一种复合材料成型件的模具及模压成型方法
【技术领域】
[0001 ]本发明属于复合材料成型模具领域。
【背景技术】
[0002] 复合材料零组件固化成型需要加温、加压，一般采用单体模具（一面是实体模，另 一面是真空袋)确保压实，比如复合材料蒙皮。现有的复合材料加强框，有两个型腔，位于腹 板面两侧，采用单体模无法实现真空袋加压，需要采用组合模具。现有的阳模成型的组合模 具成型固化后，框缘外表面成橘皮褶皱，不能满足装配要求;原因是框缘比较厚;预浸料树 脂含量较高；当固化加压由外向内施加时，成环向铺放的纤维向阳模移动，从而产生纤维屈 曲，真空袋不能产生均匀压实效果，造成固化后出现褶皱。为此需要采用阴模，用硅橡胶由 内向外加压框缘内表面，成型效果是框缘外表面是光滑的，但内表面比较粗糙，厚度不均 匀;如果内外表面都有装配要求(均为装配面）；则硅胶模压技术不能满足此要求。如果想获 得内外表面都光滑的复合材料框，可以采用RTM或金属模压;RTM是一种液体树脂注塑、纤维 浸渍及模塑加温固化技术，缺点是固化压力低，只能用于低载荷结构;金属模压是阴阳模均 为金属模块，缺点是合模困难，特别是对环形闭合件，这是因为预浸料铺层厚度要比最终固 化厚度大，所以阴模模合拢困难，在阴模相邻模块间经常出现夹布现象。
【发明内容】
[0003] 发明的目的
[0004] 现有金属压模的阴阳模块采用相同的金属材料，内外模块之间的间隙就是产品理 论厚度，即固化厚度，此厚度小于铺层厚度(合模前刚铺放完的厚度），因此阴模环向合模非 常困难;为解决合模困难就需要加大模腔间隙即阴阳模的间隙，需要发明一种金属模压结 构，解决阴模合模困难问题。
[0005] 技术方案
[0006] 提供一种模具，特别是复合材料成型件的模具，包括阴模和阳模，所述的阴模和阳 模的材质不同，阴模为热膨胀系数小于阳模热膨胀系数，且阴模热膨胀系数与阳模的热膨 胀系数的比值为1:13~1:11。
[0007] 提供一种复合材料成型件的模压成型方法，包括如下步骤：
[0008] 步骤1、模具制备
[0009] 用CATIA建模软件获得成型件的模型，并根据成型件的模型和缩比系数公式计算 出阴模模具模型和阳模模具模型，之后根据阴模模具模型和阳模模具模型分别加工出阴模 模具和阳模模具，所述缩比系数公式为：
[0011] λ为缩比系数;α。为成型件材料的平均热膨胀系数;am为模具材料的热膨胀系数；Δ T为固化温度与室温的温差;所述的阴模的热膨胀系数小于阳模热膨胀系数，且阴模热膨胀 系数与阳模的热膨胀系数的比值为1:13~1:11;
[0012]步骤2、模具使用
[0013] 将复合材料预浸料铺放到阳模上，再将阴模合拢，并用真空袋密封整个模具，之后 对密封
[0014] 模具加热固化，固化后冷却脱模得到复合材料成型件。
[0015] 为加大常温状态下模具间隙，阴模采用热膨胀系数小的金属材料，阳模采用热膨 胀系数大的金属材料；为确保固化温度下模具处于正确的产品尺寸（阳模形状和阴模形 状），需要将阴阳模分别按各自的缩比系数缩小模具的常温尺寸；阴模尺寸缩量小，阳模尺 寸缩量大，于是阴阳模的常温间隙加大了；当固化升温时，阳模膨胀量大，模腔间隙缩小，铺 层被压向阴模，出现了金属膨胀模压效果。目前最好的阴模材料是因瓦钢（INVAR)，热膨胀 系数为1 · 7~2 X 10-^C-1;阳模材料为铝合金23 ·4~24 · 8 X 10-61^(20~200°C)。
[0016] 技术效果
[0017] 复合材料预浸料由人工铺放到阳模上，铺层厚度向外积累，铺层厚度一般会大于 产品理论厚度，因此阴模合模非常困难;为了解决阴模合模困难，必须加大阴阳模之间的间 隙，以利于合模。人工铺层和合模是在室温完成的，因此必须加大室温下阴阳模的间隙。间 隙增加量A G取决于模具材料的热膨胀系数、产品尺寸L和固化温度T。。固化加压主要由阳 模热膨胀由内向外的挤压产生的，形成金属热膨胀加压效果。固化结束后，模具开始降温 时，阳模收缩量大;而铺层已经固化变成了复合材料，由于复合材料热膨胀系数低，复合材 料产品收缩量小，因此阳模与产品之间会脱开，出现自动脱模效果。
【具体实施方式】
[0018] 提供一种模具，特别是复合材料成型件的模具，包括阴模和阳模，所述的阴模和阳 模的材质不同，阴模为热膨胀系数小于阳模热膨胀系数，且阴模热膨胀系数与阳模的热膨 胀系数的比值为1:13~1:11。
[0019] 提供一种复合材料成型件的模压成型方法，包括如下步骤：
[0020] 步骤1、模具制备
[0021] 用CATIA建模软件获得成型件的模型，并根据成型件的模型和缩比系数公式计算 出阴模模具模型和阳模模具模型，之后根据阴模模具模型和阳模模具模型分别加工出阴模 模具和阳模模具，所述缩比系数公式为：
[0023] λ为缩比系数;α。为成型件材料的平均热膨胀系数;am为模具材料的热膨胀系数；Δ T为固化温度与室温的温差;所述的阴模的热膨胀系数小于阳模热膨胀系数，且阴模热膨胀 系数与阳模的热膨胀系数的比值为1:13~1:11;
[0024]步骤2、模具使用
[0025]将复合材料预浸料铺放到阳模上，再将阴模合拢，并用真空袋密封整个模具，之后 对密封模具加热固化，固化后冷却脱模得到复合材料成型件。
【主权项】
1. 一种模具，特别是复合材料成型件的模具，包括阴模和阳模，所述的阴模和阳模的材 质不同，阴模为热膨胀系数小于阳模热膨胀系数，且阴模热膨胀系数与阳模的热膨胀系数 的比值为1:13~1:11。2. -种复合材料成型件的模压成型方法，包括如下步骤： 步骤1、模具制备 用CATIA建模软件获得成型件的模型，并根据成型件的模型和缩比系数公式计算出阴 模模具模型和阳模模具模型，之后根据阴模模具模型和阳模模具模型分别加工出阴模模具 和阳模模具，所述缩比系数公式为：λ为缩比系数;α。为成型件材料的平均热膨胀系数;am为模具材料的热膨胀系数；ΔΤ为 固化温度与室温的温差;所述的阴模的热膨胀系数小于阳模热膨胀系数，且阴模热膨胀系 数与阳模的热膨胀系数的比值为1:13~1:11; 步骤2、模具使用 将复合材料预浸料铺放到阳模上，再将阴模合拢，并用真空袋密封整个模具，之后对密 封模具加热固化，固化后冷却脱模得到复合材料成型件。
【专利摘要】本发明涉及一种复合材料成型件的模具及模压成型方法，本发明技术的特点是加大阴阳模之间的间隙，大于产品理论厚度；阴模采用热膨胀系数地的材料，例如因瓦钢；阳模采用热膨胀系数大的材料，例如铝合金；为确保固化温度下模具处于正确的产品尺寸(阳模形状和阴模形状)，需要将阴阳模分别按各自的缩比系数缩小模具的常温尺寸；阴模尺寸缩量小，阳模尺寸缩量大，于是阴阳模的常温间隙加大了；当固化升温时，阳模膨胀量大，模腔间隙缩小，铺层被压向阴模，出现了金属膨胀模压效果。固化结束后，模具开始降温时，阳模收缩量大；而铺层已经固化变成了复合材料，由于复合材料热膨胀系数低，复合材料产品收缩量小，因此阳模与产品之间会脱开，出现自动脱模效果。
【IPC分类】B29C70/44, B29C33/44
【公开号】CN105711110
【申请号】CN201610201423
【发明人】岳旭
【申请人】哈尔滨飞机工业集团有限责任公司