CN218365947U - 一种单向纤维扇形件成型装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种单向纤维扇形件成型装置，包括扇形件，扇形件包括外包层和位于外包层内的多个扇片；还包括：用于成型扇片的第一模具以及用于成型扇形件的第二模具或第三模具；第一模具包括上模、中框和下模，中框上设有多个成型槽，上模上设有多个上模凸台，下模上设有多个下模凸台，上模凸台、下模凸台和成型槽配合形成扇片成型区。本申请通过将扇形件分成扇片和外包层，设计用于成型扇片的第一模具，扇片成型后结合外包层在第二模具或第三模具中成型成扇形件，通过分别成型的形式，有效保证成型过程中单向纤维不出现褶皱屈曲。

Description

一种单向纤维扇形件成型装置

技术领域

本实用新型涉及纤维件辅助成型技术领域，具体涉及一种单向纤维扇形件成型装置。

背景技术

应国内市场需求，为追求更轻质、更高强度的性能，各大产品由原金属材质转为碳纤维复合材料。由于金属具有各项同性的特点，所以无论是CNC加工、压滚、模压等何种物理加工成型方式，都不会影响金属性能，但碳纤维复合材料是由树脂与碳纤维结合而成，不同于金属材料，其纤维方向、编制方式、树脂成分、成型方式等都会影响性能。

所以，有些碳纤维复合材料件会在设计阶段要求碳纤维的纤维方向、编制方式及树脂成分，成型工艺则由这些信息制定。比如，按照结构设计，如图1所示的扇形制件要求使用单向碳纤维，且纤维不得褶皱屈曲，这一要求给成型增加了难度，碳纤维制件成型需要温度与压力，而压力施加不当易造成单向碳纤维扭曲变形。

如何设计一种装置能够生产单向碳纤维扇形制件，是我们需要解决的问题。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种单向纤维扇形件成型装置，以解决现有技术中扇形件成型过程中易造成单向碳纤维扭曲变形的问题。

为达到上述目的，本实用新型是采用下述技术方案实现的：

一种单向纤维扇形件成型装置，包括扇形件，扇形件包括外包层和位于所述外包层内的多个扇片，还包括：

用于成型所述扇片的第一模具以及用于成型扇形件的第二模具或第三模具；

所述第一模具包括上模、中框和下模，所述中框上设有多个成型槽，所述上模上设有多个上模凸台，所述下模上设有多个下模凸台，所述上模凸台、下模凸台和成型槽配合形成扇片成型区。

进一步地，所述成型槽的长度大于所述扇片长度的二倍，所述成型槽的个数至少为扇形件中扇片个数的二分之一。

进一步地，所述中框的顶面设有和所述上模的定位孔相适配的定位销，所述中框的底面设有和所述下模的定位孔相适配的定位销。

进一步地，所述上模和下模上均连接有把手。

进一步地，所述上模、中框和下模通过螺栓连接。

进一步地，所述第一模具还包括脱模块，所述脱模块上设有和所述扇片成型区相适配的脱模面。

进一步地，所述第二模具包括固定底座和铰链机构，所述固定底座顶面设有扇形件成型槽；

铰链机构包括压板件和位于所述扇形件成型槽上方的固定轴心，所述压板件的中间部和所述固定轴心相连接；

所述压板件转动，压板件的底端和扇形件成型槽配合以成型扇形件。

进一步地，所述扇形件成型槽的形状为圆心角为120°的扇形。

进一步地，所述第三模具包括第三上模、第三下模和侧滑块；

所述第三下模的型腔面两端安装有和扇形件截面形状相同的限位板，所述第三上模的型腔中间部连接有用于成型扇形件内圆面的上压块；

所述侧滑块的下端面和所述第三下模的型腔面滑动连接，所述侧滑块的上端面和第三上模的型腔两侧部相配合。

进一步地，还包括侧挡块，所述侧挡块连接在所述第三下模的两端，对限位板及侧滑块进行限位。

根据上述技术方案，本实用新型的实施例至少具有以下效果：

1、本申请通过将扇形件分成扇片和外包层，设计用于成型扇片的第一模具，扇片成型后结合外包层在第二模具或第三模具中成型成扇形件，通过分别成型的形式，有效保证成型过程中单向纤维不会出现褶皱屈曲；

2、本申请的第一模具在成型扇片时，上模下模合模，上模凸台和下模凸台插入至成型槽的上下两端即可形成生产扇片的扇片成型区，模具结构简单，可方便、高效的生产出扇片。

附图说明

图1为背景技术中扇形件的示意图；

图2为本申请中扇形件的具体结构示意图；

图3为本实用新型中扇片的结构示意图；

图4为本实用新型第一模具的结构示意图；

图5为图4中上模的结构示意图；

图6为图4中下模的结构示意图；

图7为本实用新型中上模下模合模的示意图；

图8为本实用新型中框的结构示意图；

图9为本实用新型脱模块工作的示意图；

图10为本实用新型合模时螺栓加压的示意图；

图11为本实用新型第二模具的结构示意图；

图12为本实用新型中第三模具的结构示意图；

图13为图12合模时的截面示意图。

其中：1、扇形件；11、扇片；12、外包层；2、第一模具；21、上模；211、上模凸台；22、中框；221、成型槽；23、下模；231、下模凸台；24、脱模块；3、第二模具；31、固定底座；32、压板件；33、固定轴心；4、第三模具；41、第三上模；42、侧滑块；43、上压块；44、限位板；45、侧挡块；46、第三下模。

具体实施方式

为使本实用新型实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本实用新型。

需要说明的是，在本实用新型的描述中，术语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”、“下”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图中所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型而不是要求本实用新型必须以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。本实用新型描述中使用的术语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”、“下”指的是附图中的方向，术语“内”、“外”分别指的是朝向或远离特定部件几何中心的方向。

本申请为保证扇形件纤维方向不产生褶皱屈曲，将制件拆解为如图2所示的结构，由若干小扇片11和用于包裹小扇片11的外包层12，每两个小扇片11之间通过胶膜固化连接，小扇片11最外边两侧及弧形面和外包层12之间通过胶膜固化连接。然后设模具，具体的，模具包括用于成型扇片11的第一模具2以及用于成型扇形件1的第二模具3或第三模具4；通过先成型扇片在成型扇形件的形式，有效的保证了成型过程中单向纤维不出现褶皱屈曲。

一种单向纤维扇形件成型装置，包括扇形件1，扇形件1包括外包层12和位于外包层12内的多个扇片11；还包括：用于成型扇片11的第一模具2以及用于成型扇形件1的第二模具3或第三模具4；第一模具2包括上模21、中框22和下模23，中框22上设有多个成型槽221，上模21上设有多个上模凸台211，下模23上设有多个下模凸台231，上模凸台211、下模凸台231和成型槽221配合形成扇片成型区。

本申请通过将扇形件分成扇片和外包层，设计用于成型扇片的第一模具，扇片成型后结合外包层在第二模具或第三模具中成型成扇形件，通过分别成型的形式，有效保证成型过程中单向纤维不出现褶皱屈曲。

下面对第一模具2、第二模具3和第三模具4进行分别说明。

由于扇形件被切分为若干小扇形件，小扇形件角度尺寸极小，如图3所示理论弧形面与平面仅仅相差几丝（0.0X毫米），可忽略不计，故将小扇形上下弧形面皆拉为平面，以此简化模具结构，降低加工成本。第一模具2结构如图4至图10所示，主要由上模21、中框22和下模23组成。

上、下模结构类似，如图4至图6所示，皆为凸台平板上加T型凸台结构，凸台尺寸完全一致。具体的，上模21上设有多个上模凸台211，下模23上设有多个下模凸台231。上、下模的区别仅在于上模为螺栓所在位置的孔为过孔，下模为螺纹孔。上、下模侧边焊接把手便于人工搬运。

中框22结构如图8所示，中框22上设有多个成型槽221，与上下模凸台结构配合形成小扇形制件成型区。

在一些进一步地实施例中，为了便于上模21和下模23合模时的准确，在中框22的顶面设有和上模21的定位孔相适配的定位销，中框22的底面设有和下模23的定位孔相适配的定位销。合模时将中框22的定位销对准下模23上的定位孔，上模21上的定位孔插入至中框22的定位销上，可实现三者的连接。

本模具不仅限于适用压机合模的模压工艺，还适用热压罐袋压工艺、烘箱成型工艺。当采用模压工艺时，上、下模和中框直接合模即可，当采用热压罐工艺时，只需给模具打全袋即可，当不准备使用热压罐，当仅使用烘箱加压不制袋时，可如图10所示，在合模后，利用下模的螺栓孔拧上螺栓、垫片及弹簧，利用弹簧压缩产生的力持续给制件加压。由于模压时间最短，成本最低，优选模压成型，但生产如有热压罐/烘箱使用任务，亦可作为随炉件蹭罐子成型制件。

扇片制件固化成型后，会卡在中框型腔中间，仅需取下中框，使用如图9所示的脱模块24，脱模块24上设有和扇片成型区相适配的脱模面，通过脱模块轻轻一敲即可脱模。

在某一具体的实施例中，扇形件长50mm，分成11个扇片。在该实施例中，第一模具2的型腔做成110mm长，一模六腔，固化一次得到6件110mm长的小扇形件，对半切断后，即足够制造一件扇片。如需提高一次性成型的件数，可做一模更多腔或多套模具一起上压机合模固化。

该模具成型扇片时，扇片铺贴预浸料为水平放置，单向碳纤维轴向不会受力屈曲；上模凸台整条向下压，单向碳纤维径向受力均匀，成型后纤维清晰均匀。

第二模具如图11所示，第二模具3包括固定底座31和铰链机构，固定底座31顶面设有扇形件成型槽；铰链机构包括压板件32和位于扇形件成型槽上方的固定轴心33，压板件32有两个，两个压板件32的中间部和固定轴心33相连接，两个压板件相对称。

成型扇形件1时，对压板件32的顶端施加压力，使压板件32绕固定轴心33转动，压板件32的底端旋转挤压制件，给制件施加压力，从而固化成型处扇形件1。

进一步地，扇形件成型槽的形状为圆心角为120°的扇形，能够保证成型出合格的扇形件。

第三模具如图12至图13所示，该方案不需要计算压机下行距离，也不需要高精度配合。第三模具4包括第三上模41、第三下模46、侧滑块42、上压块43和限位板44。

第三下模46型腔为180°的半圆，侧滑块42如图13所示，下端为圆弧面，与下模型腔面贴合，上端与第三上模16的M型的型腔贴合；上压块43下端面为圆弧面，为扇形件内圆成型面，也是限位面，避免侧滑块42侧向挤压导致扇片向轴心方向攒动。限位板44放置在第三下模46的型腔内，限位板44与扇形件截面形状相同，扇形件的角度精度由该限位板44精度保证。

在一些进一步地实施例中，还设计侧挡块45，侧挡块45安装在第三下模46前后两端，用于定位与制件截面同形状的限位板44，同时避免侧滑块42及限位板44从端面跑出。

使用时，扇片11与胶膜间隔着拼装好后包上外包层12，放入第三下模型腔，放入侧滑块42及上压块43。上压块43如图12所示，用螺栓和弹簧垫片安装在侧挡块45上，接着可以制袋来预压实，也可不做预压实，直接利用上下模之间的2个定位销定位合模，此时，由于预浸料及胶膜厚度偏大，上下模暂未合到位，存在合模间隙。放置到压机上持续加压加热，压机压力如图13所示，通过第三上模将压力传给侧滑块42与上压块43，再传递到扇形件上，使得胶膜融化，预制体体积慢慢缩小，最终上下模合到位，带动内部侧滑块42与上压块43皆合模到位，各个小扇形片与外包层胶接固化成一体。

该模具同第一模具，不仅适用于模压工艺成型扇形件，也可使用热压罐制袋工艺成型制件、用烘箱加弹簧和螺栓成型制件。该模具的第三下模上端面有4个螺栓孔和2个销孔，2个销孔起定位左右，用于保证上、下模之间的相对位置关系，四个角上的4个螺栓孔可安装螺栓、垫片及弹簧加压，安装方式同第一成型模具。

该模具成型扇形片件时，由于受力方向主要为侧滑块42挤压方向，且侧滑块42整条施压，受力均匀，外包层12虽也是单向碳纤维，也并不屈曲，加上小扇片11已成型，扇形件1整体纤维方向皆不会出现屈曲。

在另外一个实施例中，该套成型模具也可直接成型扇形件，但成型工艺过程需适当修改，不需要先成型小扇片→二次胶接和共胶接，但在铺贴阶段，预浸料每铺几层则需预抽一下，以避免预浸料散开，最后将其放入模具型腔，上压块不需要再用螺栓与侧挡块连接，且上模与上压块贴合面需增加小间隙，以保证合模固化过程中，侧滑块先给制件环向施压，上压块再径向施压。但由于预制体内外圆面纤维参差不齐，加压后会有弯曲，故内外圆需留有加工余量，切除纤维屈曲的部分。

本申请能够确保制件净尺寸区域单向纤维不出现褶皱屈曲、模具结构简单，制造成本低，且可批量成型，效率高；能够确保制件净尺寸区域单向纤维不出现褶皱屈曲；该装置多种成型工艺适用，不局限于使用压机加压，还能用于热压罐打袋加压或适当改制后可使用弹簧/螺栓加压。

由技术常识可知，本实用新型可以通过其它的不脱离其精神实质或必要特征的实施方案来实现。因此，上述公开的实施方案，就各方面而言，都只是举例说明，并不是仅有的。所有在本实用新型范围内或在等同于本实用新型的范围内的改变均被本实用新型包含。

Claims (10)

1.一种单向纤维扇形件成型装置，其特征在于，包括扇形件（1），所述扇形件（1）包括外包层（12）和位于所述外包层（12）内的多个扇片（11）；

还包括：用于成型所述扇片（11）的第一模具（2）以及用于成型扇形件（1）的第二模具（3）或第三模具（4）；

所述第一模具（2）包括上模（21）、中框（22）和下模（23），所述中框（22）上设有多个成型槽（221），所述上模（21）上设有多个上模凸台（211），所述下模（23）上设有多个下模凸台（231），所述上模凸台（211）、下模凸台（231）和成型槽（221）配合形成扇片成型区。

2.根据权利要求1所述的单向纤维扇形件成型装置，其特征在于，所述成型槽（221）的长度大于所述扇片（11）长度的二倍，所述成型槽（221）的个数至少为扇形件（1）中扇片（11）个数的二分之一。

3.根据权利要求1所述的单向纤维扇形件成型装置，其特征在于，所述中框（22）的顶面设有和所述上模（21）的定位孔相适配的定位销，所述中框（22）的底面设有和所述下模（23）的定位孔相适配的定位销。

4.根据权利要求1所述的单向纤维扇形件成型装置，其特征在于，所述上模（21）和下模（23）上均连接有把手。

5.根据权利要求1所述的单向纤维扇形件成型装置，其特征在于，所述上模（21）、中框（22）和下模（23）通过螺栓连接。

6.根据权利要求1所述的单向纤维扇形件成型装置，其特征在于，所述第一模具（2）还包括脱模块（24），所述脱模块（24）上设有和所述扇片成型区相适配的脱模面。

7.根据权利要求1所述的单向纤维扇形件成型装置，其特征在于，所述第二模具（3）包括固定底座（31）和铰链机构，所述固定底座（31）顶面设有扇形件成型槽；

铰链机构包括压板件（32）和位于所述扇形件成型槽上方的固定轴心（33），所述压板件（32）的中间部和所述固定轴心（33）相连接；

所述压板件（32）转动，压板件（32）的底端和扇形件成型槽配合以成型扇形件（1）。

8.根据权利要求7所述的单向纤维扇形件成型装置，其特征在于，所述扇形件成型槽的形状为圆心角为120°的扇形。

9.根据权利要求1所述的单向纤维扇形件成型装置，其特征在于，所述第三模具（4）包括第三上模（41）、第三下模（46）和侧滑块（42）；

所述第三下模（46）的型腔面两端安装有和扇形件（1）截面形状相同的限位板（44），所述第三上模（41）的型腔中间部连接有用于成型扇形件（1）内圆面的上压块（43）；

所述侧滑块（42）的下端面和所述第三下模（46）的型腔面滑动连接，所述侧滑块（42）的上端面和第三上模（41）的型腔两侧部相配合。

10.根据权利要求9所述的单向纤维扇形件成型装置，其特征在于，还包括侧挡块（45），所述侧挡块（45）连接在所述第三下模（46）的两端，对限位板（44）及侧滑块（42）进行限位。

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