一种能够无级调节复合材料板料厚度的可视RTM模具的制作方法

本发明涉及复合材料制品成型领域，尤其是涉及一种能够无级调节复合材料板料厚度的可视rtm(resintransfermolding，树脂传递模塑)模具。

背景技术：

树脂传递模塑(resintransfermolding，rtm)工艺是一种制造高性能纤维增强复合材料的先进工艺，具有成本低、成型速度快、产品质量好、对环境污染小以及能够制造大型复杂结构构件等优点，因此在航空航天和交通运输领域得到了广泛应用。

目前，在rtm工艺中，模具设计与制备是影响rtm工艺的重要因素，直接影响板料制品的尺寸精度、树脂充模路径、充模时间，从而影响复合材料的内在质量；同时，rtm模具的质量还直接关系到制品质量、生产效率和模具寿命等。

复合材料板料制品的质量不仅与纤维和基体材料的性质有关，而且与成型技术有很大的关系，其中模具设计是影响rtm工艺的重要因素，它直接影响了板料制品的尺寸精度、树脂充模路径、充模时间，从而影响复合材料板料制品的内在质量，所以rtm模具的研究与设计是复合材料rtm工艺质量的重要保证。

现有技术提供一种双面刚性的rtm模具，其结构为上模板为固定凸模，下模板为凹模，上模板与下模板扣合后得到固定高度的模具型腔。由于模具的型腔高度不可调，因此不能生产不同厚度的复合材料板料制品。

为了调整模具型腔高度，有些设计人员在rtm模具基础上加装调节垫片，通过调节垫片的数量来控制型腔高度，从而制作出不同厚度的复合材料板料制品。但是这种方法得到的板料制品厚度的选择范围依然具有一定的局限性，而且上模具与下模具之间的密封性也难以保证，从而影响板料制品的质量。

技术实现要素：

本发明的目的是针对现有技术存在的问题，提供一种能够无级调节复合材料板料厚度的可视rtm模具，其克服了板料制品厚度的选择范围受限、模具密封性难以保证、板料制品的质量低下的弊端。

本发明的目的通过如下技术方案实现：

本发明提供一种能够无级调节复合材料板料厚度的可视rtm模具，其包括：

机架、上模板、下模板和型腔调节机构；

上模板包括固定板和增韧玻璃；固定板上嵌有所述增韧玻璃；

所述下模板包括：固定件、滑动件和联动件；下模板通过固定件固定在所述机架上，滑动件能够在固定件固定在滑动件的底面，其上安装有所述型腔调节机构；通过所述型腔调节机构带动联动件、滑动件上下移动，在滑动件上表面、固定件内表面以及增韧玻璃之间形成密闭型腔；

所述滑动件和联动件分别对应地开有注胶孔和出胶孔；在固定件通向所述密闭型腔的中部通孔上端的四周开有流道，且该流道与所述注胶孔相通。

更优选地，所述注胶孔位于所述固定件的中部通孔的外侧；所述出胶孔位于所述滑动件和联动件的中心，且与所述密闭型腔相通。

更优选地，所述型腔调节机构包括：

调节螺杆、上螺母和下螺母；所述调节螺杆安装于所述联动件上，且在所述联动件的两端面用上螺母和下螺母锁紧；所述调节螺杆的上端固定在固定件上。

更优选地，所述固定件和滑动件之间放置有密封圈；用于放置所述密封圈的密封槽开在固定件上或者滑动件上。

更优选地，所述固定件的上表面上开有密封槽，所述密封槽中安装密封圈。

更优选地，所述滑动件和联动件之间放置加热元件。

更优选地，所述可视rtm模具还包括：浇注装置；

所述浇注装置包括浇注嘴、尼龙圈、衬套和连接件；

所述浇注嘴插入所述注胶孔和出胶孔中，并通过连接件固定在所述下模板的固定件和联动件上；所述浇注嘴和衬套通过螺纹连接，并且中间放置尼龙圈。

更优选地，所述滑动件和联动件上开有气孔；

所述可视rtm模具还包括开模机构；所述开模机构包括：气动软管、气动阀门，气动快速接口和气顶；所述气顶穿过联动件和滑动件的气孔并伸入到所述密闭型腔内，气顶的另一端与气动快速接口相接，且该气动快速接口固定于下模板的联动件上；气动快速接口与气动软管相连，并通过气动阀门控制来源于空压机的压缩气体的供给量。

更优选地，所述可视rtm模具还包括：气弹簧；

所述上模板的一端与机架通过铰接件连接，侧边采用气弹簧与机架连接。

更优选地，所述下模板的固定件上方固定有定位螺母；所述上模板和下模板合模时，通过定位螺母进行定位，并通过紧固螺栓和螺母进行紧固。

由上述本发明的技术方案可以看出，本发明具有如下技术效果：

1、本发明通过采用螺旋机构调节型腔的厚度，可无极调节控制复合材料板料厚度，而且具有精度高，可自锁等优点；

2、通过在上模板使用增韧玻璃作为观察窗，可以实时观测树脂填充流动；

3、采用聚四氟乙烯制作浇嘴口，具有不沾树脂，易于操作的功能；

4、通过设计合理的浇注装置，浇注密封性好，操作方便；

5、通过采用定制电加热布作为加热元件，具有加热均匀，无冷桥现象产生的优点。

6、本发明与传统的rtm模具相比，通过设计优化充模流道，缩短了充模时间，减少了制品缺陷，进而提高了制品质量；

7、通过气弹簧辅助开模，实现易于开模、操作简单的目的。

附图说明

图1为本发明结构的轴测图；

图2为本发明结构的侧视图；

图3为本发明结构的剖视图；

图4为本发明中的下模板的轴测图；

图5为本发明中的浇注装置爆炸图；

图6为本发明中的开模机构的结构示意图。

图中：

滚轮1、机架2、浇注装置3、上模板4、下模板5、气弹簧6、开模机构7、型腔调节机构8、加热部件9；

浇注嘴31、尼龙圈32、衬套33、连接件34；

固定板41、增韧玻璃42、把手43；

固定件51、滑动件52、联动件53、密封圈54；定位螺母511、密封槽512；注胶孔521、出胶孔522、流道523、气孔524；

气动软管71、气动阀门72，气动快速接口73、气顶74。

具体实施方式

以下将结合附图对本发明的技术方案做进一步详细说明。

实施例一

本发明提供一种能够无级调节复合材料板料厚度的可视rtm模具，其结构如图1至图6所示，包括：

滚轮1、机架2、浇注装置3、上模板4、下模板5、气弹簧6、开模机构7、型腔调节机构8和加热部件9。

机架2用于承载整个rtm模具的重量和固定rtm模具的相关零部件。为了方便移动，其底部设置有滚轮1。

上模板4的一端与机架2通过铰接件连接，上模板4的侧边与机架2采用气弹簧6连接。气弹簧6推出过程中，上模板4围绕该铰接件向上开启。相反，在气弹簧6缩进过程中，上模板4围绕该铰接件朝下模板5方向动作。

如图3所示，上模板4包括固定板41和增韧玻璃42；该固定板41上嵌增韧玻璃42，具体实现方法：固定板41的中间位置设置有阶梯孔，且该阶梯孔的大通径孔和小通径孔之间形成搭接台。增韧玻璃42为倒凸型结构；其上部周圈设置有多个沉孔，用于安装沉头螺钉以使其固定在固定板41的搭接台上。安装时，增韧玻璃42从固定板41的大通径孔向小通径孔方向推入直至增韧玻璃42卡在搭接台上，之后用沉头螺钉固定。通过增韧玻璃42作为观察窗，可以实时观测树脂填充流动。上模板4上还设有把手43，以便从一侧开启该上模板4。

如图3所示，下模板5包括：固定件51、滑动件52和联动件53。

下模板5通过固定件51固定在机架2上，滑动件52能够在固定件51内部滑动，联动件53固定在滑动件52的底面上。

如图3和图4所示，下模板5的固定件51上方固定有定位螺母511，所述定位螺母511为空心圆柱形，且上端有锥度，中心孔为螺纹孔；上模板4和下模板5合模时，通过定位螺母511进行定位，并通过紧固螺栓和螺母进行紧固。

上述固定件51可以通过紧固件固定在机架2上，也可以通过焊接固定在机架2上。该固定件51的中部开有通孔，滑动件52可以沿着该通孔上下移动，在滑动件52上表面、固定件51内表面以及上模板4的增韧玻璃42之间形成密闭型腔；随着滑动件52的上下移动，可以改变该密闭型腔的高度。

上述固定件51和滑动件52之间还放置有密封圈54用于放置密封圈的密封槽可以开在固定件51上，也可以开在滑动件52上，来保证型腔的密封性良好。

如图3和图4所示，上述固定件51的上表面上开有密封槽512，用于安装密封圈。该密封槽可以为一道，也可以包括两道密封槽，如包括主密封槽和辅密封槽，分别安装主密封圈和辅密封圈。上述滑动件52和联动件53分别对应地开有注胶孔521和出胶孔522。

该注胶孔521位于该固定件51的中部通孔的外侧；出胶孔522位于滑动件52和联动件53的中心，且与上述密闭型腔相通；在固定件51的中部通孔上端的四周开有流道523，且该流道523与注胶孔521相通。

上述联动件53通过紧固件固定在滑动件52的底面上。滑动件52和联动件53之间放置加热元件9，该加热元件9可以为加热布。温控系统通过热电偶与加热元件9之间形成反馈电路，使模具加热温度准确，加热均匀。

上述联动件53的周圈设置多个有螺孔，用于安装型腔调节机构8。如图3所示，上述型腔调节机构8包括：调节螺杆、上螺母和下螺母。其中调节螺杆安装于上述联动件53的螺孔中，且在联动件53的两端面用上螺母和下螺母锁紧，该调节螺杆的上端固定在固定件51上。在型腔中放置深度仪实时探测型腔高度。如需密闭型腔高度降低，则先拧松上螺母，然后拧紧下螺母，滑动件52和联动件53被推动向上移动，进而使上模板和下模板之间形成的型腔高度降低；通过深度仪观测达到理想高度后，拧紧上螺母，按此方法依次操作其余的型腔调节机构8，使型腔达到理想高度；如需调大型腔高度，先拧松下螺母，然后拧紧上螺母，通过深度仪观测达到理想高度后，拧紧下螺母，按此方法依次操作其余的腔调节机构8，使型腔达到理想高度。

上述浇注装置3的结构如图5所示，包括浇注嘴31、尼龙圈32、衬套33和连接件34。浇注嘴31和衬套33通过螺纹连接，并且中间放置尼龙圈32；pe管插入浇注装置3中，其上端与浇注嘴31上端平齐；连接件34固定在浇注嘴31上，用于将该浇注装置固定在下模板5的固定件51和联动件53上。

上述的注胶孔521和出胶孔522中均插入浇注嘴31，通过螺钉等固定连接件34分别固定在下模板5的固定件51和联动件53上。通过拧紧衬套33，进而挤压尼龙圈32变形，起到密封与箍紧pe管的作用。浇注嘴31采用聚四氟乙烯制作，具有不沾树脂的优点，易于操作。

上述滑动件52和联动件53上开有气孔524，用于安装开模机构7。该开模机构7如图6所示，包括：气动软管71、气动阀门72，气动快速接口73和气顶74。

上述气顶74穿过联动件51和滑动件52的气孔524并伸入到在型腔内，气顶74的另一端与气动快速接口73相接，且该气动快速接口73固定于在下模板5的联动件53上。气动快速接口73与气动软管71相连，并通过气动阀门72控制来源于空压机的压缩气体的供给量。需要开启上模板4时，打开该气动阀门72，压缩气体通过气动软管71、气动快速接口73，推动气顶74的顶针上升，使得上模板4与下模板5分离，实现开模。

采用上述模具进行复合材料rtm工艺时，其过程在于包括如下步骤：

步骤1，提升上模板7，通过型腔调节机构8调整型腔高度；

该步骤1中，在型腔中放置深度仪实时探测型腔高度。使用型腔调节机构8调节型腔高度，如需型腔高度减少，则滑动件52上升，先拧松上螺母，然后拧紧下螺母，通过深度仪观测达到理想高度后，拧紧上螺母，按此方法依次操作周边型腔调节机构8，使型腔达到理想高度；如需型腔高度增加，则滑动件52下降，先拧松下螺母，然后拧紧上螺母，通过深度仪观测达到理想高度后，拧紧下螺母，按此方法依次操作周边型腔调节机构8，使型腔达到理想高度；

步骤2，型腔高度固定后，用脱模剂均匀涂抹上模板4和下模板5组成的型腔内部，将pe管插入浇嘴装置中；

该步骤2中，注胶孔与出胶孔内分别安装浇注嘴，将pe管分别插入浇注嘴中，拧紧衬套，进而挤压尼龙圈变形，起到密封与箍紧pe管的作用。注胶孔端的pe管连接rtm树脂注射机，出胶孔端的pe管连接树脂收集器。

步骤3，将裁剪后的纤维布织物放入型腔中，并下拉把手，闭合上模板，进行合模；

该步骤中，合模时，上模板通过定位螺母定位，，并在拧紧紧固螺栓后，拧紧紧固螺母进行机械紧固。

步骤4，开启树脂注射机进行树脂浇注，并通过增韧玻璃作为观察窗，实时观测树脂填充流动，待树脂填充结束后，关闭树脂注射机；

步骤5，注射完成后，打开温控系统，通过加热布均匀，对树脂进行升温固化；

步骤6，树脂固化完成后进行开模；

该步骤中，先依次拧开紧固螺母，然后拧开紧固螺栓，开启空气压缩机，打开气动阀门，空气压缩机提供开模动力，推动气顶中顶针上升，使上模板与下模板分离，提升把手，开模后取出复合材料板料制品；

步骤7，清理模具，修整复合材料板料制品。

由上述可以看出，本发明相比于上述传统的rtm模具，可以生产双面光复合材料板料制品；采用螺旋机构调节型腔的厚度，具有控制制作复合材料板料厚度范围广，精度高，可自锁的优点；通过合理设计开模装置，具有开模简单，操作方便的优点；设计优化充模流道，采用四周注入，中心排出方式，缩短了充模时间，减少了制品缺陷，进而提高了制品质量；通过设计主密封圈和辅助密封圈，实现模具密封严紧；采用聚四氟乙烯制作浇嘴口，具有不沾树脂的优点；通过设计合理的浇注装置，具有浇注密封性好，操作方便的功能；通过在上模板使用增韧玻璃作为观察窗，可以实时观测树脂填充流动；通过采用定制电加热布作为加热元件，具有加热均匀，无冷桥现象产生的优点。

虽然本发明已以较佳实施例公开如上，但实施例并不限定本发明。在不脱离本发明之精神和范围内，所做的任何等效变化或润饰，同样属于本发明之保护范围。因此本发明的保护范围应当以本申请的权利要求所界定的内容为标准。