一種用于樹脂傳遞模塑的制造模具的方法
【專利摘要】一種制造模具的方法，該模具用于通過樹脂傳遞模塑模制零件，該方法包括至少下列步驟：制造所述零件的模型(1)；制造帶有外表面(3)的對映模子(2)，該外表面(3)存在與所述模型(1)的第一側(cè)互補的壓痕(4)；在對映模子(2)的所述壓痕上放置所述模型(1)；在所述模型(1)和對映模子(2)的所述外表面上覆蓋多個疊置的織物層以便成形第一半殼(6)，所述疊置的織物層由熱固樹脂浸潤；固化所述第一半殼(6)；從所述模型(1)和從所述第一半殼(6)上分開所述對映模子(2)；在所述第一半殼(6)和所述模型第一側(cè)上覆蓋多個疊置的織物層以便形成第二半殼(7)；和固化所述第二半殼(7)。
【專利說明】一種用于樹脂傳遞模塑的制造模具的方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及復(fù)合材料制元器件的制造領(lǐng)域。特別地，本發(fā)明涉及一種用于通過樹脂傳遞模塑(RTM)模制成型零件的制造模具的方法，并且它還涉及由此方法制造的模具。

【背景技術(shù)】
[0002]在一個RTM工藝中，一個織物預(yù)成型體插入到一個模具的模腔內(nèi)。當(dāng)模具閉合后，熱固樹脂在壓力作用下經(jīng)由注入通道注入到模腔內(nèi)。在樹脂的定型期間內(nèi)保持模腔內(nèi)壓力，在這期間升高溫度以便促進(jìn)這種定型。脫模以后，由此獲得復(fù)合零件，該復(fù)合零件通過由織物預(yù)成型體纖維增強的熱固性塑膠材料制成，具有精確的形狀和幾何尺寸，并且通常僅需要有限的后處理。樹脂傳遞模塑(RTM)工藝由此使得復(fù)合構(gòu)件能夠被大批量制造。
[0003]在RTM工藝期間，織物預(yù)成型體可能會受到高強度應(yīng)力。雖然仿真手段在某種程度上使得預(yù)先計算出這樣的應(yīng)力以便確定產(chǎn)生所需模塑物的預(yù)成型體成為可能，但是它接下來有必要通過驗證預(yù)成型體的步驟，其目的是為了檢查纖維中的任何配準(zhǔn)誤差以及它們在最終模塑物中的分布和密度，并檢查模塑物的總體變形以利于形成預(yù)成型體，及其他生產(chǎn)參數(shù)。為了繼續(xù)進(jìn)行這種生產(chǎn)試驗驗證，然而仍有必要在RTM工藝中使用生產(chǎn)模具。
[0004]用于樹脂傳遞模塑的模具與傳統(tǒng)塑料注模的模具相似。它由此包括一個模子，通常由金屬制成，并具有一個模腔，其通常需要具備非常小公差的高精密機加工。另外，為了使溫度能夠用以定型樹脂通常需要的那樣在模腔內(nèi)變化，通常需要在模子內(nèi)設(shè)置加熱和致冷裝置。因此，制備這種用于預(yù)成型體驗證測試的最終模具將占用過長時間，并且一旦失敗被證明是非常昂貴的。
[0005]然而，從一塊金屬中簡化機加工初級金屬模具存在其他缺陷。一種實心金屬模子將不可能重現(xiàn)用以最終生產(chǎn)模具所需的溫度升高速率。此外，從一大塊中機加工出這種模具會消耗寶貴的時間。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明旨在克服上述缺陷。特別是，本發(fā)明旨在提出一種方法，其能快速并低成本地制造初級模具，以便在樹脂傳遞模塑用預(yù)成型體上進(jìn)行驗證測試。這種模具包括至少兩個半殼，其被設(shè)置成這樣以便能夠分開，以便將預(yù)成型體插入模腔中，并取出已固化的模制成型零件，同時在樹脂傳遞模塑工藝的注射和固化工序期間，彼此相靠不透氣地被密封著。
[0007]在至少一個實施例中，該目的可通過包括以下步驟的方法實現(xiàn):
[0008]制造待|旲制成型零件的I旲型；
[0009]制作帶有外表面的對映模子，該外表面存在與所述模型第一側(cè)互補的壓痕；
[0010]在對映模子的所述壓痕上放置所述模型；
[0011]在模型和對映模子的所述外表面覆蓋多個疊置的織物層以便形成第一半殼，該疊置的織物層由熱固樹脂浸潤；
[0012]固化所述第一半殼；
[0013]從模型和從第一半殼上分開對應(yīng)模具；
[0014]在第一半殼和模型第一側(cè)上覆蓋多個疊置的織物層以便形成第二半殼；和
[0015]固化第二半殼。
[0016]通過這些規(guī)定，以這種方式獲得的兩個半殼能一起行動以確定模腔，該模腔適于被打開以便插入預(yù)成型體，并適于在樹脂注射和固化期間保持封閉，然后適于重新打開便于零件脫模。由于第二半殼在第一半殼上直接成形，兩個半殼沿模腔四周存在精準(zhǔn)互補的接觸表面，由此使得模腔可以良好密封。為了形成注入和排氣通道和/或用于容納密封墊片的凹槽，凸凹的形狀可在半殼的接觸表面上直接加工出來，和/或這些形狀也可以在對映模子上形成。
[0017]另外，半殼的壁可以相對很薄，由此更好地?zé)醾鬟f，并且由此更準(zhǔn)確地重現(xiàn)應(yīng)用于最終模制成型批量生產(chǎn)期間的固化條件，特別是有關(guān)溫度升高的條件。為了確保在此初級模具中的模腔有足夠的硬度，此模具可能受到加固和加強筋，其與在預(yù)成型體驗證測試期間所受的應(yīng)力相匹配。應(yīng)該注意到術(shù)語“織物層”涵蓋了由連在一起的纖維構(gòu)成的層，該層可以是機織層，或者它也可以是僅在一個方向延伸的長纖維單向?qū)?，或者就是一種非機織的短纖維層。
[0018]第一和/或第二半殼的織物層可以包括碳纖維，因為它們具有高強度的硬度及良好的熱導(dǎo)性。然而，例如，可以根據(jù)半殼所受到的熱應(yīng)力和機械應(yīng)力來設(shè)想包括諸如玻璃纖維的其他材料?？椢飳右部梢允且呀?jīng)預(yù)浸潤的層，即在其鋪放之前由熱固樹脂浸潤以便簡化進(jìn)行鋪放所需的操作并確保樹脂的良好分散性。然而，可選地，它們也可以在鋪放工序中被浸潤。
[0019]在它們各自固化操作之前，第一和第二半殼可以在防漏片下抽空以便獲得具有降低空隙率和更高纖維含量的復(fù)合材料。
[0020]在樹脂傳遞模塑工藝的注入和固化工序期間，能夠確保模具閉合是非常重要。為此目的，在第一種選擇中，每個半殼存在至少一個孔口，其與另一半殼的對應(yīng)孔口對準(zhǔn)，孔口用于穿過一裝置使第一半殼夾緊靠在第二半殼上。這些孔口可以在固化后的半殼上鉆孔而得，或者它們在半殼自身形成的同時形成。特別是，包括這些孔口和加強其周邊的金屬嵌件可以在它們形成的同時嵌入半殼中。
[0021]與此相反，在第二種選擇中，此模具制備方法可進(jìn)一步包括至少以下步驟:
[0022]向第一和第二半殼的凹背面內(nèi)澆鑄可硬化流體材料；和
[0023]在所述凹背面內(nèi)硬化所述可硬化流體材料。
[0024]這樣，每個半殼形成了一個實心塊，兩個半殼很可在一壓力作用下彼此擠壓靠緊，以便確保在樹脂傳遞模塑工藝的注入和固化工序期間模具是閉合的。用于每個半殼的術(shù)語“正面”通常表示它與另一半殼在它們彼此相靠閉合時接觸到的那一面，術(shù)語“背面”通常表示與正面相對的那一面。
[0025]所述可硬化流體材料，例如，可以是混凝土，在硬化后，在樹脂傳遞模塑工藝中通常應(yīng)用的溫度下，其展示出良好的抗壓強度和良好的熱穩(wěn)定性。
[0026]此外，為了保持兩半殼的良好熱傳導(dǎo)，可硬化流體材料會包括導(dǎo)熱顆粒，例如，金屬顆粒。
[0027]用以模制成型的零件模型可通過快速成形法制造，例如，像:立體光刻，激光燒結(jié)，熔制沉積成形，或快速機加工。這種方法能夠在零件虛擬模型的基礎(chǔ)上，快速建立具有微小制造公差的這種物理模型。
[0028]本發(fā)明還提供了通過該模具制備法制備的模具。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0029]通過閱讀由非限制性實例所示的幾個實施例的以下詳細(xì)描述中，本發(fā)明可被更好地理解和它的優(yōu)點更好地體現(xiàn)出來。該描述參考附圖，其中:
[0030]圖1是構(gòu)成本發(fā)明實施例的方法中多個步驟的圖解示意圖；
[0031]圖2A是本發(fā)明第一實施例中模具的分解示意性透視圖；
[0032]圖2B和2C分別是圖2A中模具第一模具部分的正面和背面視圖；
[0033]圖3A是在第二實施例中模具的分解示意性透視圖；和
[0034]圖3B是圖3A中模具第一部分背面的透視圖。

【具體實施方式】
[0035]在本發(fā)明的一個實施例中，圖1示出了通過樹脂傳遞模塑用以模制成型零件的模具制造法的起始步驟。
[0036]在第一步驟中，在零件虛擬模型的基礎(chǔ)上通過快速成形法(例如通過立體光刻)制造待模制成型零件的模型I。同時，例如，通過機加工一塊剛性合成泡沫或壓層木材制備對映模子2。對映模子2存在一表面3，表面3具有與模型I的第一面互補的壓痕4。在壓痕4周圍，對映模子2的表面3重現(xiàn)了模子閉合面8的輪廓，模子閉合面8設(shè)置有注入通道24、排氣通道25和凹槽26，凹槽26用于沿模腔四周容納密封墊片。
[0037]在第二步驟中，將模型I放置在壓痕4上以覆蓋表面3，并將模型I露出的那面放置上被熱固樹脂(例如像環(huán)氧樹脂)預(yù)浸潤的碳纖維材料織物層，以便形成第一半殼6。此覆蓋過程可能會在框架5中進(jìn)行，由此能在第一半殼6的周邊形成側(cè)壁20。此后，第一半殼6在密封片21下排氣并固化(例如放在高壓釜內(nèi))，從而使樹脂硬化。
[0038]在此固化步驟之后，取出對映模子2以便露出第一半殼6的正面和模型I的第一面，在第二步中，在其上覆蓋另一由熱固樹脂已預(yù)浸潤的碳纖維材料織物層以便形成第二半殼7。對于第一半殼6而言,框架5是用來在第二半殼7周邊形成側(cè)壁22的。此后，同樣地，第二半殼7在密封片23下排氣并固化(例如放在高壓釜內(nèi)固化)，從而使樹脂硬化。
[0039]在此固化之后及取出模型I之后，由此獲得具備正面的兩個半殼6和7，當(dāng)它們彼此相靠放置時，正面確定了能夠用于樹脂傳遞模塑原型的模腔，該原型用于例如驗證預(yù)成型體。沿此模腔四周，半殼6和7的正面存在表面8和9，表面8和9精確地互補以便保證當(dāng)半殼6和7彼此相靠閉合時模腔是密封的。為了確保半殼6和7具有此目的所需的硬度，可應(yīng)用建模法和建模系統(tǒng)提前確定它們的壁厚和若有的話在背面上設(shè)置加強筋。另外，為了獲得基本上無氣孔的光滑表面，可用封孔涂層處理半殼6和7的正面，封孔涂層如供應(yīng)商
Air0tec?在Cirex?商標(biāo)下出售的同類口口口。
[0040]在樹脂傳遞模塑工藝的注入和固化步驟期間，確保模具是封閉的也很重要，以便在模腔內(nèi)保持?jǐn)?shù)量級為2兆帕(MPa) (20巴)的壓力。為此目的，在第一實施例中，特別如圖2A-2C所示，兩個半殼6和7在它們各自互補的閉合面8、9上存在孔口 10、11，孔口 10，11用于螺栓12穿過。沿模腔四周設(shè)置這些孔口 10、11，并且第一部分6中的每一個孔口 10與第二部分7中的對應(yīng)孔口 11對準(zhǔn)，以便能使模具通過螺母(未顯示)擰緊螺栓12的方式閉合。在所示實施例中，在每個半殼6、7成形的同時，通過向其中并入金屬嵌件形成孔口10和11。因此，這些金屬嵌件確定了孔口 10和11并同時加固了每一孔口的周邊。然而，可以選擇在兩個模子部分6、7固化并脫模之后，在一附加工序期間，在互補閉合面8、9上鉆出孔口。以相同的方式，在半殼6、7固化之后，也可以在閉合面8、9上機加工出注入和排氣通道和/或密封墊片凹槽，而不是在對映模子中模制成型。
[0041]如圖2A和2C所不，在每個模子部分6、7的反面15、16上的加強筋14有助于在RTM工藝期間確保硬度。在此第一實施例中，模具在封閉的同時可以插入高壓釜以便執(zhí)行RTM工藝的至少固化工序。
[0042]在第二實施例中，如圖3A和3B所示，正如模壁20、22所定義的那樣，在每一模子部分6、7固化之后，每一模子部分6、7的背面15、16用可硬化流體材料填充以便形成兩實心塊。特別是，在所示實施例中，可硬化流體可以是填充了導(dǎo)熱金屬顆粒的混凝土，以便當(dāng)模具在RTM工藝中應(yīng)用時，其模腔能快速地受熱和/或制冷。在此第二實施例中，模具可通過作用在兩個模子部分6、7的背面15、16上的反方向壓力閉合，以便擠壓其正面而彼此相
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[0043]雖然參考特定實施例在上文對本發(fā)明進(jìn)行了描述，顯然可以對實施例作出各種修改和變動而不超過正如本發(fā)明權(quán)利要求書所定義的總體范圍。例如，雖然所示實施例僅涉及制造由兩部分組成的模子，也可以想像應(yīng)用本發(fā)明的方法制造具備大量組成部分的模子用以模制成型形狀更復(fù)雜的零件。另外，上述各實施例的個體特征可以結(jié)合成附加實施例。因此，本說明書和附圖應(yīng)當(dāng)被認(rèn)為在某種意義上是說明性的而不是限制性的。
【權(quán)利要求】
1.一種制造模具的方法，該模具用于通過樹脂傳遞模塑模制零件，該方法包括至少以下步驟: 制造所述零件的模型(I); 制造帶有外表面(3)的對映模子(2)，該外表面(3)存在與所述模型(I)的第一側(cè)互補的壓痕⑷； 在對映模子(2)的所述壓痕上放置所述模型(I)； 在所述模型(I)和對映模子(2)的所述外表面上覆蓋多個疊置的織物層以便成形第一半殼￠)，所述疊置的織物層由熱固樹脂浸潤； 固化所述第一半殼(6)； 從所述模型(I)和從所述第一半殼(6)上分開所述對映模子(2); 在所述第一半殼(6)和所述模型第一側(cè)上覆蓋多個疊置的織物層以便成形第二半殼(7);和 固化所述第二半殼(7)。
2.依據(jù)權(quán)力要求I所述的方法，其中，每個半殼(6、7)存在至少一個孔口(10，11)與另一個半殼(7、6)中的對應(yīng)孔口對準(zhǔn)，該孔口用于穿過裝置(12)，該裝置(12)用于使所述第一半殼(6)夾緊靠在所述第二半殼(7)上。
3.依據(jù)權(quán)力要求I所述的方法，進(jìn)一步包括至少以下步驟: 向所述第一和第二半殼出、7)的凹背面(15、16)內(nèi)澆鑄可硬化流體材料；和 在所述凹背面內(nèi)(15、16)硬化所述可硬化流體材料。
4.依據(jù)權(quán)力要求3所述的方法，其中，所述可硬化流體材料包括熱導(dǎo)顆粒。
5.依據(jù)權(quán)力要求3或權(quán)利要求4所述的方法，其中，所述可硬化流體材料是混凝土。
6.依據(jù)前述任一項權(quán)利要求所述的方法，其中，所述織物層包括碳纖維。
7.依據(jù)前述任一項權(quán)利要求所述的方法，其中，所述織物層在覆蓋之前被熱固樹脂浸潤。
8.依據(jù)前述任一項權(quán)利要求所述的方法，其中，所述模型(I)是由快速成形法制造的。
【文檔編號】B29C70/54GK104144774SQ201380010566
【公開日】2014年11月12日 申請日期:2013年2月21日 優(yōu)先權(quán)日:2012年2月23日
【發(fā)明者】埃米莉·利茲, 多米尼克·麥格納迪克斯 申請人:斯奈克瑪