带工字形加强筋的热塑性复合材料构件的模压成型模具制造技术

本实用新型专利技术提供了一种带工字形加强筋的热塑性复合材料构件的模压成型模具，包括底座及设置在底座上的一组或多组上模组。上模组的左右梯形条上设置有上窄下宽的倾斜面，左右楔块上设置有与左右梯形块上的倾斜面匹配的上宽下窄的倾斜面，通过左右两边各形成一组贴合的可相对滑动的倾斜面，使得压块的向下的模压压力被左右梯形条转化为指向工字形加强筋的水平方向的压力，即将单一的竖向方向的模压压力转化为向下加上左右两个方向共三个方向的模压压力，从而无需另外设置水平方向的模压压力，简化了设备与工艺，经济、快速又可靠，促进了热塑性树脂基复合材料工字形加筋构件的量产化。

Molding die of thermoplastic composite component with I-shaped stiffener

【技术实现步骤摘要】
带工字形加强筋的热塑性复合材料构件的模压成型模具
本技术涉及复合材料成型
，尤其是一种带工字形加强筋的热塑性复合材料构件的模压成型模具。
技术介绍
热塑性树脂基复合材料(本申请中简称热塑性复合材料)具有较好的耐热性、优秀的损伤容限、良好的抗冲击性能且成型周期短、生产效率高、能反复成型，近些年来受到航空航天领域越来越广泛的关注。以碳纤维增强聚醚醚酮为代表的一类先进热塑性复合材料越来越多地应用到航空领域的主/次承力构件上，但热塑性复合材料由于基体熔融粘性高，热塑性树脂对纤维的浸润性和穿透性差，临近层之间粘结困难、层合板中空隙较难排除，成型过程中树脂流动困难，因此其零件制造依赖高温高压。现有的热固性材料多采用热压罐进行热压固化成型，普通的热压罐的安全工作温度与安全压力分别在250℃以下及1Mpa以下，该温度与压力可以满足热固性材料的成型需要。而像碳纤维增强聚醚醚酮这种热塑性材料，其成型温度与压力分别在300℃以上及1Mpa以上，因此，现有的热塑性材料多采用模压成型工艺。现有的热塑性复合材料构件多采用一次模压或二次模压成型的方法：一次模压成型技术适用于平板件成型，应用于结构件成型则会产生制件表面不平整，树脂分布不均匀，力学性能无法保证等问题。二次热压采用的是阴模与阳模合模成型的方法，只能进行单向传压(一般为竖直方向)，只适用于“C”形、“L”形等简单的结构件成型，即先进行平板件预成型，再对平板件进行高温软化进行二次固结成型。但是对于工形加强筋这类航空领域常用的复杂构件，上述一次、二次热压成型工艺所使用的阴模、阳模等单向传压模具在结构与合模方法上均不再适用带工形加强筋的复杂构件，现有技术中，并没有专门针对于热塑性复合材料工形加强筋构件的模压模具。中国专利201710401959.X公开了一种复合材料工字型长桁成型工艺，从其说明书可知，其提供的是一种在热压罐中进行的针对热固性材料的热压固化模具与固化工艺。热压罐中利用所填充气体的压力对复合材料形成均匀压力，因而热压罐中能轻松实现对复合材料工字型长桁的成型，但热压罐设备价格昂贵，其成型成本高，且成型工艺较复杂，费时费工，较难满足产业化要求。因此，现有技术中，需要一种不需要使用热压罐且适用于热塑性复合材料工形加强筋构件的经济快速又可靠的成型方案，来帮助热塑性复合材料工形加强筋构件走向产业化道路，促进我国航空航天事业的发展。
技术实现思路
本技术目的在于提供一种带工字形加强筋的热塑性复合材料构件的模压成型模具，以解决
技术介绍
中提出的问题。一种带工字形加强筋的热塑性复合材料构件的模压成型模具，所述模压成型模具包括工形加筋构件模具，所述工形加筋构件模具至少用于将工字形加强筋的上缘块、下缘块、上填充块、下填充块、左侧C形预制件及右侧C形预制件一起压制成工字形加强筋，用于压制成工字形加强筋的所述上缘块与下缘块上下平行设置，用于压制成工字形加强筋的所述左侧C形预制件及右侧C形预制件设置在上缘块与下缘块中间且背对背设置，所述上填充块设置在上缘块与两个C形预制件所围成的三角区域中，所述下填充块设置在下缘块与两个C形预制件所围成的三角区域中。所述工形加筋构件模具包括底座及设置在底座上的上模组，所述上模组包括左梯形条、右梯形条、左楔块、右楔块与压块，所述左梯形条的右侧壁设置有与左侧C形预制件正面槽形匹配的左成型面，右梯形条的左侧壁设置有与右侧C形预制件正面槽形匹配的右成型面，所述左梯形条的左侧壁及右梯形条的右侧壁均设置有倾斜面，所述倾斜面的倾斜方向设置为使得左梯形条与右梯形条对应有倾斜面的区域的上端为窄端，下端为宽端；所述压块用于将由外部压力机构提供的向下的模压压力传递给左右梯形条，所述左楔块与右楔块分别固定设置在压板底面左右边缘位置处，左楔块的内侧壁设置成与左梯形块上的倾斜面匹配的斜面结构，右楔块的内侧壁也设置成与右梯形块上的倾斜面匹配的斜面结构；左右楔块与左右梯形条之间的斜面结构使得压块的向下的模压压力的一部分被左右梯形条转化为指向工字形加强筋的水平方向的压力，即将单一的竖向方向的模压压力转化为向下加上左右两个方向共三个方向的模压压力。所述左右梯形条的倾斜面的倾斜角度为65～85°,即左右梯形条的倾斜面与底面之间的夹角等于65～85°。进一步的，所述左右楔块的竖向尺寸设置为满足以下条件：当所述压块位于模压行程终点时，即所述压块位于向下位移行程的终点时，所述左右梯形条的底面刚好与底座的承压面相抵，且压块底面位于左楔块与右楔块之间的中间区域也刚好与左右梯形条顶面相抵，此时，左右楔块的底面与底座的承压面之间还存有间隙或未达到相抵的状态，以防止左右楔块底端影响模压进程。进一步的，所述左右梯形条底部于倾斜面的末端延续设置有竖直面，竖直面一方面可防止在压块位于模压行程终点时，左右梯形条底部与左右楔块底部因尺寸误差而发生干涉或模压不到位的情况，另一方面可减小左右梯形条的横向尺寸，减小空间的占用，便于进行模压前整个上模组的预组装。进一步的，所述压块底面中间区域于靠近左右楔块的位置处分别设置有左让位槽与右让位槽，左让位槽与右让位槽用于防止因压块底面不平整而造成模压不到位的情况。进一步的，所述工形加筋构件模具还用于将主体壁板、下缘块、两个背对背设置的C形预制件与上缘块一体压制成工形加筋构件，所述底座的承压面上凹设有用于放置部分或全部主体壁板的凹槽，所述凹槽横向尺不超过左右梯形条的横向尺寸，凹槽的深度小于或等于主体壁板的厚度，使得放置在凹槽内的主体壁板顶面高于或等于底座承压面的高度，从而便于主体壁板与工字形加强筋在模压过程中结合成一体。进一步的，所述底座的左右边部分别设置有用于对压块与左右楔块进行限位的左挡板与右挡板，左挡板与右挡板用于防止模压过程中压块与左右楔块发生横向游移，从而准确的保证工字形加强筋与主体壁板之间的相对位置。进一步的，所述主体壁板连接设置有多根工字形加强筋，相应的，所述底座上设置有多组上模组，每组上模具对应一根工字形加强筋。优选的，所述工字形加强筋与主体壁板的材质均采用热塑性树脂基复合材料，所述热塑性树脂基复合材料中的纤维增强材料采用碳纤维或玻璃纤维，所述热塑性树脂基复合材料中的树脂基采用聚丙烯(PP)、聚醚醚酮(PEEK)或聚苯硫醚(PPS)等树脂，所述模压成型模具的材质为硬质金属材料。特别说明：本技术中所述的“热塑性复合材料”均为热塑性树脂基复合材料的简称，本技术的模具对热塑性树脂基复合材料具有通用性，不仅限于本技术中所提出的树脂基采用聚丙烯(PP)、聚醚醚酮(PEEK)或聚苯硫醚(PPS)这三类热塑性复合材料。本技术至少具有以下有益效果：本技术提供了一种带工字形加强筋的热塑性复合材料构件的模压成型模具，包括工形加筋构件模具，工形加筋构件模具包括底座及设置在底座上的一组或多组上模组。工形加筋构件模具的上模组内部设置有倾斜面，左右楔块上设置有上窄下宽的倾斜面，左右梯形块上设置有与左右楔块上的倾斜面匹配的上宽下窄的倾斜面，通过左右两边各形成一组贴合的可相对滑本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种带工字形加强筋的热塑性复合材料构件的模压成型模具，其特征在于，所述模压成型模具包括工形加筋构件模具(3)，所述工形加筋构件模具至少用于将工字形加强筋(4)的上缘块(41)、下缘块(42)、上填充块(45)、下填充块(46)、左侧C形预制件(43)及右侧C形预制件(44)一起压制成工字形加强筋，用于压制成工字形加强筋的所述上缘块与下缘块上下平行设置，用于压制成工字形加强筋的所述左侧C形预制件及右侧C形预制件设置在上缘块与下缘块中间且背对背设置，所述上填充块设置在上缘块与两个C形预制件所围成的三角区域中，所述下填充块设置在下缘块与两个C形预制件所围成的三角区域中；/n所述工形加筋构件模具包括底座(31)及设置在底座上的上模组，所述上模组包括左梯形条(32)、右梯形条(33)、左楔块(34)、右楔块(35)与压块(36)，所述左梯形条的右侧壁设置有与左侧C形预制件正面槽形匹配的左成型面(321)，右梯形条的左侧壁设置有与右侧C形预制件正面槽形匹配的右成型面(331)，所述左梯形条的左侧壁及右梯形条的右侧壁均设置有倾斜面(322/332)，所述倾斜面的倾斜方向设置为使得左梯形条与右梯形条对应有倾斜面的区域的上端为窄端，下端为宽端；所述压块用于将由外部压力机构提供的向下的模压压力传递给左右梯形条，所述左楔块与右楔块分别固定设置在压板底面左右边缘位置处，左楔块的内侧壁设置成与左梯形块上的倾斜面匹配的斜面结构，右楔块的内侧壁也设置成与右梯形块上的倾斜面匹配的斜面结构；左右楔块与左右梯形条之间的斜面结构使得压块的向下的模压压力的一部分被左右梯形条转化为指向工字形加强筋的水平方向的压力，即将单一的竖向方向的模压压力转化为向下加上左右两个方向共三个方向的模压压力。/n...

【技术特征摘要】
1.一种带工字形加强筋的热塑性复合材料构件的模压成型模具，其特征在于，所述模压成型模具包括工形加筋构件模具(3)，所述工形加筋构件模具至少用于将工字形加强筋(4)的上缘块(41)、下缘块(42)、上填充块(45)、下填充块(46)、左侧C形预制件(43)及右侧C形预制件(44)一起压制成工字形加强筋，用于压制成工字形加强筋的所述上缘块与下缘块上下平行设置，用于压制成工字形加强筋的所述左侧C形预制件及右侧C形预制件设置在上缘块与下缘块中间且背对背设置，所述上填充块设置在上缘块与两个C形预制件所围成的三角区域中，所述下填充块设置在下缘块与两个C形预制件所围成的三角区域中；
所述工形加筋构件模具包括底座(31)及设置在底座上的上模组，所述上模组包括左梯形条(32)、右梯形条(33)、左楔块(34)、右楔块(35)与压块(36)，所述左梯形条的右侧壁设置有与左侧C形预制件正面槽形匹配的左成型面(321)，右梯形条的左侧壁设置有与右侧C形预制件正面槽形匹配的右成型面(331)，所述左梯形条的左侧壁及右梯形条的右侧壁均设置有倾斜面(322/332)，所述倾斜面的倾斜方向设置为使得左梯形条与右梯形条对应有倾斜面的区域的上端为窄端，下端为宽端；所述压块用于将由外部压力机构提供的向下的模压压力传递给左右梯形条，所述左楔块与右楔块分别固定设置在压板底面左右边缘位置处，左楔块的内侧壁设置成与左梯形块上的倾斜面匹配的斜面结构，右楔块的内侧壁也设置成与右梯形块上的倾斜面匹配的斜面结构；左右楔块与左右梯形条之间的斜面结构使得压块的向下的模压压力的一部分被左右梯形条转化为指向工字形加强筋的水平方向的压力，即将单一的竖向方向的模压压力转化为向下加上左右两个方向共三个方向的模压压力。


2.根据权利要求1所述的一种带工字形加强筋的热塑性复合材料构件的模压成型模具，其特征在于，所述左右梯形条的倾斜面的倾斜角度为65～85°，所述左右楔块的竖向尺寸设置为满足以下条件：当所述压块位于模压行程终点时，即所述压块位于向下位移行程的终点时，所述左右梯形条的底面刚好与底座的承压面(311)相抵，且压块底面位于左楔块与右楔块之间的中间区域也刚好与左右梯形条顶面相抵，此时，左右楔块的底面与底座...

【专利技术属性】
技术研发人员：湛利华，戴光明，关成龙，黄明辉，赵国庆，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：新型
国别省市：湖南;43