一種復(fù)合材料成型件的模具及模壓成型方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明屬于復(fù)合材料成型模具領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 復(fù)合材料零組件固化成型需要加溫、加壓，一般采用單體模具（一面是實(shí)體模，另 一面是真空袋)確保壓實(shí)，比如復(fù)合材料蒙皮?，F(xiàn)有的復(fù)合材料加強(qiáng)框，有兩個(gè)型腔，位于腹 板面兩側(cè)，采用單體模無(wú)法實(shí)現(xiàn)真空袋加壓，需要采用組合模具?，F(xiàn)有的陽(yáng)模成型的組合模 具成型固化后，框緣外表面成橘皮褶皺，不能滿(mǎn)足裝配要求;原因是框緣比較厚;預(yù)浸料樹(shù) 脂含量較高；當(dāng)固化加壓由外向內(nèi)施加時(shí)，成環(huán)向鋪放的纖維向陽(yáng)模移動(dòng)，從而產(chǎn)生纖維屈 曲，真空袋不能產(chǎn)生均勻壓實(shí)效果，造成固化后出現(xiàn)褶皺。為此需要采用陰模，用硅橡膠由 內(nèi)向外加壓框緣內(nèi)表面，成型效果是框緣外表面是光滑的，但內(nèi)表面比較粗糙，厚度不均 勻;如果內(nèi)外表面都有裝配要求(均為裝配面）；則硅膠模壓技術(shù)不能滿(mǎn)足此要求。如果想獲 得內(nèi)外表面都光滑的復(fù)合材料框，可以采用RTM或金屬模壓;RTM是一種液體樹(shù)脂注塑、纖維 浸漬及模塑加溫固化技術(shù)，缺點(diǎn)是固化壓力低，只能用于低載荷結(jié)構(gòu);金屬模壓是陰陽(yáng)模均 為金屬模塊，缺點(diǎn)是合模困難，特別是對(duì)環(huán)形閉合件，這是因?yàn)轭A(yù)浸料鋪層厚度要比最終固 化厚度大，所以陰模模合攏困難，在陰模相鄰模塊間經(jīng)常出現(xiàn)夾布現(xiàn)象。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 發(fā)明的目的
[0004] 現(xiàn)有金屬壓模的陰陽(yáng)模塊采用相同的金屬材料，內(nèi)外模塊之間的間隙就是產(chǎn)品理 論厚度，即固化厚度，此厚度小于鋪層厚度(合模前剛鋪放完的厚度），因此陰模環(huán)向合模非 常困難;為解決合模困難就需要加大模腔間隙即陰陽(yáng)模的間隙，需要發(fā)明一種金屬模壓結(jié) 構(gòu)，解決陰模合模困難問(wèn)題。
[0005] 技術(shù)方案
[0006] 提供一種模具，特別是復(fù)合材料成型件的模具，包括陰模和陽(yáng)模，所述的陰模和陽(yáng) 模的材質(zhì)不同，陰模為熱膨脹系數(shù)小于陽(yáng)模熱膨脹系數(shù)，且陰模熱膨脹系數(shù)與陽(yáng)模的熱膨 脹系數(shù)的比值為1:13~1:11。
[0007] 提供一種復(fù)合材料成型件的模壓成型方法，包括如下步驟：
[0008] 步驟1、模具制備
[0009] 用CATIA建模軟件獲得成型件的模型，并根據(jù)成型件的模型和縮比系數(shù)公式計(jì)算 出陰模模具模型和陽(yáng)模模具模型，之后根據(jù)陰模模具模型和陽(yáng)模模具模型分別加工出陰模 模具和陽(yáng)模模具，所述縮比系數(shù)公式為：

[0011] λ為縮比系數(shù);α。為成型件材料的平均熱膨脹系數(shù);am為模具材料的熱膨脹系數(shù)；Δ T為固化溫度與室溫的溫差;所述的陰模的熱膨脹系數(shù)小于陽(yáng)模熱膨脹系數(shù)，且陰模熱膨脹 系數(shù)與陽(yáng)模的熱膨脹系數(shù)的比值為1:13~1:11;
[0012]步驟2、模具使用
[0013] 將復(fù)合材料預(yù)浸料鋪放到陽(yáng)模上，再將陰模合攏，并用真空袋密封整個(gè)模具，之后 對(duì)密封
[0014] 模具加熱固化，固化后冷卻脫模得到復(fù)合材料成型件。
[0015] 為加大常溫狀態(tài)下模具間隙，陰模采用熱膨脹系數(shù)小的金屬材料，陽(yáng)模采用熱膨 脹系數(shù)大的金屬材料；為確保固化溫度下模具處于正確的產(chǎn)品尺寸（陽(yáng)模形狀和陰模形 狀），需要將陰陽(yáng)模分別按各自的縮比系數(shù)縮小模具的常溫尺寸；陰模尺寸縮量小，陽(yáng)模尺 寸縮量大，于是陰陽(yáng)模的常溫間隙加大了；當(dāng)固化升溫時(shí)，陽(yáng)模膨脹量大，模腔間隙縮小，鋪 層被壓向陰模，出現(xiàn)了金屬膨脹模壓效果。目前最好的陰模材料是因瓦鋼（INVAR)，熱膨脹 系數(shù)為1 · 7~2 X 10-^C-1;陽(yáng)模材料為鋁合金23 ·4~24 · 8 X 10-61^(20~200°C)。
[0016] 技術(shù)效果
[0017] 復(fù)合材料預(yù)浸料由人工鋪放到陽(yáng)模上，鋪層厚度向外積累，鋪層厚度一般會(huì)大于 產(chǎn)品理論厚度，因此陰模合模非常困難;為了解決陰模合模困難，必須加大陰陽(yáng)模之間的間 隙，以利于合模。人工鋪層和合模是在室溫完成的，因此必須加大室溫下陰陽(yáng)模的間隙。間 隙增加量A G取決于模具材料的熱膨脹系數(shù)、產(chǎn)品尺寸L和固化溫度T。。固化加壓主要由陽(yáng) 模熱膨脹由內(nèi)向外的擠壓產(chǎn)生的，形成金屬熱膨脹加壓效果。固化結(jié)束后，模具開(kāi)始降溫 時(shí)，陽(yáng)模收縮量大;而鋪層已經(jīng)固化變成了復(fù)合材料，由于復(fù)合材料熱膨脹系數(shù)低，復(fù)合材 料產(chǎn)品收縮量小，因此陽(yáng)模與產(chǎn)品之間會(huì)脫開(kāi)，出現(xiàn)自動(dòng)脫模效果。
【具體實(shí)施方式】
[0018] 提供一種模具，特別是復(fù)合材料成型件的模具，包括陰模和陽(yáng)模，所述的陰模和陽(yáng) 模的材質(zhì)不同，陰模為熱膨脹系數(shù)小于陽(yáng)模熱膨脹系數(shù)，且陰模熱膨脹系數(shù)與陽(yáng)模的熱膨 脹系數(shù)的比值為1:13~1:11。
[0019] 提供一種復(fù)合材料成型件的模壓成型方法，包括如下步驟：
[0020] 步驟1、模具制備
[0021] 用CATIA建模軟件獲得成型件的模型，并根據(jù)成型件的模型和縮比系數(shù)公式計(jì)算 出陰模模具模型和陽(yáng)模模具模型，之后根據(jù)陰模模具模型和陽(yáng)模模具模型分別加工出陰模 模具和陽(yáng)模模具，所述縮比系數(shù)公式為：

[0023] λ為縮比系數(shù);α。為成型件材料的平均熱膨脹系數(shù);am為模具材料的熱膨脹系數(shù)；Δ T為固化溫度與室溫的溫差;所述的陰模的熱膨脹系數(shù)小于陽(yáng)模熱膨脹系數(shù)，且陰模熱膨脹 系數(shù)與陽(yáng)模的熱膨脹系數(shù)的比值為1:13~1:11;
[0024]步驟2、模具使用
[0025]將復(fù)合材料預(yù)浸料鋪放到陽(yáng)模上，再將陰模合攏，并用真空袋密封整個(gè)模具，之后 對(duì)密封模具加熱固化，固化后冷卻脫模得到復(fù)合材料成型件。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種模具，特別是復(fù)合材料成型件的模具，包括陰模和陽(yáng)模，所述的陰模和陽(yáng)模的材 質(zhì)不同，陰模為熱膨脹系數(shù)小于陽(yáng)模熱膨脹系數(shù)，且陰模熱膨脹系數(shù)與陽(yáng)模的熱膨脹系數(shù) 的比值為1:13~1:11。2. -種復(fù)合材料成型件的模壓成型方法，包括如下步驟： 步驟1、模具制備 用CATIA建模軟件獲得成型件的模型，并根據(jù)成型件的模型和縮比系數(shù)公式計(jì)算出陰 模模具模型和陽(yáng)模模具模型，之后根據(jù)陰模模具模型和陽(yáng)模模具模型分別加工出陰模模具 和陽(yáng)模模具，所述縮比系數(shù)公式為：λ為縮比系數(shù);α。為成型件材料的平均熱膨脹系數(shù);am為模具材料的熱膨脹系數(shù)；ΔΤ為 固化溫度與室溫的溫差;所述的陰模的熱膨脹系數(shù)小于陽(yáng)模熱膨脹系數(shù)，且陰模熱膨脹系 數(shù)與陽(yáng)模的熱膨脹系數(shù)的比值為1:13~1:11; 步驟2、模具使用 將復(fù)合材料預(yù)浸料鋪放到陽(yáng)模上，再將陰模合攏，并用真空袋密封整個(gè)模具，之后對(duì)密 封模具加熱固化，固化后冷卻脫模得到復(fù)合材料成型件。
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及一種復(fù)合材料成型件的模具及模壓成型方法，本發(fā)明技術(shù)的特點(diǎn)是加大陰陽(yáng)模之間的間隙，大于產(chǎn)品理論厚度；陰模采用熱膨脹系數(shù)地的材料，例如因瓦鋼；陽(yáng)模采用熱膨脹系數(shù)大的材料，例如鋁合金；為確保固化溫度下模具處于正確的產(chǎn)品尺寸(陽(yáng)模形狀和陰模形狀)，需要將陰陽(yáng)模分別按各自的縮比系數(shù)縮小模具的常溫尺寸；陰模尺寸縮量小，陽(yáng)模尺寸縮量大，于是陰陽(yáng)模的常溫間隙加大了；當(dāng)固化升溫時(shí)，陽(yáng)模膨脹量大，模腔間隙縮小，鋪層被壓向陰模，出現(xiàn)了金屬膨脹模壓效果。固化結(jié)束后，模具開(kāi)始降溫時(shí)，陽(yáng)模收縮量大；而鋪層已經(jīng)固化變成了復(fù)合材料，由于復(fù)合材料熱膨脹系數(shù)低，復(fù)合材料產(chǎn)品收縮量小，因此陽(yáng)模與產(chǎn)品之間會(huì)脫開(kāi)，出現(xiàn)自動(dòng)脫模效果。
【IPC分類(lèi)】B29C70/44, B29C33/44
【公開(kāi)號(hào)】CN105711110
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201610201423
【發(fā)明人】岳旭
【申請(qǐng)人】哈爾濱飛機(jī)工業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司