CN116373344B - 一种成型碳纤维的模具 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种成型碳纤维的模具,包括上模和下模,上模和下模之间界定有适于成型工件的型腔,模具包括热压组件和出布组件,工件沿左右方向设置,且工件向下凸出设置有深槽区;热压组件和出布组件依次设置在模具的左侧,且碳纤维布适于依次通过热压组件和出布组件并向右进入型腔内,碳纤维布在热压组件内的运动方向和碳纤维布在出布组件内的运动方向之间形成夹角α,满足0°<α<180°。本申请的一个目的在于提供一种生产效率高、成型工艺简单、结构简单、成本较低的成型碳纤维的模具。
Description
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。碳纤维制品通常由碳纤维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模压工艺,包括以下工序:(1)切割工序:将预浸碳纤维布裁切成适当的形状,并为后一步碳纤维布与模具的贴合打下基础;(2)加热塑形工序:通过在较低的加热温度(75℃以下)和较低的压力(0.1MPA以下),加热预浸碳纤维布,并采用预压模具预压碳纤维布,使之能够贴合最终模具表面;(3)模压成型工序:将预压碳纤维布放入最终模具中,使之贴合最终模具的表面,并利用高温130℃-150℃和高压3MPA-10MPA,模压成型最终的碳纤维制品,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。因此综上所述,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生产效率高、成型工艺简单、结构简单、成本较低的成型碳纤维的模具。
为达到以上目的,本申请采用的技术方案为:
一种成型碳纤维的模具,包括上模和下模,所述上模和所述下模之间界定有适于成型工件的型腔,所述模具包括热压组件和出布组件,所述工件沿左右方向设置,且所述工件向下凸出设置有深槽区;所述热压组件和所述出布组件依次设置在所述模具的左侧,且碳纤维布适于依次通过所述热压组件和所述出布组件并向右进入所述型腔内,所述碳纤维布在所述热压组件内的运动方向和所述碳纤维布在所述出布组件内的运动方向之间形成夹角α,满足0°<α<180°;
所述热压组件包括依次设置的加热组件和模压组件,所述加热组件适于加热所述碳纤维布,所述模压组件适于间隔模压所述碳纤维布,并适于成型变形区,所述变形区的宽度小于所述深槽区的宽度,所述变形区的深度小于所述深槽区的深度,所述碳纤维布还包括设置在相邻的所述变形区之间的平整区,所述碳纤维布适于通过所述热压组件形成所述变形区,并在所述平整区发生弯折从而通过所述出布组件并进入所述型腔中,且在合模工序中,所述变形区抵触所述下模,并定位所述碳纤维布与所述下模的相对位置。
易于理解的是,间隔模压指的是模压组件在沿左右方向设置的碳纤维布上间隔进行模压作业,从而在碳纤维布上形成间隔设置的变形区与平整区,其中变形区由模压组件模压成型。值得一提的是,在这个具体的实施例中,变形区为碳纤维布上经过模压组件模压的区域,而平整区就是碳纤维布上未经模压组件模压的区域。由于热压组件设置的位置不同,因此在合模工序中,变形区可以抵触下模,从而通过下模与变形区的匹配,从而定位碳纤维布与下模的相对位置;在这个具体的实施例中,下模为凹模,上模为凸模。
发明人进一步研究现有的碳纤维布加工成本高、效率低、生产周期长的问题,发现由于以下原因造成:
(1)现有的碳纤维布生产工序较为复杂,包括分割、加热塑形和模压成型工序,工序较多,其中分割工序是为了方便后续加热塑形工序的进行,被分割成小片的碳纤维布更容易放入预压模具中,加热塑形从而形成预压碳纤维布(预压碳纤维布能够初步贴合最终模具表面),方便后续的模压成型工序的进行,即初步定位预压后的碳纤维布和最终模具。由于碳纤维布的延展性较差,因此如果不经过分割工序,在加热塑形工序中,碳纤维布受到未切割的部分张力作用,难以完全塑形形成预压碳纤维布,因此会影响后续的模压成型工序的进行;并且一般碳纤维制品的长度也较长(在500mm以上),如果不通过分割减少碳纤维布的长度,会使该碳纤维布加工线过长,占地面积也过大,不利于生产加工的开展;
(2)另外对于深度较深的工件(深度在100mm以上)由于其具有深槽区,而碳纤维布的延展性较差,如果直接将碳纤维布置入最终模具中,无法做到同时保证碳纤维布贴近最终模具表面,并减少碳纤维布的褶皱的同时,并且使碳纤维布的外周处于固定状态,从而使碳纤维布能完整覆盖模具表面,因此需要采用二次模压的方法使碳纤维布能最终贴近最终模具表面,从而减少碳纤维布的褶皱,并使碳纤维布能完整覆盖模具表面;
(3)由于加热塑形工序需要预压模具,模压成型工序需要最终模具,因此完整的碳纤维布的加工工序需要两套模具,因此对于每个碳纤维零件的生产都需要两套模具,其生产成本较高,并且还需要利用人工或者机械手,从预压模具中取出预压完成的碳纤维布,并放入最终成型模具中,其转移过程也较为复杂,导致加工周期慢,生产成本高;
(4)除此之外,由于加工碳纤维工件的过程需要进行加热塑形工序和模压成型工序,因此需要进行两次模压工序,因此两次模压过程需要占用较多的生产周期,因此使碳纤维制品的加工时间进一步延长,造成碳纤维制品生产效率低,其成本居高不下。
而采用了本申请模具的碳纤维布的加工,其可以采用以下工序进行加工:
S100、驱动预浸后碳纤维布进入热压组件,并以此经过加热组件和模压组件,碳纤维布通过加热组件的加热并软化,从而通过模压组件的间隔模压动作,并在碳纤维布上形成变形区和平整区;
S200、进一步驱动碳纤维布进入出布组件,通过使碳纤维布在平整区发生折弯,从而改变碳纤维布在出布组件中的运动方向,进而改变碳纤维布离开出布组件的运动方向(在这个具体的实施例中,应使碳纤维布离开出布组件的运动方向平行于水平面,从而方便后续工序的进行);
S300、进入合模工序,使变形区抵触下模,并使下模和上模逐渐靠拢并形成完整的型腔,从而起到最终模压的效果,即使碳纤维布完全紧贴型腔内壁。(值得一提的是,在此工序中,可以加热下模和上模,从而使型腔内保持较高的温度,从而进一步软化碳纤维布,使之贴合型腔内壁)
采用二次模压的方法,从而使碳纤维布贴近最终模具表面的加工方法,究其原因是通过一定的预变形,使加热塑形后的碳纤维布具有一定的形状,从而方便其贴近最终模具的表面。但是这种加工方法过于缓慢,工序也过多,而本申请的发明人开发的用于成型碳纤维的模具,其采用了热压组件和出布组件,其中利用热压组件中的加热组件加热碳纤维布,从而方便碳纤维布软化,进而方便模压组件模压碳纤维布并形成变形区;并利用间隔设置的变形区和平整区从而在出布组件中改变碳纤维布的运动方向,从而减少模具的体积和加工难度。值得一提的是,由于加热塑形工序的温度较低(75℃以下),压力较小(0.1MPA以下),因此仅需要通过加热组件的加热即可实现该较低的加工温度,通过模压组件的模压即可实现较低的压力,并迫使碳纤维布模压并形成变形区。由于模压组件的作用在于间隔模压碳纤维布,因此其长度不用过长,方便成型变形区和平整区即可,进一步减少了模压组件所需要的体积,从而减少了该模具的体积,简化了该模具的结构,降低了加工成本。
另外虽然间隔设置的变形区和平整区虽然无法完全抵触最终模具的表面,但由于变形区的设置,其可以通过变形区间隔抵触下模,而由于平整区和变形区间隔设置并依次连接,因此虽然碳纤维布的延伸性极差,但是当模具进行合模工序时,上模和下模分别抵触碳纤维布的内外两侧,从而进一步迫使碳纤维布发生最终模压变形,在此过程中,变形区可以发生拉平变形,从而使得该合模过程,碳纤维布能够根据需要始终抵触下模,从而能保证碳纤维布贴紧最终模具的表面,并减少碳纤维布的褶皱,同时使碳纤维布的位置相对处于固定状态。变形区发生拉平变形,是由于变形区和平整区具有一定的高度差,即变形区和平整区之间具有连接段,减少该连接段的距离,可以减少变形区和平整区的高度差的同时,使碳纤维布能贴紧最终模具的表面,并减少由于碳纤维布的延展性差,而导致碳纤维布300无法保持张紧状态并贴合下模的可能性。
值得一提的是,通过设置变形区的宽度小于深槽区的宽度,变形区的深度小于深槽区的深度具有以下三点好处:(1)设置变形区的宽度小于深槽区的宽度,在实际使用过程中,通过使变形区的碳纤维布抵触适于成型深槽区的型腔的内壁,可以相互固定具有变形区的碳纤维布与该模具,从而方便后续合模工序的操作,使碳纤维布能贴合最终模具的表面,完成模压成型工序,得到最终工件;(2)由于变形区的深度小于深槽区的深度,因此通过模压组件模压形成变形区时,其模压组件的大小,模压组件的工作距离均不需要过长,因此缩小了整体模压组件的体积,从而方便其设置在模具的一侧,并降低具有该结构的模具的体积;(3)另外使变形区的宽度小于深槽区的宽度,变形区的深度小于深槽区的深度,可以使变形区进一步进入下模的内壁形成的型腔中,并使碳纤维布尽可能贴近下模的内壁。
本申请的成型碳纤维的模具,具有以下优点:
(1)由于模压组件适于间隔模压碳纤维布,并在碳纤维布上形成间隔设置的变形区和平整区,其中变形区的宽度小于深槽区的宽度,变形区的深度小于深槽区的深度,因此变形区可以抵触下模,并且由于变形区的设置,因此完整的碳纤维布在最终模压成型的工序中,完整的碳纤维受到的张力会分担在变形区,从而迫使变形区被拉平,但在此过程中,可以完全模压形成完整的工件,从而减去了分割工序;
(2)由于间隔设置的变形区和平整区,其中变形区能抵触下模,所以能保证碳纤维布贴紧最终模具的表面,并减少碳纤维布的褶皱,同时使碳纤维布的处于相对固定状态,因此可以减去二次模压工序,直接针对间隔设置的变形区和平整区的碳纤维布进行最终模压即可;
(3)由于减去了二次模压工序,因此也不需要两幅模具,同时不需要控制碳纤维布在两幅模具之间转移,从而减少了转移的时间;并且减少了模压的时间,通过对间隔设置有变形区和平整区的碳纤维布最终模压即可,进一步降低了加工时间,减少了加工成本,提升了生产碳纤维制品的效率;
(4)另外由于设置碳纤维布在热压组件内的运动方向和碳纤维布在出布组件内的运动方向之间形成夹角α,满足0°<α<180°,因此可以避免热压组件和出布组件设置在同一平面上,从而减少了热压组件和出布组件设置需要的位置及空间,从而减少了整体模具的结构和体积,并减少了模具的制造成本,并且由于间隔设置的变形区和平整区,碳纤维布可以在平整区进行弯折,从而改变碳纤维布在出布组件中的运动方向,更有利于减少整体模具的结构和体积。
进一步优选,所述碳纤维布的前后两侧设置有第一外周区,前后两侧的所述第一外周区之间设置所述变形区和所述平整区;所述出布组件设置在所述模具的左侧顶部,所述出布组件包括出布辊筒和限位块,所述出布辊筒和所述限位块之间界定有通过腔,所述碳纤维布适于通过所述通过腔并离开所述出布组件,所述限位块的前后两侧向外延伸形成限位凸起,所述限位凸起适于限制所述限位块与所述出布辊筒之间的距离,所述第一外周区的内外两侧适于分别抵触所述限位块和所述出布辊筒,并限制所述碳纤维布在所述通过腔内的位置;所述限位块的中部向内收缩形成第一让位腔,所述第一让位腔适于通过所述变形区。
进一步优选,所述出布辊筒具有多组,且各组所述出布辊筒的轴线互相平行,且平行于水平面设置;所述出布辊筒包括依次设置的第一转向辊筒和第二转向辊筒,所述第一转向辊筒适于改变进入所述出布组件的碳纤维布的运动方向,所述第二转向辊筒适于改变离开所述出布组件的碳纤维布的运动方向,并使其运动方向平行于左右方向;所述出布辊筒还包括限位辊筒,所述限位辊筒的轴线平行于所述第一转向辊筒的轴线和所述第二转向辊筒的轴线设置,所述限位辊筒的外周面的顶部适于与所述第二转向辊筒的外周面的底部抵触所述第一外周区的内外两侧,并限制所述碳纤维布的位置,所述限位辊筒的中部适于沿径向向内收缩形成让位辊筒,所述让位辊筒的外周面与所述第二转向辊筒的外周面之间界定有第二让位腔,所述第二让位腔适于通过所述变形区。
进一步优选,所述模压组件设置在所述模具的左侧端面,所述模压组件包括模压头和驱动杆,所述模压头可拆卸地连接在所述驱动杆右侧,所述驱动杆适于驱动所述模压头沿左右方向运动,并使所述模压头的右侧抵触所述碳纤维布的左侧并成形所述变形区。
进一步优选,所述模压组件前后两侧分别设置有导布块,所述导布块具有两组且对向设置,两组所述导布块的内壁互相拼合形成的纵截面为从下至上渐缩的喇叭形,且所述喇叭形朝下设置,所述导布块的内壁适于引导所述碳纤维布沿前后方向发生褶皱,对向设置的所述导布块的内壁之间的宽度大于所述模压组件的宽度。
进一步优选,所述导布块的内壁适于界定导布面,所述导布面适于引导所述碳纤维布沿前后方向发生褶皱,所述导布面包括对向设置的第一导布面和对向设置的第二导布面,所述对向设置的第一导布面的一端适于形成所述喇叭形的大口,所述第一导布面的另一端适于连接所述第二导布面的一端,对向设置的第二导布面的另一端适于形成所述喇叭形的小口,所述第一导布面在竖直平面上的投影其斜率的绝对值从下至上逐渐变大,所述第二导布面在竖直平面上的投影其斜率的绝对值从下至上逐渐变小。
进一步优选,所述模压组件包括对向设置的模压座和模压盖,所述模压盖设置在所述模压座的左侧,所述模压盖的外周和所述模压座的外周适于分别抵触所述碳纤维布上褶皱的内外两侧,并控制所述碳纤维布在所述模压组件中的相对位置;所述模压盖上沿左右方向可活动地设置所述模压头,所述模压座上沿左右方向可活动地设置有模压限位板,所述模压头和所述模压限位板适于分别抵触所述碳纤维布的内外两面,并成型所述变形区。
进一步优选,所述导布块的内壁与所述模压组件之间界定有暂存腔,所述暂存腔内适于存储所述褶皱,所述暂存腔的底壁低于所述模压座的顶部。
进一步优选,所述模具还包括进布辊筒,所述进布辊筒沿进布方向设置在所述热压组件的前端,所述进布辊筒的外周面适于部分抵触所述碳纤维布的左侧,进布驱动组件适于驱动所述进布辊筒旋转,并驱动所述碳纤维布沿进布方向进入所述热压组件中。
进一步优选,所述模具包括壳体,所述壳体包括对向设置的左壳体和右壳体,所述左壳体和所述右壳体之间界定有一容纳腔,所述模压组件安装在所述右壳体上且处于所述容纳腔内;所述左壳体上安装所述加热组件且处于所述容纳腔内,所述加热组件的加热面适于朝向所述碳纤维布设置,并抵触所述碳纤维布;所述模具还包括收布组件,所述收布组件适于安装在所述模具的右侧,所述碳纤维布适于通过所述收布组件收紧,并控制其在所述型腔中的张紧力。
与现有技术相比,本申请的有益效果在于:
(1)由于模压组件适于间隔模压碳纤维布,并在碳纤维布上形成间隔设置的变形区和平整区,其中变形区的宽度小于深槽区的宽度,变形区的深度小于深槽区的深度,因此变形区可以抵触下模,并且由于变形区的设置,因此完整的碳纤维布在最终模压成型的工序中,完整的碳纤维受到的张力会分担在变形区,从而迫使变形区被拉平,但在此过程中,可以完全模压形成完整的工件,从而减去了分割工序;
(2)由于间隔设置的变形区和平整区,其中变形区能抵触下模,所以能保证碳纤维布贴紧最终模具的表面,并减少碳纤维布的褶皱,同时使碳纤维布处于相对固定状态,因此可以减去二次模压工序,直接针对间隔设置的变形区和平整区的碳纤维布进行最终模压即可;
(3)由于减去了二次模压工序,因此也不需要两幅模具,同时不需要控制碳纤维布在两幅模具之间转移,从而减少了转移的时间;并且减少了模压的时间,通过对间隔设置有变形区和平整区的碳纤维布最终模压即可,进一步降低了加工时间,减少了加工成本,提升了生产碳纤维制品的效率;
(4)另外由于设置碳纤维布在热压组件内的运动方向和碳纤维布在出布组件内的运动方向之间形成夹角α,满足0°<α<180°,因此可以避免热压组件和出布组件设置在同一平面上,从而减少了热压组件和出布组件设置需要的位置及空间,从而减少了整体模具的结构和体积,并减少了模具的制造成本,并且由于间隔设置的变形区和平整区,碳纤维布可以在平整区进行弯折,从而改变碳纤维布在出布组件中的运动方向,更有利于减少整体模具的结构和体积。
附图说明
图1为本申请的成型碳纤维的模具的一种实施例的示意图,展示了上模和下模。
图2为本申请的成型碳纤维的工件和碳纤维布的一种实施例的示意图。
图3为本申请的成型碳纤维的碳纤维布的一种实施例的示意图,展示了连接段。
图4为本申请的成型碳纤维的模具的一种实施例的剖视图,展示了连接段的变形及延展。
图5为本申请的成型碳纤维的模具的一种实施例的示意图,展示了壳体及热压组件。
图6为本申请的成型碳纤维的模具的一种实施例的另一个方向的示意图,展示了进布辊筒。
图7为本申请的成型碳纤维的模具的一种实施例的剖视图,展示了加热组件和模压组件。
图8为本申请的成型碳纤维的模具的一种实施例的剖视图,展示了进布辊筒和模压组件。
图9为本申请的成型碳纤维的模具的一种实施例的图8的A位置的局部放大图。
图10为本申请的成型碳纤维的模具的一种实施例的图8的B位置的局部放大图。
图11为本申请的成型碳纤维的模具的一种实施例的出布组件的截面剖视图,展示了限位块。
图12为本申请的成型碳纤维的模具的一种实施例的出布组件的示意图,展示了出布辊筒。
图13为本申请的成型碳纤维的模具的一种实施例的剖视图,展示了第一转向辊筒和第二转向辊筒。
图14为本申请的成型碳纤维的模具的一种实施例的模压组件的示意图。
图15为本申请的成型碳纤维的模具的一种实施例的热压组件的示意图,展示了暂存腔。
图16为本申请的成型碳纤维的模具的一种实施例的导布块的纵截面示意图。
图17为本申请的成型碳纤维的模具的一种实施例的热压组件的俯视图,展示了导布块。
图中:1、上模;2、下模;3、进布辊筒;4、热压组件;41、加热组件;411、加热面;42、模压组件;421、模压头;422、驱动杆;423、模压座;424、模压盖;425、模压限位板;43、导布块;431、导布面;4311、第一导布面;4312、第二导布面;44、暂存腔;5、出布组件;51、出布辊筒;511、第一转向辊筒;512、第二转向辊筒;513、限位辊筒;5131、让位辊筒;5132、第二让位腔;52、限位块;521、限位凸起;53、通过腔;54、第一让位腔;6、壳体;61、左壳体;62、右壳体;63、容纳腔;7、收布组件;100、工件;101、深槽区;102、第二外周区;200、型腔;300、碳纤维布;301、变形区;302、平整区;303、第一外周区;304、连接段。
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。
发明人进一步研究现有的碳纤维布300加工成本高、效率低、生产周期长的问题,发现由于以下原因造成:
(1)现有的碳纤维布300生产工序较为复杂,包括分割、加热塑形和模压成型工序,工序较多,其中分割工序是为了方便后续加热塑形工序的进行,被分割成小片的碳纤维布300更容易放入预压模具中,加热塑形从而形成预压碳纤维布300(预压碳纤维布300能够初步贴合最终模具表面),方便后续的模压成型工序的进行,即初步定位预压后的碳纤维布300和最终模具。由于碳纤维布300的延展性较差,因此如果不经过分割工序,在加热塑形工序中,碳纤维布300受到未切割的部分张力作用,难以完全塑形形成预压碳纤维布300,因此会影响后续的模压成型工序的进行;并且一般碳纤维制品的长度也较长(在500mm以上),如果不通过分割减少碳纤维布300的长度,会使该碳纤维布300加工线过长,占地面积也过大,不利于生产加工的开展;
(2)另外对于深度较深的工件100(深度在100mm以上)由于其具有深槽区101,而碳纤维布300的延展性较差,如果直接将碳纤维布300置入最终模具中,无法做到同时保证碳纤维布300贴近最终模具表面,并减少碳纤维布300的褶皱的同时,并且使碳纤维布300的外周处于固定状态,从而使碳纤维布300能完整覆盖模具表面,因此需要采用二次模压的方法使碳纤维布300能最终贴近最终模具表面,从而减少碳纤维布300的褶皱,并使碳纤维布300能完整覆盖模具表面;
(3)由于加热塑形工序需要预压模具,模压成型工序需要最终模具,因此完整的碳纤维布300的加工工序需要两套模具,因此对于每个碳纤维零件的生产都需要两套模具,其生产成本较高,并且还需要利用人工或者机械手,从预压模具中取出预压完成的碳纤维布300,并放入最终成型模具中,其转移过程也较为复杂,导致加工周期慢,生产成本高;
(4)除此之外,由于加工碳纤维工件100的过程需要进行加热塑形工序和模压成型工序,因此需要进行两次模压工序,因此两次模压过程需要占用较多的生产周期,因此使碳纤维制品的加工时间进一步延长,造成碳纤维制品生产效率低,其成本居高不下。
因此本申请的发明人开发了一种成型碳纤维的模具,其一种实施例如图1至图17所示,包括上模1和下模2,上模1和下模2之间界定有适于成型工件100的型腔200,模具包括热压组件4和出布组件5,如图2所示,工件100沿左右方向设置,且工件100向下凸出设置有深槽区101;热压组件4和出布组件5依次设置在模具的左侧,且碳纤维布300适于依次通过热压组件4和出布组件5并向右进入型腔200内,碳纤维布300在热压组件4内的运动方向和碳纤维布300在出布组件5内的运动方向之间形成夹角α,满足0°<α<180°;热压组件4包括依次设置的加热组件41和模压组件42,加热组件41适于加热碳纤维布300,模压组件42适于间隔模压碳纤维布300,并适于成型变形区301,变形区301的宽度小于深槽区101的宽度,变形区301的深度小于深槽区101的深度,碳纤维布300还包括设置在相邻的变形区301之间的平整区302,碳纤维布300适于通过热压组件4形成变形区301,并在平整区302发生弯折从而通过出布组件5并进入型腔200中,且在合模工序中,变形区301抵触下模2,并定位碳纤维布300与下模2的相对位置。
在这个具体的实施例中,如图7所示,碳纤维布300在热压组件4内的运动方向如图7中实线箭头所示,碳纤维布300在出布组件5内的运动方向如图7虚线箭头所示,两者形成夹角α,并满足0°<α<180°,避免α为0°或180°,可以减少出布组件5和热压组件4的体积,从而减少该模具的体积和结构,进一步减少生产成本。上文中指的宽度如图2所示,其指的是前后方向上的距离,而深度如图2所示,指的是上下方向上的距离。
易于理解的是,间隔模压指的是模压组件42在沿左右方向设置的碳纤维布300上间隔进行模压作业,从而在碳纤维布300上形成沿左右方向间隔设置的变形区301与平整区302(如图2所示),其中变形区301由模压组件42模压成型。值得一提的是,在这个具体的实施例中,变形区301为碳纤维布300上经过模压组件42模压的区域,而平整区302就是碳纤维布300上未经模压组件42模压的区域。由于热压组件4设置的位置不同,因此在合模工序中,变形区301可以抵触下模2,从而通过下模2与变形区301的匹配,从而定位碳纤维布300与下模2的相对位置;在这个具体的实施例中,下模2为凹模,上模1为凸模。
采用了本申请模具的碳纤维布300的加工,其可以采用以下工序进行加工:
S100、驱动预浸后碳纤维布300进入热压组件4,并以此经过加热组件41和模压组件42,碳纤维布300通过加热组件41的加热并软化,从而通过模压组件42的间隔模压动作,并在碳纤维布300上形成变形区301和平整区302;
S200、进一步驱动碳纤维布300进入出布组件5,通过使碳纤维布300在平整区302发生折弯,从而改变碳纤维布300在出布组件5中的运动方向,进而改变碳纤维布300离开出布组件5的运动方向(在这个具体的实施例中,应使碳纤维布300离开出布组件5的运动方向平行于水平面,从而方便后续工序的进行);
S300、进入合模工序,使变形区301抵触下模2,并使下模2和上模1逐渐靠拢并形成完整的型腔200,从而起到最终模压的效果,即使碳纤维布300完全紧贴型腔200内壁。(值得一提的是,在此工序中,可以加热下模2和上模1,从而使型腔200内保持较高的温度,从而进一步软化碳纤维布300,使之贴合型腔200内壁)
采用二次模压的方法,从而使碳纤维布300贴近最终模具表面的加工方法,究其原因是通过一定的预变形,使加热塑形后的碳纤维布300具有一定的初始形状,从而方便其贴近最终模具的表面。但是这种加工方法过于缓慢,工序也过多,而本申请的发明人开发的用于成型碳纤维的模具,其采用了热压组件4和出布组件5,其中利用热压组件4中的加热组件41加热碳纤维布300,从而方便碳纤维布300软化,进而方便模压组件42模压碳纤维布300并形成变形区301;并利用间隔设置的变形区301和平整区302从而在出布组件5中改变碳纤维布300的运动方向,从而减少模具的体积和加工难度。值得一提的是,由于加热塑形工序的温度较低(75℃以下),压力较小(0.1MPA以下),因此仅需要通过加热组件41的加热即可实现该较低的加工温度,通过模压组件42的模压即可实现较低的压力,并迫使碳纤维布300模压并形成变形区301。由于模压组件42的作用在于间隔模压碳纤维布300,因此其长度(指的是沿左右方向的距离)不用过长,方便成型变形区301和平整区302即可,进一步减少了模压组件42所需要的体积,从而减少了该模具的体积,简化了该模具的结构,降低了加工成本。
另外虽然间隔设置的变形区301和平整区302虽然无法完全抵触最终模具的表面,但由于变形区301的设置,其可以通过变形区301间隔抵触下模2,而由于平整区302和变形区301间隔设置并依次连接,因此虽然碳纤维布300的延伸性极差,但是当模具进行合模工序时,上模1和下模2分别抵触碳纤维布300的内外两侧(在这个具体的实施例中如图2所示,碳纤维布300的内外两侧指的是图2中碳纤维布300的上下两侧),从而进一步迫使碳纤维布300发生最终模压变形,在此过程中,变形区301可以发生拉平变形,从而使得该合模过程,碳纤维布300能够根据需要始终抵触下模2,从而能保证碳纤维布300贴紧最终模具的表面,并减少碳纤维布300的褶皱,同时使碳纤维布300位置相对处于固定状态(由于具有平整区302,可以通过固定平整区302从而使碳纤维布300位置的相对固定)。如图3所示,展示了碳纤维布300具有变形区301、平整区302以及连接段304,在这个具体的实施例中,连接段304既设置在变形区301的左右两侧,也设置在变形区301的上下两侧。如图4所示,变形区301发生拉平变形,是由于变形区301和平整区302具有一定的高度差,即变形区301和平整区302之间具有连接段304,减少该连接段304的距离,可以减少变形区301和平整区302的高度差的同时,使碳纤维布300能贴紧最终模具的表面,并减少由于碳纤维布300的延展性差,而导致碳纤维布300无法保持张紧状态并贴合下模2的可能性。如图4所示,当上模1和下模2沿上下方向相抵运动,从而实现合模工序时,由于设置了变形区301、平整区302和连接段304,其中变形区301抵触下模2,平整区302抵触上模1,而受到模压作用,连接段304可以发生展开,如图4箭头方向所示,从而实现碳纤维布300在模压过程中,始终张紧并贴合下模2及上模1。如果不具有变形区301,由于碳纤维布300的延展性较差,在模压过程中,容易出现无法控制的褶皱,从而导致碳纤维布300无法贴紧下模2及上模1的内壁,从而导致成型的碳纤维制品质量下降。
值得一提的是,通过设置变形区301的宽度小于深槽区101的宽度,变形区301的深度小于深槽区101的深度具有以下三点好处:(1)设置变形区301的宽度小于深槽区101的宽度,在实际使用过程中,通过使变形区301的碳纤维布300抵触适于成型深槽区101的型腔200的内壁,可以相互固定具有变形区301的碳纤维布300与该模具,从而方便后续合模工序的操作,使碳纤维布300能贴合最终模具的表面,完成模压成型工序,得到最终工件100;(2)由于变形区301的深度小于深槽区101的深度,因此通过模压组件42模压形成变形区301时,其模压组件42的大小,模压组件42的工作距离均不需要过长,因此缩小了整体模压组件42的体积,从而方便其设置在模具的一侧,并降低具有该结构的模具的体积;(3)另外使变形区301的宽度小于深槽区101的宽度,变形区301的深度小于深槽区101的深度,可以使变形区301进一步进入下模2的内壁形成的型腔200中,并使碳纤维布300尽可能贴近下模2的内壁。
本申请的成型碳纤维的模具,具有以下优点:
(1)由于模压组件42适于间隔模压碳纤维布300,并在碳纤维布300上形成间隔设置的变形区301和平整区302,其中变形区301的宽度小于深槽区101的宽度,变形区301的深度小于深槽区101的深度,因此变形区301可以抵触下模2,并且由于变形区301的设置,因此完整的碳纤维布300在最终模压成型的工序中,完整的碳纤维布300受到的张力会分担在变形区301,从而迫使变形区301被拉平,但在此过程中,可以完全模压形成完整的工件100,从而减去了分割工序;
(2)由于间隔设置的变形区301和平整区302,其中变形区301能抵触下模2,所以能保证碳纤维布300贴紧最终模具的表面,并减少碳纤维布300的褶皱,同时使碳纤维布300的处于相对固定状态,因此可以减去二次模压工序,直接针对间隔设置的变形区301和平整区302的碳纤维布300进行最终模压即可;
(3)由于减去了二次模压工序,因此也不需要两幅模具,同时不需要控制碳纤维布300在两幅模具之间转移,从而减少了转移的时间;并且减少了模压的时间,通过对间隔设置有变形区301和平整区302的碳纤维布300最终模压即可,进一步降低了加工时间,减少了加工成本,提升了生产碳纤维制品的效率;
(4)另外由于设置碳纤维布300在热压组件4内的运动方向和碳纤维布300在出布组件5内的运动方向之间形成夹角α,满足0°<α<180°,因此可以避免热压组件4和出布组件5设置在同一平面上,从而减少了热压组件4和出布组件5设置需要的位置及空间,从而减少了整体模具的结构和体积,并减少了模具的制造成本,并且由于间隔设置的变形区301和平整区302,碳纤维布300可以在平整区302进行弯折,从而改变碳纤维布300在出布组件5中的运动方向,更有利于减少整体模具的结构和体积。
进一步优选,如图2所示,碳纤维布300的前后两侧设置有第一外周区303,前后两侧的第一外周区303之间设置变形区301和平整区302(在这个具体的实施例中由于碳纤维布300上设置有第一外周区303,因此最终成型的工件100上也设置有与之匹配的第二外周区102,其中第二外周区102设置在第一外周区303的外部);如图1所示,出布组件5设置在模具的左侧顶部,出布组件5包括出布辊筒51和限位块52,出布辊筒51和限位块52之间界定有通过腔53,碳纤维布300适于通过通过腔53并离开出布组件5,限位块52的前后两侧向外延伸形成限位凸起521,限位凸起521适于限制限位块52与出布辊筒51之间的距离,第一外周区303的内外两侧(在这个具体的实施例中第一外周区303的内外两侧指的是碳纤维布300的下侧和上侧,当然易于理解的是,朝向模具的一侧为内侧,朝向外部的一侧为外侧)适于分别抵触限位块52和出布辊筒51,并限制碳纤维布300在通过腔53内的位置;限位块52的中部向内收缩形成第一让位腔54,第一让位腔54适于通过变形区301。
通过在碳纤维布300的前后两侧设置有第一外周区303,前后两侧的第一外周区303之间设置变形区301和平整区302,可以通过第一外周区303的设置,并利用出布辊筒51和限位凸起521分别抵触第一外周区303的内外两侧,从而实现碳纤维布300的压紧,并且在限位块52的中部向内收缩形成第一让位腔54,方便变形区301通过第一让位腔54,避免向下凸出的变形区301与限位块52的外周发生干涉现象。
进一步优选,如图13所示,出布辊筒51具有多组,且各组出布辊筒51的轴线互相平行,且平行于水平面设置;出布辊筒51包括依次设置的第一转向辊筒511和第二转向辊筒512,第一转向辊筒511适于改变进入出布组件5的碳纤维布300的运动方向,第二转向辊筒512适于改变离开出布组件5的碳纤维布300的运动方向,并使其运动方向平行于左右方向;出布辊筒51还包括限位辊筒513,限位辊筒513的轴线平行于第一转向辊筒511的轴线和第二转向辊筒512的轴线设置,限位辊筒513的外周面的顶部适于与第二转向辊筒512的外周面的底部抵触第一外周区303的内外两侧,并限制碳纤维布300的位置,限位辊筒513的中部适于沿径向向内收缩形成让位辊筒5131,让位辊筒5131的外周面与第二转向辊筒512的外周面之间界定有第二让位腔5132,第二让位腔5132适于通过变形区301。
通过设置限位辊筒513,并使限位辊筒513的外周面的顶部适于与第二转向辊筒512的外周面的底部抵触第一外周区303的内外两侧,可以更好的定位离开出布组件5的碳纤维布300的运动方向,使之能够平行于水平面设置,并沿左右方向依次进入型腔200中;如果不设置限位辊筒513,碳纤维布300向下运动没有限位,其由于重力作用会自然下垂,无法使进入型腔200的碳纤维布300处于张紧状态;另外使限位辊筒513的中部适于沿径向向内收缩形成让位辊筒5131,可以形成第二让位腔5132,方便变形区301通过第二让位腔5132。
进一步优选,如图5、图6和图10所示,模压组件42设置在模具的左侧端面,模压组件42包括模压头421和驱动杆422,模压头421可拆卸地连接在驱动杆422右侧,驱动杆422适于驱动模压头421沿左右方向运动,并使模压头421的右侧抵触碳纤维布300的左侧并成形变形区301。在这个具体的实施例中,驱动杆422可以通过蝶形油缸驱动,从而减少驱动元件的安装体积。
通过设置可拆卸地模压头421,可以根据需要形成不同宽度和形状的变形区301,从而更换不同的模压头421来实现这一目的,另外由于模压组件42能够间隔模压碳纤维布300,因此其可以根据需要调整不同位置的变形区301的深度,从而满足制造具有更复杂深槽区101的需要。
进一步优选,如图15、图16和图17所示,模压组件42前后两侧分别设置有导布块43,导布块43具有两组且对向设置,两组导布块43的内壁互相拼合形成的纵截面为从下至上渐缩的喇叭形,且喇叭形朝下设置,导布块43的内壁适于引导碳纤维布300沿前后方向发生褶皱,对向设置的导布块43的内壁之间的宽度大于模压组件42的宽度。
两组导布块43如图16所示,其设置在模压组件42的前后两侧并且对向设置,其内壁互相拼合形成的纵截面如图16所示,形成从下至上渐缩的喇叭形,且该喇叭形朝下设置。喇叭形朝下设置,即喇叭形的大口位于小口的下方。另外指的一提的是,由于工件100上设置有深槽区101并且其深度一般控制在100mm以上,因此沿前后方向发生褶皱,可以方便控制碳纤维布300的压紧,并且在后续成型变形区301的工序中,褶皱可以方便使其沿宽度方向延展,从而避免由于碳纤维布300延展性不足,而导致其在模压工序中无法贴合模具表面的问题。另外指的一提的是,本申请形成的前后方向的褶皱,由于变形区301的深度小于深槽区101的深度,变形区301的宽度小于深槽区101的宽度,因此在合模工序中,沿前后方向的褶皱会展开,从而使其贴合模具的内壁。而传统工艺中,产生的褶皱无法处理,因而无法使其贴合模具内壁。
进一步优选,如图15和图16所示,导布块43的内壁适于界定导布面431,导布面431适于引导碳纤维布300沿前后方向发生褶皱,导布面431包括对向设置的第一导布面4311和对向设置的第二导布面4312,对向设置的第一导布面4311的一端(下端)适于形成喇叭形的大口,第一导布面4311的另一端(上端)适于连接第二导布面4312的一端,对向设置的第二导布面4312的另一端适于形成喇叭形的小口,第一导布面4311在竖直平面上的投影其斜率的绝对值从下至上逐渐变大,第二导布面4312在竖直平面上的投影其斜率的绝对值从下至上逐渐变小。
另外,指的一提的是,上述竖直平面以及导布块43的纵截面相互平行。使第一导布面4311在竖直平面上的投影其斜率的绝对值从下至上逐渐变大,第二导布面4312在竖直平面上的投影其斜率的绝对值从下至上逐渐变小,是为了方便碳纤维布300在其斜率最大处进行堆积,方便其进行后续的模压工序。
进一步优选,如图10和图14所示,模压组件42包括对向设置的模压座423和模压盖424,模压盖424设置在模压座423的左侧,模压盖424的外周和模压座423的外周适于分别抵触碳纤维布300上褶皱的内外两侧,并控制碳纤维布300在模压组件42中的相对位置;模压盖424上沿左右方向可活动地设置模压头421,模压座423上沿左右方向可活动地设置有模压限位板425,模压头421和模压限位板425适于分别抵触碳纤维布300的内外两面,并成型变形区301。
使模压盖424的外周和模压座423的外周适于分别抵触碳纤维布300上褶皱的内外两侧,并控制碳纤维布300在模压组件42中的相对位置,可以控制碳纤维布300的相对位置的同时,由于设置了褶皱,其可以沿前后方向延展,因此可以避免由于碳纤维布300本身的延展性不足,造成其无法紧贴模压头421的情况。模压盖424上沿左右方向可活动地设置模压头421,模压座423上沿左右方向可活动地设置有模压限位板425,可以根据需要成型不同深度的变形区301。
进一步优选,如图15所示,导布块43的内壁与模压组件42之间界定有暂存腔44,暂存腔44内适于存储褶皱,暂存腔44的底壁低于模压座423的顶部。
设置暂存腔44,可以方便碳纤维布300进入模压组件42中,并且设置暂存腔44可以更好的在那时存储褶皱,方便其在后续模压组件42的模压工序中展开,形成适当深度的变形区301;使暂存腔44的底壁低于模压座423的顶部,可以方柏霓碳纤维布300的进料。
进一步优选,如图5和图6所示,模具还包括进布辊筒3,进布辊筒3沿进布方向设置在热压组件4的前端,进布辊筒3的外周面适于部分抵触碳纤维布300的左侧,进布驱动组件适于驱动进布辊筒3旋转,并驱动碳纤维布300沿进布方向进入热压组件4中。设置进布辊筒3并设置进布驱动组件驱动进布辊筒3旋转,从而提供进布动力源,方便驱动碳纤维布300在热压组件4、出布组件5之间运动。
进一步优选,如图9所示,模具包括壳体6,壳体6包括对向设置的左壳体61和右壳体62,左壳体61和右壳体62之间界定有一容纳腔63(如图7所示),模压组件42安装在右壳体62上且处于容纳腔63内;左壳体61上安装加热组件41且处于容纳腔63内,加热组件41的加热面411适于朝向碳纤维布300设置,并抵触碳纤维布300;模具还包括收布组件7(如图1所示),收布组件7适于安装在模具的右侧,碳纤维布300适于通过收布组件7收紧,并控制其在型腔200中的张紧力。在这个具体的实施例中,收布组件7可以为卷绕器。值得一提的是,如图9和图10所示,为碳纤维布300在热压组件4中的运动方向。设置壳体6,可以更好的保护各个组件,并且可以使容纳腔63内具有一定的温度,进一步减少热量的损失,从而降低生产成本。收布组件7为现有技术,可以卷绕碳纤维布300,此处不在赘述,另外通过模压最终成型的工件100可以通过切割工艺从碳纤维布300中分离,收布组件7卷绕的碳纤维布300仅为残余废料(大部分为第一外周区303的废料)。
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模具,包括上模和下模,所述上模和所述下模之间界定有适于成型工件的型腔,其特征在于:所述模具包括热压组件和出布组件,所述工件沿左右方向设置,且所述工件向下凸出设置有深槽区;所述热压组件和所述出布组件依次设置在所述模具的左侧,且碳纤维布适于依次通过所述热压组件和所述出布组件并向右进入所述型腔内,所述碳纤维布在所述热压组件内的运动方向和所述碳纤维布在所述出布组件内的运动方向之间形成夹角α,满足0°<α<180°;
所述热压组件包括依次设置的加热组件和模压组件,所述加热组件适于加热所述碳纤维布,所述模压组件适于间隔模压所述碳纤维布,并适于成型变形区,所述变形区的宽度小于所述深槽区的宽度,所述变形区的深度小于所述深槽区的深度,所述碳纤维布还包括设置在相邻的所述变形区之间的平整区,所述碳纤维布适于通过所述热压组件形成所述变形区,并在所述平整区发生弯折从而通过所述出布组件并进入所述型腔中,且在合模工序中,所述变形区抵触所述下模,并定位所述碳纤维布与所述下模的相对位置;所述碳纤维布为完整的,在最终模压成型的工序中,完整的所述碳纤维布受到的张力会分担在所述变形区,从而迫使变形区被拉平,所述模具还包括收布组件,所述收布组件适于安装在所述模具的右侧,所述碳纤维布适于通过所述收布组件收紧,并控制其在所述型腔中的张紧力。
2.如权利要求1所述的一种成型碳纤维的模具,其特征在于:所述碳纤维布的前后两侧设置有第一外周区,前后两侧的所述第一外周区之间设置所述变形区和所述平整区;所述出布组件设置在所述模具的左侧顶部,所述出布组件包括出布辊筒和限位块,所述出布辊筒和所述限位块之间界定有通过腔,所述碳纤维布适于通过所述通过腔并离开所述出布组件,所述限位块的前后两侧向外延伸形成限位凸起,所述限位凸起适于限制所述限位块与所述出布辊筒之间的距离,所述第一外周区的内外两侧适于分别抵触所述限位块和所述出布辊筒,并限制所述碳纤维布在所述通过腔内的位置;所述限位块的中部向内收缩形成第一让位腔,所述第一让位腔适于通过所述变形区。
3.如权利要求2所述的一种成型碳纤维的模具,其特征在于:所述出布辊筒具有多组,且各组所述出布辊筒的轴线互相平行,且平行于水平面设置;所述出布辊筒包括依次设置的第一转向辊筒和第二转向辊筒,所述第一转向辊筒适于改变进入所述出布组件的碳纤维布的运动方向,所述第二转向辊筒适于改变离开所述出布组件的碳纤维布的运动方向,并使其运动方向平行于左右方向;所述出布辊筒还包括限位辊筒,所述限位辊筒的轴线平行于所述第一转向辊筒的轴线和所述第二转向辊筒的轴线设置,所述限位辊筒的外周面的顶部适于与所述第二转向辊筒的外周面的底部抵触所述第一外周区的内外两侧,并限制所述碳纤维布的位置,所述限位辊筒的中部适于沿径向向内收缩形成让位辊筒,所述让位辊筒的外周面与所述第二转向辊筒的外周面之间界定有第二让位腔,所述第二让位腔适于通过所述变形区。
4.如权利要求3所述的一种成型碳纤维的模具,其特征在于:所述模压组件设置在所述模具的左侧端面,所述模压组件包括模压头和驱动杆,所述模压头可拆卸地连接在所述驱动杆右侧,所述驱动杆适于驱动所述模压头沿左右方向运动,并使所述模压头的右侧抵触所述碳纤维布的左侧并成形所述变形区。
5.如权利要求4所述的一种成型碳纤维的模具,其特征在于:所述模压组件前后两侧分别设置有导布块,所述导布块具有两组且对向设置,两组所述导布块的内壁互相拼合形成的纵截面为从下至上渐缩的喇叭形,且所述喇叭形朝下设置,所述导布块的内壁适于引导所述碳纤维布沿前后方向发生褶皱,对向设置的所述导布块的内壁之间的宽度大于所述模压组件的宽度。
6.如权利要求5所述的一种成型碳纤维的模具,其特征在于:所述导布块的内壁适于界定导布面,所述导布面适于引导所述碳纤维布沿前后方向发生褶皱,所述导布面包括对向设置的第一导布面和对向设置的第二导布面,所述对向设置的第一导布面的一端适于形成所述喇叭形的大口,所述第一导布面的另一端适于连接所述第二导布面的一端,对向设置的所述第二导布面的另一端适于形成所述喇叭形的小口,所述第一导布面在竖直平面上的投影其斜率的绝对值从下至上逐渐变大,所述第二导布面在竖直平面上的投影其斜率的绝对值从下至上逐渐变小。
7.如权利要求5所述的一种成型碳纤维的模具,其特征在于:所述模压组件包括对向设置的模压座和模压盖,所述模压盖设置在所述模压座的左侧,所述模压盖的外周和所述模压座的外周适于分别抵触所述碳纤维布上褶皱的内外两侧,并控制所述碳纤维布在所述模压组件中的相对位置;所述模压盖上沿左右方向可活动地设置所述模压头,所述模压座上沿左右方向可活动地设置有模压限位板,所述模压头和所述模压限位板适于分别抵触所述碳纤维布的内外两面,并成型所述变形区。
8.如权利要求7所述的一种成型碳纤维的模具,其特征在于:所述导布块的内壁与所述模压组件之间界定有暂存腔,所述暂存腔内适于存储所述褶皱,所述暂存腔的底壁低于所述模压座的顶部。
9.如权利要求1所述的一种成型碳纤维的模具,其特征在于:所述模具还包括进布辊筒,所述进布辊筒沿进布方向设置在所述热压组件的前端,所述进布辊筒的外周面适于部分抵触所述碳纤维布的左侧,进布驱动组件适于驱动所述进布辊筒旋转,并驱动所述碳纤维布沿进布方向进入所述热压组件中。
10.如权利要求1所述的一种成型碳纤维的模具,其特征在于:所述模具包括壳体,所述壳体包括对向设置的左壳体和右壳体,所述左壳体和所述右壳体之间界定有一容纳腔,所述模压组件安装在所述右壳体上且处于所述容纳腔内;所述左壳体上安装所述加热组件且处于所述容纳腔内,所述加热组件的加热面适于朝向所述碳纤维布设置,并抵触所述碳纤维布。
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