RTM模具的制作方法

本发明涉及RTM(Resin Transfer Molding，树脂传递成型)技术领域，特别涉及一种易于脱模的RTM模具。

背景技术：

随着复合材料的成本逐步降低以及成型方法的日趋成熟，其在航空、汽车等领域的应用越来越多，例如飞机的中央翼盒、起落架连杆、宝马汽车的整体车身的框架等都采用了复合材料。

由于复合材料的制孔或金属螺栓连接会大大降低其结构稳定性和服役寿命，因此，一体化整体成型的复合材料结构件的稳定性和服役寿命要优于分体式的复合材料结构件。

在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术中对于制造结构复杂的复合材料结构件的模具至少存在脱模困难、出胶口有干斑、注胶不均匀、有区域出现贫胶等问题。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种脱模容易的用于制造复合材料结构件，尤其用于制造结构复杂的复合材料结构件的RTM模具。

根据本发明实施例的一个方面，提供了一种RTM模具，包括：底板、铺贴模、芯模、注胶管道、出胶管道和芯模顶出装置；所述铺贴模设置在所述底板的上方，并与所述底板可拆卸固定连接；所述铺贴模与所述底板相互之间围成容纳腔；所述芯模设置于所述容纳腔内；所述注胶管道，连通所述容纳腔，用于向所述容纳腔内注入胶液；所述出胶管道，连通所述容纳腔，用于排出所述容纳腔内溢出的胶液；所述芯模顶出装置包括导杆和套设在所述导杆上的滑块；所述导杆竖向设置在所述芯模上，并与所述芯模可拆卸固定连接；所述滑块可以沿所述导杆进行上下滑动。

进一步，所述的RTM模具，其中，所述滑块上设有通孔，所述通孔的直径大于导杆的横截面的直径，使得导杆能够穿入所述通孔内。

进一步，所述的RTM模具，所述导杆与所述芯模相连接的一端的外壁设有阴螺纹；所述芯模上设有凹孔，所述凹孔的形状尺寸与该凹孔和导杆相连接的一端的形状尺寸相匹配，所述凹孔的内壁上设有与所述阴螺纹相匹配的阳螺纹。

进一步，所述的RTM模具，所述芯模为整体成型的一块或由多个独立的小块拼合组成；当所述芯模由多个独立的小块拼合组成时，每个小块上均设置所述凹孔。

进一步，所述的RTM模具，所述铺贴模包括围成所述容纳腔的周边模和覆盖在所述周边模之上的顶模；所述周边模采用可拆卸的连接方式与所述底板固定连接；所述顶模采用可拆卸的连接方式分别与所述周边模和底板固定连接。

进一步，所述的RTM模具，其中，所述底板的上方设置有定位销；所述顶模上设有与所述定位销位置相对应的定位孔。

进一步，所述的RTM模具，其中，所述周边模上设置有螺纹孔，所述螺纹孔内设有螺栓，所述螺栓上套设有密封垫片；所述周边模和所述底板之间设置有密封条。

进一步，所述的RTM模具，其中，所述RTM模具用于制备A型结构件；所述周边模包括三个相互围成A型容纳腔的左模、右模和下模；所述芯模为A型芯模，所述A型芯模呈形状、尺寸与所述A型容纳腔相匹配的A型。

进一步，所述的RTM模具，其中，所述注胶管道，其设置位置靠近或位于所述容纳腔的中心区域；所述出胶管道，其设置位置靠近或位于所述容纳腔的边缘区域。

进一步，所述的RTM模具，其中，所述底板内铺设有油加热管道，所述油加热管道用于通入高温导轨油以实现对底板的加热；所述底板下方固定设置有底座。

本发明实施例的有益效果在于，一方面，采用了滑块撞击的方式脱离芯模，解决了现有技术中在脱模过程中存在的无着力点难以拔模的问题，实现了结构复杂的复合材料结构件的顺利脱模；另一方面，因为将芯模分为多块的分模设计，进一步避免了体积较大的复合材料结构件脱模过程中存在的难以拔模的问题，实现了体积较大、结构复杂的复合材料结构件的顺利脱模；再一方面，采用了中间注胶周边出胶的方式，避免了中间区域易出现贫胶的问题。

附图说明

图1是本发明实施例提供的RTM模具的整体结构示意图；

图2是本发明实施例提供的RTM模具的去掉顶模后的结构示意图；

图3是本发明实施例提供的RTM模具的去掉左模后的结构示意图；

图4是本发明实施例提供的RTM模具的芯模顶出装置的结构示意图；

图5是本发明实施例提供的RTM模具的芯模的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。

在介绍本发明之前，首先介绍一下RTM工艺，RTM(Resin Transfer Molding)是将树脂注入闭合模具中浸润增强材料并固化成型的工艺方法，适于多品种、中批量、高质量先进复合材料成型。由于该工艺具有两面光、厚度控制精度高、污染少、纤维体积分数高等优点，目前为市场上低成本常用的复合材料整体成型技术。

对于结构复杂的复合材料结构件，例如A型结构件或其他不规则或具有多个锐角区域的复合材料结构件等，在注胶完成后，如何顺利实现该结构件的脱模是现有技术中的一大难题。另外，在注胶过程中，如何设计注胶管道以保证结构件的胶质均匀，没有区域出现贫胶也是现有技术中亟待解决的技术问题。

请参阅图1，图1是本发明实施例提供的RTM模具的整体结构示意图。如图1所示，在本实施例中，RTM模具包括底板1、铺贴模2、芯模3、注胶管道4、出胶管道5和芯模顶出装置6。

铺贴模2设置在底板1的上方，并铺贴模2的下表面贴附于底板1的上表面。铺贴模2采用可拆卸的方式与底板1固定连接。所谓可拆卸的方式即铺贴模2可以在注胶完成后，从底板1上拆卸下来与底板1分离。可拆卸的方式可以采用螺纹连接、键连接或销连接。例如，采用螺纹连接时，铺贴模2和底板1上设置有螺纹孔210，通过螺栓211插入螺纹孔210的方式使得铺贴模2和底板1固定连接。

铺贴模2与底板1相互之间围成容纳腔7。铺贴模2在与底板1固定连接后，形成一个密闭的容纳腔7。该容纳腔7用于容纳胶液、纤维层和芯模3。芯模3的形状可依据要制备的复合材料结构件的形状而设定。例如图4是本发明实施例提供的RTM模具的芯模3的结构示意图。图4中所示的芯模3的形状为制备A型结构件时所采用的芯模3，本发明的保护范围不受图4所示的A型结构件的形状的限制。

请参阅图2、3，图2是本发明实施例提供的RTM模具的去掉顶模22后的结构示意图，图3是本发明实施例提供的RTM模具的去掉左模202后的结构示意图。注胶管道4连通容纳腔7，注胶管道4用于向容纳腔7内注入胶液。出胶管道5连通容纳腔7，出胶管道5用于排出容纳腔7内溢出的胶液。在本发明另一个实施例中，注胶管道4的设置位置靠近或位于容纳腔7的中心区域；出胶管道5的设置位置靠近或位于容纳腔7的边缘区域。图2中所示为制备A型结构件时所采用的注胶管道4和出胶管道5，如图2所示，在制备A型结构件时，注胶管道4设置在A型容纳腔7的中心，出胶管道5设置在A型容纳腔7的周围。A型容纳腔7的三个角的位置各设置一个出胶口朝上的出胶管道5和一个出胶口朝下的出胶管道5。需要说明的是，出胶管道5的设置位置不限于本发明附图中所展示的位置，多个出胶管道5的设置位置可以互换，只要采用中间注胶周围出胶这种能够避免复杂结构件中间出现干斑、贫胶问题的技术手段均在本发明的保护范围之内。

请参阅图4，图4是本发明实施例提供的RTM模具的芯模顶出装置6的结构示意图。如图4所示，芯模顶出装置6包括导杆61和套设在导杆61上的滑块62。导杆61竖向设置在芯模3上，并与芯模3采用可拆卸的方式固定连接。可拆卸的方式可以采用螺纹连接、键连接或销连接。滑块62可以沿导杆61进行上下滑动。具体地，导杆61为一细长的圆柱体，滑块62可以为正方体、长方体、球体等规则几何形体或者其他不规则几何形体，滑块62能够沿导杆61从下端撞击至顶端，使导杆产生一定的冲击力迫使芯模3从整体模具中脱出。滑块62的材质可以采用密度较大的材质，例如金属铝、铜、铁、铅等，这样可以使得滑块62从导杆61的下端升到顶端时，产生足够的冲击力，使得芯模3在滑块62的一次次撞击下与凝固成型的复合材料结构件分离。

以下介绍本实施例在制备复合材料结构件的整个过程中的工作原理。

铺贴纤维层：在铺贴模2上铺贴纤维层。具体地，当铺贴模2包括围成容纳腔7的周边模21和覆盖在周边模21之上的顶模22时，分别在周边模21的内圈表面、顶模22的下表面以及底板1上表面各铺设纤维层。

合模：将芯模3与铺贴模2和底板1进行结合，并采用可拆卸连接件对铺贴模2和底板1进行紧固。。

气密性测试：测试模具的气密性，5min内真空表读数下降不可超过0.017MPa。

注胶：将复合材料的胶液通入注胶管道4中，胶液顺着注胶管道4流入容纳腔7内，当容纳腔7内的空隙充满胶液后，多余的胶液涌入出胶管道5，并顺着出胶管道5溢出。

脱铺贴模2：待容纳腔7内的胶液凝固成型后，将铺贴模2与从底板1上拆卸下来，实现铺贴模2与凝固成型的复合材料结构件的分离。

脱芯模3：铺贴模2脱离后，容纳腔7内的芯模3裸露出来。将芯模顶出装置6与芯模3固定连接后，将滑块62从导杆61的下端向上端撞击，重复滑动滑块62一次次地撞击导杆顶端，芯模3会在撞击的动能下移位，从而实现芯模3与凝固成型的复合材料结构件的分离。

本实施例的有益效果：本发明实施例采用了滑块62撞击的方式脱离芯模3，解决了现有技术中在脱模过程中存在的无着力点难以拔模的问题。需要说明的是，发明在实施本发明的过程中，最初选用了硅橡胶材料作为芯模3，因为这种材料易于脱模，但实验过程中发现硅橡胶材料的芯模3容易在中间区域出现贫胶。因此，在本发明实施中，芯模3采用了金属材质，但由于金属材质相对于硅橡胶材料更容易和凝固成型的复合材料结构件粘合，为了实现芯模3和复合材料结构件的顺利脱模，设计了芯模顶出装置6这一特殊工具以撞击的方法进行芯模3的脱模。

具体地，在本发明的一个具体实施例中，在前述的实施例的基础上，在滑块62上设有通孔621，通孔621的直径大于导杆61的横截面的直径，使得导杆61能够穿入通孔621内，从而实现滑块62沿导杆61进行上下滑动。

具体地，在本发明的另一个具体实施例中，在脱芯模3时，采用打孔工具在芯模3上打出一个内壁上具有阳螺纹的凹孔31，导杆61上与芯模3相连接的一端的外壁设有与阳螺纹匹配的阴螺纹。将导杆61设有阴螺纹的一端旋入芯模3上的凹孔31内，实现与芯模3的可拆卸固定连接。

图5是本发明实施例提供的RTM模具的芯模的结构示意图。

当需要制备的复合材料结构件体积较小时，芯模3可以为整体成型的一块，当需要制备的复合材料结构件体积较大时，在本发明的另一个具体实施例中，芯模3可以由多个独立的小块拼合组成。开始脱芯模3时，在每个小块上开凿前文所述的凹孔31，使用芯模顶出装置6将整个芯模3一块块的脱离，避免由于芯模3体积太大造成滑块62的冲击力不够而难以脱模的问题。

在本发明的另一个具体实施例中，铺贴模2包括围成容纳腔7的周边模21和覆盖在周边模21之上的顶模22。周边模21采用可拆卸的连接方式与底板1固定连接。顶模22采用可拆卸的连接方式分别与周边模21和底板1固定连接。具体地，顶模22与周边模21和底板1的可以采用连接鞘+螺纹连接的方式：底板1上与顶模22接触的位置设置有定位销10或周边模21与顶模22接触的位置设置有定位销10，顶模22上设有与定位销10位置相对应的定位孔20。在注胶之前，将周边模21与底板1固定连接，之后将芯模3放置于周边模21与底板1形成的容纳腔7中，最后将顶模22覆盖在周边模21之上，并将顶模22分别与周边模21和底板1固定连接。当脱铺贴模2时，先将顶模22与铺贴模2和底板1分离，再将周边模21与从底板1上拆卸下来，从而实现整个铺贴模2与凝固成型的复合材料结构件的分离。

在本发明的另一个具体实施例中，周边模21上设置有螺纹孔210，螺纹孔210内设有螺栓211，螺栓211上套设有密封垫片212，周边模21和底板1之间设置有密封条8。密封垫片212和密封条8的作用是防止注胶过程中或注胶后胶液溢出。

当RTM模具用于制备A型结构件时，在本发明的另一个具体实施例中，周边模21包括三个相互围成A型容纳腔7的左模202、右模202和下模203(参见图2)；芯模3为A型芯模3，A型芯模3呈形状、尺寸与A型容纳腔7相匹配的A型。

在本发明的另一个具体实施例中，底板1内铺设有油加热管道9，油加热管道9用于通入高温导轨油以实现对底板1的加热。油加热管道9设置有进油口和出油口，进油口和出油口均连通油温机。在注胶完成后，开启温油机对模具进行加热，加热温度控制在90—110度左右，优选的控制在100度。为了温度控制更为精确，可以在模具的外表面贴上热电偶，以检测温度变化。保温2小时候，自然冷却。在加热时，高温导轨油从油温机流入油加热管道9的进油口，流经整个油加热管道9后从出油口排出，再流回油温机，实现导轨油的可循环利用。本实施例采用了油加热的方式进行加热固化，使升温速度更快，更节省固化成本。

在本发明的另一个具体实施例中，底板1下方固定设置有底座100。底座100的作用是用于出胶口朝下的出胶管道5的固定连接，以及模具的叉车搬运等。当RTM模具用于制备A型结构件时，底座100的数量可以设置为3个，这3个底座100分别设置在A型的3个端。

应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。