CN203438435U - 一种碳纤维复合材料盒状加筋结构的成型模具 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种碳纤维复合材料盒状加筋结构的成型模具，属于碳纤维增强树脂基复合材料结构成型技术领域。待成型的盒状加筋结构的内腔分为左侧和右侧两个梯形空腔；阳模A和阳模B紧挨一起组成的形状与左侧空腔形状一致，阳模A和阳模B固定在底座上；阳模C和阳模D紧挨一起组成的形状与右侧空腔形状一致，阳模C和阳模D固定在底座上；阳模A、阳模B、阳模C和阳模D组成的外形尺寸与待成型的盒状加筋结构的外形尺寸一致；下侧板上带有U型槽；左侧板、下侧板、上侧板和右侧板围成的空腔与待成型的盒状加筋结构的外形尺寸一致；下侧板和上侧板上分别有一个导向槽；上侧板、左侧板和右侧板通过各自的定位销定位在下侧板上，最后用螺钉进行紧固；将定位板安装在下侧板和上侧板的导向槽中，定位板可以在下侧板和上侧板的导向槽中滑动。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种碳纤维复合材料盒状加筋结构的成型模具，属于碳纤维增强树脂基复合材料结构成型技术领域。
背景技术
模具是碳纤维增强树脂基复合材料构件制造用的主要工艺装备，用以确定制件形状、结构关系、控制外缘和获得良好的表面质量，在模具上完成复合材料聚合固化，有时还在成形模上进行预浸料的铺叠，复合材料模具的设计制造对复合材料构件的产品质量影响较大，要求模具的设计合理：
复合材料构件成型模具的结构随着工艺方法的变化而变化，比较有代表性的是热压罐法用复合材料制品模具，其模具设计包含的基本内容有以下几个方面：（1）模具型面要具有较高的精度，根据精度要求决定是否采用组合加工的方法，这是复合材料构件成型的基本依据；（2）复合材料件制备过程模具的可操作性，包括层合体铺层和固化成型后的脱模；（3）根据产品表观质量要求合理确定模具分型面；（4）碳纤维增强树脂基复合材料与模具材料热膨胀匹配性。
对于碳纤维复合材料盒状结构的产品，根据使用部位的不同在进行模具设计时有两种方式：（1）阳模成型模具；（2）阴模成型模具。而对于中间有加强筋的盒状结构，仅使用阳模模具无法成型。模具设计不当会出现以下问题：（1）盒状加筋结构产品加强筋出现缺陷；（2）铺叠好的层合件无法装模；（3）固化好的坯件无法脱模或脱模导致产品损伤。
实用新型内容
本实用新型的目的是为了提出一种碳纤维复合材料盒状加筋结构的成型模具，使用该模具制备的碳纤维复合材料盒状加筋结构的无损探伤符合GJB2895-A级要求，形位尺寸公差满足要求。
本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的。
本实用新型的一种碳纤维复合材料盒状加筋结构的成型模具，该成型模具包括成型阳模和成型阴模；成型阳模包括阳模A、阳模B、阳模C、阳模D和底座；成型阴模包括左侧板、下侧板、定位板、上侧板、右侧板、定位销和螺钉；下侧板上带有U型槽；
左侧板、下侧板、上侧板和右侧板围成的空腔与待成型的盒状加筋结构的外形尺寸一致；下侧板和上侧板上分别有一个导向槽；
待成型的盒状加筋结构的横截面为直角梯形；中间的一条筋将该盒状加筋结构的内腔分为两个梯形空腔，即左侧空腔和右侧空腔；左侧空腔和右侧空腔均为由口向里逐渐变大的梯形结构；
阳模A和阳模B紧挨一起组成的形状与左侧空腔形状一致，阳模A和阳模B固定在底座上；
阳模C和阳模D紧挨一起组成的形状与右侧空腔形状一致，阳模C和阳模D固定在底座上；
阳模A、阳模B、阳模C和阳模D组成的外形尺寸与待成型的盒状加筋结构的外形尺寸一致；
在上侧板、左侧板和右侧板上分别安装各自的定位销，然后将上侧板、左侧板和右侧板通过各自的定位销定位在下侧板上，最后用螺钉进行紧固；
将定位板安装在下侧板和上侧板的导向槽中，定位板可以在下侧板和上侧板的导向槽中滑动。
本实用新型根据热膨胀软模-热压罐成型技术制备碳纤维增强树脂基复合材料盒状加筋结构的原理设计出铺层阳模和成型阴模。在封装好的热压罐系统内有高温高压气体，随着温度的升高，高压气体将压力传递到产品成型模具和热膨胀软模上，进而对产品施加稳定压力，产品内的树脂基体在高温高压作用下发生化学反应，最后固化成型。具体模具设计技术方案为：（1）根据产品结构特点，确定模具总体形式；（2）模具材料选择；（3）模具材料与碳纤维复合材料热膨胀匹配性计算；（4）确定模具分型面；（5）铺层阳模设计；（6）成型阴模设计。
使用本实用新型制造的模具解决了碳纤维增强树脂基盒状加筋结构加强筋的定位问题，解决了操作过程中层合件无法装模和坯件脱模可操作性的问题，提供了一种针对盒状加筋结构复合材料件的模具设计形式。该模具形式适用于不同尺寸的盒状加筋结构件的模具设计，应用范围广泛，具有很高的实用价值。
附图说明
图1为本实用新型待成型的盒状加筋结构的结构示意图；
图2为本实用新型铺层阳模的结构示意图；
图3为本实用新型成型阴模的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明。
实施例
一种碳纤维复合材料盒状加筋结构的成型模具，待成型的盒状加筋结构的横截面为直角梯形；中间的一条筋将该盒状加筋结构的内腔分为两个梯形空腔，即左侧空腔和右侧空腔；左侧空腔和右侧空腔均为由口向里逐渐变大的梯形结构，如图1所示；产品壁厚2mm，采用碳纤维增强环氧树脂预浸无纬布对称铺叠成准各向同性，产品底面为圆弧面；
该成型模具的材料为A3钢，该成型模具包括成型阳模和成型阴模；如图2所示，成型阳模包括阳模A1、阳模B2、阳模C4、阳模D5和底座3；
如图3所示，成型阴模包括左侧板6、下侧板7、定位板8、上侧板9、右侧板10、定位销11和螺钉12；下侧板7上带有U型槽；
左侧板6、下侧板7、上侧板9和右侧板10围成的空腔与待成型的盒状加筋结构的外形尺寸一致；下侧板7和上侧板9上分别有一个导向槽；
待成型的盒状加筋结构的横截面为直角梯形；中间的一条筋将该盒状加筋结构的内腔分为两个梯形空腔，即左侧空腔和右侧空腔；左侧空腔和右侧空腔均为由口向里逐渐变大的梯形结构；
阳模A1和阳模B2紧挨一起组成的形状与左侧空腔形状一致，阳模A1和阳模B2固定在底座3上；
阳模C4和阳模D5紧挨一起组成的形状与右侧空腔形状一致，阳模C4和阳模D5固定在底座3上；
阳模A1、阳模B2、阳模C4和阳模D5组成的外形尺寸与待成型的盒状加筋结构的外形尺寸一致；
在上侧板9、左侧板6和右侧板10上分别安装各自的定位销11，然后将上侧板9、左侧板6和右侧板10通过各自的定位销11定位在下侧板7上，最后用螺钉12进行紧固；
将定位板8安装在下侧板7和上侧板9的导向槽中，定位板8可以在下侧板7和上侧板9的导向槽中滑动。
利用该模具进行成型的方法为：
1）制备铺层阳模：铺层阳模包括阳模A1、阳模B2、阳模C4、阳模D5和底座3；阳模A1和阳模B2紧挨一起组成左侧阳模；左侧阳模的形状与左侧空腔形状一致；如图2所示；
阳模C4和阳模D5紧挨一起组成右侧阳模，右侧阳模的形状与右侧空腔形状一致；
阳模A1、阳模B2、阳模C4和阳模D5组成的外形尺寸与待成型的盒状加筋结构的内腔尺寸一致；
2）制备成型阴模：成型阴模包括左侧板6、下侧板7、定位板8、上侧板9、右侧板10、定位销11和螺钉12；下侧板7上带有U型槽；如图3所示；
左侧板6、下侧板7、上侧板9和右侧板10围成的空腔与待成型的盒状加筋结构的外形尺寸一致；下侧板7和上侧板9上分别有一个导向槽；
3）制备碳纤维单向无纬布预浸料，碳纤维单向无纬布预浸料的胶质量含量为38%；制备热膨胀硅橡胶软模；
4）将步骤1）制备的左侧阳模固定在底座3上，在左侧阳模的表面铺叠步骤3）制备的碳纤维预浸料，铺叠厚度为待成型的盒状加筋结构厚度的1/2，铺叠完成后将左侧阳模连同铺层一起从底座3上取下；
将步骤1）制备的右侧阳模固定在底座3上，在右侧阳模的表面铺叠步骤3）制备的碳纤维预浸料，铺叠厚度为待成型的盒状加筋结构厚度的1/2；
将左侧阳模紧贴右侧阳模再次安装在底座3上，形成铺层阳模，在铺层阳模的表面铺叠步骤3）制备的碳纤维预浸料，铺叠厚度为待成型的盒状加筋结构厚度的1/2；
在铺层的表面依次铺放带孔隔离膜、吸胶纸、透气氟布及透气毡；铺放完成后整体使用真空袋膜和密封胶条封装在固化平台上，然后放入热压罐内进行吸胶预压；吸胶预压温度为80℃，吸胶预压压力为0.3MPa；吸胶预压的时间为20min；
泄压、降温至室温后，脱除真空袋膜、透气毡、透气氟布、吸胶纸、带孔隔离膜，最后将铺层阳模进行脱除，得到层合体；
5）在步骤4）得到的层合体放在下侧板7的U型槽中，在上侧板9、左侧板6和右侧板10上分别安装各自的定位销11，然后将上侧板9、左侧板6和右侧板10通过各自的定位销11定位在下侧板7上，使得左侧板6、下侧板7、上侧板9和右侧板10围成的腔体与层合体的外表面贴合；最后用螺钉12进行紧固；
将定位板8安装在下侧板7和上侧板9的导向槽中，定位板8可以在下侧板7和上侧板9的导向槽中滑动；
6）将步骤3）制备的热膨胀硅橡胶软模分为四个部分，装入层合体内腔中，得到组合体；热膨胀硅橡胶软模的四个部分分别与铺层阳模的四个部分一一对应；
7）将步骤6）得到的组合体表面依次铺放透气氟布及透气毡；铺放完成后整体使用真空袋膜和密封胶条封装在固化平台上，然后将平台推入热压罐内固化成型，固化成型温度为160℃，固化成型压力为0.6MPa，固化成型时间2h，泄压、降温至室温后，脱除真空袋膜、透气毡、透气氟布，最后将成型阴模进行脱除，得到碳纤维复合材料盒状加筋结构。
上述步骤3）中热膨胀软模的制备方法为：在步骤2）制备的成型阴模的内腔中使用2mm厚的硅胶板拼接出产品形状，然后将R10301热膨胀硅橡胶A组分和R10301热膨胀硅橡胶B组分按质量比10：1的比例混合搅拌均匀，真空箱内除气后浇注在硅胶板拼接出的空腔内，在25℃下硫化36h；将膨胀橡胶软模从模具中脱出，去除毛边，最后将脱出的浇注体放入烘箱中，升温至100度，保温0.5h，再升温至190-200度，保温1.5h，随炉温冷却至室温后使用。
本实用新型说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知技术。
Claims (1)
1.一种碳纤维复合材料盒状加筋结构的成型模具，待成型的盒状加筋结构的横截面为直角梯形；中间的一条筋将该盒状加筋结构的内腔分为两个梯形空腔，即左侧空腔和右侧空腔；左侧空腔和右侧空腔均为由口向里逐渐变大的梯形结构；其特征在于：
该成型模具包括成型阳模和成型阴模；
所述的成型阳模包括阳模A（1）、阳模B（2）、阳模C（4）、阳模D（5）和底座（3）；阳模A（1）和阳模B（2）紧挨一起组成的形状与左侧空腔形状一致，阳模A（1）和阳模B（2）固定在底座（3）上；
阳模C（4）和阳模D（5）紧挨一起组成的形状与右侧空腔形状一致，阳模C（4）和阳模D（5）固定在底座（3）上；
阳模A（1）、阳模B（2）、阳模C（4）和阳模D（5）组成的外形尺寸与待成型的盒状加筋结构的外形尺寸一致；
所述的成型阴模包括左侧板（6）、下侧板（7）、定位板（8）、上侧板（9）、右侧板（10）、定位销（11）和螺钉（12）；下侧板（7）上带有U型槽；
左侧板（6）、下侧板（7）、上侧板（9）和右侧板（10）围成的空腔与待成型的盒状加筋结构的外形尺寸一致；下侧板（7）和上侧板（9）上分别有一个导向槽；
上侧板（9）、左侧板（6）和右侧板（10）通过各自的定位销（11）定位在下侧板（7）上，最后用螺钉（12）进行紧固；
将定位板（8）安装在下侧板（7）和上侧板（9）的导向槽中，定位板（8）可以在下侧板（7）和上侧板（9）的导向槽中滑动。
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113183485A (zh) * | 2021-04-13 | 2021-07-30 | 中国航空制造技术研究院 | 一种用于复合材料内部加筋结构盒式肋的成型工装及方法 |
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2013
- 2013-08-15 CN CN201320499210.0U patent/CN203438435U/zh not_active Expired - Lifetime
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