一种用于碳纤维复合材料热固化成型的模具的制作方法

本实用新型涉及非金属材料成型技术领域，具体地涉及一种用于碳纤维复合材料热固化成型的模具

背景技术：

一、基于碳纤维材料的复合材料制成的汽车轮毂

随着小型汽车的普及，以及节约能源、保护环境的观念日益深入人心，人们致力于制造更为节能的汽车。为了使得汽车消耗更少的燃油，一个重要思路是降低汽车本身的重量。

传统上，汽车轮毂、转向节、发动机及各种支架结构为钢制。本世纪以来，使用铝合金的汽车轮毂和零部件成为潮流。铝合金轮毂与钢轮毂相比，具有质量轻、散热好等优点。然而铝合金轮毂由于其为金属，仍然具有较大的重量。开发新型的轻质轮毂成为汽车零部件厂商和材料制造商的兴趣热点。其中，基于碳纤维材料的复合材料成为汽车零部件的热门选择。

复合材料的汽车轮毂按件数分类可分为一件式，两件式和三件式车轮。可能将基于碳纤维材料的复合材料直接成型为轮毂形状(一件式轮毂)，也可能将基于碳纤维材料的复合材料成型为轮辋形状并且固定到金属的轮盘面(两件式轮毂)，也可能将基于碳纤维材料的复合材料成型为轮辋形状并且通过固定件固定到金属的轮盘面(三件式轮毂)。其中，两件式轮毂和三件式轮毂一方面通过使用碳纤维材料降低了轮毂的总重，较容易加工，并且其保留的金属轮盘面有助于轮毂向外散热。因此，两件式轮毂和三件式轮毂是复合材料轮毂的两种常见形式。两件式轮毂中，轮辐和轮辋各自独立，两者之间通过机械连接在一起，具体连接方式有螺栓连接，铆钉连接和胶结等。常见的的碳纤维轮辋中轮辐采用铝合金或者镁合金材料锻造而成，轮辋采用碳纤维预浸料固化成型，两者采用螺栓连接。

二、复合材料热压罐工艺

复合材料热压罐工艺是生产树脂基复合材料的主要方法，使用该方法生产的复合材料不仅纤维含量高和孔隙率低，而且产品稳定性好，表面质量高等特点。因此热压罐固化成型工艺经常被用来制备高端复合材料部件。热压罐成型工艺中最关键两个因素是温度和压力。固化温度的范围，升温速率的选择，加压的大小和时机都对将来产品起到决定性的影响。如果树脂加热过快，那么流动时间就会缩短，这样层压板中的挥发物来不及排出，导致制品将来缺陷增加，性能下降；如果加热过慢，那么树脂可能永远不会达到足够运动所需要的粘度，导致层压板内的空气等无法通过粘性流体带出制品外面，使得层压板的孔隙率升高。

三、使用热压罐工艺来制造复合材料轮毂的模具

在制造纤维增强复合材料轮辋过程中，模具是很重要的一部分。由于纤维增强复合材料制造车轮处于技术发展期，客户需求量不大，如果采用设计复杂的模具进行生产，周期很长，成本高。因此，有必要设计对于制造小批量产品时简单易用、成本低的模具，以便可以有效提高制造的柔性和快速响应客户需求。

技术实现要素：

因此，本实用新型的目的是提供一种适用于热压罐工艺的碳纤维复合材料成型模具，从而解决实用问题。

在本实用新型的一个方面，提供了一种用于碳纤维复合材料热固化成型的模具，所述的模具用于制作汽车轮毂的轮辋，所述的模具由上模(1)和下模(2)组成，其特征在于：所述的上模(1)包括圆筒状的上模侧壁部分和下模固定部分，所述的上模侧壁部分的外壁设置为与待加工轮辋的内壁形状一致，所述的上模固定部分的边缘连接到上模侧壁部分；所述的下模(2)包括圆筒状的下模侧壁部分和圆环状的下模固定部分，所述的下模侧壁部分的外壁设置为与待加工轮辋的内壁形状一致，所述的下模固定部分的边缘连接到下模侧壁部分；所述的上模固定部分固定到下模固定部分；所述的上模固定部分的圆筒顶端包括第一螺纹孔(6)，所述的下模固定部分的圆筒顶端包括第二螺纹孔(14)；所述的上模侧壁部分和下模侧壁部分的外壁设置为限定出凹槽(15)。

在本实用新型优选的方面，所述的上模固定部分包括第一螺栓孔(4)，下模固定部分包括第二螺栓孔(8)，并且第一螺栓孔(4)和第二螺栓孔(8)设置为在上模固定部分和下模固定部分固定到一起时为相通的，并且通过第一螺栓(4a)来固定。

在本实用新型优选的方面，所述的上模固定部分包括第一销孔(5)，所述的下模固定部分包括第二销孔(9)，并且第一销孔(5)和第二销孔(9)设置为在上模固定部分和下模固定部分固定到一起时为相通的。

在本实用新型优选的方面，所述的下模固定部分的中心包括中心孔(13)，并且在中心孔的周围包括轴毂(11)，所述的轴毂(11)包括第三销孔(12)，并且所述的轴毂(11)通过辐条(10)连接到下模侧壁部分。

在本实用新型优选的方面，所述的上模固定部分是连接到上模侧壁部分上的齿状突起(16)，并且所述的第一螺栓孔(4)和第一销孔(5)位于所述的齿状突起(16)内部。

在本实用新型优选的方面，所述的上模固定部分包括5-10个齿状突起(16)。

在本实用新型优选的方面，所述的上模固定部分包括6个或8个齿状突起(16)。

在本实用新型优选的方面，所述的上模侧壁部分和下模侧壁部分的外侧还包括真空袋。

在本实用新型优选的方面，所述的上模固定部分包括2个或4个第一销孔(5)。

在本实用新型优选的方面，所述的上模侧壁部分包括6个第一螺纹孔(6)。

在本实用新型优选的方面，所述的下模侧壁部分包括6个第二螺纹孔(14)。

在本实用新型优选的方面，所述的第二螺栓孔(8)和第二销孔(9)位于辐条(10)上，并且所述的第二螺栓孔(8)的数量和第一螺栓孔(4)的数量相同，第二销孔(9)的数量与第一销孔(5)的数量相同。

在本实用新型优选的方面，所述的下模(2)包括6-8根辐条。

在本实用新型优选的方面，所述的上模(1)和下模(2)还包括密封槽(7)。

在本实用新型优选的方面，所述的模具由模具钢、铝合金、玻璃钢制造。

在本实用新型优选的方面，第一螺纹孔(6)是M10螺纹孔。

在本实用新型优选的方面，第二螺纹孔(14)是M10螺纹孔。

本实用新型的技术方案具有以下优点：模具结构简单，成本低，制造周期短，柔性强，在小批量纤维增强复合材料轮辋的制造过程中可以快速满足客户需求。

附图说明

以下，结合附图来详细说明本实用新型的实施方案，其中：

图1：本实用新型的模具的剖视图；

图2为图1所示的模具组件上模的俯视图。

图3为图1所示的模具组件下模的俯视图。图中：1-上模、2-下模、4-第一螺栓孔、4a-第一螺栓、5-第一销孔、6-第一螺纹孔、7-密封槽、8-第二螺栓孔、9-第二销孔、10-辐条、11-轴毂、12-第三销孔、13-中心孔、14-第二螺纹孔、15-凹槽、16-齿状突起。

具体实施方式

实施例1

如图1所示，本实用新型为一种纤维增强复合材料车轮轮辋模具，模具主要包括上模1和下模2。上模1和下模2通过螺栓4装配在一起。同时参见图1和图2，上模1包括8个齿状突起16。在齿状突起16上，设置8个螺栓孔4和4个销孔5。上模1的外缘包括6个M10螺纹孔6。同时参见图1和图3，下模2包括8个辐条10。在辐条10上，设置8个螺栓孔8和4个销孔9。上模的8个螺栓孔4和4个销孔5分别与下模的8个螺栓孔8和4个销孔9配合。下模2包括轴毂11，轴毂11上设置中心孔13和2个销孔12。2个销孔12对称布置，用来传递缠绕机扭矩。辐条10将轴毂与模具2外圈部分连接起来。下模2包括6个M10螺纹孔14，均布在下模2的外缘上。下模2设置密封槽7，在其中放置O型密封圈。上模1、下模2、O型密封圈和模具最外侧的密封袋将纤维增强复合材料轮辋制件3包围起来。通过热压罐使树脂固化后得到制件。上模1与下模2相接部位形成凹形结构15。此处用来形成纤维增强复合材料车轮轮辋的环形台阶。本实用新型中所使用的模具主体材料为P178模具钢或铝合金。

装配后，将模具放置在缠绕机轴上，进行纤维增强复材预浸料缠绕。最后，通过模具外壁、密封圈和最外侧的密封袋，将制件密封起来。然后进行固化处理，得到车轮轮辋制件。

以上仅就本实用新型较佳的实施例做了说明，但不能理解为是对权利要求的限制。本实用新型不仅局限于以上实施例。总之，凡在本实用新型独立权利要求的保护范围内所作的各种变化均在本实用新型的保护范围内。