一种可溶性芯模模具结构及其成型方法与流程

本发明涉及模具制造领域，特别是涉及一种可溶性芯模模具结构及其成型方法。

背景技术：

复合材料具有较高的比强度、较大的比模量、质量轻等特点，在压力容器成型、航空航天结构件制造、汽车轻量化制造等领域越来越受到青睐。可溶性芯模是复合材料缠绕成型的必不可要的一部分。

进行复合材料缠绕用的可溶性芯模通常有石膏芯模、磷酸酯淀粉芯模、石英砂芯模等。相比于其他可溶性芯模，由石英砂和聚乙烯醇组成的可溶性芯模具有成本低、质量稳定、可以重复利用等特点。

制作芯模一般选用可溶性芯模材料，芯模加热固化过程中会有水蒸气散发，传统的芯模的金属芯轴结构透气性差，造成水分蒸发慢、加热时间长，很容易造成可溶性芯模加热固化后出现开裂，导致芯模无法正常使用。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是提供一种可溶性芯模模具结构及其成型方法，通过花键增加了与可溶性芯模的接触面积，确保可溶性芯模成型稳定可靠；前主轴设计成空心结构，花键上有通气孔，通过花键与主轴的空心孔连接，可以加快砂芯模内部的水分蒸发，确保芯模加热固化后不会发生开裂。

为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种可溶性芯模模具结构，包括前主轴、圆盖板、前模体、后模体、花键、后主轴，所述前模体和后模体可拆卸地连接，形成具有空腔的壳体结构；

所述圆盖板活动扣合于前盖板的端部开口内，所述前主轴套装于前盖板的中心处，前主轴位于壳体内的一端活动插接有后主轴，所述后主轴的圆周面上设置有与后模体的端部开口处贴合连接的定位凸缘；

所述花键固定套接于前主轴的中部。

进一步的，所述前主轴为空心圆柱结构，所述后主轴的端面中心处设置有插接柱，插接柱活动插接于前主轴的中心孔内。

进一步的，所述花键通过位于圆周面内的螺钉与前主轴固定连接。

进一步的，所述花键的每个键齿上均开设有至少两个沿径向分布的通气孔，通气孔与前主轴的中心孔连通。

还提供了一种用于制作所述的可溶性芯模模具结构的成型方法，主要包括以下步骤：

(a)粘接溶液配制：将聚乙烯醇和热水按照重量比1.5：7的比例量取，将聚乙烯醇投入热水中，并不断搅拌至溶液呈现溶胶状；

(b)配制砂料：将石英砂和聚乙烯醇溶胶按照重量比100：8的比例量取，并充分搅拌混合；

(c)模具中装填砂料：将芯模模具的各组件按照既定结构完成装配，在芯模模具中装填砂料的具体步骤为：先将圆盖板取下，将砂料装入前模体和后模体组合形成的芯模模具空腔内，将砂料逐层进行压实，再将圆盖板放置在前模体上，对芯模进行圆周方向上的固定；

(d)芯模分段固化成型：砂料装填完成后将芯模竖直放置，使前主轴竖直朝上；

缓慢取出圆盖板和前模体，确保上半部分砂料不会开裂塌陷，将芯模整体放入固化炉进行固化；

上半部分固化完成后将芯模倒置，使后主轴竖直朝上，并缓慢取出后模体，再进行加热固化，直至水分完全蒸发。

进一步的，在步骤(a)中，所用热水的温度控制在80℃-100℃。

进一步的，在步骤(a)和步骤(b)中选用的聚乙烯醇为中等粘度的1788号聚乙烯醇。

进一步的，在步骤(b)中，所用石英砂的颗粒大小为40目-80目的石英砂。

进一步的，在步骤(b)中，石英砂在和聚乙烯醇溶胶混合之前需要先加热，加热温度为40℃-50℃。

进一步的，在步骤(d)中，芯模的上半部分砂料和下半部分砂料的分段固化温度均为100℃，固化时间均为4h-5h。

与现有技术相比较，本发明的有益效果如下：

1.本发明通过在芯模模具的主轴上安装固定花键，增加了芯轴部分与可溶性芯模砂料部分的接触面积，使芯模在后期使用过程中不易开裂，质量稳定；

2.通过在花键的每个键齿上设置沿径向分布的两个通气孔，通气孔与前主轴的中心孔连同，使得可溶性芯模在加热固化过程中，砂料内部的水分可以通过通气孔散发出去，加快了水分蒸发，缩短了制模的周期；

3.通过采用前主轴和后主轴活动插接构成的芯轴结构，并在后主轴部分设置定位凸缘，可实现前主轴的快速安装和准确定位，极大提升了芯模模具的装配效率；

4.通过分段加热固化来实现芯模的快速成型，克服了传统芯模整体加热固化时间较长的缺点，为可溶性芯模的快速低成本制造提供了一种方法。

附图说明

图1为本发明的芯模模具立体结构示意图；

图2为本发明的芯模模具剖视结构示意图；

图3为本发明的花键的立体结构示意图；

图4为本发明的后主轴的立体结构示意图；

图5为本发明的芯轴部分的立体结构示意图。

图中：1前主轴、2圆盖板、3前模体、4后模体、5螺钉、6花键、61通气孔、62螺纹安装孔、7后主轴、71定位凸缘、72插接柱、8螺栓、9砂料。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。

请参阅图1和图2，一种可溶性芯模模具结构，包括前主轴1、圆盖板2、前模体3、后模体4、花键6、后主轴7。前模体3和后模体4的连接处均设置有翻边，翻边对接后通过螺栓8可拆卸地连接，使前模体3和后模体4的内部形成具有空腔的壳体结构，用于填装制作芯模的砂料9。

圆盖板2活动扣合于前盖板3的端部开口内，圆盖板2的中心处开设有与前主轴1外径尺寸相同的轴孔，前主轴1套装于前盖板3的中心处，使圆盖板2可在前主轴1上活动套接安装和移除。

前主轴1位于壳体内的一端活动插接有后主轴7。后主轴7的外径与前主轴1的外径相同，前主轴1为空心圆柱结构，后主轴7的端面中心处设置有与前主轴1中心孔孔径相同的插接柱72，插接柱72活动插接于前主轴1的中心孔内，使后主轴7与前主轴1活动连接，形成芯轴组件。通过采用前主轴1和后主轴7活动插接构成的芯轴结构，并在后主轴7部分设置定位凸缘71，可实现前主轴1的快速安装和准确定位，极大提升了芯模模具的装配效率。

如图4所示，所述后主轴7的圆周面上设置有与后模体4的端部开口处贴合连接的定位凸缘71，通过定位凸缘71实现后主轴7在后模体4上的轴向定位；通过后主轴7与后模体4的轴孔装配、前主轴1与前模体3的轴孔装配实现芯轴组件在壳体结构内的径向定位。

花键6固定套接于前主轴1的中部。如图3所示，花键6的轴线处开设有与前主轴1外径尺寸相匹配的轴孔，使花键6可活动套接在前主轴1上。花键6的圆周面上开设有螺纹安装孔62，前主轴1的中部开设有与螺纹安装孔62相匹配的螺钉过孔，花键6通过螺钉5与前主轴1固定连接。通过在芯轴上设置花键结构，增加了芯轴部分与可溶性芯模砂料部分的接触面积，使芯模在后期使用过程中不易开裂，质量稳定。

花键6的圆周面上设置四个均匀分布的键齿，每个键齿上均开设有两个沿径向分布的通气孔61，前主轴1的管壁上开设有与通气孔61相匹配的通孔，使花键6在前主轴1上安装固定后通气孔61与前主轴1的中心孔连通。通过在花键6的每个键齿上设置沿径向分布的两个通气孔61，通气孔61与前主轴的中心孔连同，使得可溶性芯模在加热固化过程中，砂料9内部的水分可以通过通气孔散发出去，加快了水分蒸发，缩短了制模的周期。

花键6的外径尺寸小于前模体3端部开口的孔径，使花键6固定安装于前主轴1上后，可顺利插入前模体3的内部，也保证在芯模溶解后花键6可顺利从成型工件的内部抽出。

一种用于制作所述可溶性芯模模具结构的成型方法，主要包括以下步骤：

(a)粘接溶液配制：将聚乙烯醇和热水按照重量比1.5：7的比例量取，将聚乙烯醇投入热水中，并不断搅拌至溶液呈现溶胶状。

优选的，聚乙烯醇选用中等粘度的1788号聚乙烯醇。聚乙烯醇的黏度不同，与水的混合比例就不同，所选用的1788号聚乙烯醇经过试验测得与水的混合比例按照1.5：7粘接效果最好。

进一步的，所用热水的温度控制在80℃-100℃。根据聚乙烯醇的物理特性，聚乙烯醇粉末易溶于热水，低温时粉末不易溶解，因此水温不宜过低。

(b)配制砂料9：将石英砂和聚乙烯醇溶胶按照重量比100：8的比例量取，并充分搅拌混合。

石英砂的颗粒大小要适中，优先选用40目-80目颗粒大小的石英砂。沙粒太大会造成石英砂颗粒之间有空隙，致使砂料在芯模模具内填充后结合不紧密，芯模后期容易开裂。沙粒太小会造成芯模固化后颗粒之间空隙太小，石英砂溶解时间太长，不利于生产加工。

优选的，石英砂在和聚乙烯醇溶胶混合之前先进行预热，加热温度为40℃-50℃。由于配好的聚乙烯醇溶胶温度较高，若直接混合在温度较低的石英砂中，聚乙烯醇溶胶遇冷会出现结块，不利于砂料的填充，也会对砂料填充效果造成不利影响。

(c)模具中装填砂料9：将芯模模具的各组件按照既定结构完成装配，在芯模模具中装填砂料9的具体步骤为：先将圆盖板2取下，将砂料9装入前模体3和后模体4组合形成的芯模模具空腔内，将砂料9逐层进行压实，再将圆盖板2放置在前模体3上，对芯模进行圆周方向上的固定。

装填砂料9时要将砂料9压实，以避免砂料9太过蓬松会而造成后期加热固化出现开裂。

(d)芯模分段固化成型：砂料(9)装填完成后将芯模竖直放置，使前主轴(1)竖直朝上；

缓慢取出圆盖板(2)和前模体(3)，确保上半部分砂料(9)不会开裂塌陷，将芯模整体放入固化炉进行固化；

上半部分固化完成后将芯模倒置，使后主轴(7)竖直朝上，并缓慢取出后模体(4)，再进行加热固化，直至水分完全蒸发。

根据芯模的结构以及体积大小，实验测得上半部分砂料分段固化温度以100℃为最佳，固化时间以4h-5h为最佳。下半部分固化温度以100℃为最佳，固化时间以4h-5h为最佳。聚乙烯醇在高温环境中长时间加热会发生化学变化，不溶于水，对后期的芯模溶解造成不利影响，因而固化温度不宜过高。

通过分段加热固化来实现芯模的快速成型，克服了传统芯模整体加热固化时间较长的缺点，为可溶性芯模的快速低成本制造提供了一种方法。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。