CN118082053A - 工字型框复合材料制件的成型模具及成型方法 - Google Patents

Abstract

本申请实施例提供一种工字型框复合材料制件的成型模具及成型方法，涉及复合材料成型技术领域，该成型模具包括上模和下模；上模为C型模具，包括底板和两个侧板，两个侧板分别连接于底板相对的两端，且均与底板垂直；下模包括框架和钢板，钢板包括C型部和连接部，C型部与连接部一体连接，且连接部与框架固定连接；当采用成型模具制作工字型框复合材料制件时，上模的底板与C型部的底板正对配合。本申请实施例能够保证工字型框复合材料制件的腹板位置加压顺畅，提高该类零件刚度强度性能，保证工字型框复合材料制件内外表面的质量，提高工字型框复合材料制件内部质量。

Description

工字型框复合材料制件的成型模具及成型方法

技术领域

本发明涉及复合材料成型模具技术领域，具体涉及工字型框复合材料制件的成型模具及成型方法。

背景技术

复合材料因其比强度高比模量高的特性，在航空航天领域得到广泛使用。随着复合材料成型工艺的开发与发展，复合材料零件也从蒙皮，口盖等起到维型修饰的一般件逐渐过渡到梁肋等起到支撑传载作用的承力件的广泛应用。

其中，工字型框复合材料制件为机身主承力结构件，对内外表面精度要求很高，加强缘条需要与机身蒙皮配合，内侧表面需要与内部金属件相互配合。

目前常规制备方法是将复合材料制件通过金属模具单独制造并通过机械加工到净尺寸零件，再与蒙皮共胶接或二次胶接而成。在利用现有金属模具进行制备工字型框复合材料制件时，受到复合材料叠层特性的限制，金属模具腹板位置压力不够，无法进行压实排出气泡、低分子及多余复合材料，使得制得的工字型框复合材料制件成型定位不准确，脱模困难，甚至造成分层的情况。

发明内容

本发明目的在于提供一种工字型框复合材料制件的成型模具及成型方法，本发明的模具腹板位置压力足够，能够进行压实，实现工字型框复合材料制件成型定位准确，易脱模，可以大幅度提高产品质量。

为达成上述目的，本发明提出如下技术方案：

一种工字型框复合材料制件的成型模具，所述成型模具包括上模和下模；

所述上模为C型模具，包括底板和两个侧板，两个所述侧板分别连接于所述底板相对的两端，且均与所述底板垂直；

所述下模包括框架和钢板，所述钢板包括C型部和连接部，所述C型部与所述连接部一体连接，且所述连接部与所述框架固定连接；

当采用所述成型模具制作工字型框复合材料制件时，所述上模的底板与所述C型部的底板正对配合。

进一步，所述上模和所述下模均为金属结构。

进一步，所述下模的C型部包括包括底板和两个侧板，两个所述侧板分别连接于所述底板相对的两端，且均与所述底板垂直，所述C型部的两个侧板与所述连接部一体连接。

进一步，当所述上模和所述下模配合制作工字型框复合材料制件时，通过销钉对所述上模和所述下模进行定位。

本申请实施例还提供一种工字型框复合材料制件的成型方法，所述方法用于上述任一实施例所述的工字型框复合材料制件的成型模具中，所述方法包括以下步骤：

S1，根据加强缘条软膜成型模具使用预浸料进行铺层，铺层后进行固化，固化完成后得到加强缘条软膜，对加强缘条软膜进行修边和加工，并将修边和加工后的加强缘条软膜按照软膜断开位置标记线断开；在工字型框复合材料制件的成型模具的上模上铺贴airpad橡胶并进行固化得到airpad软膜；

S2，将预浸料分别铺贴至所述工字型框复合材料制件的成型模具的所述上模和下模，对所述上模和所述下模进行组合定位，得到铺贴好预浸料的成型模具；

S3，通过捻子条工装制造捻子条，将捻子条填充到所述工字型框复合材料制件的成型模具中，填充完成后进行热压，热压结束后，对填充捻子条的位置进行修补；

S4，在C型模具两侧和C型部的两侧分别放置一所述加强缘条软膜，按照工艺要求完成制袋、固化和脱模，得到工字型框复合材料制件。

进一步，所述S1步骤中的所述铺层所用原料为airpad橡胶和平纹玻纤预浸料；所述铺层包括两层airpad橡胶层和一层平纹玻纤预浸料层，所述平纹玻纤预浸料层位于两层airpad橡胶层之间。

进一步，所述S1步骤中，根据加强缘条软膜成型模具使用预浸料进行铺层，铺层后进行固化，包括：

在所述上模的降面上铺贴2层airpad橡胶，并按airpad橡胶的固化制度对airpad橡胶进行固化。

进一步，所述S3步骤中，所述填充完成后进行热压包括：

填充完成后将所述工字型框复合材料制件的成型模具密封于真空袋中后放入热压罐中进行热预压，热预压温度为60-80℃，热预压压力0.3mbar-0.6mbar。

进一步，所述S4步骤中，所述在C型模具两侧和C型部的两侧分别放置一所述加强缘条软膜后，还包括：

将位于同一侧的两根所述加强缘条软膜进行拼接，拼接缝处放置碳板，并用压敏胶带固定。

进一步，所述S1步骤中，铺层后进行固化的固化条件为；

所述S1步骤中，铺贴airpad橡胶并进行固化得到airpad软膜的固化条件为：在真空下进行固化，首先用热压罐加压至3bar-7bar，随后3-5℃/min升温至176℃，并保温2h，最后冷却至室温移除真空，出罐脱模。

有益效果：

由以上技术方案可知，本申请提供了一种工字型框复合材料制件的成型模具及成型方法，本申请的工字型框成型模具结构简单，本申请通过上模和下模的简单组合，并对其中的下模进行改进，在下模C型部的基础上，加入连接部和框架，将C型部与连接部一体连接，得到钢板，然后将钢板通过连接部与框架相连，以此对模具的腹板位置施加压力，压力足够，能够进行压实，保证工字型框复合材料制件的腹板位置加压顺畅，提高了该类零件刚度强度性能，保证工字型框复合材料制件内外表面的质量，提高工字型框复合材料制件内部质量，提高产品市场竞争力。

应当理解，前述构思以及在下面更加详细地描述的额外构思的所有组合只要在这样的构思不相互矛盾的情况下都可以被视为本公开的发明主题的一部分。

结合附图从下面的描述中可以更加全面地理解本发明教导的前述和其他方面、实施例和特征。本发明的其他附加方面例如示例性实施方式的特征和/或有益效果将在下面的描述中显见，或通过根据本发明教导的具体实施方式的实践中得知。

附图说明

附图不表示按照真实参照物比例绘制。在附图中，在各个图中示出的每个相同或近似相同的组成部分可以用相同的标号表示。为了清晰起见，在每个图中，并非每个组成部分均被标记。现在，将通过例子并参考附图来描述本发明的各个方面的实施例，其中：

图1为本发明实施例提供的工字型框复合材料制件的铺层图；

图2为本发明实施例提供的包含软膜的工字型框复合材料制件的铺层图；

图3为本发明实施例提供的成型模具的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的软膜铺贴的示意图；

图5为本发明实施例提供的加强缘条软膜固定的示意图。

附图标号说明：

1-工字型框复合材料制件；2-第一铺层组；3-第二铺层组；4-捻子条填充层；5-内表面；6-外表面；7-上模；8-下模；9-airpad软膜；10-加强缘条软膜成型模具；11-加强缘条软膜；12-销钉；13-框架；14-钢板

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的附图，对本发明实施例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。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员在无需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。除非另作定义，此处使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。

本发明专利申请说明书以及权利要求书中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。同样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一个”“一”或者“该”等类似词语也不表示数量限制，而是表示存在至少一个。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现在“包括”或者“包含”前面的元件或者物件涵盖出现在“包括”或者“包含”后面列举的特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件，并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。“上”“下”“左”“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。

下面结合附图所示的实施例，对本发明公开的一种工字型框复合材料制件的成型模具及成型方法作进一步具体介绍。

本申请实施例提供一种工字型框复合材料制件的成型模具，参考图1至图5，工字型框复合材料制件的成型模具包括上模7和下模8。

上模7为C型模具，包括底板和两个侧板，两个侧板分别连接于底板相对的两端，且均与底板垂直。

下模8包括框架13和钢板14，钢板14包括C型部和连接部，C型部与连接部一体连接，且连接部与框架13固定连接。

当采用成型模具制作工字型框复合材料制件1时，上模7的底板与C型部的底板正对配合。

进一步，上模7和下模8均为金属结构。

进一步地，上模7的与工字型框复合材料制件接触的面设置为降面，降面2mm。

由于上模7和下模8均为金属结构，制备工字型框复合材料制件1时，在成型过程中，由于腹板位置无法加压，无损探伤检测结果不合格，导致产品报废，因此对上模进行降面，以便于后续在降面上铺贴软膜加热膨胀后对工字型框腹板进行加压，避免腹板位置欠压。

进一步，下模8的C型部包括包括底板和两个侧板，两个侧板分别连接于底板相对的两端，且均与底板垂直，C型部的两个侧板与连接部一体连接。

由于上模7和下模8均为金属结构，在实际制件过程中C型模具的腹板位置会存在欠压现象，因此在降面的同时对下模8进行改进，在C型部的基础上，加入连接部和框架，将C型部与连接部一体连接，得到钢板，然后将钢板通过连接部与框架相连，以此在成型过程中增大对腹板的压力。

进一步，上模7和下模8并未固定连接，当上模7和下模8配合制作工字型框复合材料制件1时，在制件过程中通过销钉12对上模7和下模8进行定位连接。

本发明的成型模具为组合模具，分为上模和下模，且均为金属模具，热容量小，便于热量的传导。组合模具便于在制件过程中的但在实际制件过程中腹板位置会存在欠压现象，因此对下模8进行改进，在下模8的C型部的基础上，加入连接部和框架13，将C型部与连接部一体连接，得到钢板，然后将钢板通过连接部与框架13相连，以此在成型过程中增大对腹板的压力；同时上模进行了降面处理，在降面上进行铺贴airpad软膜，在后续制件时会受热膨胀对工字型框腹板进行加压，保证腹板位置合格，从而保证制件腹板位置加压顺畅，提高制件的内部质量。

本申请实施例还提供一种工字型框复合材料制件的成型方法，所述方法用于上述任一实施例所述的工字型框复合材料制件的成型模具中，所述方法包括以下步骤：

S1，根据加强缘条软膜成型模具10使用预浸料进行铺层，铺层后进行固化，固化完成后得到加强缘条软膜11，对加强缘条软膜11进行修边和加工，并将修边和加工后的加强缘条软膜11按照软膜断开位置标记线断开；在工字型框复合材料制件1的成型模具的上模7上铺贴airpad橡胶并进行固化得到airpad软膜9。

如图2所示，为保证加强缘条软膜11的精度，在加强缘条软膜成型模具10上设有软膜断开位置标记线和软膜加工标记线，预浸料在加强缘条软膜11模具上铺层固化后得到加强缘条软膜11，对加强缘条软膜11加工时，按照加强缘条软膜成型模具10上的软膜加工位置标记线进行加工，加工完成后的软膜再按照软膜断开位置标记线一分为二。

S2，将预浸料分别铺贴至工字型框复合材料制件1的成型模具的上模7和下模8，对上模7和下模8进行组合定位，得到铺贴好预浸料的成型模具。

在铺贴过程中，应避免在模具弯曲处铺贴的预浸料出现褶皱，堆积等缺陷，同时保证预浸料在在模具弯曲处处及层与层间被紧密压实，夹杂在预浸料层间的气体完全排出，保证产品质量；最后在上述预浸料铺贴完成后，即可将上模7和下模8合模，然后在定位孔中插入定位销12即可完成上模7和下模8的组合定位。

S3，通过捻子条工装制造捻子条，将捻子条填充到工字型框复合材料制件1的成型模具中，填充完成后进行热压，热压结束后，对填充捻子条的位置进行修补。

填充捻子条是为了使正对配合后的上模7的第一铺层组2和下模8的第二铺层组3能够形成一个平整的表面，并填充第一铺层组2和第二铺层组3组合后的空隙中，以增强工字型框复合材料制件1的力学性能，同时能使制件成型后表面质量更好，有利于成品结构强度的保证。填充完成后进行热预压，其目的是为了保证工字型框复合材料制件1和成型后填充捻子条的位置的加强缘条软膜11表面光滑平整，热预压结束后，对填充捻子条5的位置进行修补，高出制件型面的位置切除，低于型面的位置进行填充，以保证表面平整。

S4，在C型模具两侧和C型部的两侧分别放置一加强缘条软膜11，按照工艺要求完成制袋、固化和脱模，得到工字型框复合材料制件1。

如图1、图3所示，本申请提供的工字型框复合材料之间1由三种铺层组组成，即第一铺层组2、第二铺层组3、捻子条4，其中第一铺层组2铺贴在上模7上，第二铺层组3铺贴在下模8上，将第一铺层组2和第二铺层组3分别铺贴完成后进行模具的组合，再进行捻子条的填充，捻子条填充工字型框复合材料制件1的三角空隙中，并进行修边和加工，得到铺层组4，铺层完成后再在C型模具两侧和C型部的两侧分别放置一加强缘条软膜11并固定，按照工艺要求完成制袋、固化和脱模，即可得到工字型框复合材料制件1。

进一步，如图4所示，S1步骤中的铺层所用原料为airpad橡胶和平纹玻纤预浸料；铺层包括两层airpad橡胶层和一层平纹玻纤预浸料层，平纹玻纤预浸料层位于两层airpad橡胶层之间。

进一步，S1步骤中，根据加强缘条软膜成型模具10使用预浸料进行铺层，铺层后进行固化，包括：

在上模7的降面上铺贴2层airpad橡胶，并按airpad橡胶的固化制度进行固化。

上模7的降面为2mm，由于上模7和下模8均为金属结构，制备工字型框复合材料制件1时，在成型过程中，由于腹板位置无法加压，无损探伤检测结果不合格，导致产品报废，因此在金属模具表面铺贴固化得到airpad软膜后，airpad软膜较软，且在受热时会膨胀对工字型框腹板进行加压，保证腹板位置质量合格。

进一步S3步骤中，填充完成后进行热压包括：

填充完成后将工字型框复合材料制件1的成型模具密封于真空袋中后放入热压罐中进行热预压，热预压温度为70℃，热预压压力0.5mbar。

进一步，S4步骤中，在C型模具两侧和C型部的两侧分别放置一加强缘条软膜11后，还包括：

将位于同一侧的两根加强缘条软膜11进行拼接，拼接缝处放置碳板，并用压敏胶带固定，其中碳板优选为0.2mm碳板，如图5所示。

进一步，S1步骤中，铺层后进行固化的固化条件为；

S1步骤中，铺贴airpad橡胶并进行固化得到airpad软膜的固化条件为：在真空下进行固化，首先用热压罐加压至5bar，随后4℃/min升温至176℃，并保温2h，最后冷却至室温移除真空，出罐脱模。

本发明的工字型框复合材料制件的成型方法由于精度要求较高，因此首先进行加强缘条软膜的制备和上模降面上airpad软膜层的制备，以提高制件的精度和强度。制备完成后再在上模下模上进行第一铺层组和第二铺层组的铺层，随后进行模具组合，并采用销钉进行定位，模具组合后进行捻子条的制备，再进行捻子条的填充，捻子条填充工字型框复合材料制件1的三角空隙中，并进行修边和加工，得到铺层组4，铺层完成后再在C型模具两侧和C型部的两侧分别放置一加强缘条软膜11并固定，捻子条的填充和加强缘条的设置可能大大提高工字型框复合材料制件的结构整体性，更大化提高该类零件刚度强度性能；最后按照工艺要求完成制袋、固化和脱模，即可得到工字型框复合材料制件1，本发明的成型方法能够实现工字型框成型制件的一体成型，极大程度减少了生产成本，提高制备的效率。

以上对本申请实施例所提供的工字型框复合材料制件的成型模具及成型方法进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的技术方案及其核心思想；本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以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；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例的技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种工字型框复合材料制件的成型模具，其特征在于，所述成型模具包括上模(7)和下模(8)；

所述上模(7)为C型模具，包括底板和两个侧板，两个所述侧板分别连接于所述底板相对的两端，且均与所述底板垂直；

所述下模(8)包括框架(13)和钢板(14)，所述钢板(14)包括C型部和连接部，所述C型部与所述连接部一体连接，且所述连接部与所述框架(13)固定连接；

当采用所述成型模具制作工字型框复合材料制件(1)时，所述上模(7)的底板与所述C型部的底板正对配合。

2.根据权利要求1所述的工字型框复合材料制件的成型模具，其特征在于，所述上模(7)和所述下模(8)均为金属结构。

3.根据权利要求2所述的工字型框复合材料制件的成型模具，其特征在于，所述下模(8)的C型部包括包括底板和两个侧板，两个所述侧板分别连接于所述底板相对的两端，且均与所述底板垂直，所述C型部的两个侧板与所述连接部一体连接。

4.根据权利要求3所述的工字型框复合材料制件的成型模具，其特征在于，当所述上模(7)和所述下模(8)配合制作工字型框复合材料制件(1)时，通过销钉(12)对所述上模(7)和所述下模(8)进行定位。

5.一种工字型框复合材料制件的成型方法，用于权利要求1至4任一项所述的工字型框复合材料制件的成型模具，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

S1，根据加强缘条软膜成型模具(10)使用预浸料进行铺层，铺层后进行固化，固化完成后得到加强缘条软膜(11)，对加强缘条软膜(11)进行修边和加工，并将修边和加工后的加强缘条软膜(11)按照软膜断开位置标记线断开；在工字型框复合材料制件(1)的成型模具的上模(7)上铺贴airpad橡胶并进行固化得到airpad软膜(9)；

S2，将预浸料分别铺贴至工字型框复合材料制件1的成型模具的所述上模(7)和下模(8)，对所述上模(7)和所述下模(8)进行组合定位，得到铺贴好预浸料的成型模具；

S3，通过捻子条工装制造捻子条，将捻子条填充到所述工字型框复合材料制件(1)的成型模具中，填充完成后进行热压，热压结束后，对填充捻子条的位置进行修补得到捻子条填充层(4)；

S4，在C型模具两侧和C型部的两侧分别放置一所述加强缘条软膜(11)，按照工艺要求完成制袋、固化和脱模，得到工字型框复合材料制件(1)。

6.根据权利要求5所述的一种工字型框复合材料制件的成型方法，其特征在于，所述S1步骤中的所述铺层所用原料为airpad橡胶和平纹玻纤预浸料；所述铺层包括两层airpad橡胶层和一层平纹玻纤预浸料层，所述平纹玻纤预浸料层位于两层airpad橡胶层之间。

7.根据权利要求6所述的工字型框复合材料制件的成型方法，其特征在于，所述S1步骤中，根据加强缘条软膜成型模具(10)使用预浸料进行铺层，铺层后进行固化，包括：

在所述上模7的降面上铺贴2层airpad橡胶，并按airpad橡胶的固化制度进行固化得到airpad软膜(9)。

8.根据权利要求5所述的一种工字型框复合材料制件的成型方法，其特征在于，所述S3步骤中，所述填充完成后进行热压包括：

填充完成后将所述工字型框复合材料制件(1)的成型模具密封于真空袋中后放入热压罐中进行热预压，热预压温度为60-80℃，热预压压力0.3mbar-0.6mbar。

9.根据权利要求5所述的一种工字型框复合材料制件的成型方法，其特征在于，所述S4步骤中，所述在C型模具两侧和C型部的两侧分别放置一所述加强缘条软膜(11)后，还包括：

将位于同一侧的两根所述加强缘条软膜(11)进行拼接，拼接缝处放置碳板，并用压敏胶带固定。

10.根据权利要求7所述的一种工字型框复合材料制件的成型方法，其特征在于，所述S1步骤中，铺层后进行固化的固化条件为；

所述S1步骤中，铺贴airpad橡胶并进行固化得到airpad软膜的固化条件为：在真空下进行固化，首先用热压罐加压至3bar-7bar，随后3-5℃/min升温至176℃，并保温2h，最后冷却至室温移除真空，出罐脱模。