专利名称：树脂基复合材料桁架管状构件成型模具的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种采用缠绕工艺制造的成型模具，具体地说，涉及一种树脂基复合材料桁架管状构件成型模具。属于工艺装备结构设计与制造技术领域。
背景技术：
树脂基复合材料桁架管状构件为三维桁架结构，从整体上看构件是一个笼状管式格子结构，由围绕轴线缠绕的螺旋折线杆单元和连接结构两端的直线杆单元组成。该结构件采用树脂基复合材料缠绕工艺制造，具有高比刚度和高比强度，已运用于山地车车架、篮球架等民用商品领域。由于该类结构件外轮廓凹凸不平，脱模空间狭小，模具结构的设计成为该类结构件制造的关键。该类结构件代表性的构型为上世纪90年代，由美国杨百翰大学教授David Jensen等发明的一种名为IsoTruss的祐1架管状构件。David Jensen教授在阐述IsoTruss结构特点的美国专利US 20050115186A1 (同时申请的中国专利ZL01814980. 4为等代桁架结构)中，公开了一种用于制造该类构件的模具。该模具以空心圆管为主轴，在圆管上钻制圆孔，将支撑销插入圆孔作为缠绕纤维的支撑端头，并在空心圆管中填塞柱状管芯，使支撑销穿过圆孔后抵靠到管芯上，以限制支撑销沿圆孔移动。该模具结构中，圆管上的圆孔的间距和支撑销的高度，决定了树脂基复合材料柱状桁架构件上支撑节点的间距和构件的直径，当构件设计参数改变时，需要重新制造模具， 模具重复利用率低。另外，空心圆管对支撑销的限制不足，在纤维缠绕过程中，支撑销容易松动。
发明内容
为了避免现有技术存在的不足，克服模具重复利用率低、构件脱模难的问题，本发明提出一种树脂基复合材料桁架管状构件成型模具。该成型模具采用缠绕成型工艺制造树脂基复合材料桁架管状构件，各部件的装配采用螺钉紧固，组装、拆卸简便，便于构件成型后的脱模操作；可通过更换不同直径的端板和调整纤维支撑头的间距，制造出不同参数的构件，不需要完全更换整套模具。本发明解决其技术问题所采用的技术方案是成型模具包括主轴、端板、支撑梁、 纤维支撑头、转向螺钉、紧固件，所述主轴为其它各部件提供支撑，便于在制造过程中支撑整个模具结构，主轴的长度比所要制造的桁架管状构件长。所述端板为两个同轴半径不等的圆盘，两个圆盘整体加工成型，端板中心设置有圆孔，端板通过圆孔固定安装在主轴的两端，且与主轴间隙配合；端板小圆盘周向设置有螺纹通孔与端板中心圆孔贯通，端板大圆盘周向设置有若干矩形凹槽，每个凹槽中心有一螺纹盲孔，端板小圆盘螺纹通孔中心线与大圆盘螺纹盲孔中心线相错位90°，端板小圆盘周向分布的螺纹通孔数量与大圆盘周向分布的螺纹盲孔个数相同；端板凹槽的深度与支撑梁厚度相同，为端板大圆盘与小圆盘半径之差。
所述转向螺钉安装在端板小圆盘的周向螺纹通孔中，转向螺钉旋入螺纹通孔卡紧主轴；转向螺钉在纤维缠绕过程中可作为纤维的转向轴和纤维绑束的端头。所述支撑梁为长方体形直杆，沿支撑梁中轴线上有长条滑槽，沿滑槽中轴线设置有小于滑槽长度的豁口，支撑梁轴线两端各有一圆孔，支撑梁固定安装在两端板凹槽内;支撑梁滑槽的长度小于支撑梁的长度，支撑梁滑槽的宽度与纤维支撑头底座的宽度相同，支撑梁滑槽的深度大于等于纤维支撑头底座的厚度，滑槽豁口宽度小于滑槽宽度；支撑梁与端板凹槽间隙配合。所述纤维支撑头为L形，底座中心设置有一圆孔，侧板顶端中间开有U形口 ；纤维支撑头沿支撑梁轴向分布，通过紧固件固定安装在支撑梁滑槽内；纤维支撑头的底座同支撑梁滑槽间隙配合，并限制纤维支撑头的转动和滑动。在纤维沿模具轴线缠绕过程中，对纤维起支撑作用。所述支撑梁沿模具体周向分布至少为三根；一根支撑梁上至少应有一个纤维支撑头。本发明树脂基复合材料桁架管状构件成型模具装配过程(I)首先将主轴穿过端板中心圆孔，且主轴上两端端板小圆盘端面向外，调整两端端板的距离，保证两端端板凹槽螺纹盲孔中心距离等于支撑梁两端圆孔中心距离；(2)使用转向螺钉旋进两端板小圆盘的螺纹通孔中，并将主轴卡紧；(3)通过紧固件将纤维支撑头固定安装在支撑梁滑槽内；(4)将固定有纤维支撑头的支撑梁，通过紧固件固定到模具两侧端板的凹槽内。在纤维沿模具轴线缠绕过程中，对纤维起支撑作用。有益效果本发明树脂基复合材料桁架管状构件成型模具，采用缠绕成型工艺制造树脂基复合材料桁架管状构件。模具各部件的装配采用螺钉紧固件，组装和拆卸方便，而且便于构件成型后的脱模操作；可通过更换不同直径的端板，调整纤维支撑头的间距，制造不同参数的构件，不需要完全更换整套模具。成型模具结构简单，使用操作方便。
下面结合附图和实施方式对本发明树脂基复合材料桁架管状构件成型模具作进一步详细说明。图I为本发明成型模具的结构示意图。图2为本发明成型模具的端板示意图。图3为本发明成型模具的支撑梁示意图。图4为本发明成型模具的纤维支撑头示意图。图中I.主轴 2.端板 3.端板中心圆孔 4.端板小圆盘螺纹通孔 5.端板凹槽 6.端板凹槽螺纹盲孔 7.转向螺钉 8.支撑梁 9.支撑梁滑槽10.支撑梁滑槽豁口
11.支撑梁端头圆孔12.纤维支撑头13.纤维支撑头底座中心圆孔14.纤维支撑头U形口 15.紧固件
具体实施例方式本实施例是一种树脂基复合材料桁架管状构件成型模具，该成型模具各部件的装配采用螺钉紧固，组装、拆卸方便，便于构件成型后的脱模操作；其包括主轴I、端板2、端板中心圆孔3、端板小圆盘螺纹通孔4、端板凹槽5、端板凹槽螺纹盲孔6、转向螺钉7、支撑梁 8、支撑梁滑槽9、支撑梁滑槽豁口 10、支撑梁端头圆孔11、纤维支撑头12、纤维支撑头底座中心圆孔13、纤维支撑头U形口 14、紧固件15。本发明树脂基复合材料桁架管状构件成型模具，为采用缠绕工艺制造树脂基复合材料桁架管状构件的模具结构。以具有8根支撑梁周向均匀分布的模具为例进行说明。参见图I。图2、图3、图4，模具各部件的装配采用螺钉紧固，组装和拆卸方便，而且便于构件成型后的脱模操作。更换不同直径的端板和调整纤维支撑头的间距，可制造不同结构参数的构件。模具组成部件(I)主轴为其它各部件提供支撑，便于在制造过程中支撑整个模具结构，主轴I的长度比所要制造的桁架管状构件略长；主轴I位于模具的中轴线上，一套模具只有一根主轴，主轴I与端板中心圆孔3间隙配合，且通过端板2上安装的转向螺钉7将主轴I固定卡紧，以限制主轴I沿端板中心圆孔3相对滑动。如图I所示。(2)端板是支撑梁的定位部件，安装在模具体的两端。端板2为两个同轴半径不等的圆盘，两个圆盘整体加工而成。端板中心设置有圆孔3，端板2通过圆孔固定安装在主轴I的两端，且与主轴I间隙配合；端板小圆盘周向设置有8个螺纹通孔与端板中心圆孔3 贯通，端板大圆盘周向设置有8个矩形凹槽5，每个凹槽中心有一螺纹盲孔6，端板小圆盘螺纹通孔4中心线与大圆盘螺纹盲孔6中心线相错位90°，端板小圆盘周向分布的螺纹通孔数量与大圆盘周向分布的螺纹盲孔个数相同；端板凹槽5的深度与支撑梁8厚度相同，为端板2大圆盘半径与小圆盘半径之差；支撑梁8与端板凹槽5间隙配合。通过螺钉紧固将支撑梁8的两端分别固定在两端端板的凹槽内，以限制支撑梁8同端板2的相对运动。(3)转向螺钉安装在端板小圆盘螺纹通孔4中，转向螺钉7的数量与支撑梁8的数量相等。在模具组装过程中，转向螺钉7旋入端板小圆盘螺纹通孔4中卡紧主轴I ;转向螺钉7在纤维缠绕过程中可作为纤维的转向轴和纤维绑束的端头。(4)支撑梁8为纤维支撑头12的支撑部件，分布于模具体的周向，支撑梁8沿模具体周向分布至少为三根。支撑梁8为矩形截面的直杆，沿支撑梁8中轴线上设置有长条形滑槽，支撑梁滑槽9上设置有小于滑槽长度的豁口，支撑梁滑槽9的长度小于支撑梁8的长度，支撑梁滑槽9的宽度与纤维支撑头12底座的宽度相同，支撑梁滑槽9的深度大于等于纤维支撑头12底座的厚度，滑槽豁口 10的宽度小于滑槽的宽度。支撑梁8轴线两端开有圆孔11，参见图3 ;支撑梁8固定安装在端板凹槽5内，支撑梁8与端板凹槽5间隙配合。 支撑梁端头圆孔中心11到同一侧支撑梁端面的距离与端板凹槽螺纹盲孔6中心到靠近端板小圆盘一侧的凹槽边缘的距离等同。(5)纤维支撑头为缠绕纤维的支撑部件，沿支撑梁分布，一根支撑梁8上至少有一个纤维支撑头12。纤维支撑头12的轮廓为L形，纤维支撑头底座中心设置有一圆孔，侧板顶端中间开有U形口，如图4所示。纤维支撑头的底座宽度和滑槽的宽度相同，且底座中心有一圆孔13，纤维支撑头12沿支撑梁8轴向分布，通过紧固件15将纤维支撑头固定安装在支撑梁滑槽内。纤维支撑头12的底座同支撑梁滑槽9间隙配合，并限制纤维支撑头12的转动和滑动。在纤维沿模具轴线缠绕过程中，对纤维起支撑作用。模具装配过程(I)主轴I穿过两端板的中心圆孔3，且两端端板小圆盘端面朝外，调整两端端板的距离，保证两端端板凹槽螺纹盲孔6中心距离等于支撑梁两端圆孔中心距离；(2)通过转向螺钉7旋进两端端板小圆盘螺纹通孔4中，将主轴卡紧；(3)使用紧固件15将纤维支撑头12固定安装在支撑梁滑槽9内；(4)将固定有纤维支撑头12的支撑梁8，通过螺钉固定在模具体两侧端板凹槽5 内。构件脱模过程 (I)将端板2上的转向螺钉7卸载旋松，使其与主轴I脱离；(2)旋开用于固定支撑梁的紧固件15，并将两侧的端板2取出；(3)依次在构件内部取出固定有纤维支撑头12的支撑梁8 ；(4)脱模完成。
权利要求
1.一种树脂基复合材料桁架管状构件成型模具，其特征在于包括主轴、端板、支撑梁、纤维支撑头、转向螺钉、紧固件，所述主轴为其它各部件提供支撑；所述端板为两个同轴半径不等的圆盘整体加工成型，端板中心有圆孔，端板固定安装在主轴的两端，端板小圆盘周向设置有若干螺纹通孔与端板中心圆孔贯通，端板大圆盘周向设置有若干矩形凹槽，每个凹槽中心有一螺纹盲孔，端板小圆盘螺纹通孔与大圆盘螺纹盲孔错位90°，端板小圆盘周向分布的螺纹通孔数量与大圆盘周向分布的螺纹盲孔数量相同；端板凹槽的深度为端板大圆盘与小圆盘半径之差；所述转向螺钉安装在端板小圆盘周向的螺纹通孔中，转向螺钉旋入螺纹通孔卡紧主轴；所述支撑梁为长方体形直杆，两端各有一圆孔，支撑梁上有长条滑槽，沿滑槽中轴线设置有小于滑槽长度的豁口，支撑梁固定安装在两端板凹槽内；所述纤维支撑头为L形，底座中心设置有一圆孔，侧板顶端中间开有U形口，纤维支撑头通过紧固件固定安装在支撑梁滑槽内。
2.根据权利要求I所述的树脂基复合材料桁架管状构件成型模具，其特征在于所述的支撑梁沿模具体周向分布至少为三根；一根支撑梁上至少有一个纤维支撑头。
全文摘要
本发明公开了一种树脂基复合材料桁架管状构件成型模具。该模具采用缠绕成型工艺制造树脂基复合材料桁架管状构件，包括主轴、端板、支撑梁、纤维支撑头、转向螺钉、紧固件。主轴为其它各部件提供支撑，主轴的两端安装有端板，圆盘形端板上设置有螺纹通孔和凹槽，转向螺钉旋进端板的螺纹通孔中将主轴卡紧；支撑梁通过紧固件固定在两端端板凹槽内，纤维支撑头固定安装在支撑梁上的滑槽内；各部件的装配采用螺钉紧固，组装、拆卸方便，便于构件成型后的脱模操作；可通过更换不同直径的端板，调整纤维支撑头的间距，制造不同参数的构件，不需要完全更换整套模具。成型模具结构简单，使用操作方便。
文档编号B29L23/00GK102582071SQ20121003797
公开日2012年7月18日 申请日期2012年2月20日 优先权日2012年2月20日
发明者刘闯, 王俊彪, 谭浩, 赖长亮, 陈辉 申请人:西北工业大学