一种用于纤维增强复合材料的注塑模具的制作方法

本实用新型涉及一种用于纤维增强复合材料的注塑模具。

背景技术：

本部分提供了与本申请相关的背景信息，这些信息并不必然构成现有技术。

纤维增强复合材料样件通常通过注塑成型来制造。已知的是，采用纤维增强体能够强化注塑材料的力学性能，但是，纤维增强体在注塑材料中的排布方向不同时，其对注塑材料的力学性能的增强作用大小不同，在纤维增强复合材料样件中，沿着纤维延伸排布的方向上的强度增强作用最大，而垂直于纤维延伸排布的方向上的强度增强作用最小，如果纤维增强体在纤维增强复合材料样件中的延伸排布方向不一致(即，纤维增强体彼此不平行或局部不平行)，则会导致纤维增强复合材料样件各区域中强度不同、整体强度不均一，在强度薄弱处极易发生开裂而导致危险。因此，为了确保纤维增强复合材料样件整体强度一致，关键在于使得纤维增强复合材料样件中的纤维增强体具有一致的延伸排布方向(即，沿唯一方向彼此平行地延伸排布)，这就需要在纤维增强复合材料的注塑成型过程中、在向注塑模具中注入纤维增强复合材料的熔融流体时确保纤维增强体以相同的取向、均匀地分布在熔融流体中。

为了解决上述问题，本领域技术人员对用于纤维增强复合材料的注塑模具进行了各种改进，例如为模具设计呈扇形浇口的取向调整区段等，这些改进虽然在一定程度上改善了纤维增强复合材料样件中的纤维增强体取向的一致性，但在制得的纤维增强复合材料样件中的较大部分区域中仍存在纤维增强体取向不一致的情况，使得该区域中的材料不可用，进而导致浪费和成本增加。

因此，需要一种能够解决本领域相关技术中存在的上述问题的改进的用于纤维增强复合材料的注塑模具。

技术实现要素：

本实用新型的目的是解决上面提到的一个或多个技术问题。总体而言，本实用新型提供了一种能够确保注塑得到的整个纤维增强复合材料样件中的纤维增强体取向基本完全一致的用于纤维增强复合材料的注塑模具。

根据本实用新型的一个方面，提供了一种用于纤维增强复合材料的注塑模具，其特征在于，包括：至少第一半模和第二半模，所述第一半模和所述第二半模能够以可拆卸的方式彼此连接以限定中空的型腔，所述型腔包括取向调整区段，所述取向调整区段定形状为使得：所述纤维增强复合材料的熔融流体在流经所述取向调整区段后，所述熔融流体的前沿呈一直线，并且沿垂直于所述直线的方向、以一致的速度向前推进。

通过设置上述取向调整区段，使得纤维增强复合材料的熔融流体在流经所述取向调整区段后沿唯一确定的方向——即，垂直于熔融流体的前沿的所述直线的方向——向前推进，由此确保随后注塑得到的纤维增强复合材料样件中的纤维增强体均沿一致的方向延伸排布。

根据本实用新型的一个方面，所述取向调整区段包括位于所述第一半模上的第一内壁和位于所述第二半模上的第二内壁，所述第一内壁和所述第二内壁中的一者为凸出的凸面，所述第一内壁和所述第二内壁中的另一者为内凹的凹面。

根据本实用新型的一个方面，所述第一内壁和所述第二内壁具有弧面形状。

根据本实用新型的一个方面，所述第一内壁和所述第二内壁的所述弧面形状为波浪状弧面形状或抛物面状弧面形状。

根据本实用新型的一个方面，所述第一内壁和所述第二内壁在形状上彼此互补。

根据本实用新型的一个方面，所述第一内壁和所述第二内壁之间限定的腔体的垂直于所述第一内壁和所述第二内壁的宽度处处相等。

通过将所述取向调整区段设计成具有如上所述的一个为凸面弧面且一个为凹面弧面、具有完全相同的形状和尺寸的所述第一内壁和所述第二内壁，所述取向调整区段能够限定如下的腔体：该腔体的垂直于所述第一内壁和所述第二内壁的宽度处处相等。这使得注塑材料的流体能够均匀地流动，而不会存在局部流量差异等现象。

根据本实用新型的一个方面，所述第一半模和所述第二半模上的彼此相对的表面上的用以界定所述取向调整区段的边界线均为弧线。

根据本实用新型的一个方面，所述型腔还包括注塑材料入口和注塑材料成形区段，所述取向调整区段从所述注塑材料入口平滑延伸至所述注塑材料成形区段，所述注塑材料成形区段由所述注塑材料成形区段与所述取向调整区段连接的第一端处的虚拟的始端线和远离所述取向调整区段的第二端处的虚拟的终端线界定，所述始端线和所述终端线为互相平行的直线，所述取向调整区段定形状为使得：所述纤维增强复合材料的熔融流体从所述注塑材料入口沿着所述取向调整区段的所述第一内壁和所述第二内壁限定的不同流动路径流动至所述注塑材料成形区段的所述始端线时所经过的路径长度相等。

通过将所述取向调整区段进一步优化设计成使得：纤维增强复合材料的熔融流体从所述注塑材料入口沿着所述取向调整区段的所述第一内壁和/或所述第二内壁上的不同流动路径流动至所述注塑材料成形区段的所述始端线时所经过的路径长度相等，确保所述纤维增强复合材料的熔融流体在流经所述取向调整区段后，其熔融流体的前沿呈一直线，并且沿垂直于所述直线的方向、以一致的速度向前推进。

根据本实用新型的一个方面，所述注塑材料成形区段限定立方体形状的腔体。

根据本实用新型的一个方面，采用计算机仿真模拟来设计所述取向调整区段的形状。在实际操作中，例如，可以选取注塑材料入口处的点作为起点、选取所述始端线上的相应的多个点作为终点，将该起点分别连接该多个终点而形成多条不同的路径，预先设定该多条不同的路径长度相等的条件，从而用电脑设计出满足该条件的取向调整区段的形状。然而，本实用新型并不限于此，在不背离本实用新型的上述技术理念的情况下，可以采用任何其他合适的方法、借助于任何其他适用的装置来设计所述取向调整区段的形状。

根据本实用新型的一个方面，所述第一半模和所述第二半模上分别设置有一一对应的螺栓孔，并通过螺栓连接而彼此连接在一起。

根据本实用新型的一个方面，所述型腔还包括：溢流槽区段，所述溢流槽区段从所述注塑材料成形区段的所述终端线处延伸至所述第一半模和所述第二半模中；以及至少两个脱模柱区段，所述至少两个脱模柱区段设置于所述取向调整区段的远离所述注塑材料入口的一端的两侧并向同一方向延伸至所述第一半模和/或所述第二半模中。

综上可知，根据本实用新型的用于纤维增强复合材料的注塑模具带来如下有益技术效果：通过根据本实用新型的用于纤维增强复合材料的注塑模具获得的整个纤维增强复合材料样件中的纤维增强体具有基本完全一致的延伸排布方向，从而使得纤维增强复合材料样件的大部分区域具有一致的强度，几乎不存在或仅存在较小的不可利用的材料区域，大大提高了材料的利用效率，降低了成本，并且根据本实用新型的用于纤维增强复合材料的注塑模具结构简单，易于加工制造，且成本低廉，能够灵活适用于广泛的应用领域。

附图说明

根据以下参照附图的详细描述，本申请的前述及另外的特征和特点将变得更加清楚，这些附图仅作为示例并且不一定是按比例绘制。在附图中采用相同的附图标记指示相同的部件，在附图中：

图1a和图1b分别示出采用常规的注塑模具制得的纤维增强复合材料样件，其中示意性地示出了纤维增强体的排布取向，图1a示出纤维增强复合材料样件表层的纤维增强体的排布取向，图1b示出纤维增强复合材料样件中心层的纤维增强体的排布取向；

图2示出根据本实用新型的优选实施方式的用于纤维增强复合材料的注塑模具，其中，该注塑模具包括两个半模，所述两个半模处于拆分状态，以示出其中的型腔；

图3a和图3b分别示出图2中的根据本实用新型的优选实施方式的用于纤维增强复合材料的注塑模具的沿线K-K的剖视图，其中，图3a示出所述两个半模处于拆分状态时的各自的剖视图，图3b示出所述两个半模处于接合状态时的剖视图；

图4示出图2中的根据本实用新型的优选实施方式的用于纤维增强复合材料的注塑模具的沿线I-I的剖视图；

图5示出根据本实用新型的优选实施方式的用于纤维增强复合材料的注塑模具的设计方法的示意图；

图6a和图6b分别示出通过图2所示的优选实施方式的用于纤维增强复合材料的注塑模具制得的纤维增强复合材料样件的主视图和侧视图；

图7a和图7b分别示出通过根据本实用新型的优选实施方式的用于纤维增强复合材料的注塑模具制得的纤维增强复合材料样件，其中示意性地示出了纤维增强体的排布取向，图7a示出纤维增强复合材料样件表层的纤维增强体的排布取向，图7b示出纤维增强复合材料样件中心层的纤维增强体的排布取向。

参考标记列表

现有技术的纤维增强复合材料样件P10；样件部段P103；

浇注部段P102；部分A；部分B；

注塑模具1；第一半模11；第二半模12；中空的型腔C；

取向调整区段C2；注塑材料入口C1；注塑材料成形区段C3；

始端线L1；终端线L2；第一内壁C21；第二内壁C22；

流动路径T1，T2，T3，T4；取向调整区段的边界线S1，S2；

螺栓孔H1，H2；溢流槽区段C4；脱模柱区段C5；

注塑材料入口处的起点O；始端线上的终点a1、a2、a3、a4；

纤维增强复合材料样件10；区域D

入口柱101；浇注部段102；样件部段103；溢流槽104；脱模柱105。

具体实施方式

现在将结合附图1-7b对本实用新型的优选实施方式进行详细描述。以下的描述在本质上只是示例性的而非意在限制本实用新型及其应用或用途。

在下述实施方式中，为了便于描述和凸出本实用新型的用于纤维增强复合材料的注塑模具在改善纤维增强体在纤维增强复合材料样件中的取向一致性方面的有益效果，示意性地采用连续的线条示出纤维增强体的取向，而并非暗示本实用新型的用于纤维增强复合材料的注塑模具仅适用于连续的长纤维增强复合材料。根据本实用新型的用于纤维增强复合材料的注塑模具能够应用于任何所需的纤维增强复合材料。

在现有技术的常规的用于纤维增强复合材料的注塑模具中，通常设有呈扇形浇口的浇口区段，该浇口区段包括上下两个平面内壁以及呈大致扇形的两个侧壁，鉴于浇口区段的这种构型，纤维增强复合材料的熔融流体在流经浇口区段的过程中以扇形前沿向前推进直至注塑材料成形区段，因此，在其流至注塑材料成形区段中的较大的区域中时仍基本保持扇形的前沿，从而使得注塑材料成形区段中的较大区域中的纤维增强体的取向无法保持所需的一致的直线形，因此在材料成形后，该区域的材料由于强度不均匀而无法使用，导致材料的浪费。参照图1a和图1b分别示出的采用常规的注塑模具制得的纤维增强复合材料样件P10，其中示意性地示出了纤维增强体的排布取向，图1a示出纤维增强复合材料样件P10表层的纤维增强体的排布取向，图1b示出纤维增强复合材料样件P10中心层的纤维增强体的排布取向，从图1a中可见，纤维增强复合材料样件P10的表层中的纤维增强体沿纵向延伸排布，在样件部段P103中的接近浇注部段P102的部分A中的纤维增强体的取向与样件部段P103中的其余部分中的纤维增强体的取向不一致，部分A中的纤维增强体呈现较杂乱的取向。同样，参照图1b可知，纤维增强复合材料样件P10的中心层中的纤维增强体沿横向延伸排布，在样件部段P103中的横向边缘的部分B中的纤维增强体的取向与样件部段P103中的其余部分中的纤维增强体的取向不一致，部分B中的纤维增强体呈现扇形弧状的延伸分布。可知，纤维增强复合材料样件P10的样件部段P103中的部分A和部分B均为不可用的材料区域，部分A和部分B占整个样件部段P103的大部分区域，这导致材料的严重浪费。

根据本实用新型的用于纤维增强复合材料的注塑模具解决了现有技术中的上述问题。图2中示出了根据本实用新型的优选实施方式的用于纤维增强复合材料的注塑模具1，其中，该注塑模具1包括：第一半模11和第二半模12，第一半模11和第二半模12上分别设置有一一对应的多个螺栓孔H1，H2，从而能够通过螺栓连接而彼此接合以限定中空的型腔C，型腔C包括注塑材料入口C1、取向调整区段C2和注塑材料成形区段C3，取向调整区段C2从注塑材料入口C1平滑延伸至注塑材料成形区段C3，在本文中为了方便起见，采用虚拟的(实际并不存在于注塑模具1中)始端线L1和终端线L2来界定注塑材料成形区段C3，如图中所示，始端线L1位于注塑材料成形区段C3的与取向调整区段C2连接的第一端处，终端线L2位于注塑材料成形区段C3的远离取向调整区段C2的第二端处，始端线L1和终端线L2为互相平行的直线，并且如图中所示，在本实施方式中，注塑材料成形区段C3限定立方体形状的空间。此外，型腔C还包括：溢流槽区段C4，溢流槽区段C4从注塑材料成形区段C3的终端线L2处延伸至第一半模11和/或第二半模12中；以及至少两个脱模柱区段C5，至少两个脱模柱区段C5设置于取向调整区段C2的远离注塑材料入口C1的一端的两侧并向同一方向延伸至第一半模11或第二半模12中。

为了确保在注塑材料成形区段C3中成形的纤维增强复合材料中的纤维增强体延伸排布方向基本完全一致，以最大限度地提高注塑材料成形区段C3中的材料的利用率，根据本实用新型的用于纤维增强复合材料的注塑模具设计成包括如下的取向调整区段C2，该取向调整区段C2定形状为使得：纤维增强复合材料的熔融流体在流经取向调整区段C2后，其熔融流体的前沿基本呈一直线——该直线平行于始端线L1和终端线L2，并且沿垂直于该直线——即，垂直于始端线L1和终端线L2——的方向、以一致的速度向前推进。由此可知，所述纤维增强复合材料的熔融流体在流经所述取向调整区段C2后、进入所述立方体形状的注塑材料成形区段C3之前已经被调整为沿着唯一确定的方向——即，垂直于始端线L1和终端线L2的方向，从而使得纤维增强复合材料的熔融流体沿上述唯一确定的方向从注塑材料成形区段C3的所述始端线L1同步地流至所述终端线L2，由此确保注塑得到的整个纤维增强复合材料样件10中的纤维增强体均匀、一致地排布，如此获得的整个纤维增强复合材料样件10各个区域基本都具有一致的强度，大大提高了材料的利用效率，降低了成本。

优选地，根据本实用新型的实施方式，取向调整区段C2包括位于第一半模11上的第一内壁C21和位于第二半模12上的第二内壁C22，如图3a和图3b分别示出了图2中的根据本实用新型的优选实施方式的用于纤维增强复合材料的注塑模具的沿线K-K的剖视图，其中，图3a示出所述两个半模处于拆分状态时的各自的剖视图，图3b示出所述两个半模处于接合状态时的剖视图，在本实施方式中，第一内壁C21为向第一半模11内凹的凹面，第二内壁C22为向第二半模12外凸的凸面，并且特别地，在本实施方式中，所述凹面和所述凸面为形状上完全互补的弧面，并且为近似抛物面的弧面，参照图3b可见，上述形状的第一内壁C21和第二内壁C22限定腔体厚度——第一内壁C21和第二内壁C22之间的垂直距离——处处相等的完全均匀的腔体，使得注塑材料的流体能够均匀地流动，而不会存在局部流量差异等现象。

另外，参照图2所示，第一内壁C21与第一半模11相交形成的边界线S1为弧线，相应地，第二内壁C22的与边界线S1相应的边界线S2为具有相同形状的弧线。

进一步，第一内壁C21和第二内壁C22特别地定形状为使得：纤维增强复合材料的熔融流体从注塑材料入口C1沿着取向调整区段C2的第一内壁C21和第二内壁C22上的不同流动路径——如图2中所示的流动路径T1、T2、T3、T4——流动至注塑材料成形区段C3的始端线L1时所经过的路径长度均相等。所述流动路径不限于图中所示的数量的路径，而是包括符合上述条件的任意多条流动路径。通过这种设置，使得纤维增强复合材料的熔融流体在流经取向调整区段后，其熔融流体的前沿能够被调整为形成上述平行于注塑材料成形区段的始端线L1和终端线L2的直线，由此实现上述：确保注塑得到的整个纤维增强复合材料样件10中的纤维增强体均匀、一致地排布的有益效果。

为了实现上述效果，取向调整区段C2构型为从图3a示出的中心界面开始沿朝向边界线S1、S2的方向使得其第一内壁C21凹入的程度及其第二内壁C22凸出的程度逐渐递减，直至到边界线S1、S2处完全不具有弧度，使得从图3a的第二半模12的上方观察，所述凸起的第二内壁C22呈圆顶的山峰形。从图4所示的沿图2中的线I-I获得的模具剖面图可以清楚地看到取向调整区段C2的第一内壁C21和第二内壁C22沿横向方向的大致弧形的轮廓变化。

为了设计出能够实现上述效果的注塑模具，本领域技术人员可以采用任何合适的方法、借助于任何适用的装置来设计符合上述条件的取向调整区段，在此不一一赘述。优选地，可以采用计算机仿真模拟来设计取向调整区段的形状。如图5中示出了根据本实用新型的优选实施方式的用于纤维增强复合材料的注塑模具的设计方法的示意图。其中，利用计算机仿真模拟的方法，选取注塑材料入口C1处的点作为起点O、选取所述始端线上的相应的多个点作为终点a1、a2、a3、a4，将该起点O分别连接该多个终点a1、a2、a3、a4而形成多条不同的路径，预先设定该多条不同的路径长度相等的条件，从而用电脑设计出满足该条件的取向调整区段C2的形状。

图6a和图6b分别示出通过图2所示的优选实施方式的用于纤维增强复合材料的注塑模具制得的纤维增强复合材料样件10的主视图和侧视图。其中清楚地示出了制得的纤维增强复合材料样件10的形状，其包括与注塑模具1的各部分对应的如下部分：与注塑材料入口C1对应的入口柱101；与取向调整区段C2对应的浇注部段102；与注塑材料成形区段C3对应的样件部段103；与溢流槽区段C4对应的溢流槽104；以及与脱模柱区段C5对应的脱模柱105，其中，纤维增强复合材料样件10的与第一内壁C21对应的面为弧面状凸面，纤维增强复合材料样件的与第二内壁C22对应的面为互补形状的弧面状凹面(图中不可见)。

图7a和图7b分别示出通过根据本实用新型的优选实施方式的用于纤维增强复合材料的注塑模具制得的纤维增强复合材料样件，其中示意性地示出了纤维增强体的排布取向，图7a示出纤维增强复合材料样件表层的纤维增强体的排布取向，图7b示出纤维增强复合材料样件中心层的纤维增强体的排布取向。与图1a和图1b分别示出的采用常规的注塑模具制得的纤维增强复合材料样件中的纤维增强体的取向相比较可知，在图7a中示出的纤维增强复合材料样件表层的纤维增强体的排布取向中，在整个纤维增强复合材料样件10的表层中的纤维增强体全都沿纵向方向延伸分布，而不存在取向不一致的区域，并且在图7b示出的纤维增强复合材料样件中心层的纤维增强体的排布取向中，在整个纤维增强复合材料样件10的中心层中的大部分区域中的纤维增强体都沿横向方向延伸分布，仅在靠近横向边缘处的较窄区域D中存在纤维增强体的取向略不一致的情况，并且该区域D与图7a和图7b中示出的现有技术的纤维增强复合材料样件中的区域部分A和B相比显著减小。因此，根据本实用新型的用于纤维增强复合材料的注塑模具比现有技术具有显著的技术进步，带来优异的技术效果。

此外，根据本实用新型的用于纤维增强复合材料的注塑模具不限于上述实施方式中的特定构型。例如，基于图2示出的根据本实用新型的优选实施方式的用于纤维增强复合材料的注塑模具，可以替代地将第一内壁C21设置为向第一半模11外凸的凸面，第二内壁C22设置为向第二半模12内凹的凹面，并且替代性地，所述凹面和所述凸面不一定为形状上完全互补的，而是可以在形状上存在部分的非互补性，只要能够符合本实用新型的技术理念即可，并且第一内壁和第二内壁的形状不限于前述弧面，而可以是任何其他适用的形状，例如波浪状弧面等等。

最后，虽然在本实用新型描述的实施方式中，用于纤维增强复合材料的注塑模具包括第一半模和第二半模，但是并不局限于此，根据实际应用，根据本实用新型的用于纤维增强复合材料的注塑模具可以包括更多个模具组件。

显而易见的是，通过将不同的实施方式及各个技术特征以不同的方式进行组合或者对其进行改型，可以进一步设计得出各种不同的实施方式。

上文结合具体实施方式描述了根据本实用新型的优选实施方式的用于纤维增强复合材料的注塑模具。可以理解，以上描述仅为示例性的而非限制性的，在不背离本实用新型的范围的情况下，本领域技术人员参照上述描述可以想到多种变型和修改。这些变型和修改同样包含在本申请的保护范围内。