一種成型模具及使用該模具制造成型制件的方法

專利名稱：一種成型模具及使用該模具制造成型制件的方法
技術領域：
本發明屬于成型模具技術領域，具體涉及一種成型模具及制造成型制件的方法。
背景技術：
現在的成型模具仍然存在諸多問題，例如不容易組裝和/或加壓、脫粘、疏松以及質量不穩定等問題，尤其是使用先進復合材料(Advanced Composites Material)來制造復合材料制件時所使用的成型模具，上述問題尤其突出。所謂先進復合材料，是指可用于加工主承力結構和次承力結構、其剛度和強度性能相當于或超過鋁合金的復合材料。先進復合材料具有質量輕、比強度較高、比模量較高、 延展性較好、抗腐蝕、隔熱、隔音、減震、耐高(低)溫等特點，已被大量運用到航空航天、醫學、機械、建筑等領域。尤其是先進復合材料具有高比強度、高比模量的特點，在滿足結構強度和剛度的前提下能夠減輕航空航天器械的重量，因而已逐步取代金屬材料在包括航空航天領域在內的各個領域中得到廣泛應用。在利用先進復合材料的過程中，經常需要將先進復合材料制造成各種復合材料制件。對于結構復雜的復合材料制件，可以采用RTM(ReSin Transfer Molding，樹脂傳遞成型)和熱壓罐工藝。一般RTM工藝采用共固化成型技術，而熱壓罐工藝基本是采用零件單獨成型然后膠接固化。目前，RTM工藝存在主要存在如下問題(1)樹脂對纖維的浸滯不夠理想，制品里存在空隙率較高和/或干纖維的現象；( 制品的纖維含量較低，一般為約50% ； (3)大面積、結構復雜的模具型腔內，樹脂流動不均衡，而這個動態過程無法觀察、更不能進行預測和控制。與RTM工藝相比，熱壓罐工藝具有如下優點(1)生產效率高，制品質量穩定且強度高，制品致密性高。( 熱壓罐可同時加熱加壓，其施加的壓力通常為2 3個大氣壓，這使得在熱壓罐中成型的制品具有更高的致密度，其強度性能更好，因而更適合于主結構件的成型。但是，目前的熱壓罐工藝也存在一些問題，例如(1)生產工藝成本高，熱壓罐本身成本遠高于熱壓機、烘箱等成型設備；(2)熱壓罐工藝復雜，真空系統在罐內操作性較差。如上所述，熱壓罐工藝基本是采用零件單獨成型然后膠接固化。一般的復合材料制件都是由多個單獨的復合材料制件完成后再膠接成型。在膠接固化時，為了保證膠接后的強度，膠接一般都是在中高溫條件下進行，這樣復合材料零件就會有一個加速老化的問題產生，對復合材料零件的性能會有一定的損傷。 這是因為同一個力學松弛現象既可以在較高溫度下利用較短時間內觀察到，也可以在較低溫度下和較長時間內觀察到，故升高溫度與延長觀察時間對分子運動是等效的，這就是時-溫等效原理。復合材料的膠接每多經過一次高溫狀態，就相當于復合材料在常溫下經過了較長時間，所以說二次膠接會加速老化。另外，在例如熱壓罐成型技術中所使用的模具，在采用橡膠軟模存在以下問題
3(1)預浸料中的小分子較難排盡，產品易產生疏松及孔隙率缺陷；( 橡膠軟模是作為壓力源使用的，由于橡膠模較厚，尤其在角區，膨脹能力與其他區域存在差異，不能使倒T結構和蒙皮平板完全貼合，導致出現脫粘、疏松現象；(3)橡膠軟模在加熱過程中，因熱傳導問題，導致制件加熱固化不定因素增多，引起固化后質量不穩定。

發明內容
鑒于上述問題，本發明提供了一種的模具及使用方法，其中采用如下技術方案來實現1. 一種模具，所述模具包括如下部件底模、至少兩個擋塊、和蓋板，所述至少兩個擋塊間隔開地布置在所述底模上，從而在相鄰擋塊之間形成空間，所述蓋板橫跨地布置在所述相鄰擋塊上面，其特征在于，所述模具還包括布置在所述空間中的具有第一斜面的第一壓塊和具有第二斜面的第二壓塊，所述相鄰擋塊中的一個擋塊、所述第一壓塊、所述蓋板和底模限定型腔，并且所述第一斜面和所述第二斜面彼此貼合，使得所述第二壓塊能夠與所述第一壓塊彼此貼合地沿著所述第一斜面上下移動。2.如技術方案1所述的模具，其特征在于，所述模具的至少一個部件由金屬材料制成。3.如技術方案2所述的模具，其特征在于，所述模具的所有部件均由金屬材料制成。4.如技術方案1至3任一項所述的模具，其特征在于，所述擋塊固定地連接至所述底模。5.如技術方案1至4任一項所述的模具，其特征在于，所述模具用于制備倒T型結構制件，并且所述第一壓塊超出所述倒T型結構制件的與所述第一壓塊相接觸的底部分支，并且與擋塊有一定距離。6.如技術方案5所述的模具，其特征在于，所述第一壓塊超出所述底部分支的尺寸dl為2mm，距擋塊的尺寸d2為Imm至3mm。7. 一種壓模成型制件的制造方法，其特征在于，所述方法采用技術方案1至6任一項所述的模具。8.如技術方案7所述的方法，其特征在于，所述方法包括如下步驟(1)模具組裝和加料步驟；(2)模具封裝步驟；和(3)固化和脫模步驟。9.如技術方案7或8所述的方法，其特征在于，所述模具組裝和加料步驟包括預浸料鋪層步驟和模具組裝步驟。10.如技術方案7至9任一項所述的方法，其特征在于，在所述預浸料鋪層步驟和所述模具組裝步驟之間還包括預壓實步驟。11.如技術方案7至10任一項所述的方法，其特征在于，所述封裝步驟按如下方式進行在經組裝后的所述模具周圍貼密封膠條，并在所述模具上方依次放置無孔膜、透氣氈、真空袋，將所述模具封裝。
12.如技術方案7至11任一項所述的方法，其特征在于，所述固化和脫模步驟按如下方式進行根據制件材料的固化工藝在熱壓罐中將經封裝的所述模具進行相應的升溫固化過程和降溫脫模過程。13.如技術方案7至12任一項所述的方法，其特征在于，所述方法在所述固化和脫模步驟之后還包括修整步驟。14.如技術方案7至13任一項所述的方法，其特征在于，所述壓模成型制件為平板結構制件。15.如技術方案7至13任一項所述的方法，其特征在于，所述壓模成型制件為倒T 型結構制件。16.如技術方案15所述的方法，其特征在于，所述預浸料鋪層步驟采用如下方式進行在所述底模上進行平板結構預浸料的鋪層，并在所述相鄰擋塊上進行倒T型結構預浸料的鋪層；所述預壓實步驟在預浸料鋪到規定層數后進行；所述模具組裝步驟采用如下方式進行將經鋪層并壓實的所述平板結構預浸料放置在所述底模上，然后在所述平板結構預浸料上放置所述相鄰擋塊的第一擋塊，接著放置經鋪層并壓實的所述倒T型結構預浸料，再放置所述相鄰擋塊的第二擋塊，然后依次將所述第一壓塊和所述第二壓塊放入到所述倒T型結構預浸料和所述第二擋塊之間，最后將所述蓋板橫跨地布置在所述相鄰擋塊上通過本發明的模具可以在例如熱壓罐中成型出共固化結構的復合材料制件，成型后的產品外觀、尺寸以及無損檢測都能滿足設計要求，同時，本發明的模具不采用硅橡膠軟模，克服了利用硅橡膠的熱膨脹實現對倒T型結構的加壓以共固化所帶來的產品合格率不高的問題，從而可以在熱壓罐中成型出例如共固化結構的復合材料制件。


圖1是根據本發明的一個實施方式的模具的剖視圖；圖2是圖1所示的剖視圖的局部放大圖；圖3是根據本發明的實施方式的模具的左視圖；圖4是根據本發明的一個實施方式的第一壓塊的視圖；和圖5是根據本發明的一個實施方式的第二壓塊的視圖。
具體實施例方式下面參照附圖詳細地描述本發明的示例性實施方式。需要指出的是，在本發明中參考的方向，例如上表面、下表面、左側、右側、左、右、 上、下等術語是參考附圖中所示的零件取向和方位來描述的。當零件取向和方位發生改變時，這些表示方向的術語也相應地發生改變。采用這些術語(包括在權利要求書中)只是為了方便理解本發明，并不是為了對本發明進行任何限制。如上所述，本發明提供了一種模具和使用所述模具來制造壓模成型制件的方法。在本發明的第一方面，提供了一種模具，所述模具包括如下部件底模1、至少兩個擋塊2、3、和蓋板5，所述至少兩個擋塊間隔開地布置在所述底模1上，從而在相鄰擋塊之間形成空間，所述蓋板5橫跨地布置在所述相鄰擋塊上面，其特征在于，所述模具還包括布置在所述空間中的具有第一斜面16的第一壓塊6和具有第二斜面17的第二壓塊7，所述相鄰擋塊中的一個擋塊、所述第一壓塊6、所述蓋板5和底模1限定型腔，并且所述第一斜面16和所述第二斜面17彼此貼合，使得所述第二壓塊7能夠與所述第一壓塊6彼此貼合地沿著所述第一斜面16上下移動。在一些實施方式中，所述至少兩個擋塊僅包括位于所述底模1的左端的左端部擋塊2和位于底模1的右端的右端部擋塊3，所述相鄰擋塊即為該左端部擋塊2和右端部擋塊3。另外，所述端部擋塊2，3與底模1的連接方式沒有限制，可以例如固定地連接至所述底模1上，其中對固定的方式也沒有限制，可以采用例如銷子固定至所述底模1上。在一些實施方式中，所述至少兩個擋塊還包括位于底模1上并布置在所述左端部擋塊2和所述右端部擋塊3之間的中間擋塊4，所述中間擋塊4的數量可以根據需要增減， 例如可以為1個、2個、3個等。在需要制造片型結構制件時，所述中間擋塊4以與所述底模1相接觸的方式固定至所述底模1上，并且可以以與所述左端部擋塊2和所述右端部擋塊3相同的方式固定地連接至所述底模1上；在需要制造例如倒T型結構制件時，所述中間擋塊4布置成壓在例如經鋪層的預浸料上。另外，在一些實施方式中，所述模具的至少一個部件，例如所述底模1、擋塊2，3，
4、蓋板5、第一壓塊6、第二壓塊7中的至少一個部件由金屬材料制成，優選多個所述部件由金屬材料制成，最優選所有所述部件均由金屬材料制成。所述金屬材料可以根據需要進行選擇，例如在制件材料為T700/HD93復合材料的情況下，所述金屬材料優選為例如鋼45#。另外，在一些實施方式中，所述模具用于制備倒T型結構制件，并且當制件材料為例如蓬松材料時，所述第一壓塊6超出所述倒T型結構制件的與所述第一壓塊6相接觸的底部分支，以便更好地控制制件材料尺寸，與擋塊之間有一定距離是為了更好的安放壓塊。 在一些實施方式中，所述第一壓塊6與擋塊4之間的距離d2，所述距離d2可以為Imm至 3mm,例如為 1mm、1. 5mm、2mm、2. 5mm 或 3mm 等。在另一方面，本發明提供了一種壓模成型制件的制造方法，所述制造方法采用上文所述的模具進行，關于模具的具體特征，在此不再贅述。另外，在一些實施方式中，所述方法包括如下步驟(1)模具組裝和加料步驟；(2) 模具封裝步驟；和(3)固化和脫模步驟。當然，也可以根據需要增加其他的步驟。在一些實施方式中，所述模具組裝和加料步驟包括預浸料鋪層步驟和模具組裝步驟。當然，如果制件材料是無法鋪層時，也可以采用其他方式加料。另外，在一些實施方式中，在所述預浸料鋪層步驟和所述模具組裝步驟之間還包括預壓實步驟，該步驟在預浸料鋪到規定層數后進行。在本發明中，所述封裝步驟沒有特別限制，可以按如下方式進行在經組裝后的所述模具周圍貼密封膠條，并在所述模具上方依次放置無孔膜、透氣氈、真空袋，從而將所述模具封裝。另外，在一些實施方式中，所述固化和脫模步驟按如下方式進行根據制件材料的固化工藝在熱壓罐中將經封裝的所述模具進行相應的升溫固化過程和降溫脫模過程，固化的溫度根據制件材料等情況決定。
在一些實施方式中，所述方法還可以在所述固化和脫模步驟之后還包括修整步
馬聚ο可以采用本發明的模具制備各種制件，所述制件的形狀沒有特別的規定，例如所述制件可以為平板結構制件，或者可以為倒T型結構制件。在所述制件為利用先進復合材料制備倒T型結構制件的情況下，可以例如采用預浸料的形式進行鋪層，所述預浸料鋪層步驟采用如下方式進行在所述底模1上進行平板結構預浸料的鋪層，并在所述相鄰擋塊上進行倒T型結構預浸料的鋪層；所述預壓實步驟在預浸料鋪到規定層數后進行；所述模具組裝步驟采用如下方式進行將經鋪層并壓實的所述平板結構預浸料放置在所述底模1 上，然后在所述平板結構預浸料上放置所述相鄰擋塊的第一擋塊，接著放置經鋪層并壓實的所述倒τ型結構預浸料，再放置所述相鄰擋塊的第二擋塊，然后依次將所述第一壓塊6和所述第二壓塊7放入到所述倒T型結構預浸料和所述第二擋塊之間，最后將所述蓋板5橫跨地布置在所述相鄰擋塊上面。為了更好的理解本發明，下面以實施例的形式對本發明進行進一步的說明。在該實施例中，通過本發明的模具采用熱壓罐工藝制造一種共固化復合材料制件，所述模具包括底模1、產品P、左端部擋塊2和右端部擋塊3，兩個中間擋塊4，蓋板5和第一壓塊6和第二壓塊7。其中所述左端部擋塊2固定在底模1上，用來對倒T型結構制件的左側進行限位；所述右端部擋塊3也固定在底模1上，用來對倒T型結構制件的右側進行限位。制件材料為T700/HD03復合材料，所有模具的部件均為鋼45#。具體制造步驟為(1)預浸料鋪層在底模1上進行平板結構預浸料的鋪層；在所述左端部擋塊2和右端部擋塊3上進行倒T型結構預浸料的鋪層；(2)將預浸料鋪到規定層數后，進行預壓實；(3)模具組裝預壓實后，將平板預浸料放置在底板上，先在平板結構預浸料上放置左端部擋塊1，然后放置倒T型結構預浸料，然后放置放上第一中間擋塊3。然后，將第一壓塊6放入，然后將第二壓塊7以斜面相互貼合的方式放入。將蓋板置于所述第一壓塊6 和第二壓塊7的上面。按如上方式按順序放置好后面的倒T型結構預浸料，直到最好放上右端部擋塊3，并將所有擋塊用銷子固定在底模1上。(4)封裝如上所述組裝好模具后，在所述模具的周圍貼密封膠條，所述模具的上面依次放置無孔膜、透氣氈、真空袋，將模具封裝；(5)固化根據制件材料的固化工藝在熱壓罐中進行相應的升溫固化過程，最高固化溫度設定為180°C ；(6)脫模、修整按正常模式進行脫模、修整，從而完成了復合材料制件的成型。從上述實施例中不難看出，本發明的模具利用第一壓塊6、第二壓塊7和蓋板5的組合，并利用第二擋塊2固定在底模1上，用來對倒T型結構的左側進行限位；還將第二擋塊3也固定在底模1上，用來對倒T型結構的右側進行限位。由于制件材料在固化前為蓬松結構，如果在固化前放置在模具中的中間擋塊4或第二擋塊3也采用和第二擋塊2 —樣的結構，那么復合材料的表面會扭曲變形。因此采用了第一壓塊6、第二壓塊7和蓋板5的組合方式，既方便復合材料預浸料的安裝，又利于復合材料成型時的加壓。通過本發明的模具可以在熱壓罐中成型出共固化結構的復合材料制件，成型后的產品外觀、尺寸以及無損檢測都能滿足設計要求。如果通過硅橡膠的熱膨脹來實現對倒T 型結構制件的加壓來進行共固化，產品合格率要低得多，這是因為采用橡膠軟模會存在以下問題(1)預浸料中的小分子較難排盡，產品易產生疏松及孔隙率缺陷；(2)橡膠軟模是作為壓力源使用的，由于橡膠模較厚，尤其在角區，膨脹能力與其他區域存在差異，不能使倒T結構和蒙皮平板完全貼合，導致出現脫粘、疏松現象；(3)橡膠軟模在加熱過程中，因熱傳導問題，導致制件加熱固化不定因素增多，引起固化后質量不穩定。采用如實施例所述的方式，利用本發明的模具可以在熱壓罐中成型出共固化結構的復合材料制件。以上參照具體示例性實施方式詳細地描述和示出了本發明。但本發明并不限于所述和所示的示例性實施方式。在不脫離本發明的精神和范圍的情況下，本領域技術人員可以對本發明進行各種修改和改變，這些修改和改變均落入所附權利要求的范圍內。
權利要求
1.一種模具，所述模具包括如下部件底模(1)、至少兩個擋塊(2、3、4)、和蓋板(5)，所述至少兩個擋塊間隔開地布置在所述底模(1)上，從而在相鄰擋塊之間形成空間，所述蓋板( 橫跨地布置在所述相鄰擋塊上面，其特征在于，所述模具還包括布置在所述空間中的具有第一斜面(16)的第一壓塊(6)和具有第二斜面(17)的第二壓塊(7)，所述相鄰擋塊中的一個擋塊、所述第一壓塊(6)、所述蓋板(5) 和底模(1)限定型腔，并且所述第一斜面(16)和所述第二斜面(17)彼此貼合，使得所述第二壓塊(7)能夠與所述第一壓塊(6)彼此貼合地沿著所述第一斜面(16)上下移動。
2.如權利要求1所述的模具，其特征在于，所述模具的至少一個部件由金屬材料制成。
3.如權利要求1所述的模具，其特征在于，所述擋塊固定地連接至所述底模(1)。
4.如權利要求1至3任一項所述的模具，其特征在于，所述模具用于制備倒T型結構制件，并且所述第一壓塊(6)超出所述倒T型結構制件的與所述第一壓塊(6)相接觸的底部分支。
5.如權利要求5所述的模具，其特征在于，所述第一壓塊(6)超出所述底部分支的尺寸 dl為2mm，距擋塊(4) d2尺寸為Imm至3mm。
6.一種壓模成型制件的制造方法，其特征在于，所述方法采用權利要求1至5任一項所述的模具。
7.如權利要求6所述的方法，其特征在于，所述方法包括如下步驟(1)模具組裝和加料步驟；(2)模具封裝步驟；和(3)固化和脫模步驟。
8.如權利要求7所述的方法，其特征在于，所述壓模成型制件為倒T型結構制件。
9.如權利要求8所述的方法，其特征在于，所述模具組裝和加料步驟包括預浸料鋪層步驟和模具組裝步驟，在所述預浸料鋪層步驟和所述模具組裝步驟之間還包括預壓實步馬聚ο
10.如權利要求9所述的方法，其特征在于，所述預浸料鋪層步驟采用如下方式進行在所述底模(1)上進行平板結構預浸料的鋪層，并在所述相鄰擋塊上進行倒T型結構預浸料的鋪層；所述預壓實步驟在預浸料鋪到規定層數后進行；所述模具組裝步驟采用如下方式進行將經鋪層并壓實的所述平板結構預浸料放置在所述底模(1)上，然后在所述平板結構預浸料上放置所述相鄰擋塊的第一擋塊，接著放置經鋪層并壓實的所述倒T型結構預浸料，再放置所述相鄰擋塊的第二擋塊，然后依次將所述第一壓塊(6)和所述第二壓塊(7)放入所述倒T型結構預浸料和所述第二擋塊之間，最后將所述蓋板( 橫跨地布置在所述相鄰擋塊上面；所述封裝步驟按如下方式進行在經組裝后的所述模具周圍貼密封膠條，并在所述模具上方依次放置無孔膜、透氣氈、真空袋，將所述模具封裝；所述固化和脫模步驟按如下方式進行根據制件材料的固化工藝在熱壓罐中將經封裝的所述模具進行相應的升溫固化過程和降溫脫模過程；和/或所述降溫脫模過程之后還包括修整步驟。
全文摘要
本發明提供了一種模具，包括底模(1)、至少兩個擋塊(2、3、4)、和蓋板(5)，所述至少兩個擋塊間隔開地布置在所述底模(1)上從而形成空間，所述蓋板(5)布置在相鄰擋塊上，其特征在于，所述模具還包括具有第一斜面(16)的第一壓塊(6)和具有第二斜面(17)的第二壓塊(7)，所述相鄰擋塊中的一個擋塊、所述第一壓塊(6)、所述蓋板(5)和底模(1)限定型腔，并且所述第一斜面(16)和所述第二斜面(17)彼此貼合，使得所述第二壓塊(7)能夠與所述第一壓塊(6)彼此貼合地上下移動。本發明模具克服了現有技術中存在的不易組裝和加壓、脫粘、疏松以及質量不穩定等問題。
文檔編號B29C70/54GK102431183SQ20111031129
公開日2012年5月2日 申請日期2011年10月14日 優先權日2011年10月14日
發明者王國平, 盛毅, 路建軍, 韓蕾, 黎玉欽 申請人:航天海鷹(鎮江)特種材料有限公司, 航天特種材料及工藝技術研究所