碳纤维复合材料T型环框的生产模具以及生产方法与流程

本发明属于复杂型面的碳纤维复合材料的t型环框的生产技术，特别涉及碳纤维复合材料t型环框的生产模具和生产方法。

背景技术：

基于热固性树脂预浸料的成型方法通常采用热固性复合材料的传统工艺方法。为了进一步提高效率，降低成本，又发展了一系列复合材料液体成形技术（lcm），即真空辅助树脂渗透成形技术（vari）技术和树脂膜融渗成形（rfi）技术，其主要原理是首先在模腔中铺放设计好的增强材料预制体再采用注射设备将专用树脂体系注入闭合模腔或加热融化模腔内的树脂膜，通过树脂流动排出模腔内的气体同时浸润纤维，再经加热固化、冷却脱模即可得到成型制品。但沿构件轴线变化的圆形、矩形截面或异型截面空心轻体构件，异型管件和非圆截面空心框架、框梁和复杂管件等复合材料件，采用这类工艺，其工艺周期长、制造成本高且相对复杂。

真空压力成形工艺的基本方法是在模具上铺贴预浸料，预浸料预制体上铺覆柔软的塑料薄膜，并使其与模具之间形成密闭空间，将组合体放入烘箱，在加热的同时对密闭空间抽真空形成负压，进行固化。由于真空压力最多为1atm，因此固化过程中预浸料挥发分等很容易生成气泡并最终形成空隙。此外，r角易形成架桥，腹板易分层。因此单纯的真空压力成形不适合于有精密尺寸要求、严格外观和性能要求的t型变截面空心框形构件的成形。

虽然部分t型空心框形构件可以采用热压罐成形工艺。但是与热压罐成形相比，真空袋成形设备投资低，且显著降低了由热压罐成形带来的高能耗和昂贵模具的成本，是一种复合材料低成本成形工艺。此外，真空压力成形工艺不像热压罐成形那样构件尺寸受到热压罐容积的限制。

技术实现要素：

针对现有技术的不足，本发明设计了一种用于复杂型面、变截面的碳纤维复合材料t型空心框型结构件的生产模具和生产方法。

本发明的技术方案如下：

碳纤维复合材料t型环框的生产模具，其包括阴模以及阳模，所述的阴模的中部有环形型腔，其特征在于：所述的环形型腔内设有受热膨胀的软模。

所述的软模的中心设有空腔，空腔内设有中心软模，且中心软模的膨胀系数小于软模。

一种碳纤维复合材料t型环框的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1：用预浸料在阳模上完成第一复合材料层的铺设，并确保第一复合材料层贴紧压实；

步骤2：组装上阴模，完成第二复合材料层的铺设，并确保第二复合材料层贴紧压实；

步骤3：将阴模拆掉，在第一复合材料层和第二复合材料层的四周环形铺设第三复合材料层；

步骤4：将阳模和阴模组装完毕，并将软模安装在阴模的环形型腔内；

步骤5：在模具外打真空袋，使预浸料之间与模具之间形成密闭空间，并进入烘箱固化；

步骤6：固化完成后，待模具冷却至室温，将产品脱出。

所述的步骤5中的烘箱固化过程中，真空袋内的真空压力始终保持稳定。

所述的烘箱固化过程中，烘箱的升温速率是40分钟升至130℃，固化温度是130℃保温2小时。

本发明的有益效果：本发明通过在阴模的环形内腔中设置受热膨胀的软模，在升温固化过中，软模会膨胀，从而对预浸料预制体产生内部压力，通过真空袋抽真空能够赋予模具外部压力，在内外压力的作用下，使得形状复杂的预制体与模具贴合的更加紧密，压实环框类结构件的r角和腹板，保证了零件的产品和性能，解决了现有技术中不能兼顾成型过程中t型变截面空心框形构件r角尺寸和性能的缺陷，进一步的，本发明提供了一种成本相对低廉、模具简单方便、效率高、周期短的生产方法，通过所述方法生产的结构件能够完全达到预计的力学性能。

附图说明

图1为本发明的阳模的结构示意图；

图2为本发明的阴模的结构示意图；

图3为阴模和阳模装配后的结构示意图；

图4为第一复合材料层在阳模中铺设的形状和位置；

图5为第二复合材料层在模具中铺设的形状和位置；

图6为第三复合材料层在模具中铺设的形状和位置；

图7为铺设完毕后，阴模和阳模组合后的剖视示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的说明。

如图1至图3所示，碳纤维复合材料t型环框的生产模具，其包括阳模1以及阴模2，所述的阴模2的中部有环形型腔20，其特征在于：所述的环形型腔内设有受热膨胀的软模3。

本发明对生产模具进行了改进，在阴模的环形型腔内设有软模，在烘干固化过程中，软模受热膨胀，膨胀过程中对预浸料预制件进行挤压，使得形状复杂的预制体能更加紧密的贴合在模具上，压实复杂型面上的r角和腹板，保证零件的外观和性能。

所述的软模3的中心设有空腔30，空腔30内设有中心软模31，且中心软模31的膨胀系数小于软模，中心软模的膨胀系数较小，基本不变形；软模的膨胀系数较中心软模大，防止软模整体膨胀过大，进一步的，中心软模基本不变形，软模膨胀，中心软模会对软模进行挤压，保证了软模对预浸料的挤压，避免软模向中心膨胀而造成的对预浸料挤压力不够的问题。

一种碳纤维复合材料t型环框的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1：用预浸料在阳模1上完成第一复合材料层4的铺设，并确保第一复合材料层贴紧压实；所述的阴模上设有型腔，型腔中心设有环框形状的模芯，第一复合材料层铺设在模芯的侧边和表面，具体铺设位置和形状如图4所示，

步骤2：组装上阴模2，完成第二复合材料层5的铺设，并确保第二复合材料层贴紧压实；如图5所示；

步骤3：将阴模拆掉，在第一复合材料层和第二复合材料层的四周环形铺设第三复合材料层6；采用上述的铺设方法，保证了t型筋板与框体之间的结构可靠性和强度，如图6所示；

步骤4：将阳模和阴模组装完毕，并将软模安装在阴模的环形型腔内，阳模和阴模装配起来后，通过紧固件进行固定，保证两者之间的位置稳定性，也有利于产品形状的可靠和尺寸的准确性；阴模和阳模之间不设密封件，给模具内气体提供了溢流的通道，防止环框固化后出现空隙的问题；如图7所示，

步骤5：在模具外打真空袋，使预浸料之间与模具之间形成密闭空间，并进入烘箱固化；

步骤6：固化完成后，待模具冷却至室温，将产品脱出，得到成品后进行后处理，所述的后处理包括裁切、去毛边等；

所述的步骤5中的烘箱固化过程中，真空袋内的真空压力始终保持稳定，避免压力变化造成的产品形状的变化，有利于保证产品形状的精度。

所述的烘箱固化过程中，烘箱的升温速率是40分钟升至130℃，固化温度是130℃保温2小时，固化过程对产品的稳定性有较大的影响，升温时间太短，预浸料中的环氧树脂的反应剧烈，容易产生气泡，造成产品可能存在密集空隙，影响产品的质量，反之，升温时间太长，环氧树脂的流动性变大，预浸料中的环氧树脂的流出量增大，工件局部会容易出现环氧树脂量不足造成的空隙。

本发明的有益效果：本发明通过在阴模的环形内腔中设置受热膨胀的软模，在升温固化过中，软模会膨胀，从而对预浸料预制体产生内部压力，通过真空袋抽真空能够赋予模具外部压力，在内外压力的作用下，使得形状复杂的预制体与模具贴合的更加紧密，压实环框类结构件的r角和腹板，保证了零件的产品和性能，解决了现有技术中不能兼顾成型过程中t型变截面空心框形构件r角尺寸和性能的缺陷，进一步的，本发明提供了一种成本相对低廉、模具简单方便、效率高、周期短的生产方法，通过所述方法生产的结构件能够完全达到预计的力学性能。

在本实施例中所写涉及的t型环框零件并非唯一的特殊形状，可以认为本发明适用于各种带有r角、弯曲和扭转复杂型面和变截面的沿构件轴线变化的圆形、t形截面或异型截面空心轻体构件，异型管件和非圆截面空心框架、框梁和复杂管件等复合材料的加工工艺。