预压加热部适于加热沿工件外侧沿周向环绕设置的废料区，增压加热部适于加热在废料区上设置的变形区，并且变形区相对于深槽区沿径向向外设置，从而使得废料区及变形区的预浸碳纤维布软化，从而方便该预浸碳纤维布在废料区和变形区发生变形，从而方便后续的模压，另外值得一提的是，由于设置了预关模组件，因此该生产过程中，分别具有预关模状态和关模状态，利用预关模状态加热废料区，并进一步加热变形区，使得变形区的预浸布更容易被拉伸，利用关模状态使预浸布贴紧型腔的内壁；

（2）并且由于设置了预压加热部和增压加热部，其中增压加热部的输出温度高于预压加热部的输出温度，不仅可以使废料区的预浸碳纤维布软化，也可以使变形区的预浸碳纤维布进一步软化，从而方便使预浸碳纤维布在废料区及变形区进行变形、延伸、拉薄，从而减少对成型的工件的质量影响，防止由于深槽区的设置，导致工件生产质量差的问题；

（3）相较于传统工艺，采用预压加热部和增压加热部的模具，由于加热面积小，因此节约了大量的能量，并且也不用开设另外的模具用于加热塑形工艺，减少了加工成本，另外减少了工艺步骤，降低了生产时间，优化了生产工序，使利用该注塑模具的碳纤维制品更易生产，并且生产质量更高。

附图说明

图1为本申请的注塑模具的一种实施例的示意图，展示了前模、后模和工件。

图2为本申请的注塑模具的一种实施例的工件的示意图。

图3a为本申请的注塑模具的一种实施例的工件的示意图，展示了变形区和废料区。

图3b为本申请的注塑模具的一种实施例的工件的示意图，展示了深槽区。

图4为本申请的注塑模具的一种实施例的工件的局部放大图。

图5为本申请的注塑模具的一种实施例的示意图，展示了预关模组件和加热组件。

图6为本申请的注塑模具的一种实施例的局部放大图。

图7为本申请的注塑模具图5中A位置的局部放大图，展示了加热槽。

图8a为本申请的注塑模具的一种实施例的截面剖视图，展示了还未关模状态。

图8b为本申请的注塑模具的一种实施例的截面剖视图，展示了预关模状态。

图8c为本申请的注塑模具的一种实施例的截面剖视图，展示了完全关模状态。

图9为本申请的注塑模具的一种实施例的爆炸图，展示了压力检测组件和压头组件。

图10为本申请的注塑模具的一种实施例的加热组件的爆炸图，展示了固定座。

图11为本申请的注塑模具的一种实施例的限位组件的剖视图，展示了限位槽。

图12为本申请的注塑模具的一种实施例的限位组件的局部放大图。

图13为本申请的注塑模具的一种实施例的升温模块的示意图，展示了内圈和外圈。

图14为本申请的注塑模具的一种实施例的升温模块的轴测图。

图15为本申请的注塑模具的一种实施例的壳体的剖视图，展示了隔热垫。

图16为本申请的注塑模具的一种实施例的升温模块的剖视图。

图17为本申请的注塑模具的一种实施例的升温模块的剖视图，展示了增温管侵入第一导热腔。

图18为本申请的注塑模具的一种实施例的升温模块的剖视图，展示了让位部。

图19为本申请的注塑模具的一种实施例的升温模块的剖视图，展示了增温管侵入第一导热腔。

图中：1、前模；2、后模；3、型腔；4、加热组件；41、升温模块；411、预压加热部；412、增压加热部；413、壳体；4131、内圈；4132、外圈；4133、导热环；4134、容纳腔；4135、第一导热腔；4136、第二导热腔；4137、控制孔；414、增温管；4141、让位部；4142、控制杆；4143、增压块；4144、隔热垫；4145、密封垫；4146、复位弹簧；42、加热管；43、固定座；431、固定腔；44、限位部；5、预关模组件；51、压力检测组件；52、压头组件；6、限位组件；61、限位槽；62、弹性体；100、工件；101、废料区；1011、变形区；1012、加热槽；102、深槽区；103、工件本体。

实施方式

下面，结合具体实施方式，对本申请做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。

在本申请的描述中，需要说明的是，对于方位词，如有术语“中心”、 “横向”、“纵向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、 “前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示方位和位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于叙述本申请和简化描述，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、以特定方位构造和操作，不能理解为限制本申请的具体保护范围。

需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。

本申请的说明书和权利要求书中的术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

加工成型后的工件100如图2至图4所示，包括工件本体103和深槽区102，深槽区102向下凸出于工件本体103设置，并使深槽区102的底部和工件本体103具有一定的高度差。

分析现有的碳纤维成型注塑工艺具有以下缺陷：

（1）传统注塑加工工序通常需要采用预浸料加热塑形的工序，先在较低的加热温度（75℃以下）低压（0.1MPA以下）的状态下加热预浸料，并通过模具压制形成能够贴合最终成型模具的塑形工件100，最后将塑形工件100放置进入成型模具中，通过注塑成型，进一步加入树脂并使之硬化成型成品工件100（在预浸碳纤维布中进一步加入树脂是现有工艺，主要用于提升最终碳纤维制品的强度和稳定性），如果不采用预浸料加热塑形工序，会使预浸碳纤维布无法贴合模具表面，而模具表面一般结构较为复杂，需要采用人工贴合的方法，造成成型效率进一步下降，而采用了预浸料加热塑形工序除了需要额外开设一副模具用于塑形外，还需要浪费额外的电能用于加热预浸料，降低了生产效率的同时，造成能源的浪费，提升了加工成本；

（2）另外而深槽区102是由于工件本体103受模压成型，受到模压原理影响，深槽区102的壁厚、碳纤维排布方式都会出现变化，造成深槽区102的强度下降，造成最终成品容易在深槽区102出现断裂的问题，因此造成了对具有深槽区102的工件100生产质量差的问题。

针对以上问题，本申请的发明人开发了一种成型碳纤维的注塑模具，其一种实施例如图1至图18所示，包括前模1和后模2，前模1和后模2之间界定有一适于成型工件的型腔3，包括：

加热组件4，加热组件4沿开合模方向设置在后模2上（在这个具体的实施例中，开合模方向为上下方向如图1所示），加热组件4包括预压加热部411和增压加热部412，预压加热部411适于压紧工件100外侧沿周向环绕设置的废料区101，并加热废料区101；工件100上设置有深槽区102，废料区101上设置有变形区1011，变形区1011相对于深槽区102沿径向向外设置，增压加热部412适于压紧并加热变形区1011，增压加热部412的输出温度高于预压加热部411的输出温度；

预关模组件5，预关模组件5沿开合模方向（在这个具体的实施例中，开合模方向为上下方向如图1所示）设置在加热组件4和前模1之间，当关模后，预关模组件5适于控制前模1和后模2处于预关模状态，并控制增压加热部412压紧并加热变形区1011，直到变形区1011完全软化后，控制前模1和后模2处于完全关模状态。

易于理解的是，上述工件100指的是预浸碳纤维布，经过预浸处理的碳纤维布其在高温下会出现一定的软化，从而使该碳纤维布能更加贴合模具表面。另外变形区1011相对于深槽区102沿径向向外设置指的是，深槽区102的外部沿径向向外设置有变形区1011，通过变形区1011内的预浸碳纤维布的加热变形，从而成型该深槽区102。设置该变形区1011并加热该变形区1011是为了方便工件100（预浸布）能更加方便和容易地成型深槽区102，由于深槽区102的深度较深（通常在50mm以上），如果不进一步加热变形区1011，从而使变形区1011进一步软化，从而增加其变形程度，容易造成深槽区102壁厚减少，并且也会导致工件100表面在深槽区102附近没有足够变形使之无法完全抵触型腔3的内壁，造成成型后的工件100质量差的问题。

预关模状态指的是，前模1和后模2之间仍具有一定的空间，前模1和后模2之间的型腔3尚未完全形成，因此在该状态下，工件100（预浸的碳纤维布）没有受到足够的前模1和后模2的挤压，因此还未完全抵触型腔3的内壁。关模状态指的是，前模1和后模2抵触，并在前模1和后模2之间形成完整的成型该工件100的型腔3，由于前模1和后模2抵触，因此前模1和后模2之间的工件100（预浸布）也会与该型腔3的内壁压紧。（当然在该工序中，可以加入气吹工艺，使工件100与型腔3内壁的抵触更加紧密）变形区1011完全软化指的是，工件100可以在变形区1011可以进行足够的拉伸，而不会出现软化程度不够，导致拉伸长度不够，使工件100表面在深槽区102附近无法抵触型腔3内壁，造成成型后的工件100质量差的问题。

其中图2表示了加工成型前的工件100（碳纤维布）上的各个区域，与加工成型后的工件100上各个区域的对应关系。在进行碳纤维注塑成型工艺前的工件100（碳纤维布）如图3a所示，为经过预浸工艺的碳纤维布，其上设置废料区101，变形区1011（图3a中虚线框位置）以及工件本体103；如图3b展示了进行注塑成型工艺后的工件100，其在模具及树脂硬化后形成的工件100，其上也包括了废料区101、变形区1011、深槽区102以及工件本体103。其中深槽区102的深度在50mm以上，深槽区102向下突出于工件本体103设置。图4中的虚线框分别展示了变形区1011和深槽区102，虽然变形区1011也具有一定的深度，并且其变形较大，由于其设置在废料区101，在加工完成后会被切割掉（或者通过磨削等去材料的加工方式去除），因此即使变形区1011变形较大，也不会影响工件本体103以及深槽区102的强度。

在加工过程中使用该模具并按照以下工艺进行加工;

S100、如图8a所示，对预浸碳纤维布进行初步切割，并将切割完成的预浸碳纤维布通过预压加热部411与后模2连接，其中预压加热部411适于抵触并压紧废料区101，由于预压加热部411具有加热能力，因此在固定完成后，后续工序进行之前，预压加热部411除了固定废料区101从而固定该预浸碳纤维布以外，还能对废料区101进行加热，使废料区101具有一定的初始温度；

S200、如图8b所示，进行关模工序，由于设置了预关模组件5，因此预关模组件5可以控制前模1和后模2处于预关模状态，在此状态下，废料区101受到了预压加热部411的加热而进一步软化，另外由于预关模组件5可以控制增压加热部412压紧并加热变形区1011，因此可以提升变形区1011的加热温度，从而提升了变形区1011的软化程度，更方便其后续拉伸；

S300、如图8c所示，在变形区1011完全软化后，控制前模1和后模2处于完全关模状态，即使前模1完全压紧后模2，此时由于变形区1011和废料区101被压紧，同时被软化，因此可以在前模1和后模2的驱动下进行拉伸变形，从而使工件100（预浸布）抵触型腔3的内壁。（当然在该工序中，可以加入气吹工艺，使工件100与型腔3内壁的抵触更加紧密）

在步骤S200中，如图8b所示，此时处于预关模状态，受到预关模组件5的作用，前模1和后模2之间仍然存有间隙，前模1和后模2之间的型腔3并没有完全形成。但是工件100已经被前模1的模芯抵触，从而出现一定的变形，由于此时预压加热部411已经在加热废料区101，因此可以在废料区101出现一定的变形，从而使工件100能处于张紧状态并紧贴前模1的模芯，并且由于可以在废料区101出现变形，防止由于工件100中部所受的推力过大，而导致工件100与预压加热部411分离的情况（预压加热部411与工件100之间能保持相对静止，是由于预压加热部411压紧工件100，从而与工件100之间存在摩擦力）。

相较于传统的两步法碳纤维注塑工艺，其要先进行加热塑形工艺后，再进行注塑模压工艺，其原因在于，对于具有深槽区102（其深度一般在50mm以上）的工件100，其要保持工件100贴合型腔3内壁比较困难，工件100为经过预浸工艺的碳纤维布，很难保持碳纤维布具有张紧力的同时，仅依靠前模1和后模2的抵触，从而使碳纤维布完全贴近型腔3的内壁。并且由于深槽区102的深度较大，要使碳纤维布完全贴合型腔3的内壁更加困难，更为重要的是，未加热的预浸碳纤维布很难出现变形，因此保持贴合状态极为困难。因此本申请的发明人开发了一种注塑成型模具，其设置有预压加热部411适于加热工件100上的废料区101，方便在废料区101出现变形，从而使碳纤维布在模具上处于张紧状态，并也能利于变形，并且减少了能源的消耗，更加重要的是，对于造型较为复杂的具有深槽区102的工件100，设置增压加热部412，其输出的热量更大，使碳纤维布的软化程度更大，从而增加碳纤维布在变形区1011的软化程度，从而更方便的成型该深槽区102。如果不设置增压加热部412，虽然碳纤维布在前模1和后模2的关模过程中，仍能出现变形，但是对于结构较为复杂、具有深槽区102的工件100，由于变形程度不够，不能完全使之贴合型腔3的内壁，更加重要的是，设置增压加热部412和预压加热部411可以节省能源，不需要均匀加热整个碳纤维布，使废料区101在成型工件100的不同位置时，具有不同的加热温度，从而满足不同程度的变形需求，节约能源的同时，增加生产效率，减少成本支出，并加快成型工艺。

另外，无法直接利用现有的预浸碳纤维布和碳纤维注塑模具直接生产碳纤维制品的原因在于，无法找到合适的方法使碳纤维布能在贴合模具型腔3的内壁（传统工艺需要加热碳纤维布整体，使其整体软化，能源浪费大，生产效率低），特别对于具有深槽区102的工件100，其贴合程度更低，成型效果更差；另外本申请的发明人发现通过在工件100的周围加热废料区101的方法，使成型具有深槽区102的碳纤维制品质量更好，并且更有以利于工件100贴合型腔3的内壁。另外本申请的发明人还开发了预压加热部411和增压加热部412使废料区101的温度不同，来应对具有不同深槽区102的工件100生产，而且还设置预关模组件5，使前模1和后模2的合模过程分为预关模状态和完全关模状态，使增压加热部412具有充分的时间加热变形区1011，并使变形区1011完全软化。

利用本申请的注塑模具成型碳纤维制品，其具有以下优点：

（1）由于设置了预压加热部411和增压加热部412，其中预压加热部411适于加热沿工件100外侧沿周向环绕设置的废料区101，增压加热部412适于加热在废料区101上设置的变形区1011，并且变形区1011相对于深槽区102沿径向向外设置，从而使得废料区101及变形区1011的预浸碳纤维布软化，从而方便该预浸碳纤维布在废料区101和变形区1011发生变形，从而方便后续的模压，另外值得一提的是，由于设置了预关模组件5，因此该生产过程中，分别具有预关模状态和关模状态，利用预关模状态加热废料区101，并进一步加热变形区1011，使得变形区1011的预浸布更容易被拉伸，利用关模状态使预浸布贴紧型腔3的内壁；

（2）并且由于设置了预压加热部411和增压加热部412，其中增压加热部412的输出温度高于预压加热部411的输出温度，不仅可以使废料区101的预浸碳纤维布软化，也可以使变形区1011的预浸碳纤维布进一步软化，从而方便使预浸碳纤维布在废料区101及变形区1011进行变形、延伸、拉薄，从而减少对成型的工件100的质量影响，防止由于深槽区102的设置，导致工件100生产质量差的问题；

（3）相较于传统工艺，采用预压加热部411和增压加热部412的模具，由于加热面积小，因此节约了大量的能量，并且也不用开设另外的模具用于加热塑形工艺，减少了加工成本，另外减少了工艺步骤，降低了生产时间，优化了生产工序，使利用该注塑模具的碳纤维制品更易生产，并且生产质量更高。

进一步优选，如图5和图13所示，加热组件4包括升温模块41，升温模块41内包括预压加热部411和增压加热部412，且预压加热部411沿径向向外设置在增压加热部412的外部，升温模块41具有多组并设置于废料区101及变形区1011上。

如图8a所示，在S100中，预压加热部411适于压紧并加热工件100的废料区101，从而使废料区101的碳纤维布软化，方便其进行后续操作，值得一提的是，图8a仅表示其中一个横截面的状态，后模2上有排列有多个升温模块41如图5所示；如图8b所示，在S200中，在预关模状态下，增压加热部412适于压紧并加热工件100，并进一步加热变形区1011，由于增压加热部412的输出温度高于预压加热部411的输出温度，因此变形区1011的温度也会高于废料区101的温度，从而使变形区1011的变形程度更大，更容易成型深槽区102，并且节省了能源浪费。

由于预压加热部411沿径向向外设置在增压加热部412的外部，并且变形区1011设置在废料区101上，因此变形区1011先经过了预压加热部411的加热升温，从而具有一定的初始温度，因此后续采用增压加热部412贴近变形区1011，其升温速度更快，进一步降低了能源损耗。

进一步优选，如图13和图14所示，升温模块41具有壳体413，壳体413的底部包括外圈4132和内圈4131，内圈4131向下凸出并与外圈4132形成台阶面，外圈4132设置预压加热部411，内圈4131设置增压加热部412；内圈4131上套设有可更换的导热环4133，导热环4133的顶部适于抵触内圈4131的底部，导热环4133的底部和增压加热部412的底部适于抵触并加热工件100。

在壳体413的底部设置外圈4132和内圈4131，并使内圈4131向下凸出并与外圈4132形成台阶面，外圈4132设置预压加热部411，内圈4131设置增压加热部412，这种结构有两点好处，其一是增加增压加热部412的接触面积，从而使内圈4131的侧壁也可以加热导热环4133，减少热量的浪费；其二是通过更换不同大小、尺寸的导热环4133针对需要加工的工件100的形状不同，从而控制预压加热部411输出的加热量，对不同工件100的不同深槽区102深度进行适应性调整。

进一步优选，如图16至图17所示，壳体413内设置有容纳腔4134，容纳腔4134内填充有保温液，容纳腔4134内沿上下方向可活动地设置有增温管414，容纳腔4134包括相互连通的第一导热腔4135和第二导热腔4136，内圈4131的内壁适于界定第一导热腔4135，外圈4132的内壁适于界定第二导热腔4136，第一导热腔4135横截面的内径为D1，第二导热腔横截面4136的内径为D2，增温管414的外径为D3，满足D2＞D1≥D3；当加热废料区101时，增温管414适于侵入第二导热腔4136内，并加热保温液；当需要加热变形区1011时，增温管414适于向下运动并侵入第一导热腔4135内，直到增温管414抵触内圈4131的底壁，增温管414适于推动第一导热腔4135内的保温液进入第二导热腔4136中。在这个具体的实施例中，保温液可以为油液。如图16和图18展示了升温模块41用于加热废料区101的状态，其中增温管414位于第二导热腔4136内；其中图17和图19展示了升温模块41用于加热变形区1011的状态，其中增温管414侵入第一导热腔4135内，且所述增温管414的底部适于抵触内圈4131的底壁。

内圈4131的内壁适于界定第一导热腔4135，外圈4132的内壁适于界定第二导热腔4136，可以减少加热部件的设置，从而实现利用一个增温管414，同时形成两种不同温度的作用。易于理解的是，增温管414为具有加热作用的元件，比如在内可以设置加热丝等加热结构，当加热废料区101即预压加热部411工作时，增温管414适于处在第二导热腔4136中，通过加热第二导热腔4136中的保温液，通过保温液加热预压加热部411，从而使导热环4133上能输出热量到工件100上，当然易于理解的是，由于预压加热部411和增压加热部412一体成型，因此保温液的温度也会传导到增压加热部412上，从而使增压加热部412也具有一定的初始温度，减少能量浪费的同时，对工件100上的废料区101进行加温，并且对变形区1011进行预热。当需要加热变形区1011时，通过驱动组件驱动增温管414向下运动，从而使增温管414逐步侵入第一导热腔4135中，并最终使增温管414抵触内圈4131的底壁，由于增温管414的温度一定高于保温液的温度，因此当其直接抵触内圈4131时，可以使内圈4131的温度急剧升高，并且由于增温管414上设置有驱动力，因此其接触内圈4131的力越大，压紧程度越高，传输的热量也越多，因此可以控制变形区1011的软化程度，并且能够输出更多的热量，更加方便与变形区1011的软化。

另外控制第一导热腔4135横截面的内径为D1，第二导热腔横截面4136的内径为D2，增温管414的外径为D3，满足D2＞D1≥D3，使第二导热腔4136与增温管414之间存在间隙，方便储存保温液，从而形成不同的温度范围，当D1=D3时，增温管414的外壁适于抵触第一导热腔4135的内壁，从而使内圈4131沿轴向向上的外壁上也能输出较高的热量，从而通过导热环4133传递到废料区101，使废料区101的温度也能得到一定程度的提升。

进一步优选，如图18和图19所示，增温管414的底部沿径向向内收缩形成让位部4141，当需要加热变形区1011时，第一导热腔4135中的保温液适于沿让位部4141的外壁流动并流入第二导热腔4136内。

在增温管414的底部沿径向向内收缩形成让位部4141，是为了方便保温液的流动，当沿轴向向下的驱动力驱动增温管414向下运动时，由于设置了让位部4141，因此原先位于第一导热腔4135中的保温液更方便地沿让位部4141流动并流出至第二导热腔4136中，防止由于保温液流动不畅，导致需要过大的驱动力才能驱动增温管414向下运动。

进一步优选，如图14和图15所示，壳体413的顶部沿轴向开设有控制孔4137，控制孔4137适于连通容纳腔4134；增温管414的顶部设置有控制杆4142和增压块4143，控制杆4142适用于连接增温管414和增压块4143，控制杆4142适于穿过控制孔4137，驱动组件适于通过驱动增压块4143向下运动；控制杆4142从上到下依次套设有隔热垫4144和密封垫4145，密封垫4145的外壁适于与控制孔4137的内壁形成密封结构，并可沿控制孔4137的轴向运动，隔热垫4144的外侧与控制孔4137的内壁固定连接，隔热垫4144与增压块4143之间设置有复位弹簧4146，复位弹簧4146套设于控制杆4142上。

易于理解的是，隔热垫4144除了可以隔容纳腔4134中的热量流失外，由于其与控制孔4137的内壁固定连接，因此其还可以限制密封垫4145的最大轴向向上移动的距离，如图16和图18所示，当隔热垫4144的底部抵触密封垫4145的顶部时，密封垫4145适于位于最大轴向向上移动的位置。

设置增压块4143、控制杆4142、复位弹簧4146以及隔热垫4144和密封垫4145，可以减少热量的流失，并且方便驱动组件通过驱动增压块4143实现对增温管414沿轴向的运动控制，使其能侵入第一导热腔4135内，或者处于第二导热腔4136内，从而使得增压加热部412输出更高的温度从而加热变形区1011，或者使预压加热部411输出较低的温度从而加热废料区101。

进一步优选，如图10所示，加热组件4还包括固定座43，固定座43安装在后模2上，固定座43的内壁沿上下方向设置有固定腔431，升温模块41通过固定腔431安装在后模2上，固定腔431的内壁上设置有保温层，保温层适于控制升温模块41的温度流失。

设置固定座43是为了更方便的固定升温模块41，并且方便在固定座43内连接电线，使这些电线隐藏在固定座43内，并且更方便通过固定座43拆装整个加热组件4，实现更好的替换性，方便后续的维修。

进一步优选，加热组件4包括加热管42，加热管42具有多组并设置在废料区101上，且加热管42与升温模块41分体设置，并适于加热废料区101。值得一提的是，加热管42加热的位置位于工件100上的加热槽1012，为了进一步增加废料区101的加温效果，因此在废料区101上设置加热槽1012，方便于加热管42的加热，分体设置加热管42是为了根据工件100的形状不同，深槽区102的形状不同，从而更方便的布置不同数量和位置的加热管42，以满足废料区101软化的需要。

进一步优选，如图11和图12所示所示，模具还包括限位组件6，限位组件6上沿轴向开设有限位槽61，限位槽61的槽口朝上，且限位槽61的横截面为上小下大的梯形；加热组件4沿开合模方向可活动地设置在限位槽61内，加热组件4的底部设置有限位部44，限位部44的横截面也为上小下大的梯形，加热组件4的外壁和限位槽61之间具有间隙，间隙内填充有具有弹性的弹性体62，当关模时，弹性体62适于发生形变，并锁紧限位部44和限位槽61；当开模时，受到限位槽61内壁的挤压，弹性体62适于限制加热组件4的最大移动距离，并提供预紧力，使加热组件4抵触工件100。

在这个具体的实施例中，如图11和图12所示，设置弹性体62可以限制加热组件4的最大移动距离，使加热组件4在开模时能提供一定预紧力；关模时，受到关模力的影响如图12所示，弹性体62的材料会发生如图12箭头方向的运动，从而压紧限位部44，从而使加热组件4能进一步压紧并加热废料区101。

进一步优选，如图9所示，预关模组件5包括压力检测组件51和压头组件52，当合模压力低于压力检测组件51的设定压力时，预关模组件5适于控制前模1和后模2处于预关模状态，此时压头组件52适于驱动增压加热部412压紧并加热变形区1011如图8b所示；当合模压力等于或高于压力检测组件51的设定压力时，预关模组件5适于控制前模1和后模2处于完全关模状态；压力检测组件51为具有弹性的弹性套，弹性套套设在压头组件52的外侧。

在关模过程中，后模2逐渐靠近前模1，由于设置了压力检测组件51，因此当压力不足时，预关模组件5会保持预关模状态，从而使增压加热部412加热变形区1011，在这个具体的实施例中，通过压头组件52抵触增压块4143从而实现驱动增压加热部412加热变形区1011的目的；设置压力检测组件51为具有弹性的弹性套，当合模力不足时，其不足以克服弹力，因此保持预关模组件5处于预关模状态，当合模力大于弹力时，可以处于完全关模状态。

以上描述了本申请的基本原理、主要特征和本申请的优点。本行业的技术人员应该了解，本申请不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本申请的原理，在不脱离本申请精神和范围的前提下本申请还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本申请的范围内。本申请要求的保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。

Claims (10)

1.一种成型碳纤维的注塑模具，包括前模和后模，所述前模和所述后模之间界定有一适于成型工件的型腔，其特征在于，包括：

加热组件，所述加热组件沿开合模方向设置在所述后模上，所述加热组件包括预压加热部和增压加热部，所述预压加热部适于压紧所述工件外侧沿周向环绕设置的废料区，并加热所述废料区；所述工件上设置有深槽区，所述废料区上设置有变形区，所述变形区相对于所述深槽区沿径向向外设置，所述增压加热部适于压紧并加热所述变形区，所述增压加热部的输出温度高于所述预压加热部的输出温度，并且不需要均匀加热整个碳纤维布；

预关模组件，所述预关模组件沿开合模方向设置在所述加热组件和所述前模之间，当关模后，所述预关模组件适于控制所述前模和所述后模处于预关模状态，并控制所述增压加热部压紧并加热所述变形区，直到所述变形区完全软化后，控制所述前模和所述后模处于完全关模状态。

2.如权利要求1所述的一种成型碳纤维的注塑模具，其特征在于，所述加热组件包括升温模块，所述升温模块内包括所述预压加热部和所述增压加热部，且所述预压加热部沿径向向外设置在所述增压加热部的外部，所述升温模块具有多组并设置于所述废料区及所述变形区上。

3.如权利要求2所述的一种成型碳纤维的注塑模具，其特征在于，所述升温模块具有壳体，所述壳体的底部包括外圈和内圈，所述内圈向下凸出并与所述外圈形成台阶面，所述外圈设置所述预压加热部，所述内圈设置所述增压加热部；所述内圈上套设有可更换的导热环，所述导热环的顶部适于抵触所述内圈的底部，所述导热环的底部和所述增压加热部的底部适于抵触并加热所述工件。

4.如权利要求3所述的一种成型碳纤维的注塑模具，其特征在于，所述壳体内设置有容纳腔，所述容纳腔内填充有保温液，所述容纳腔内沿上下方向可活动地设置有增温管，所述容纳腔包括相互连通的第一导热腔和第二导热腔，所述内圈的内壁适于界定所述第一导热腔，所述外圈的内壁适于界定所述第二导热腔，所述第一导热腔横截面的内径为D1，所述第二导热腔横截面的内径为D2，所述增温管的外径为D3，满足D2＞D1≥D3；当加热所述废料区时，所述增温管适于侵入所述第二导热腔内，并加热所述保温液；当需要加热所述变形区时，所述增温管适于向下运动并侵入所述第一导热腔内，直到所述增温管抵触所述内圈的底壁，所述增温管适于推动所述第一导热腔内的所述保温液进入所述第二导热腔中。

5.如权利要求4所述的一种成型碳纤维的注塑模具，其特征在于，所述增温管的底部沿径向向内收缩形成让位部，当需要加热所述变形区时，所述第一导热腔中的所述保温液适于沿所述让位部的外壁流动并流入所述第二导热腔内。

6.如权利要求4所述的一种成型碳纤维的注塑模具，其特征在于，所述壳体的顶部沿轴向开设有控制孔，所述控制孔适于连通所述容纳腔；所述增温管的顶部设置有控制杆和增压块，所述控制杆适用于连接所述增温管和所述增压块，所述控制杆适于穿过所述控制孔，驱动组件适于通过驱动所述增压块向下运动；所述控制杆从上到下依次套设有隔热垫和密封垫，所述密封垫的外壁适于与所述控制孔的内壁形成密封结构，并可沿所述控制孔的轴向运动，所述隔热垫的外侧与所述控制孔的内壁固定连接，所述隔热垫与所述增压块之间设置有复位弹簧，所述复位弹簧套设于所述控制杆上。

7.如权利要求2所述的一种成型碳纤维的注塑模具，其特征在于，所述加热组件还包括固定座，所述固定座安装在所述后模上，所述固定座的内壁沿上下方向设置有固定腔，所述升温模块通过所述固定腔安装在所述后模上，所述固定腔的内壁上设置有保温层，所述保温层适于控制所述升温模块的温度流失。

8.如权利要求2所述的一种成型碳纤维的注塑模具，其特征在于，所述加热组件包括加热管，所述加热管具有多组并设置在所述废料区上，且所述加热管与所述升温模块分体设置，并适于加热所述废料区。

9.如权利要求1所述的一种成型碳纤维的注塑模具，其特征在于，所述模具还包括限位组件，所述限位组件上沿轴向开设有限位槽，所述限位槽的槽口朝上，且所述限位槽的横截面为上小下大的梯形；所述加热组件沿开合模方向可活动地设置在所述限位槽内，所述加热组件的底部设置有限位部，所述限位部的横截面也为上小下大的梯形，所述加热组件的外壁和所述限位槽之间具有间隙，所述间隙内填充有具有弹性的弹性体，当关模时，所述弹性体适于发生形变，并锁紧所述限位部和所述限位槽；当开模时，受到所述限位槽内壁的挤压，所述弹性体适于限制所述加热组件的最大移动距离，并提供预紧力，使所述加热组件抵触所述工件。

10.如权利要求1所述的一种成型碳纤维的注塑模具，其特征在于，所述预关模组件包括压力检测组件和压头组件，当合模压力低于所述压力检测组件的设定压力时，所述预关模组件适于控制所述前模和所述后模处于预关模状态，此时所述压头组件适于驱动所述增压加热部压紧并加热所述变形区；当所述合模压力等于或高于所述压力检测组件的设定压力时，所述预关模组件适于控制所述前模和所述后模处于完全关模状态；所述压力检测组件为具有弹性的弹性套，所述弹性套套设在所述压头组件的外侧。