树脂类板材多点热成形装置与方法
【专利摘要】本发明提供了一种树脂类板材多点热成形装置与方法；所述装置包括热胀形装置和柔性模具装置；热胀形装置用于树脂板加热加压，柔性模具装置用于任意三维曲面树脂板成形模具的快速生成；该装置实现了柔性调形、可控调温、均匀加压的有机集成，可以实现树脂类板材快速、柔性成形。此外，本发明还提供了一种树脂类板材多点热成形方法，包括柔性模具调形、板料放置、加热、胀形、保压和冷却六个步骤，通过柔性模具快速调形和成形温度、压力精确控制，为树脂类板材成形提供一种优质、高效和低成本方法。
【专利说明】
树脂类板材多点热成形装置与方法
技术领域
[0001]本发明涉及零件加工领域，具体涉及一种树脂类板材多点热成形装置与方法。
【背景技术】
[0002]树脂材料具有质轻、高强度、高模量、抗疲劳、耐腐蚀、可设计、工艺性好等特点，容易制造大型结构整体结构件，在航空、航天、汽车、建筑等领域具有广泛的应用。例如在航空领域，树脂材料早已应用于飞机的座舱罩和挡风玻璃，目前正在开发全透明树脂材料蒙皮飞机;航天领域，美国NASA提出航天飞行器设计和制造要“更快、更好、更省”的目标，要求有效载荷质量从飞行器质量的40%提高到70%，措施之一就是采用先进树脂基复合材料代替金属材料;在汽车领域，世界上许多牌号的汽车均已采用树脂材料作为汽车灯罩和玻璃材料，其质量可减轻为原来的50 %左右，成本与普通玻璃不相上下；在建筑领域，近年来随着我国建筑技术的发展，建筑领域的高大空间大量出现，采光屋面也随之日益增多，采光屋面常用的材料就是透光树脂材料。
[0003]目前，树脂类三维蒙皮件的成形工艺主要有模压成形、热隔膜成形和胀压成形。但是三种成形方式均需通过特定设备和模具成形相应零件，无法实现树脂材料蒙皮件柔性低成本成形。随着大型三维曲面树脂材料蒙皮件被广泛应用于各行各业，急需一种新的成形工艺来实现复合材料蒙皮件小批量、低成本、高效率成形。
[0004]多点成形是一种金属板材三维曲面成形的新技术，是对传统板料成形方式的重大变革与创新。其基本思想是将传统的整体刚性模具离散化成一系列规则排列、利用计算机控制多个可调整高度的基本体，形成所需的成形曲面，代替模具实现板料快速、无模、数字化成形，可以形成不同的三维曲面件，实现了板料的柔性成形。
[0005]基于多点成形技术在小批量、低成本、高效率制造方面的优越性，本发明将多点成形与热成形相结合，发明一种用于树脂类板材多点热成形装置与方法，为树脂类板材成形提供一种优质、高效和低成本方法。
【发明内容】
[0006]本发明的目的是针对树脂类三维蒙皮件传统热压成形需要特定设备和模具，通用性差、成本高等缺点，提出一种树脂类板材多点热成形装置与方法。
[0007]本发明的目的是通过以下技术方案实现的:
[0008]本发明提供了一种树脂类板材多点热成形装置，包括热胀形装置和柔性模具装置。所述热胀形装置用于树脂板加热加压，柔性模具装置用于任意三维曲面树脂板成形模具的快速生成。
[0009]优选地，所述热胀形装置包括热胀形箱、硅胶膜层和压缩机;所述柔性模具装置包括可重构模具、固定框架、弹性垫和升降杆。
[0010]所述的可重构模具用于形成柔性模具型面;固定框架用于固定弹性垫和支撑待成形树脂板;弹性垫用于消除多点模具基本体之间的间隙，实现离散可重构模具型面的连续化;升降杆用于调节弹性垫和热胀形箱的高度。
[0011 ]优选地，所述热胀形箱内设置有加热棒，所述加热棒均匀设置在热胀形箱顶部;所述热胀形箱底部设置开口区，硅胶膜层设置在开口区处，所述硅胶膜层与热胀形箱铆合连接，使热胀形箱内形成一密闭腔室，为加热加压成形提供封闭空间；热胀形箱左侧壁上设置观测口；加热形箱右侧壁上设置进气口，通过进气口将热胀形箱与压缩机连接。
[0012]所述的观测口用于观测热胀形箱内部情况;加热棒用于热胀形箱内部加热；硅胶膜用于传递热量和均布压力；进气口用于连接压缩机管道;压缩机用于为热胀形箱内供给压缩空气。
[0013]优选地，所述热胀形箱与固定框架之间通过布置铰链和搭扣形成活动门闩结构。所述热胀形箱的外壁四周布置铰链和搭扣，与固定框架之间形成活动门闩结构；固定框架外壁后侧通过铰链与热胀形箱连接，另外三侧与热胀形箱通过搭扣形成可开关密闭空间，用于放置树脂板。
[0014]优选地，所述固定框架上设置有弹性垫，弹性垫位于硅胶膜层正下方；固定框架顶部设置有若干热电偶。
[0015]优选地，所述固定框架两端竖直设置有升降杆，固定框架内设置有可重构模具，可重构模具位于弹性垫正下方。所述升降杆置于可重构模具与固定框架之间，用于调节弹性垫与热胀形箱之间的高度，以适应不同形状三维零件成形需求。
[0016]优选地，所述可重构模具包括多个排列规则、高度可调的基本体，所述基本体紧密竖直排列于弹性垫正下方;所述基本体包括半圆形上部和圆柱形下部。
[0017]优选地，所述可重构模具的型面通过多点成形CAD/CAE/CAM系列软件控制形成，其过程为通过多点成形CAD软件读取目标三维曲面的形状信息，得到可重构模具基本体的相对高度值，然后通过多点成形CAE软件将可重构模具的高度数据转换成数控代码，再传送到多点成形CAM软件，控制可重构模具基本体高度的调整，进而形成目标形状曲面，实现任意三维曲面模具型面的快速生成。
[0018]优选地，所述可重构模具的材料包括金属材料、耐高温复合材料或木材;所述弹性垫的材料包括聚氨酯或橡胶。聚氨酯或橡胶是具有一定硬度与耐温能力的材料，通过其高温软化和受力变形逐步贴合可重构模具型面，消除可重构模具基本体之间的间隙，实现可重构模具连续化;因此既可实现树脂板在压力下贴模，又能抑制树脂板表面产生压痕。
[0019]优选地，所述硅胶膜层厚度不大于2_。
[0020]本发明还提供了一种基于所述装置的树脂类板材多点热成形方法，所述方法包括以下步骤:
[0021]Al、调节可重构模具基本体的高度，使之形成目标零件模具型面；
[0022]A2、将待成形树脂板置于硅胶膜层与弹性垫之间；
[0023]A3、开启加热棒，对热胀形箱进行加热，同时通过热电偶对待成形树脂板温度进行监控，直至待成形树脂板温度达到成形温度且分布均匀；
[0024]A4、开启压缩机，向热胀形箱内输入压缩空气，使硅胶膜膨胀，进而带动待成形树脂板贴模成形；
[0025]A5、关闭加热棒，对贴模成形后的树脂板进行保压；
[0026]A6、关闭空气压缩机，成形树脂板冷却至室温，取出。
[0027]优选地，步骤A3中，所述树脂板的成形温度为高于玻璃态转变温度且低于流动温度。
[0028]优选地，步骤A5中，所述保压时间不少于20min。
[0029]与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果:
[0030]1、本发明所述的树脂类板材多点热成形装置，包括用于任意三维曲面件成形的柔性模具装置和热胀形装置，实现了柔性调形、可控调温、均匀加压的有机集成，可以实现树脂类板材快速、柔性成形。
[0031]2、本发明所述的树脂类板材多点热成形方法，包括柔性模具调形、板料放置、加热、胀形、保压和冷却六个步骤，通过柔性模具快速调形和成形温度、压力精确控制，为树脂类板材成形提供一种优质、高效和低成本方法。
【附图说明】
[0032]通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显:
[0033]图1为本发明的树脂类板材多点热成形装置后视图；
[0034]图2为本发明的树脂类板材多点热成形前示图；
[0035]其中:1_热胀形装置;2-热胀形箱;3-观测口；4-加热棒;5-硅胶膜层;6-进气口； 7-压缩机;8-搭扣;9-铰链；I O-柔性模具装置；11-可重构模具；12-固定框架；13-弹性垫；14-待成形树脂板;15-热电偶；16-升降杆。
【具体实施方式】
[0036]下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
[0037]实施例
[0038]本实施例提供了一种树脂类板材多点热成形装置与方法，所述树脂类板材多点热成形装置如图1所示，包括热胀形装置I和柔性模具装置12。
[0039]所述热胀形装置I包括热胀形箱2、硅胶膜层5和压缩机7;所述柔性模具装置10包括可重构模具11、固定框架12、弹性垫13和升降杆16。
[0040]所述热胀形箱2内设置有加热棒4，所述加热棒4均匀设置在热胀形箱2顶部;所述热胀形箱2底部设置开口区，硅胶膜层5设置在开口区处，所述硅胶膜层5与热胀形箱2铆合连接，使热胀形箱2内形成一密闭腔室，为加热加压成形提供封闭空间；热胀形箱2左侧壁上设置观测口 3 ；加热形箱2右侧壁上设置进气口 6，通过进气口 6将热胀形箱2与压缩机7连接。
[0041]所述热胀形箱2的外壁四周布置铰链和搭扣，与固定框架12之间形成活动门闩结构。
[0042]所述的观测口3用于观测热胀形箱内部情况;加热棒4用于热胀形箱内部加热；硅胶膜5用于传递热量和均布压力；进气口 6用于连接压缩机管道;压缩机7用于为热胀形箱2内供给压缩空气。
[0043]所述娃胶膜层5厚度不大于2mm。
[0044]所述的可重构模具11用于形成柔性模具型面；固定框架12用于固定弹性垫13和支撑待成形树脂板;弹性垫13用于消除多点模具基本体之间的间隙，实现离散可重构模具11型面的连续化;升降杆16用于调节弹性垫13和热胀形箱2之间的高度。
[0045]所述可重构模11具包括多个排列规则、高度可调的基本体，所述基本体紧密竖直排列于弹性垫正下方;所述基本体包括半圆形上部和圆柱形下部。
[0046]所述可重构模具11的型面通过多点成形CAD/CAE/CAM系列软件控制形成，其过程为通过多点成形CAD软件读取目标三维曲面的形状信息，得到可重构模具11基本体的相对高度值，然后通过多点成形CAE软件将可重构模具11的高度数据转换成数控代码，再传送到多点成形CAM软件，控制可重构模具11基本体高度的调整，进而形成目标形状曲面，实现任意三维曲面模具型面的快速生成。
[0047]所述可重构模具11的材料包括金属材料、耐高温复合材料或木材;所述弹性垫13的材料包括聚氨酯或橡胶。聚氨酯或橡胶是具有一定硬度与耐温能力的材料，通过其高温软化和受力变形逐步贴合可重构模具11型面，消除可重构模具基本体之间的间隙，实现可重构模具11连续化;因此既可实现树脂板在压力下贴模，又能抑制树脂板表面产生压痕。
[0048]所述固定框架12上设置有弹性垫13，弹性垫13位于硅胶膜层5正下方；固定框架12顶部设置有若干热电偶15。
[0049]所述固定框架12两端竖直设置有升降杆16，固定框架12内设置有可重构模具11，可重构模具11位于弹性垫13正下方。所述升降杆16置于可重构模具11与固定框架12之间，用于调节弹性垫13与热胀形箱2之间的高度，以适应不同形状三维零件成形需求。
[0050]本实施例所述的树脂类板材多点热成形方法，所述方法如图2所示，具体包括以下步骤:
[0051 ] I)通过多点成形CAD/CAE/CAM系列软件读取目标三维曲面的形状信息，形成可重构模具11的基本体高度数据，调节可重构模具11的基本体高度，形成目标零件模具型面；
[0052]2)打开热胀形箱2与固定框架12之间的搭扣，将表面光洁的树脂板14置于弹性垫13的上方，其位置与可重构模具11的型面位置相匹配；
[0053]3)锁紧热胀形箱2与固定框架12之间的搭扣，开启加热棒组4，对热胀形箱2进行加热，通过热电偶15对树脂板14的温度进行监控，直至树脂板14温度达到预定值且分布均匀；
[0054]4)开启空气压缩机7，通过进气口 6向热胀形箱2内输入压缩空气，使硅胶膜5膨胀，进而带动树脂板14和弹性垫13贴向可重构模具11;
[0055]5)关闭加热棒组4，对贴模后的树脂板14进行保压20min;
[0056]6)关闭空气压缩机7，待成形后的树脂板14冷却至室温，取出。
[0057]综上所述，本发明所述的树脂类板材多点热成形装置，实现了柔性调形、可控调温、均匀加压的有机集成，可以实现树脂类板材快速、精确成形。本发明所述的树脂类板材多点热成形方法，通过柔性模具快速调形和成形温度、压力精确控制，为树脂类板材成形提供一种高效、优质和低成本方法。
[0058]以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。
【主权项】
1.一种树脂类板材多点热成形装置，其特征在于，包括热胀形装置和柔性模具装置。2.根据权利要求1所述的树脂类板材多点热成形装置，其特征在于，所述热胀形装置包括热胀形箱、硅胶膜层和压缩机;所述柔性模具装置包括可重构模具、固定框架、弹性垫和升降杆。3.根据权利要求2所述的树脂类板材多点热成形装置，其特征在于，所述热胀形箱内设置有加热棒，所述加热棒均匀设置在热胀形箱顶部;所述热胀形箱底部设置开口区，硅胶膜层设置在开口区处，所述硅胶膜层与热胀形箱铆合连接，使热胀形箱内形成一密闭腔室;热胀形箱左侧壁上设置观测口；加热形箱右侧壁上设置进气口，通过进气口将热胀形箱与压缩机连接。4.根据权利要求2所述的树脂类板材多点热成形装置，其特征在于，所述热胀形箱与固定框架之间通过布置铰链和搭扣形成活动门闩结构。5.根据权利要求2所述的树脂类板材多点热成形装置，其特征在于，所述固定框架上设置有弹性垫，弹性垫位于硅胶膜层正下方;固定框架顶部设置有若干热电偶。6.根据权利要求2所述的树脂类板材多点热成形装置，其特征在于，所述固定框架两端竖直设置有升降杆，固定框架内设置有可重构模具，可重构模具位于弹性垫正下方。7.根据权利要求2所述的树脂类板材多点热成形装置，其特征在于，所述可重构模具包括多个排列规则、高度可调的基本体，所述基本体紧密竖直排列于弹性垫正下方;所述基本体包括半圆形上部和圆柱形下部。8.根据权利要求2所述的树脂类板材多点热成形装置，其特征在于，所述可重构模具的材料包括金属材料、耐高温复合材料或木材;所述弹性垫的材料包括聚氨酯或橡胶。9.根据权利要求2所述的树脂类板材多点热成形装置，其特征在于，所述硅胶膜层厚度不大于2mm。10.—种基于权利要求1-9任一项所述装置的树脂类板材多点热成形方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤: Al、调节可重构模具基本体的高度，使之形成目标零件模具型面； A2、将待成形树脂板置于硅胶膜层与弹性垫之间； A3、开启加热棒，对热胀形箱进行加热，同时通过热电偶对待成形树脂板温度进行监控，直至待成形树脂板温度达到成形温度且分布均匀； A4、开启压缩机，向热胀形箱内输入压缩空气，使硅胶膜膨胀，进而带动待成形树脂板贴模成形； A5、关闭加热棒，对贴模成形后的树脂板进行保压； A6、关闭空气压缩机，成形树脂板冷却至室温，取出。
【文档编号】B29C51/42GK106079389SQ201610445545
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2016年6月20日
【发明人】彭赫力, 刘海建, 李中权, 张小龙, 袁勇, 王桃章
【申请人】上海航天精密机械研究所