一种复合材料固化成型的可调节模具及补偿方法技术

本发明专利技术公开了一种复合材料固化成型的可调节模具及补偿方法，其中可调节模具，包括C型阳模基体、角度调节机构和型面弧度调节机构，所述C型阳模基体包括一个顶面和两个侧面，两个所述侧面分别一体连接在所述顶面的两侧且分别与所述顶面相互垂直，所述角度调节机构连接设置于所述C型阳模基体相对的两个所述侧面的内侧壁之间，所述型面弧度调节机构连接设置于所述C型阳模基体的一个所述顶面和两个所述侧面中的至少一个面的内侧壁上。本发明专利技术提供的复合材料固化成型的可调节模具及补偿方法，能对有限元模拟所获得的初步补偿参数进行修正，从而快速有效地补偿多种类、多尺寸零件固化变形误差。形误差。形误差。

【技术实现步骤摘要】
一种复合材料固化成型的可调节模具及补偿方法


[0001]本专利技术涉及复合材料固化成型
，尤其涉及一种复合材料固化成型的可调节模具及补偿方法。

技术介绍

[0002]复合材料是由两种或多种具有不同化学组成和性质的材料复合而成的一体化材料，其中连续分布、且数量往往占多数的组成材料称为基体，不连续分布的组成材料称为增强材料或者增强体。先进树脂基复合材料是由有机高分子基体材料与高性能纤维增强材料经过成型工艺复合而成，具有优异性能的一类复合材料，在航空航天领域有广泛的应用。
[0003]现有的树脂基复合材料零件常用的制造方法是，将未固化的高分子基体和纤维增强材料结合制成预浸料，将预浸料铺贴在成型模具上，在真空袋或热压罐等工艺条件的辅助下，在一定工艺温度下固化成型，最后脱模修整。
[0004]在树脂基复合材料的固化成型过程中，由于树脂固化收缩、模具热膨胀、碳纤维具有特殊的各向异性等因素的影响，复合材料工件内部在固化过程中会产生较为复杂的残余应力，当复合材料工件脱模后，残余应力释放，就会造成工件的固化变形。
[0005]对于复合材料工件的固化变形问题，常用的方法是对模具进行型面补偿，使模具型面相对于理想型面有一个与工件变形方向相反的偏差，从而保证模具制造出的复合材料工件在发生固化变形后能够处于设计允许的误差范围内。现有的模具型面补偿方案只针对一类尺寸零件，只能由大向小修模。实际生产中，容易出现过度补偿现象而造成整个模具工装报废，因此，现有的补偿方法在航空航天领域的复材模具制造部门始终被认为制造周期长，生产成本高。
[0006]中国专利文献CN204712320U公开了一种可实现变形补偿的成型模具，该模具能够通过调节连接件的螺栓调整模具型面，从而实现型面的调整补偿。但是连接件的位置分散，具体的调节方法主要依靠工人经验，这需要长时间的反复调整，效率很低。中国专利文献CN109732815A公开了一种通过有限元仿真技术迭代计算模具型面补偿的方法，但由于有限元仿真模拟存在一定的误差，因此模拟得到的补偿参数无法直接满足零件变形控制要求，要通过再次修模才能符合要求。
[0007]以上
技术介绍
内容的公开仅用于辅助理解本专利技术的构思及技术方案，其并不必然属于本专利申请的现有技术，在没有明确的证据表明上述内容在本专利申请的申请日已经公开的情况下，上述
技术介绍
不应当用于评价本申请的新颖性和创造性。

技术实现思路

[0008]为解决上述技术问题，本专利技术提供一种复合材料固化成型的可调节模具及补偿方法，能对有限元模拟所获得的初步补偿参数进行修正，从而快速有效地补偿多种类、多尺寸零件固化变形误差。
[0009]为了达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0010]本专利技术的一方面公开了一种复合材料固化成型的可调节模具，其特征在于，包括C型阳模基体、角度调节机构和型面弧度调节机构，所述C型阳模基体包括一个顶面和两个侧面，两个所述侧面分别一体连接在所述顶面的两侧且分别与所述顶面相互垂直，所述角度调节机构连接设置于所述C型阳模基体相对的两个所述侧面的内侧壁之间，所述型面弧度调节机构连接设置于所述C型阳模基体的一个所述顶面和两个所述侧面中的至少一个面的内侧壁上。
[0011]优选地，所述角度调节机构包括双头螺柱和两个连接柱，所述双头螺柱的两侧的螺纹方向相反，两个所述连接柱的第一端分别连接在所述C型阳模基体相对的两个所述侧面的内侧壁上，第二端分别与所述双头螺柱的两侧螺纹连接。
[0012]优选地，两个所述连接柱的第一端分别与所述C型阳模基体相对的两个所述侧面的内侧壁上铰接连接。
[0013]优选地，所述型面弧度调节机构包括刚性支架和调节螺栓，所述刚性支架连接在所述C型阳模基体的其中一个面的内侧壁上，所述调节螺栓穿过所述刚性支架以使得所述调节螺栓的端头部顶在所述C型阳模基体的其中一个面的内侧壁上。
[0014]优选地，所述调节螺栓对应设置于所述C型阳模基体的其中一个面的中间位置处。
[0015]优选地，所述型面弧度调节机构还包括加强筋，所述加强筋一体连接于所述C型阳模基体的一个所述顶面和两个所述侧面中的至少一个面的内侧壁上，且所述调节螺栓的端头部顶在所述加强筋上。
[0016]本专利技术的另一方面公开了一种复合材料固化成型的补偿方法，包括以下步骤：
[0017]S1：通过有限元仿真建立制作复合材料工件的模具模型和复合材料工件模型，所述模具模型是基于上述的可调节模具来建立的；
[0018]S2：通过有限元仿真技术模拟复合材料固化成型的工艺，得到采用复合材料工件的模具制作的复合材料工件的固化变形的误差，如果误差在预设阈值范围之内，则执行步骤S4，否则执行步骤S3；
[0019]S3：根据步骤S2中得到的误差，对制作复合材料工件的模具型面进行补偿，生成新的模具型面，对新的模具型面对应的制作复合材料工件的模具模型执行步骤S2；
[0020]S4：按照对应的模具模型制作出所述可调节模具；
[0021]S5：采用步骤S4制作出的所述可调节模具试制复合材料工件，根据试制的复合材料工件的实际固化变形的误差调整所述可调节模具的所述角度调节机构和/或所述型面弧度调节机构，直至制得的复合材料工件的实际固化变形的误差在预设阈值范围之内，完成所述可调节模具的补偿。
[0022]优选地，步骤S2中的复合材料固化成型的工艺为VBO工艺或者热压罐工艺。
[0023]优选地，步骤S2中具体包括：输入复合材料固化成型的工艺中的固化动力学模型，并建立材料本构模型和温度场控制方程，再利用有限元软件求解器，得到采用复合材料工件的模具制作的复合材料工件的变形表面，并计算复合材料工件的变形表面与设计标准之间的误差，如果误差在预设阈值范围之内，则执行步骤S4，否则执行步骤S3。
[0024]优选地，步骤S2和步骤S3具体包括：
[0025]S2：输入复合材料固化成型的工艺中的固化动力学模型，并建立材料本构模型和温度场控制方程，求解得到采用复合材料工件的模具制作的复合材料工件变形后的表面节
点离散坐标，并将复合材料工件变形后的表面节点离散坐标减去标准件表面节点离散坐标，得到变形误差向量集Δ，如果误差向量集的模||Δ||在预设阈值范围内，则执行步骤S4，否则执行步骤S3；
[0026]S3：将制作复合材料工件的模具模型的表面离散点坐标减去λΔ，得到新的模具表面离散点坐标，对应生成新的模具型面，对新的模具型面对应的制作复合材料工件的模具模型执行步骤S1；其中λ是补偿系数，且0<λ<1。
[0027]与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于：本专利技术提供的复合材料固化成型的可调节模具，一方面，可以有效地调节模具的角度和型面弧度，从而针对性地对复合材料C型工件的夹角变化和型面的翘曲变形等固化变形进行调节；相比现有的可调模具，调节操作更加快速有效；另一方面，传统的C型模具修模不可逆，只能制造出特定的C型工件，而本专利技术提供的可调节本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种复合材料固化成型的可调节模具，其特征在于，包括C型阳模基体、角度调节机构和型面弧度调节机构，所述C型阳模基体包括一个顶面和两个侧面，两个所述侧面分别一体连接在所述顶面的两侧且分别与所述顶面相互垂直，所述角度调节机构连接设置于所述C型阳模基体相对的两个所述侧面的内侧壁之间，所述型面弧度调节机构连接设置于所述C型阳模基体的一个所述顶面和两个所述侧面中的至少一个面的内侧壁上。2.根据权利要求1所述的可调节模具，其特征在于，所述角度调节机构包括双头螺柱和两个连接柱，所述双头螺柱的两侧的螺纹方向相反，两个所述连接柱的第一端分别连接在所述C型阳模基体相对的两个所述侧面的内侧壁上，第二端分别与所述双头螺柱的两侧螺纹连接。3.根据权利要求2所述的可调节模具，其特征在于，两个所述连接柱的第一端分别与所述C型阳模基体相对的两个所述侧面的内侧壁上铰接连接。4.根据权利要求1所述的可调节模具，其特征在于，所述型面弧度调节机构包括刚性支架和调节螺栓，所述刚性支架连接在所述C型阳模基体的其中一个面的内侧壁上，所述调节螺栓穿过所述刚性支架以使得所述调节螺栓的端头部顶在所述C型阳模基体的其中一个面的内侧壁上。5.根据权利要求4所述的可调节模具，其特征在于，所述调节螺栓对应设置于所述C型阳模基体的其中一个面的中间位置处。6.根据权利要求4所述的可调节模具，其特征在于，所述型面弧度调节机构还包括加强筋，所述加强筋一体连接于所述C型阳模基体的一个所述顶面和两个所述侧面中的至少一个面的内侧壁上，且所述调节螺栓的端头部顶在所述加强筋上。7.一种复合材料固化成型的补偿方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：通过有限元仿真建立制作复合材料工件的模具模型和复合材料工件模型，所述模具模型是基于权利要求1至6任一项所述的可调节模具来建立的；S2：通过有限元仿真技术模拟复合材料固化成型的工艺，得到采用复合材料工件的模具制作的复合材料工件的固化变形的误...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯峰，冯平法，高望，徐捷，李昱，张林海，
申请(专利权)人：清华大学深圳国际研究生院，
类型：发明
国别省市：