本發(fā)明涉及纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料制造領(lǐng)域，具體的說是一種雙曲面回轉(zhuǎn)體復(fù)合材料制品的分體成型模具。

背景技術(shù)：

纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料具有質(zhì)輕高強(qiáng)、絕緣抗磁、隔振降噪、耐腐蝕等諸多優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于航空、航天、船舶、能源等諸多工程領(lǐng)域?，F(xiàn)有技術(shù)中，通常采用真空輔助樹脂傳遞模塑工藝即VARTM制造。VARTM是在RTM工藝基礎(chǔ)上開發(fā)而來，主要原理是在模腔中鋪放按性能和結(jié)構(gòu)要求設(shè)計(jì)的纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料的預(yù)成型體，然后采用真空泵對閉合模腔抽真空，再用注射設(shè)備將樹脂注入閉合模腔，或僅靠型腔真空造成的內(nèi)外壓力差注入樹脂，固化制得成品。與常規(guī)RTM工藝相比，閉合模腔抽真空改善了模腔內(nèi)樹脂的流動性和潤濕性，并有利于排盡氣泡，這將能夠減小模腔的注射壓力，提高VARTM復(fù)合材料制品的纖維含量，減少VARTM復(fù)合材料制品的微觀空隙，使VARTM復(fù)合材料制品的力學(xué)性能更好。

圖4是一種雙曲面回轉(zhuǎn)體復(fù)合材料制品的立體結(jié)構(gòu)示意簡圖，該復(fù)合材料制品的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)尺寸給定并由金屬框架10、底面11、外側(cè)面12和內(nèi)側(cè)面13組成，其中底面11、外側(cè)面12和內(nèi)側(cè)面13為整體一次成型且符合設(shè)計(jì)尺寸，滿足VARTM工藝要求。圖5為圖4的縱截面示意圖，由圖可知，該復(fù)合材料制品外形呈流線型，其橫截面尺寸變化大、底部厚、上端薄、增強(qiáng)材料含量高，導(dǎo)致預(yù)成型體放入模具時產(chǎn)生擠壓皺褶、凸臺、錯層、滑動等現(xiàn)象，使其厚度不均一、易產(chǎn)生空腔流道、出現(xiàn)白斑和缺陷區(qū)域。此外當(dāng)復(fù)合材料固化后，大面積的曲面界面粘接力會導(dǎo)致復(fù)合材料制品與模具無法分離等問題。針對滿足VARTM工藝的雙曲面回轉(zhuǎn)體復(fù)合材料制品，對應(yīng)的分體成型模具設(shè)計(jì)方法還未見到相關(guān)報道。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明旨在提供一種能夠消除預(yù)成型體放入模具時產(chǎn)生褶皺，厚度不一以及制品固化后與模具難以分離等問題的雙曲面回轉(zhuǎn)體復(fù)合材料制品的分體成型模具。

為了解決以上技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：一種雙曲面回轉(zhuǎn)體復(fù)合材料制品的分體成型模具，包括底盤、外模以及套設(shè)在外模中的內(nèi)模，所述外模和內(nèi)模均為圓臺形，且兩者大端朝向一致進(jìn)行設(shè)置，外模和內(nèi)模的大端分別可拆卸固定在所述底盤上，小端相互可拆卸固定連接，在底盤、外模以及內(nèi)模之間構(gòu)成密閉的用于制作雙曲面回轉(zhuǎn)體的環(huán)形模腔；所述外模和內(nèi)模均為分體式，外模由多個弧形的外分模組成，任意一個外分模的弧度均小于等于90°，內(nèi)模由多個弧形的內(nèi)分模組成，任意一個內(nèi)分模的弧度均小于90°。

優(yōu)選的，所述底盤為環(huán)形，在底盤上位于外模和內(nèi)模之間設(shè)有環(huán)形的限位臺階，所述外分模和內(nèi)分模的底部分別緊靠限位臺階的兩側(cè)固定在底盤上。

優(yōu)選的，在所述底盤上位于限位臺階的兩側(cè)分別設(shè)有內(nèi)置密封膠條的第一密封槽；所述外模和內(nèi)模的上端通過徑向螺栓固定連接，在外模和內(nèi)模的上端相互連接的部位分別設(shè)有用于放置密封膠條的第二密封槽。

優(yōu)選的，所述分體成型模具還包括一個環(huán)形的頂盤，所述外分模和內(nèi)分模的頂部分別固定在該頂盤上。

優(yōu)選的，所述外分模和內(nèi)分模的兩端分別設(shè)有相背于環(huán)形模腔的法蘭段，法蘭段上間隔設(shè)有螺紋孔，所述底盤和頂盤上分別開設(shè)有相應(yīng)的螺栓孔，底盤和頂盤通過螺栓分別固定在外分模和內(nèi)分模的兩端。

優(yōu)選的，所述外分模的外部側(cè)壁以及內(nèi)分模的內(nèi)部側(cè)壁上均設(shè)置有縱橫交錯的加強(qiáng)筋板。

優(yōu)選的，兩塊相鄰的外分模的銜接位置通過相背于所述環(huán)形模腔的外壓板及螺栓可拆卸固定，兩塊相鄰的內(nèi)分模的銜接位置通過相背于所述環(huán)形模腔的內(nèi)壓板及螺栓可拆卸固定。

優(yōu)選的，所述外壓板與通過該外壓板連接的兩塊外分模中的一塊為一體成型；所述內(nèi)壓板與通過該內(nèi)壓板連接的兩塊內(nèi)分模中的一塊為一體成型。

優(yōu)選的，兩塊相鄰的外分模分別沿銜接位置垂直設(shè)有外固定板，兩塊外固定板通過螺栓固定連接；兩塊相鄰的內(nèi)分模分別沿銜接位置垂直設(shè)有內(nèi)固定板，兩塊內(nèi)固定板通過螺栓固定連接。

優(yōu)選的，所述外模包括四塊相同的外分模，所述內(nèi)模包括三塊結(jié)構(gòu)相同且弧度較大的內(nèi)分模以及三塊結(jié)構(gòu)相同且弧度較小的內(nèi)分模。

有益效果

本發(fā)明的一種雙曲面回轉(zhuǎn)體復(fù)合材料制品的分體成型模具，將模具分成底盤，外模，內(nèi)模等幾個組件，其中外模由多塊外分模組成，內(nèi)模由多塊內(nèi)分模組成，外、內(nèi)模具通過底盤及內(nèi)外之間對應(yīng)的螺栓孔進(jìn)行固定連接。模具組裝后放入預(yù)成型體時，預(yù)成型體不會產(chǎn)生擠壓皺褶，成型的制品線型準(zhǔn)確，未出現(xiàn)空腔流道等問題，并且分體模具易組裝和拆卸有利于脫模。

附圖說明

圖1為本發(fā)明中內(nèi)分模和外分模均采用壓板式連接的立體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為圖1未包含外壓板的爆炸示意圖；

圖3為本發(fā)明中內(nèi)分模和外分模采用壓板式連接和固定板式連接的立體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為通過本發(fā)明制得的雙曲面回轉(zhuǎn)體復(fù)合材料制品的立體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為圖4的縱向剖面圖；

圖中標(biāo)記：1、底盤，2、外模，201、外分模，202、外壓板，203、外固定板，3、內(nèi)模，301、內(nèi)分模，302、內(nèi)壓板，303、內(nèi)固定板，4、限位臺階，5、密封槽，6、第二密封槽，7、頂盤，8、法蘭段，9、加強(qiáng)筋板，10、金屬框架，11、底面，12、外側(cè)面，13、內(nèi)側(cè)面。

具體實(shí)施方式

如圖1至圖3所述，本發(fā)明的一種雙曲面回轉(zhuǎn)體復(fù)合材料制品的分體成型模具，包括底盤1、頂盤7、外模2以及套設(shè)在外模2中的內(nèi)模3。底盤1和頂盤7均為環(huán)形，其中在底盤1上設(shè)有環(huán)形的限位臺階4。外模2和內(nèi)模3均為圓臺形，外模2和內(nèi)模3直徑較大的一端分別可拆卸固定在所述底盤1上緊靠限位臺階4的兩側(cè)，外模2和內(nèi)模3直徑較小的一端相互可拆卸固定連接后固定在頂盤7的底面上。在底盤1、外模2以及內(nèi)模3之間構(gòu)成密閉的用于制作雙曲面回轉(zhuǎn)體的環(huán)形模腔。由于在制品制作過程中，環(huán)形模腔內(nèi)需要承受較大的壓力，要求單個部件穩(wěn)定不易變形，各個部件之間緊密固定，并便于拆卸，所以本實(shí)施例中，內(nèi)模3的外部側(cè)壁以及內(nèi)模3的內(nèi)壁側(cè)壁上均設(shè)有縱橫交錯的加強(qiáng)筋板9。在外模2和內(nèi)模3的頂端和底端分別設(shè)有法蘭，法蘭上分別開設(shè)有內(nèi)螺紋孔，在底盤1和頂盤7上相應(yīng)的設(shè)有多個螺栓孔，并通過螺栓將外模2和內(nèi)模3的大端與底盤固定相連，外模2和內(nèi)模3的小端通過徑向螺栓相互固定后，再通過螺栓分別與頂盤7相連。為了進(jìn)一步保證環(huán)形模腔的密封性，在所述限位臺階4的兩側(cè)分別設(shè)有內(nèi)置密封膠條的第一密封槽5，在外模2和內(nèi)模3的連接部設(shè)有內(nèi)置密封膠條的第二密封槽6。

為了能夠消除預(yù)成型體放入模具時產(chǎn)生褶皺，厚度不一以及制品固化后與模具難以分離等問題，本發(fā)明的外模2和內(nèi)模3均為分體式，外模2由多個弧形的外分模201通過組成，任意一個外分模201的弧度均小于等于90°且頂端和底端設(shè)有相應(yīng)的法蘭段8。內(nèi)模3由多個弧形的內(nèi)分模301組成，任意一個內(nèi)分模301的弧度均小于90°且頂端和底端設(shè)有相應(yīng)的法蘭段8。外分模201和內(nèi)分模301上相應(yīng)的法蘭段8分別共同構(gòu)成其與底盤1及頂盤7連接的法蘭。本發(fā)明中兩塊相鄰的外分模201之間以及兩塊相鄰的內(nèi)分模301之間的固定連接方式并不唯一，兩塊相鄰的外分模201的銜接位置可通過相背于所述環(huán)形模腔的外壓板202及螺栓可拆卸固定，兩塊相鄰的內(nèi)分模301的銜接位置可通過相背于所述環(huán)形模腔的內(nèi)壓板302及螺栓可拆卸固定。外壓板202或內(nèi)壓板302可以是與相鄰兩塊外分模201或內(nèi)分模301完全分離的，也可以是僅與其中一塊外壓板202或內(nèi)壓板302一體成型。在另一種連接方式中，兩塊相鄰的外分模201分別沿銜接位置垂直設(shè)有外固定板203，兩塊外固定板203通過螺栓固定連接兩塊相鄰的內(nèi)分模301分別沿銜接位置垂直設(shè)有內(nèi)固定板303，兩塊內(nèi)固定板303通過螺栓固定連接，優(yōu)選的，所述外固定板203和內(nèi)固定板303分別與外分模201和內(nèi)分模301一體成型。上述的壓板式連接和固定板式連接均能夠保證環(huán)形模腔內(nèi)壓力較大時模具整體的穩(wěn)定性，兩種固定連接方式可單獨(dú)使用，也可混合使用。

以下是本發(fā)明根據(jù)目標(biāo)雙曲面回轉(zhuǎn)體復(fù)合材料制品的規(guī)格尺寸的幾種優(yōu)選實(shí)施例：

實(shí)施例一：制作雙曲面回轉(zhuǎn)體復(fù)合材料制品：長度1200mm，尖端直徑Φ2500m，底部外徑Φ3400mm，復(fù)合材料成型厚度2～20mm，如圖4及圖5所示。

根據(jù)制品尺寸，分體成型模具如圖1及圖2所示：包括底盤1，外分模201，內(nèi)分模301，外壓板202，內(nèi)壓板302以及頂盤7。其中底盤1和頂盤7各一塊，外分模201共四塊，結(jié)構(gòu)相同且弧度均為90°；內(nèi)分模301共六塊，其中分塊三塊結(jié)構(gòu)相同且弧度較大，另外三塊結(jié)構(gòu)相同且弧度較小，任意一塊內(nèi)分模301的弧度均小于90°；外壓板202四塊以及內(nèi)壓板302六塊，頂盤7一塊。

在雙曲面回轉(zhuǎn)體復(fù)合材料制品的制備過程中，首先鋪設(shè)玻璃纖維增強(qiáng)織物的預(yù)制體放置在底盤1的限位臺階4上，底盤1上第一密封槽5內(nèi)放入密封膠條；四塊外分模201按照逆時針順序逐一放置在底盤1上，通過螺栓將外分模201與底盤1相連，將第二密封槽6內(nèi)放入密封膠條。六塊內(nèi)分模301按照一大一小交叉的方式排布，首先將弧度較大的三塊內(nèi)分模301間隔放置在底盤1上，留出弧度較小的內(nèi)分模301的空位，通過螺栓將弧度較大的內(nèi)分模301與底盤1相連，同時將外分模201和弧度較大的內(nèi)分模301通過螺栓相連；再將弧度較小的三塊內(nèi)分模301逐一放置在底盤1上，通過螺栓將內(nèi)分模301分別與底盤1和外分模201相連；全部外分模201和內(nèi)分模301連接到位后相連模具分塊間隙小于1mm；然后將四塊外壓板202通過螺栓將四塊外分模201兩兩固定連接，六塊內(nèi)壓板302將六塊內(nèi)分模301兩兩固定連接，最后將頂盤7通過螺栓與外分模201和內(nèi)分模301上的法蘭段8分別固定連接。

完成制品成型后，首先拆除頂盤7，其次拆除外壓板202和內(nèi)壓板302，然后拆卸外分模201，再拆卸弧度較小的三塊內(nèi)分模301，最后拆卸弧度較大的三塊內(nèi)分模301，即可將取出雙曲面回轉(zhuǎn)體復(fù)合材料制品。

本實(shí)施例中，分體模具與預(yù)制體合模后，12～48h將模具拆除，預(yù)制體表面未發(fā)現(xiàn)擠壓皺褶，纖維滑動、未發(fā)現(xiàn)合?？p等位置出現(xiàn)擠壓凸起，豎直方向未發(fā)現(xiàn)擠壓凹陷等影響工藝的缺陷。制品成型時，模具內(nèi)部真空度小于-0.07MPa，承受注射壓力大于0.5MPa。固化后，分體模具與制品脫離容易，未對制品和模具造成損傷，制品線型偏差小于1mm。

實(shí)施例二

本實(shí)施例與實(shí)施例一的不同之處在于雙曲面回轉(zhuǎn)體復(fù)合材料制品：長度600mm，尖端直徑Φ1283mm，底部外徑Φ1712mm，內(nèi)徑Φ1546mm，復(fù)合材料厚度為8～16mm。分體成型模具為底盤1一塊，外分模201四塊，內(nèi)分模301六塊，外壓板202四塊，內(nèi)壓板302六塊，未設(shè)置頂盤7，其他步驟與實(shí)施例一相同。

實(shí)施例三

本實(shí)施例與實(shí)施例一的不同之處在于雙曲面回轉(zhuǎn)體復(fù)合材料制品：長度1900mm，尖端直徑Φ3900mm，底部外徑Φ5000mm，復(fù)合材料成型厚度2～20mm。分體成型模具為底盤1一塊，外分模201八塊，內(nèi)分模301十二塊，外壓板202八塊，內(nèi)壓板302十二塊，頂盤7一塊，其他步驟與實(shí)施例一相同。

實(shí)施例四

本實(shí)施例如圖3所示，與實(shí)施例一的不同之處在于雙曲面回轉(zhuǎn)體復(fù)合材料制品：長度1200mm，尖端直徑Φ2000mm，底部外徑Φ2400mm。復(fù)合材料成型厚度2～20mm，分體成型模具設(shè)計(jì)為底盤1一塊，外分模201六塊，內(nèi)分模301六塊，六塊外分模201之間均通過與外分模201一體成型的外固定板203和螺栓固定連接，六塊內(nèi)粉末之間有四個連接位置通過與內(nèi)分模301一體成型的內(nèi)固定板303和螺栓固定連接，剩余兩個連接位置通過與內(nèi)分模301一體成型的內(nèi)壓板302和螺栓固定連接，未設(shè)計(jì)頂盤7，外其他步驟與實(shí)施例一相同。

本發(fā)明的方法同樣適用于其他非金屬材料成型模具設(shè)計(jì)，為了公開本發(fā)明而在本文中選用的實(shí)施例，當(dāng)前認(rèn)為是適宜的，但是應(yīng)了解的是：本發(fā)明旨在包括一切屬于本構(gòu)思和本發(fā)明范圍內(nèi)的所有變化和改進(jìn)。