一种用于树脂传递模塑的制造模具的方法
【专利摘要】一种制造模具的方法，该模具用于通过树脂传递模塑模制零件，该方法包括至少下列步骤：制造所述零件的模型(1)；制造带有外表面(3)的对映模子(2)，该外表面(3)存在与所述模型(1)的第一侧互补的压痕(4)；在对映模子(2)的所述压痕上放置所述模型(1)；在所述模型(1)和对映模子(2)的所述外表面上覆盖多个叠置的织物层以便成形第一半壳(6)，所述叠置的织物层由热固树脂浸润；固化所述第一半壳(6)；从所述模型(1)和从所述第一半壳(6)上分开所述对映模子(2)；在所述第一半壳(6)和所述模型第一侧上覆盖多个叠置的织物层以便形成第二半壳(7)；和固化所述第二半壳(7)。
【专利说明】一种用于树脂传递模塑的制造模具的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及复合材料制元器件的制造领域。特别地，本发明涉及一种用于通过树脂传递模塑(RTM)模制成型零件的制造模具的方法，并且它还涉及由此方法制造的模具。
【背景技术】
[0002]在一个RTM工艺中，一个织物预成型体插入到一个模具的模腔内。当模具闭合后，热固树脂在压力作用下经由注入通道注入到模腔内。在树脂的定型期间内保持模腔内压力，在这期间升高温度以便促进这种定型。脱模以后，由此获得复合零件，该复合零件通过由织物预成型体纤维增强的热固性塑胶材料制成，具有精确的形状和几何尺寸，并且通常仅需要有限的后处理。树脂传递模塑(RTM)工艺由此使得复合构件能够被大批量制造。
[0003]在RTM工艺期间，织物预成型体可能会受到高强度应力。虽然仿真手段在某种程度上使得预先计算出这样的应力以便确定产生所需模塑物的预成型体成为可能，但是它接下来有必要通过验证预成型体的步骤，其目的是为了检查纤维中的任何配准误差以及它们在最终模塑物中的分布和密度，并检查模塑物的总体变形以利于形成预成型体，及其他生产参数。为了继续进行这种生产试验验证，然而仍有必要在RTM工艺中使用生产模具。
[0004]用于树脂传递模塑的模具与传统塑料注模的模具相似。它由此包括一个模子，通常由金属制成，并具有一个模腔，其通常需要具备非常小公差的高精密机加工。另外，为了使温度能够用以定型树脂通常需要的那样在模腔内变化，通常需要在模子内设置加热和致冷装置。因此，制备这种用于预成型体验证测试的最终模具将占用过长时间，并且一旦失败被证明是非常昂贵的。
[0005]然而，从一块金属中简化机加工初级金属模具存在其他缺陷。一种实心金属模子将不可能重现用以最终生产模具所需的温度升高速率。此外，从一大块中机加工出这种模具会消耗宝贵的时间。
【发明内容】
[0006]本发明旨在克服上述缺陷。特别是，本发明旨在提出一种方法，其能快速并低成本地制造初级模具，以便在树脂传递模塑用预成型体上进行验证测试。这种模具包括至少两个半壳，其被设置成这样以便能够分开，以便将预成型体插入模腔中，并取出已固化的模制成型零件，同时在树脂传递模塑工艺的注射和固化工序期间，彼此相靠不透气地被密封着。
[0007]在至少一个实施例中，该目的可通过包括以下步骤的方法实现:
[0008]制造待|旲制成型零件的I旲型；
[0009]制作带有外表面的对映模子，该外表面存在与所述模型第一侧互补的压痕；
[0010]在对映模子的所述压痕上放置所述模型；
[0011]在模型和对映模子的所述外表面覆盖多个叠置的织物层以便形成第一半壳，该叠置的织物层由热固树脂浸润；
[0012]固化所述第一半壳；
[0013]从模型和从第一半壳上分开对应模具；
[0014]在第一半壳和模型第一侧上覆盖多个叠置的织物层以便形成第二半壳；和
[0015]固化第二半壳。
[0016]通过这些规定，以这种方式获得的两个半壳能一起行动以确定模腔，该模腔适于被打开以便插入预成型体，并适于在树脂注射和固化期间保持封闭，然后适于重新打开便于零件脱模。由于第二半壳在第一半壳上直接成形，两个半壳沿模腔四周存在精准互补的接触表面，由此使得模腔可以良好密封。为了形成注入和排气通道和/或用于容纳密封垫片的凹槽，凸凹的形状可在半壳的接触表面上直接加工出来，和/或这些形状也可以在对映模子上形成。
[0017]另外，半壳的壁可以相对很薄，由此更好地热传递，并且由此更准确地重现应用于最终模制成型批量生产期间的固化条件，特别是有关温度升高的条件。为了确保在此初级模具中的模腔有足够的硬度，此模具可能受到加固和加强筋，其与在预成型体验证测试期间所受的应力相匹配。应该注意到术语“织物层”涵盖了由连在一起的纤维构成的层，该层可以是机织层，或者它也可以是仅在一个方向延伸的长纤维单向层，或者就是一种非机织的短纤维层。
[0018]第一和/或第二半壳的织物层可以包括碳纤维，因为它们具有高强度的硬度及良好的热导性。然而，例如，可以根据半壳所受到的热应力和机械应力来设想包括诸如玻璃纤维的其他材料。织物层也可以是已经预浸润的层，即在其铺放之前由热固树脂浸润以便简化进行铺放所需的操作并确保树脂的良好分散性。然而，可选地，它们也可以在铺放工序中被浸润。
[0019]在它们各自固化操作之前，第一和第二半壳可以在防漏片下抽空以便获得具有降低空隙率和更高纤维含量的复合材料。
[0020]在树脂传递模塑工艺的注入和固化工序期间，能够确保模具闭合是非常重要。为此目的，在第一种选择中，每个半壳存在至少一个孔口，其与另一半壳的对应孔口对准，孔口用于穿过一装置使第一半壳夹紧靠在第二半壳上。这些孔口可以在固化后的半壳上钻孔而得，或者它们在半壳自身形成的同时形成。特别是，包括这些孔口和加强其周边的金属嵌件可以在它们形成的同时嵌入半壳中。
[0021]与此相反，在第二种选择中，此模具制备方法可进一步包括至少以下步骤:
[0022]向第一和第二半壳的凹背面内浇铸可硬化流体材料；和
[0023]在所述凹背面内硬化所述可硬化流体材料。
[0024]这样，每个半壳形成了一个实心块，两个半壳很可在一压力作用下彼此挤压靠紧，以便确保在树脂传递模塑工艺的注入和固化工序期间模具是闭合的。用于每个半壳的术语“正面”通常表示它与另一半壳在它们彼此相靠闭合时接触到的那一面，术语“背面”通常表示与正面相对的那一面。
[0025]所述可硬化流体材料，例如，可以是混凝土，在硬化后，在树脂传递模塑工艺中通常应用的温度下，其展示出良好的抗压强度和良好的热稳定性。
[0026]此外，为了保持两半壳的良好热传导，可硬化流体材料会包括导热颗粒，例如，金属颗粒。
[0027]用以模制成型的零件模型可通过快速成形法制造，例如，像:立体光刻，激光烧结，熔制沉积成形，或快速机加工。这种方法能够在零件虚拟模型的基础上，快速建立具有微小制造公差的这种物理模型。
[0028]本发明还提供了通过该模具制备法制备的模具。
【专利附图】
【附图说明】
[0029]通过阅读由非限制性实例所示的几个实施例的以下详细描述中，本发明可被更好地理解和它的优点更好地体现出来。该描述参考附图，其中:
[0030]图1是构成本发明实施例的方法中多个步骤的图解示意图；
[0031]图2A是本发明第一实施例中模具的分解示意性透视图；
[0032]图2B和2C分别是图2A中模具第一模具部分的正面和背面视图；
[0033]图3A是在第二实施例中模具的分解示意性透视图；和
[0034]图3B是图3A中模具第一部分背面的透视图。
【具体实施方式】
[0035]在本发明的一个实施例中，图1示出了通过树脂传递模塑用以模制成型零件的模具制造法的起始步骤。
[0036]在第一步骤中，在零件虚拟模型的基础上通过快速成形法(例如通过立体光刻)制造待模制成型零件的模型I。同时，例如，通过机加工一块刚性合成泡沫或压层木材制备对映模子2。对映模子2存在一表面3，表面3具有与模型I的第一面互补的压痕4。在压痕4周围，对映模子2的表面3重现了模子闭合面8的轮廓，模子闭合面8设置有注入通道24、排气通道25和凹槽26，凹槽26用于沿模腔四周容纳密封垫片。
[0037]在第二步骤中，将模型I放置在压痕4上以覆盖表面3，并将模型I露出的那面放置上被热固树脂(例如像环氧树脂)预浸润的碳纤维材料织物层，以便形成第一半壳6。此覆盖过程可能会在框架5中进行，由此能在第一半壳6的周边形成侧壁20。此后，第一半壳6在密封片21下排气并固化(例如放在高压釜内)，从而使树脂硬化。
[0038]在此固化步骤之后，取出对映模子2以便露出第一半壳6的正面和模型I的第一面，在第二步中，在其上覆盖另一由热固树脂已预浸润的碳纤维材料织物层以便形成第二半壳7。对于第一半壳6而言,框架5是用来在第二半壳7周边形成侧壁22的。此后，同样地，第二半壳7在密封片23下排气并固化(例如放在高压釜内固化)，从而使树脂硬化。
[0039]在此固化之后及取出模型I之后，由此获得具备正面的两个半壳6和7，当它们彼此相靠放置时，正面确定了能够用于树脂传递模塑原型的模腔，该原型用于例如验证预成型体。沿此模腔四周，半壳6和7的正面存在表面8和9，表面8和9精确地互补以便保证当半壳6和7彼此相靠闭合时模腔是密封的。为了确保半壳6和7具有此目的所需的硬度，可应用建模法和建模系统提前确定它们的壁厚和若有的话在背面上设置加强筋。另外，为了获得基本上无气孔的光滑表面，可用封孔涂层处理半壳6和7的正面，封孔涂层如供应商
Air0tec?在Cirex?商标下出售的同类口口口。
[0040]在树脂传递模塑工艺的注入和固化步骤期间，确保模具是封闭的也很重要，以便在模腔内保持数量级为2兆帕(MPa) (20巴)的压力。为此目的，在第一实施例中，特别如图2A-2C所示，两个半壳6和7在它们各自互补的闭合面8、9上存在孔口 10、11，孔口 10，11用于螺栓12穿过。沿模腔四周设置这些孔口 10、11，并且第一部分6中的每一个孔口 10与第二部分7中的对应孔口 11对准，以便能使模具通过螺母(未显示)拧紧螺栓12的方式闭合。在所示实施例中，在每个半壳6、7成形的同时，通过向其中并入金属嵌件形成孔口10和11。因此，这些金属嵌件确定了孔口 10和11并同时加固了每一孔口的周边。然而，可以选择在两个模子部分6、7固化并脱模之后，在一附加工序期间，在互补闭合面8、9上钻出孔口。以相同的方式，在半壳6、7固化之后，也可以在闭合面8、9上机加工出注入和排气通道和/或密封垫片凹槽，而不是在对映模子中模制成型。
[0041]如图2A和2C所不，在每个模子部分6、7的反面15、16上的加强筋14有助于在RTM工艺期间确保硬度。在此第一实施例中，模具在封闭的同时可以插入高压釜以便执行RTM工艺的至少固化工序。
[0042]在第二实施例中，如图3A和3B所示，正如模壁20、22所定义的那样，在每一模子部分6、7固化之后，每一模子部分6、7的背面15、16用可硬化流体材料填充以便形成两实心块。特别是，在所示实施例中，可硬化流体可以是填充了导热金属颗粒的混凝土，以便当模具在RTM工艺中应用时，其模腔能快速地受热和/或制冷。在此第二实施例中，模具可通过作用在两个模子部分6、7的背面15、16上的反方向压力闭合，以便挤压其正面而彼此相
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[0043]虽然参考特定实施例在上文对本发明进行了描述，显然可以对实施例作出各种修改和变动而不超过正如本发明权利要求书所定义的总体范围。例如，虽然所示实施例仅涉及制造由两部分组成的模子，也可以想像应用本发明的方法制造具备大量组成部分的模子用以模制成型形状更复杂的零件。另外，上述各实施例的个体特征可以结合成附加实施例。因此，本说明书和附图应当被认为在某种意义上是说明性的而不是限制性的。
【权利要求】
1.一种制造模具的方法，该模具用于通过树脂传递模塑模制零件，该方法包括至少以下步骤: 制造所述零件的模型(I); 制造带有外表面(3)的对映模子(2)，该外表面(3)存在与所述模型(I)的第一侧互补的压痕⑷； 在对映模子(2)的所述压痕上放置所述模型(I)； 在所述模型(I)和对映模子(2)的所述外表面上覆盖多个叠置的织物层以便成形第一半壳￠)，所述叠置的织物层由热固树脂浸润； 固化所述第一半壳(6)； 从所述模型(I)和从所述第一半壳(6)上分开所述对映模子(2); 在所述第一半壳(6)和所述模型第一侧上覆盖多个叠置的织物层以便成形第二半壳(7);和 固化所述第二半壳(7)。
2.依据权力要求I所述的方法，其中，每个半壳(6、7)存在至少一个孔口(10，11)与另一个半壳(7、6)中的对应孔口对准，该孔口用于穿过装置(12)，该装置(12)用于使所述第一半壳(6)夹紧靠在所述第二半壳(7)上。
3.依据权力要求I所述的方法，进一步包括至少以下步骤: 向所述第一和第二半壳出、7)的凹背面(15、16)内浇铸可硬化流体材料；和 在所述凹背面内(15、16)硬化所述可硬化流体材料。
4.依据权力要求3所述的方法，其中，所述可硬化流体材料包括热导颗粒。
5.依据权力要求3或权利要求4所述的方法，其中，所述可硬化流体材料是混凝土。
6.依据前述任一项权利要求所述的方法，其中，所述织物层包括碳纤维。
7.依据前述任一项权利要求所述的方法，其中，所述织物层在覆盖之前被热固树脂浸润。
8.依据前述任一项权利要求所述的方法，其中，所述模型(I)是由快速成形法制造的。
【文档编号】B29C70/54GK104144774SQ201380010566
【公开日】2014年11月12日 申请日期:2013年2月21日 优先权日:2012年2月23日
【发明者】埃米莉·利兹, 多米尼克·麦格纳迪克斯 申请人:斯奈克玛