CN204566718U - 复合材料曲面多点热压成型设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种复合材料曲面多点热压成型设备，涉及复合材料曲面成形技术。本实用新型主要由成形室壁板、隔膜、多点可重构模具、加热装置及真空泵组成；所述的成形室壁板与隔膜或上部壁板围成密闭的复合材料成型室；所述的多点可重构模具由冲头、单元体、调形机构组成，固定在底部成形室壁板上方；所述的加热装置倒置固定于隔膜上方或倒置固定在上部壁板内侧；所述的真空泵位于复合材料成型室外部，其通过侧向成形室壁板上的抽真空口与复合材料成型室连接。本实用新型实现复合材料曲面多点热压成型，并降低成型时间50％，节省设备成本80％。此外，本实用新型不仅适合成形1-10米小尺寸复合材料曲面，还适合成形10米以上大尺寸复合材料曲面。

Description

复合材料曲面多点热压成型设备

技术领域

本实用新型公开了一种复合材料曲面多点热压成型设备，涉及复合材料曲面成形技术，属于机械工程领域。

背景技术

复合材料现主要应用于航空、航天和国防等尖端技术领域。以航空领域为例，美国最先进的第四代战斗机上复合材料用量为24％-36％、直升机达46％，而欧洲战斗机的复合材料用量高达40％。在民用飞机领域，目前已投入商业运营、最先进的机型A380的复合材料用量已达到28％，波音787飞机使用了50％的复合材料，而即将面世的A350飞机的复合材料用量将进一步刷新纪录，约52％。今后一个相当长的历史时期里，复合材料将继续保持自己在这些战略领域“最富研究潜力的结构材料的地位”，并带动整个工业，特别是高铁、汽车等工业技术的进步。因此，掌握复合材料曲面的成型方法，对于促进我国航空、航天、国防、高铁、汽车等工业技术的快速发展具有实际意义。现今，普遍使用的复合材料曲面热压罐成型，存在“成型工序复杂、温度和压力响应迟缓、加压与加热的安全性差、设备成本高”等问题，较难适应高性能、低成本复合材料曲面成形技术发展的趋势。为解决以上问题，发明人发明了一种复合材料曲面多点热压成型设备，此方面工作未见报道。

发明内容

本实用新型提供一种复合材料曲面多点热压成型设备，其目的在于解决普遍使用的复合材料曲面热压罐成型存在的“成型工序复杂、温度和压力响应迟缓、加压与加热的安全性差、设备成本高”等问题，完善复合材料曲面成形理论并实现技术创新，促进我国航空、航天、国防、高铁、汽车等工业技术的快速发展。本实用新型的上述目的是这样实现的，结合附图说明如下：

一种复合材料曲面多点热压成型设备，主要由成形室壁板、隔膜、多点可重构模具、加热装置及真空泵组成，所述成形室壁板由4块侧向成形室壁板1和1块底部成形室壁板2组成，其与隔膜7围成密闭的复合材料成型室；所述的隔膜7通过离散压边装置6固定在侧向成形室壁板1上，位于多点可重构模具上方；所述的多点可重构模具由冲头5、单元体4和调形机构3组成，固定在底部成形室壁板2上；所述的加热装置通过四柱式或龙门式支架倒置固定于隔膜7上方；所述的真空泵9位于复合材料成型室外部，其通过侧向成形室壁板1上的抽真空口10与复合材料成型室连接。

所述的成形室壁板还包括1块上部壁板13，由4块侧向成形室壁板1、1块上部壁板13及1块底部成形室壁板2组成围成密闭的复合材料成型室；所述的加热装置倒置固定在上部壁板13内侧，位于隔膜7上方；所述的隔膜7通过密封带固定在侧向成形室壁板1内侧，位于多点可重构模具上方。

所述的上部壁板13通过气动增压缸或液压缸控制开合；所述的气动增压缸或液压缸固定在侧向成形室壁板1上。

所述的隔膜7为2块硅橡胶软膜，密封固定于侧向成形室壁板1上，所述2块硅橡胶软膜围成复合材料成型室，所述硅橡胶软膜与4块侧向成形室壁板1和1块底部成形室壁板2围成复合材料成形曲率控制室；所述的真空泵9位于复合材料成型室外部，其通过隔膜7上的抽真空口10与2块隔膜7组成的复合材料成型室连接，通过侧向成形室壁板1上的抽真空口10与复合材料成形曲率控制室连接。

所述的底部成形室壁板2设有调形工作孔，其位于多点可重构模具调形机构3上方；所述的多点可重构模具的冲头5、单元体4位于底部成形室壁板2上方。

所述的侧向成形室壁板1设有成形观察窗口15。

技术效果：

本实用新型要保护的技术方案实施事实表明：基于多点可重构模具的模具型面的可柔性变化特点，通过单个多点可重构模具对多套高成本殷钢实体模具的替代，以及简单结构的“隔膜热压系统”对复杂结构的热压罐(价格昂贵)的替代；本实用新型的复合材料曲面多点热压成型设备能够替代复合材料曲面成型普遍使用的热压罐，解决其存在的“成型工序复杂、温度和压力响应迟缓、加压与加热的安全性差、设备成本高”等问题，实现复合材料曲面多点热压成型，并降低成型时间50％，节省设备成本80％。此外，本实用新型不仅适合成形1-10米小尺寸复合材料曲面，还适合成形10米以上大尺寸复合材料曲面。

附图说明

图1a-c是四柱式复合材料曲面多点热压成型设备结构示意图，其中：

图1a是四柱式复合材料曲面多点热压成型设备的结构三维视图；

图1b是四柱式复合材料曲面多点热压成型设备曲面成形状态的剖视图；

图1c是四柱式复合材料曲面多点热压成型设备曲面成形结束状态剖视图。

图2a-c是添加上部壁板的复合材料曲面多点热压成型设备结构示意图，其中：

图2a是添加上部壁板的复合材料曲面多点热压成型设备的结构三维视图；

图2b是添加上部壁板的复合材料曲面多点热压成型设备曲面成形状态的剖视图；

图2c是添加上部壁板的复合材料曲面多点热压成型设备曲面成形结束状态剖视图。

图3a-b是采用2块硅橡胶软膜的复合材料曲面多点热压成型设备结构示意图，其中：

图3a是是采用2块硅橡胶软膜的复合材料曲面多点热压成型设备曲面成形状态的剖视图；

图3b是采用2块硅橡胶软膜的复合材料曲面多点热压成型设备曲面成形结束状态剖视图。

图4a-b是底部成形室壁板设有调形工作孔的四柱式复合材料曲面多点热压成型设备结构示意图，其中：

图4a是底部成形室壁板设有调形工作孔的四柱式复合材料曲面多点热压成型设备的结构三维视图；

图4b是底部成形室壁板设有调形工作孔的四柱式复合材料曲面多点热压成型设备曲面成形状态剖视图。

图5a-b是侧向成形室壁板设有成形观察窗口的复合材料曲面多点热压成型设备结构示意图，其中：

图5a是闭合状态的侧向成形室壁板设有成形观察窗口的复合材料曲面多点热压成型设备三维视图；

图5b是开合状态的侧向成形室壁板设有成形观察窗口的复合材料曲面多点热压成型设备。

其中：1.侧向成形室壁板，2.底部成形室壁板，3.调形机构，4.单元体，5.冲头，6.离散压边装置，7.隔膜，8.热风枪加热装置，9.真空泵，10.抽真空口，11.压痕抑制垫，12.复合材料，13.上部壁板，14.热辐射加热装置，15.成形观察窗口。

具体实施方式

以下结合附图所示实施例，进一步说明本实用新型的具体内容及其实施方式。

本实用新型的复合材料曲面多点热压成型设备，主要由成形室壁板、隔膜7、多点可重构模具、加热装置、及真空泵9组成。所述的成形室壁板由4块侧向成形室壁板1和1块底部成形室壁板2组成，其与隔膜7围成密闭的复合材料成型室；所述的隔膜7通过离散压边装置6固定在侧向成形室壁板1上，位于多点可重构模具上方；当然，隔膜7也可以通过整体压边或密封带固定在侧向成形室壁板1上。所述的多点可重构模具由冲头5、单元体4、调形机构3组成，固定在底部成形室壁板2上方；当然，多点可重构模具可以由实体模具替代，但其仅适用于大批量单一产品生产。为抑制多点可重构模具不连续冲头5产生的凹痕，成形过程中在多点可重构模具上方铺放压痕抑制垫11；压痕抑制垫11材质可以为聚氨酯，也可以为弹簧钢等材质。为防止复合材料12与压痕抑制垫11粘连，在压痕抑制垫11上方铺放脱模布。所述的加热装置通过四柱式或龙门式支架倒置固定于隔膜7上方，加热方法可以为直接热传导法、热风枪加热法、或者红外辐射加热法。所述的真空泵9位于复合材料成型室外部，其通过侧向成形室壁板1上的抽真空口10与复合材料成型室连接。当然，所述的成形室壁板也可以由4块侧向成形室壁板1、1块上部壁板13及1块底部成形室壁板2组成，其围成密闭的复合材料成型室；所述的加热装置倒置固定在上部壁板13内侧，位于隔膜7上方；所述的隔膜7通过密封带固定在侧向成形室壁板1内侧，位于多点可重构模具上方。所述的上部壁板13可以通过气动增压缸控制开合，也可以通过液压缸控制开合；所述的气动增压缸或液压缸可以固定在侧向成形室壁板1上。所述的隔膜7为2块硅橡胶软膜，密封固定于侧向成形室壁板上1，围成复合材料成型室；所述的真空泵9位于复合材料成型室外部，其通过隔膜7上的抽真空口10与2块隔膜7组成的复合材料成型室连接，通过侧向成形室壁板1上的抽真空口10与复合材料成形曲率控制室连接；从而在真空气压载荷作用下实现与模具型面的贴模。为降低成形温度对多点可重构模具调形机构3的影响，所述的底部成形室壁板2设有调形工作孔，其位于多点可重构模具调形机构3上方；所述的多点可重构模具的冲头5、单元体4位于底部成形室壁板2上方。为便于观察复合材料12成形过程，所述的侧向成形室壁板1设有成形观察窗口15。

图1a-c是四柱式复合材料曲面多点热压成型设备结构示意图，其中：图1a是四柱式复合材料曲面多点热压成型设备的结构三维视图；图1b是四柱式复合材料曲面多点热压成型设备曲面成形状态的剖视图；图1c是四柱式复合材料曲面多点热压成型设备曲面成形结束状态剖视图。四柱式复合材料曲面多点热压成型设备主要由成形室壁板、隔膜7、多点可重构模具、加热装置、及真空泵9组成。4块侧向成形室壁板1、1块底部成形室壁板2及隔膜7围成密闭的复合材料成型室。隔膜7通过离散压边装置6固定在侧向成形室壁板1上，位于多点可重构模具上方；多点可重构模具由冲头5、单元体4、调形机构3组成，固定在底部成形室壁板2上方。为抑制多点可重构模具不连续冲头5产生的凹痕，成形过程中在多点可重构模具上方铺放压痕抑制垫11。为防止复合材料12与压痕抑制垫11粘连，在压痕抑制垫11上方铺放脱模布。加热装置通过四柱式支架倒置固定于隔膜7上方，加热方法采用热风枪加热法，即通过可以加热的热风喷嘴对复合材料12进行热对流加热。真空泵9位于复合材料成型室外部，其通过侧向成形室壁板1上的抽真空口10与复合材料成型室连接；从而在真空气压载荷作用下实现复合材料12曲面与多点可重构模具型面的贴模。

图2a-c是添加上部壁板的复合材料曲面多点热压成型设备结构示意图，其中：图2a是添加上部壁板的复合材料曲面多点热压成型设备的结构三维视图；图2b是添加上部壁板的复合材料曲面多点热压成型设备曲面成形状态的剖视图；图2c是添加上部壁板的复合材料曲面多点热压成型设备曲面成形结束状态剖视图。4块侧向成形室壁板1、1块上部壁板13，及1块底部成形室壁板2围成密闭的复合材料成型室，上部壁板13可以通过气动增压缸控制开合。加热装置倒置固定在上部壁板13内侧，位于隔膜7上方；加热方法采用电阻丝辐射加热法，通过电阻丝的热辐射对复合材料12进行加热。隔膜7通过密封带固定在侧向成形室壁板1内侧，位于多点可重构模具上方。为抑制多点可重构模具不连续冲头5产生的凹痕，成形过程中在多点可重构模具上方铺放压痕抑制垫11。为防止复合材料12与压痕抑制垫11粘连，在压痕抑制垫11上方铺放脱模布。真空泵9位于复合材料成型室外部，其通过侧向成形室壁板1上的抽真空口与复合材料成型室连接；从而在真空气压载荷作用下实现复合材料12曲面与多点可重构模具型面的贴模。

图3a-b是采用2块硅橡胶软膜的复合材料曲面多点热压成型设备结构示意图，其中：图3a是是采用2块硅橡胶软膜的复合材料曲面多点热压成型设备曲面成形状态的剖视图；图3b是采用2块硅橡胶软膜的复合材料曲面多点热压成型设备曲面成形结束状态剖视图。2块硅橡胶软膜密封固定于侧向成形室壁板1上，围成复合材料成型室。真空泵9位于复合材料成型室外部，其通过隔膜7上的抽真空口10与2块隔膜7组成的复合材料成型室连接，使2块硅橡胶软膜围成的复合材料成型室的抽真空，即实现硅橡胶软膜对复合材料12片材的夹持。电灯泡热辐射加热装置14仍位于隔膜7上方，能够实现对复合材料12的加温。隔膜7通过密封带固定在侧向成形室壁板1内侧，位于多点可重构模具上方；通过侧向成形室壁板1上的抽真空口10与复合材料成形曲率控制室连接，能够在真空气压载荷作用下实现隔膜7夹持的复合材料12片材与多点可重构模具模具型面的贴模。

图4a-b是底部成形室壁板设有调形工作孔的四柱式复合材料曲面多点热压成型设备结构示意图，其中：图4a是底部成形室壁板设有调形工作孔的四柱式复合材料曲面多点热压成型设备的结构三维视图；图4b是底部成形室壁板设有调形工作孔的四柱式复合材料曲面多点热压成型设备曲面成形状态剖视图。底部成形室壁板2设有调形工作孔，其位于多点可重构模具调形机构3上方；而多点可重构模具的冲头5、单元体4位于底部成形室壁板2上方。底部成形室壁板2设有调形工作孔，能够降低成形温度对多点可重构模具调形机构3的影响。

图5a-b是侧向成形室壁板设有成形观察窗口的复合材料曲面多点热压成型设备结构示意图，其中：图5a是闭合状态的侧向成形室壁板设有成形观察窗口的复合材料曲面多点热压成型设备三维视图；图5b是开合状态的侧向成形室壁板设有成形观察窗口的复合材料曲面多点热压成型设备。侧向成形室壁板1设有成形观察窗口15，能够观察复合材料12成形过程。

下面举例说明复合材料曲面多点热压成型设备的曲面成形过程：

首先，依据复合材料成形曲率，变换多点可重构模具型面至对应曲率。然后，在多点可重构模具上方依次铺放压痕抑制垫、脱模布、复合材料片材或复合材料预浸料，并将隔膜通过离散压边装置、整体压边或密封带固定在侧向成形室壁板上。最后，开启位于隔膜上方的加热装置，实现隔膜下方复合材料加热；与此同时，启动位于复合材料成型室外部的真空泵，通过侧向成形室壁板上的抽真空口与复合材料成形曲率控制室连接，从而在真空气压载荷作用下实现与模具型面的贴模。复合材料曲面成形后，经一定时间的冷却后，打开隔膜取出设备成形的复合材料曲面件。本实用新型成功构建了具有工业应用前景的“低成本、可持续、绿色的复合材料曲面多点热压成形技术”，为复合材料曲面成形提供了柔性制造方案。

Claims (6)

1.一种复合材料曲面多点热压成型设备，主要由成形室壁板、隔膜、多点可重构模具、加热装置及真空泵组成，其特征在于：

所述成形室壁板由4块侧向成形室壁板(1)和1块底部成形室壁板(2)组成，其与隔膜(7)围成密闭的复合材料成型室；所述的隔膜(7)通过离散压边装置(6)固定在侧向成形室壁板(1)上，位于多点可重构模具上方；所述的多点可重构模具由冲头(5)、单元体(4)和调形机构(3)组成，固定在底部成形室壁板(2)上；所述的加热装置通过四柱式或龙门式支架倒置固定于隔膜(7)上方；所述的真空泵(9)位于复合材料成型室外部，其通过侧向成形室壁板(1)上的抽真空口(10)与复合材料成型室连接。

2.根据权利要求1所述的一种复合材料曲面多点热压成型设备，其特征在于：

所述的成形室壁板还包括1块上部壁板(13)，由4块侧向成形室壁板(1)、1块上部壁板(13)及1块底部成形室壁板(2)组成围成密闭的复合材料成型室；所述的加热装置倒置固定在上部壁板(13)内侧，位于隔膜(7)上方；所述的隔膜(7)通过密封带固定在侧向成形室壁板(1)内侧，位于多点可重构模具上方。

3.根据权利要求2所述的复合材料曲面多点热压成型设备，其特征在于：

所述的上部壁板(13)通过气动增压缸或液压缸控制开合；所述的气动增压缸或液压缸固定在侧向成形室壁板(1)上。

4.根据权利要求1至3任一项所述的复合材料曲面多点热压成型设备，其特征在于：

所述的隔膜(7)为2块硅橡胶软膜，密封固定于侧向成形室壁板(1)上，所述2块硅橡胶软膜围成复合材料成型室，所述硅橡胶软膜与4块侧向成形室壁板(1)和1块底部成形室壁板(2)围成复合材料成形曲率控制室；所述的真空泵(9)位于复合材料成型室外部，其通过隔膜(7)上的抽真空口(10)与2块隔膜(7)组成的复合材料成型室连接，通过侧向成形室壁板(1)上的抽真空口(10)与复合材料成形曲率控制室连接。

5.根据权利要求1至3任一项所述的复合材料曲面多点热压成型设备，其特征在于：

所述的底部成形室壁板(2)设有调形工作孔，其位于多点可重构模具调形机构(3)上方；所述的多点可重构模具的冲头(5)、单元体(4)位于底部成形室壁板(2)上方。

6.根据权利要求1至3任一项所述的复合材料曲面多点热压成型设备，其特征在于：

所述的侧向成形室壁板(1)设有成形观察窗口(15)。