CN216330226U - 一种模具结构 - Google Patents

Abstract

一种模具结构，包括上模、下模和导流块，导流块安装在注胶口内或注胶口相对的纤维预成型体上，上模和下模之间设置有密封胶条，合模时上模和下模挤压密封胶条且两者之间形成一个密封的模腔，纤维预成型体放置在模腔内；从将纤维预成型体放入模具到最后脱模，所用时间短且复合材料零件外表面没有注胶口处树脂的收缩造成缩痕，表面质量更好。

Description

一种模具结构

技术领域

本实用新型属于树脂传递模塑领域，特别涉及一种模具结构。

背景技术

目前纤维增强树脂基复合材料(以下简称“复合材料”)的应用越来越广，在众多的复合材料产品生产工艺中RTM工艺以工作环境友好、制品双面光洁、尺寸一致性好、可制造复杂曲面产品，从而得到汽车行业的重视，以期待RTM工艺能够让复合材料代替钣金冲压焊接成为汽车车身的主要材料；但普通RTM工艺的成型生产时间太长，一般生产一件需要1个小时以上，不适合规模化汽车的生产，所以世界各大汽车厂家都想办法开发能快速成型的材料和工艺，比如宝马公司所用的HP-RTM就使单件成型时间达到了3～6分钟；后又有公司开发出了C-RTM工艺，将成型时间缩短到2分钟；但HP-RTM工艺的速度虽然快但锁模力达到1000吨/平方米，对模具和设备的要求高，导致设备和模具投资大，产品成本高；而不管是HP-RTM的3～6分钟还是C-RTM的2分钟成型时间离汽车零件要求达到每分钟1件的要求还是有很大的差距；

目前市场上已有可30秒钟固化的环氧树脂，热塑性树脂的冷却固化时间则更短，生产制造过程中成型时间无法加快的原因是不管是普通RTM还是HP-RTM和C-RTM工艺中树脂浸渍纤维所用的时间过长。请参阅图1，RTM和HP-RTM工艺树脂的流动传递方向都是在纤维层的铺设方向，其传递流动距离长导致时间长，HP-RTM因为注射压力大而加快了速度。C-RTM工艺是先将树脂快速注射到纤维层的上方，然后采用压力将树脂压到纤维层内，树脂是在纤维层的厚度方向传递流动，其距离短，所以时间较短；比如一个长宽厚为1000×1000×3毫米的零件采用RTM和HP-RTM工艺，在模具中间位置开一直流胶槽，则树脂的流动到两边沿的距离是500毫米，而C-RTM工艺压缩阶段树脂在纤维层厚度方向流动，流动距离只有3毫米；所以C-RTM的工艺时间比RTM和HP-RTM工艺短；可以看出根据RTM、HP-RTM、C-RTM工艺的特点，都希望尽量降低树脂注射阶段所用时间，目前的树脂注射速度不大于80ml/秒，如果加大树脂的注射速度注胶口处的纤维就会被树脂冲乱，从而影响制品性能，甚至报废；另外虽然注胶口一般布置在零件的内表面，但由于注胶口内是纯树脂，其固化收缩都会造成产品外表面的缩痕，从而影响零件的外观质量，这对于如汽车外覆盖件这样的壁厚薄面积大外观要求高的件影响特别严重，因此需要设计一个模具结构，使其能够在注射树脂时注胶口处的纤维就会被树脂冲乱，最终得到高质量的纤维增强树脂基复合材料零件。

实用新型内容

为了克服现有不足，本实用新型的目的在于提出一种从将纤维预成型体放入模具到最后脱模所用时间短且复合材料零件外表面没有因为背面注胶口处树脂的收缩造成缩痕、表面质量更好的模具结构。

本实用新型的目的是采用以下技术方案来实现。依据本实用新型提出的一种模具结构，

包括上模、下模和导流装置，上模内设置有胶道且胶道底部为注胶口，上模和下模边沿处之间设置有密封胶条，合模时上模和下模挤压密封胶条且上模和下模之间形成一个模腔，密封胶条用于对模腔进行密封，纤维预成型体放置在模腔内，导流装置用于在向模腔内注胶时防止树脂直接喷射到纤维预成型体上从而对纤维预成型体进行保护。

进一步的，导流装置为导流块，注胶口处设置有与导流块相对应的第二凹槽结构，导流块安装在注胶口处的第二凹槽结构内。

进一步的，导流块包括第一导流板，导流块安装在注胶口处的第二凹槽结构内后第一导流板底面与上模内表面平齐，第一导流板一侧的侧面上设置有至少一个定位柱。

进一步的，第一导流板边缘处设置有用于改变树脂流向的第一导流角。

进一步的，第一导流板上设置有多个通孔。

进一步的，导流装置为第二导流板，第二导流板设置在纤维预成型体上与注胶口相对的位置，向模腔内注胶时树脂冲刷在第二导流板上从而对纤维预成型体进行保护。

进一步的，下模的一侧设置有管路，管路与上模和下模形成的模腔相连通，管路远离模具的一端与真空泵相连且管路上设置有真空阀门。

借由上述技术方案，本实用新型的优点是：

1、导流装置能够在向模腔内注胶时防止树脂直接喷射到纤维预成型体上从而对纤维预成型体进行保护；2、在第一导流板的作用下复合材料零件外表面没有因为背面注胶口处树脂的收缩造成缩痕，表面质量更好。

上述说明仅是本实用新型技术方案的概述，为了能更清楚了解本实用新型的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为让本实用新型的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。

附图说明

图1是本实用新型一种模具结构的示意图；

图2是图1中导流块的结构示意图；

图3是图2的俯视图；

图4是图2中A的放大图；

图5是图1的分体图；

图6是实施例1中一种快速RTM工艺的过程示意图；

图7是实施例2中一种快速RTM工艺的过程示意图。

【附图标记】

1-上模，101-胶道，102-第一凸起，103-第二凹槽结构，2-下模，201-管路，202-第一凹槽，3-导流块，301-第一导流板，302-定位柱，303-第一导流角，304-通孔，4-密封胶条，5-纤维预成型体，6-注胶机，7-腔室。

具体实施方式

为了能更加清楚说明本方案的技术特点，下面通过具体实施方式，对本案进行阐述。

实施例1：

请参阅图2至图7，一种模具结构，该模具结构采用快速RTM工艺制造纤维增强树脂基复合材料零件，所述模具结构包括上模1、下模2和导流装置，导流装置用于在注胶时使树脂不能够全部的直接冲刷注胶口对面的纤维预成型体5上从而对纤维预成型体5进行保护，本实施例中导流装置为导流块3，导流块3材质为PA6，导流块3包括第一导流板301，第一导流板301一侧的侧面上设置有至少一个定位柱302，第一导流板301边缘处设置有环状的第一导流角304，请参阅图4，本实施例中第一导流角304的角度为α为30°，喷射在第一导流板301上的树脂在第一导流角304的作用下能够改变流动方向，树脂以水平方向向上30度角流动，在本实用新型的其他实施例中导流块不限于上述导流块3的形状和材质，可以为片状等其他形状，第一导流角304的角度为α根据使用情况进行设置，α在0～180度之间。另外，当第一导流板301面积较大时可以在第一导流板301上均匀设置有多个通孔304，通孔304的直径较小，当树脂喷射在第一导流板301上时部分树脂可以从通孔304内流入第一导流板304下方。

上模1底部设置有第一凸起102，下模2上设置有与第一凸起102对应的第一凹槽202，上模1、下模2边沿处之间设置有密封胶条4，密封胶条4能够发生一定的弹性形变，合模时上模1的第一凸起102位于第一凹槽202内，上模1和下模2之间形成一个模腔，此时上模1和下模2挤压密封胶条4，密封胶条4对上模1和下模2之间的模腔进行密封。工作时模腔的底部设置有纤维预成型体5，即第一凹槽202底部铺设有纤维预成型体5，纤维预成型体5由两层碳纤维编织布和五层碳纤维单向布按设计要求铺制而成，本实施例中纤维预成型体5的厚度为3毫米。上模1内设置有胶道101，胶道101的直径为15毫米，注胶机6通过注胶枪与胶道101连接并进行注胶，即注胶枪通过注胶管与注胶机6连通，注胶枪远离注胶机6的一端位于胶道101内便于向胶道101内注胶，注胶机6通过注胶枪进行注胶是现有技术，在此不做过多赘述；上胶道101底部为注胶口，导流块3安装在注胶口处，注胶口处设置有与导流块3结构相吻合的第二凹槽结构103，导流块3以导流块上的定位柱302朝向注胶口的方向卡入第二凹槽结构103内，导流块3安装在第二凹槽结构103内第一导流板301底面与上模内表面平齐。下模2的一侧设置有管路201，管路201与上模1和下模2形成的模腔相连通，管路201远离模具的一端与真空泵相连，管路201上设置有用于抽真空的真空阀门(真空泵和真空阀门在图中未显示)。

一种模具结构采用快速RTM工艺包括以下步骤：

步骤S1：将模具固定到压机上，将注胶机6通过注胶枪与胶道101连接、管路201远离模具的一端与真空泵进行连接；

步骤S2：打开压机和模具，将纤维预成型体2按要求放置到下模2的第一凹槽202底部，即上模1和下模2形成的模腔底部；

步骤S3：将导流块3卡入注胶口处的第二凹槽结构103内，安装完成后在第一导流板301底面与上模1内表面平齐；

步骤S4：合模；

将将上模1和下模2进行合模，此时第一凸起102位于第一凹槽202内，在密封胶条4的作用下上模1内表面与下模2内表面之间距离为8毫米，上模1内表面即为上模底面，下模2内表面即为下模上表面，因为本实施例中纤维预成型体5的厚度为3毫米，所以上模1与纤维预成型体5之间形成一个高度为5毫米的腔室7，腔室7位于模腔内，是模腔的一部分，此时，模具边沿的密封胶条4受到压缩，对模具内部的模腔进行密封；

步骤S5：抽真空；

打开管路201上的真空阀门使真空泵通过管路201与上腔室7相连通，真空泵5秒钟将腔室7内的空气抽走，腔室7内的真空度达到要求后关闭真空阀门；

步骤S6：注胶；

启动注胶机6将预热好的双组份的环氧树脂和固化剂及脱模剂混和后从通过胶道101和注胶口注入到模腔内，注射速度至少为50ml/秒，速度还可高达1000ml/秒，此时树脂从注胶口射出时会首先将导流块3从注胶口内向外推出，当导流块3底部接触到纤维预成型体5时就会受到阻挡而停在纤维预成型体5表面，此时3个定位柱302有一部分会卡在注胶口内，对导流块3起定位作用；从注胶口射出的树脂首先冲击到到第一导流板301上，在第一导流板301的作用下降低树脂流动力速度，同时在第一导流角304的作用下改变树脂的流动方向，树脂以水平方向向上30度角流动并与上模1的内表面进行撞击和摩擦，进一步降树脂低流动速度，树脂的流动方向由垂直于纤维铺设方向变为平行于纤维铺设方向；经过8秒共注射4000ml树脂填充在上模与1纤维预成型体5之间的腔室7内；

步骤S7：加压浸渍；

完成树脂注射后，开动压机对模具进行加压合模，压缩模腔空间，使得树脂浸入纤维预成型体5的纤维间隙中；当上模1和下模2的内表面之间的距离达到规定的制品厚度时停止运动，并使压机保持300吨的压力，此时树脂完全浸入纤维预成型体5；

步骤S8：固化；

树脂完全浸入纤维预成型体5后压机保压35秒，让树脂进行固化反应，树脂与纤维结合成复合材料零件；此时胶道101内的树脂固化形成胶柱；

步骤S9：脱模；

固化完成后打开模具，取出固化完成的复合材料零件和位于复合材料零件上的胶柱；

步骤S10：切割；

胶模后的复合材料零件背面上有由导流块3和注胶口内树脂形成的胶柱，此时可用切割工具将其切去；如产品边沿尺寸需要切割也可以在同一工位进行切割；注胶口内的树脂固化后会有较大尺寸的收缩，但由于第一导流板301隔开了其与纤维预成型体5内部树脂的联系，所以注胶口内的树脂固化形成的收缩不会影响到纤维预成型体5内部，也就不会在复合材料零件外表面形成缩痕；

步骤S11：检验入库；

对复合材料零件进行检验，检验合格后入库。

从步骤S2至S11所用的时间合称为复合材料零件的“成型时间”。

本实施例是根据上述步骤制作一个尺寸为1000×1000×4、纤维体积含量为50％的碳纤维增强环氧树脂复合材料零件，从将纤维预成型体放入模具到最后脱模，时间不到一分钟，所用时间短。

实施例2：

请参阅图7，本实施例中导流装置为第二导流板，上胶道101底部的注胶口处设置有与第二导流板相对应的第三凹槽结构，所述模具结构采用快速RTM工艺中的步骤S3为：第二导流板安装在纤维预成型体上与注胶口相对的位置，即第一导流板直接安装在纤维预成型体5上位于注胶口对面的位置；步骤S6中树脂从注胶口射出时会直接冲击到第二导流板上，其他模具结构和RTM工艺方法步骤与实施例1相同，本实施例中第一导流板可以胶粘或者缝在纤维预成型体5上但不局限于这种安装方式。向模腔内注胶时从注胶口射出的树脂冲击到第二导流板上，在第二导流板的作用下降低树脂流动力速度，本实施例中第二导流板上设置有第二导流角，第二导流角的角度为β，第二导流角的角度为β根据使用情况进行设置，β在0～180度之间。从注胶口射出的树脂首先冲击到第二导流板上，在第二导流板的作用下降低树脂流动力速度，同时在第二导流角的作用下改变树脂的流动方向，树脂以水平方向向上β度角流动并与上模1的内表面进行撞击和摩擦，进一步降树脂低流动速度，树脂的流动方向由垂直于纤维铺设方向变为平行于纤维铺设方向。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本实用新型技术方案范围内，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本实用新型技术方案的范围内。

Claims (7)

1.一种模具结构，其特征在于：包括上模、下模和导流装置，上模内设置有胶道且胶道底部为注胶口，上模和下模边沿处之间设置有密封胶条，合模时上模和下模挤压密封胶条且上模和下模之间形成一个模腔，密封胶条用于对模腔进行密封，纤维预成型体放置在模腔内，导流装置用于在向模腔内注胶时防止树脂直接喷射到纤维预成型体上从而对纤维预成型体进行保护。

2.根据权利要求1所述的一种模具结构，其特征在于：导流装置为导流块，注胶口处设置有与导流块相对应的第二凹槽结构，导流块安装在注胶口处的第二凹槽结构内。

3.根据权利要求2所述的一种模具结构，其特征在于：导流块包括第一导流板，导流块安装在注胶口处的第二凹槽结构内后第一导流板底面与上模内表面平齐，第一导流板一侧的侧面上设置有至少一个定位柱。

4.根据权利要求3所述的一种模具结构，其特征在于：第一导流板边缘处设置有用于改变树脂流向的第一导流角。

5.根据权利要求3所述的一种模具结构，其特征在于：第一导流板上设置有多个通孔。

6.根据权利要求1所述的一种模具结构，其特征在于：导流装置为第二导流板，第二导流板设置在纤维预成型体上与注胶口相对的位置，向模腔内注胶时树脂冲刷在第二导流板上从而对纤维预成型体进行保护。

7.根据权利要求1所述的一种模具结构，其特征在于：下模的一侧设置有管路，管路与上模和下模形成的模腔相连通，管路远离模具的一端与真空泵相连且管路上设置有真空阀门。

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