一种双曲面回转体复合材料制品的分体成型模具的制作方法

本发明涉及纤维增强树脂基复合材料制造领域，具体的说是一种双曲面回转体复合材料制品的分体成型模具。

背景技术：

纤维增强树脂基复合材料具有质轻高强、绝缘抗磁、隔振降噪、耐腐蚀等诸多优点，被广泛应用于航空、航天、船舶、能源等诸多工程领域。现有技术中，通常采用真空辅助树脂传递模塑工艺即VARTM制造。VARTM是在RTM工艺基础上开发而来，主要原理是在模腔中铺放按性能和结构要求设计的纤维增强树脂基复合材料的预成型体，然后采用真空泵对闭合模腔抽真空，再用注射设备将树脂注入闭合模腔，或仅靠型腔真空造成的内外压力差注入树脂，固化制得成品。与常规RTM工艺相比，闭合模腔抽真空改善了模腔内树脂的流动性和润湿性，并有利于排尽气泡，这将能够减小模腔的注射压力，提高VARTM复合材料制品的纤维含量，减少VARTM复合材料制品的微观空隙，使VARTM复合材料制品的力学性能更好。

图4是一种双曲面回转体复合材料制品的立体结构示意简图，该复合材料制品的结构设计尺寸给定并由金属框架10、底面11、外侧面12和内侧面13组成，其中底面11、外侧面12和内侧面13为整体一次成型且符合设计尺寸，满足VARTM工艺要求。图5为图4的纵截面示意图，由图可知，该复合材料制品外形呈流线型，其横截面尺寸变化大、底部厚、上端薄、增强材料含量高，导致预成型体放入模具时产生挤压皱褶、凸台、错层、滑动等现象，使其厚度不均一、易产生空腔流道、出现白斑和缺陷区域。此外当复合材料固化后，大面积的曲面界面粘接力会导致复合材料制品与模具无法分离等问题。针对满足VARTM工艺的双曲面回转体复合材料制品，对应的分体成型模具设计方法还未见到相关报道。

技术实现要素：

本发明旨在提供一种能够消除预成型体放入模具时产生褶皱，厚度不一以及制品固化后与模具难以分离等问题的双曲面回转体复合材料制品的分体成型模具。

为了解决以上技术问题，本发明采用的技术方案为：一种双曲面回转体复合材料制品的分体成型模具，包括底盘、外模以及套设在外模中的内模，所述外模和内模均为圆台形，且两者大端朝向一致进行设置，外模和内模的大端分别可拆卸固定在所述底盘上，小端相互可拆卸固定连接，在底盘、外模以及内模之间构成密闭的用于制作双曲面回转体的环形模腔；所述外模和内模均为分体式，外模由多个弧形的外分模组成，任意一个外分模的弧度均小于等于90°，内模由多个弧形的内分模组成，任意一个内分模的弧度均小于90°。

优选的，所述底盘为环形，在底盘上位于外模和内模之间设有环形的限位台阶，所述外分模和内分模的底部分别紧靠限位台阶的两侧固定在底盘上。

优选的，在所述底盘上位于限位台阶的两侧分别设有内置密封胶条的第一密封槽；所述外模和内模的上端通过径向螺栓固定连接，在外模和内模的上端相互连接的部位分别设有用于放置密封胶条的第二密封槽。

优选的，所述分体成型模具还包括一个环形的顶盘，所述外分模和内分模的顶部分别固定在该顶盘上。

优选的，所述外分模和内分模的两端分别设有相背于环形模腔的法兰段，法兰段上间隔设有螺纹孔，所述底盘和顶盘上分别开设有相应的螺栓孔，底盘和顶盘通过螺栓分别固定在外分模和内分模的两端。

优选的，所述外分模的外部侧壁以及内分模的内部侧壁上均设置有纵横交错的加强筋板。

优选的，两块相邻的外分模的衔接位置通过相背于所述环形模腔的外压板及螺栓可拆卸固定，两块相邻的内分模的衔接位置通过相背于所述环形模腔的内压板及螺栓可拆卸固定。

优选的，所述外压板与通过该外压板连接的两块外分模中的一块为一体成型；所述内压板与通过该内压板连接的两块内分模中的一块为一体成型。

优选的，两块相邻的外分模分别沿衔接位置垂直设有外固定板，两块外固定板通过螺栓固定连接；两块相邻的内分模分别沿衔接位置垂直设有内固定板，两块内固定板通过螺栓固定连接。

优选的，所述外模包括四块相同的外分模，所述内模包括三块结构相同且弧度较大的内分模以及三块结构相同且弧度较小的内分模。

有益效果

本发明的一种双曲面回转体复合材料制品的分体成型模具，将模具分成底盘，外模，内模等几个组件，其中外模由多块外分模组成，内模由多块内分模组成，外、内模具通过底盘及内外之间对应的螺栓孔进行固定连接。模具组装后放入预成型体时，预成型体不会产生挤压皱褶，成型的制品线型准确，未出现空腔流道等问题，并且分体模具易组装和拆卸有利于脱模。

附图说明

图1为本发明中内分模和外分模均采用压板式连接的立体结构示意图；

图2为图1未包含外压板的爆炸示意图；

图3为本发明中内分模和外分模采用压板式连接和固定板式连接的立体结构示意图；

图4为通过本发明制得的双曲面回转体复合材料制品的立体结构示意图；

图5为图4的纵向剖面图；

图中标记：1、底盘，2、外模，201、外分模，202、外压板，203、外固定板，3、内模，301、内分模，302、内压板，303、内固定板，4、限位台阶，5、密封槽，6、第二密封槽，7、顶盘，8、法兰段，9、加强筋板，10、金属框架，11、底面，12、外侧面，13、内侧面。

具体实施方式

如图1至图3所述，本发明的一种双曲面回转体复合材料制品的分体成型模具，包括底盘1、顶盘7、外模2以及套设在外模2中的内模3。底盘1和顶盘7均为环形，其中在底盘1上设有环形的限位台阶4。外模2和内模3均为圆台形，外模2和内模3直径较大的一端分别可拆卸固定在所述底盘1上紧靠限位台阶4的两侧，外模2和内模3直径较小的一端相互可拆卸固定连接后固定在顶盘7的底面上。在底盘1、外模2以及内模3之间构成密闭的用于制作双曲面回转体的环形模腔。由于在制品制作过程中，环形模腔内需要承受较大的压力，要求单个部件稳定不易变形，各个部件之间紧密固定，并便于拆卸，所以本实施例中，内模3的外部侧壁以及内模3的内壁侧壁上均设有纵横交错的加强筋板9。在外模2和内模3的顶端和底端分别设有法兰，法兰上分别开设有内螺纹孔，在底盘1和顶盘7上相应的设有多个螺栓孔，并通过螺栓将外模2和内模3的大端与底盘固定相连，外模2和内模3的小端通过径向螺栓相互固定后，再通过螺栓分别与顶盘7相连。为了进一步保证环形模腔的密封性，在所述限位台阶4的两侧分别设有内置密封胶条的第一密封槽5，在外模2和内模3的连接部设有内置密封胶条的第二密封槽6。

为了能够消除预成型体放入模具时产生褶皱，厚度不一以及制品固化后与模具难以分离等问题，本发明的外模2和内模3均为分体式，外模2由多个弧形的外分模201通过组成，任意一个外分模201的弧度均小于等于90°且顶端和底端设有相应的法兰段8。内模3由多个弧形的内分模301组成，任意一个内分模301的弧度均小于90°且顶端和底端设有相应的法兰段8。外分模201和内分模301上相应的法兰段8分别共同构成其与底盘1及顶盘7连接的法兰。本发明中两块相邻的外分模201之间以及两块相邻的内分模301之间的固定连接方式并不唯一，两块相邻的外分模201的衔接位置可通过相背于所述环形模腔的外压板202及螺栓可拆卸固定，两块相邻的内分模301的衔接位置可通过相背于所述环形模腔的内压板302及螺栓可拆卸固定。外压板202或内压板302可以是与相邻两块外分模201或内分模301完全分离的，也可以是仅与其中一块外压板202或内压板302一体成型。在另一种连接方式中，两块相邻的外分模201分别沿衔接位置垂直设有外固定板203，两块外固定板203通过螺栓固定连接两块相邻的内分模301分别沿衔接位置垂直设有内固定板303，两块内固定板303通过螺栓固定连接，优选的，所述外固定板203和内固定板303分别与外分模201和内分模301一体成型。上述的压板式连接和固定板式连接均能够保证环形模腔内压力较大时模具整体的稳定性，两种固定连接方式可单独使用，也可混合使用。

以下是本发明根据目标双曲面回转体复合材料制品的规格尺寸的几种优选实施例：

实施例一：制作双曲面回转体复合材料制品：长度1200mm，尖端直径Φ2500m，底部外径Φ3400mm，复合材料成型厚度2～20mm，如图4及图5所示。

根据制品尺寸，分体成型模具如图1及图2所示：包括底盘1，外分模201，内分模301，外压板202，内压板302以及顶盘7。其中底盘1和顶盘7各一块，外分模201共四块，结构相同且弧度均为90°；内分模301共六块，其中分块三块结构相同且弧度较大，另外三块结构相同且弧度较小，任意一块内分模301的弧度均小于90°；外压板202四块以及内压板302六块，顶盘7一块。

在双曲面回转体复合材料制品的制备过程中，首先铺设玻璃纤维增强织物的预制体放置在底盘1的限位台阶4上，底盘1上第一密封槽5内放入密封胶条；四块外分模201按照逆时针顺序逐一放置在底盘1上，通过螺栓将外分模201与底盘1相连，将第二密封槽6内放入密封胶条。六块内分模301按照一大一小交叉的方式排布，首先将弧度较大的三块内分模301间隔放置在底盘1上，留出弧度较小的内分模301的空位，通过螺栓将弧度较大的内分模301与底盘1相连，同时将外分模201和弧度较大的内分模301通过螺栓相连；再将弧度较小的三块内分模301逐一放置在底盘1上，通过螺栓将内分模301分别与底盘1和外分模201相连；全部外分模201和内分模301连接到位后相连模具分块间隙小于1mm；然后将四块外压板202通过螺栓将四块外分模201两两固定连接，六块内压板302将六块内分模301两两固定连接，最后将顶盘7通过螺栓与外分模201和内分模301上的法兰段8分别固定连接。

完成制品成型后，首先拆除顶盘7，其次拆除外压板202和内压板302，然后拆卸外分模201，再拆卸弧度较小的三块内分模301，最后拆卸弧度较大的三块内分模301，即可将取出双曲面回转体复合材料制品。

本实施例中，分体模具与预制体合模后，12～48h将模具拆除，预制体表面未发现挤压皱褶，纤维滑动、未发现合模缝等位置出现挤压凸起，竖直方向未发现挤压凹陷等影响工艺的缺陷。制品成型时，模具内部真空度小于-0.07MPa，承受注射压力大于0.5MPa。固化后，分体模具与制品脱离容易，未对制品和模具造成损伤，制品线型偏差小于1mm。

实施例二

本实施例与实施例一的不同之处在于双曲面回转体复合材料制品：长度600mm，尖端直径Φ1283mm，底部外径Φ1712mm，内径Φ1546mm，复合材料厚度为8～16mm。分体成型模具为底盘1一块，外分模201四块，内分模301六块，外压板202四块，内压板302六块，未设置顶盘7，其他步骤与实施例一相同。

实施例三

本实施例与实施例一的不同之处在于双曲面回转体复合材料制品：长度1900mm，尖端直径Φ3900mm，底部外径Φ5000mm，复合材料成型厚度2～20mm。分体成型模具为底盘1一块，外分模201八块，内分模301十二块，外压板202八块，内压板302十二块，顶盘7一块，其他步骤与实施例一相同。

实施例四

本实施例如图3所示，与实施例一的不同之处在于双曲面回转体复合材料制品：长度1200mm，尖端直径Φ2000mm，底部外径Φ2400mm。复合材料成型厚度2～20mm，分体成型模具设计为底盘1一块，外分模201六块，内分模301六块，六块外分模201之间均通过与外分模201一体成型的外固定板203和螺栓固定连接，六块内粉末之间有四个连接位置通过与内分模301一体成型的内固定板303和螺栓固定连接，剩余两个连接位置通过与内分模301一体成型的内压板302和螺栓固定连接，未设计顶盘7，外其他步骤与实施例一相同。

本发明的方法同样适用于其他非金属材料成型模具设计，为了公开本发明而在本文中选用的实施例，当前认为是适宜的，但是应了解的是：本发明旨在包括一切属于本构思和本发明范围内的所有变化和改进。