一种复合材料格栅管状构件成型模具制造技术

本实用新型专利技术公开一种复合材料格栅管状构件成型模具。模具由主轴、端板、转向螺栓、支撑梁、保型壳、硅橡胶软模组成；主轴为模具的支撑部件，两端固定有圆盘形端板，支撑梁安装在两端端板卡槽内，保型壳固定在两端端板之间的支撑梁上，硅橡胶软模固定在保型壳周向外层；转向螺栓旋进端板螺纹通孔卡紧主轴；转向螺栓在纤维缠绕过程中亦作为纤维的转向轴和纤维绑束的端头。该成型模具采用硅橡胶软模缠绕工艺，利用其在装配过程中被撑开的保型壳和硅橡胶软模径向收缩产生的径向收缩力，沿模具径向收紧支撑梁和端板，达到紧固模具各部件的效果，制造复合材料格栅管状构件；构件成型后模具装卸便捷，操作方便。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种复合材料格栅管状构件成型模具。属于工艺装备结构设计与制造

技术介绍
复合材料格栅管状构件为二维桁架结构，属复合材料格栅结构(AdvancedComposite Grid Structure,简称AGS),构件的整体为一种镂空管状结构，由沿柱面缠绕和沿柱面母线铺放的肋条组成，肋条的截面形状为矩形。该构件采用树脂基复合材料制造，不仅具有复合材料高比强度、高比刚度及柔性好的特点，而且还具有稳定性好的优点，广泛应用于航空航天领域。由于成型后，构件脱模空间狭小，其模具设计成为该类构件制造的关键。复合材料格栅管状构件已有的成型方法包括自由成型法、轻质芯模缠绕法和硅橡胶软模缠绕法。硅橡胶软模缠绕法基本原理为在硅橡胶软模上预制沟槽，预浸树脂的纤维沿着沟槽缠绕，硅橡胶软模在加热固化过程中膨胀，均匀高效的对沟槽中的预浸料施加侧向压力，实现挤胶和压实，提高了肋条纤维体积分数，从而有效改善了复合材料网格结构的整体性能。硅橡胶软模易制备、成型件工艺性好，该工艺为复合材料格栅管状构件制造广泛采用的方法，但仍面临模具组装工作量大和构件脱模难的问题。现有公开的文献中，“二维点阵复合材料结构的制备与性能”(国防科学技术大学硕士论文)，文中介绍了一种采用硅橡胶软模缠绕法制造复合材料格栅管状构件的模具。该模具由硅橡胶软模、木制缠绕芯模和主轴构成。木制缠绕芯模各部件的组装、硅橡胶软模同木制缠绕芯模的装配都采用铁钉紧固，模具组装工作量大，脱模困难，也易损坏硅橡胶软模。
技术实现思路
为了避免现有技术存在的不足，克服其模具结构复杂，装配工作量大，脱模困难、效率偏低的问题，本技术提出一种复合材料格栅管状构件成型模具。成型模具采用硅橡胶软模缠绕工艺，利用其在装配过程中被撑开的保型壳和硅橡胶软模径向收缩产生的径向收缩力，沿模具径向收紧支撑梁和端板，达到紧固模具各部件的效果，制造复合材料格栅管状构件；构件成型后模具装卸简易便捷。本技术解决其技术问题所采用的技术方案是包括主轴、端板、转向螺栓、支撑梁、保型壳、硅橡胶软模；所述主轴为模具的支撑部件，主轴两端固定有圆盘形端板，端板中心设有端板中心孔，端板周向均布有四个卡槽，卡槽之间各有两个端板螺纹通孔与端板中心孔相通；支撑梁固定在两端端板卡槽内，保型壳安装在两端板间支撑梁上，硅橡胶软模固定在保型壳周向外层；转向螺栓旋进端板螺纹通孔卡紧主轴，主轴同端板中心孔间隙配合，以限制主轴与端板中心孔的相对运动；转向螺栓在纤维缠绕过程中亦作为纤维的转向轴和纤维绑束的立而头;所述支撑梁为矩形截面直杆，两端端头有过度圆弧，支撑梁高度与卡槽深度相同；所述保型壳为薄壁圆筒形壳体，沿壳体轴向开有一条豁口，保型壳外径与硅橡胶软模内径尺寸相同；保型壳将硅橡胶软模支撑呈圆柱面，在装配过程中被撑开的保型壳有径向收缩的趋势，为模具提供径向收紧力。为保证适当的收缩力，保型壳内径比端板直径小3至20毫米。 所述硅橡胶软模表面开有螺旋线沟槽，硅橡胶软模表面螺旋线沟槽端口的个数与端板螺纹通孔连接的转向螺栓个数相同。有益效果本技术复合材料格栅管状构件成型模具，采用硅橡胶软模缠绕工艺，利用其在装配过程中被撑开的保型壳和硅橡胶软模径向收缩产生的径向收缩力，沿模具径向收紧支撑梁和端板，达到紧固模具各部件的效果，制造复合材料格栅管状构件；模具各部件除主轴通过转向螺栓卡紧外，其余部件间的装配均未使用紧固件固定，构件成型后模具装卸简易便捷。成型模具结构简单，使用操作方便。以下结合附图和实施方式对本技术一种复合材料格栅管状构件成型模具作进一步详细说明。图I为本技术复合材料格栅管状构件成型模具结构示意图。图2为本技术的端板示意图。图3为本技术的支撑梁示意图。图4为本技术的保型壳示意图。图5为本技术的硅橡胶软模示意图。图中I.主轴 2.端板 3.端板中心孔 4.卡槽 5.端板螺纹通孔 6.转向螺栓7.支撑梁8.保型壳9.保型壳豁口 10.硅橡胶软模11.硅橡胶软模沟槽具体实施方式本实施例是一种复合材料格栅管状构件成型模具。成型模具包括主轴、端板、转向螺栓、支撑梁、保型壳、硅橡胶软模。主轴通过转向螺栓卡紧，模具部件间的装配均未使用紧固件固定，而是依靠保型壳和硅橡胶软模的弹性变形产生径向的收缩力，沿模具径向收紧模具各部件，达到紧固模具各部件的效果。本技术复合材料格栅管状构件成型模具，采用硅橡胶软模缠绕工艺制造复合材料格栅管状构件，包括主轴I、端板2、转向螺栓6、支撑梁7、保型壳8、硅橡胶软模10。以端板具有4个卡槽的复合材料格栅管状构件成型模具为实施例进行详细说明，参阅图I-图5。具体实施步骤( I)模具结构的主轴I为长杆实心轴，主轴长度大于模具结构长度，为模具结构的支撑部件，主轴同端板中心孔间隙配合，并通过转向螺栓旋进端板螺纹通孔将主轴卡紧在端板中心孔中，以限制主轴与端板中心孔的相对运动，参见图I。(2)模具结构的主轴I两端分别固定有圆盘状端板2，端板2中心设有端板中心孔3,端板2周向均布有四个端板卡槽4,端板卡槽4之间各设有两个端板螺纹通孔5与端板中心孔3相通，端板卡槽4与支撑梁7间隙配合，端板卡槽4深度等于支撑梁7高度。(3)模具结构的转向螺栓6为普通螺栓，8个转向螺栓均布于端板周向的各端板卡槽4之间；在模具组装过程中，一方面，使用转向螺栓6旋进端板螺纹通孔5中卡紧主轴I ;另一方面，在纤维缠绕过程中可作为纤维的转向轴和纤维绑束的端头。(4 )模具结构的支撑梁7为矩形截面直杆，位于模具周向，支撑梁的个数同端板周向卡槽个数相同，为4根，支撑梁两端端头有过度圆弧，支撑梁高度与卡槽深度相同，便于端板装配，参见图3。·(5)模具结构的保型壳8为薄壁圆筒形壳体,沿壳体轴向开有一条豁口，保型壳外径与硅橡胶软模内径相同；保型壳8用于将硅橡胶软模10支撑为圆柱面，在装配过程中被撑开的保型壳8和硅橡胶软模10有径向收缩的趋势，产生径向收缩力，收紧支撑梁7和端板2。为保证产生足够的收缩力，保型壳8内径比端板2直径至少小3毫米。保型壳内径越小，被端板2和支撑梁7撑开的变形量越大，产生的径向收缩力也越大，但过大的变形量会导致保型壳8发生塑性变形，甚至破坏，参见图4。(6)模具结构的硅橡胶软模10为表面有螺旋线沟槽和环向沟槽的硅橡胶筒，以硅橡胶筒圆形端面的8等分点为起点，分别沿硅橡胶筒逆时针和顺时针螺旋线有矩形沟槽，共计16条螺旋线矩形沟槽，在同一截面螺旋沟槽交点处有环向矩形沟槽，共计15个环向矩形沟槽，硅橡胶软模10内径与保型壳8外径尺寸相同，参见图5。模具装配过程(I)将保型壳8放入筒状硅橡胶软模10中。(2)将支撑梁7 —端放入端板卡槽4中，而后将支撑梁的另一端通过保型壳8同另一端板装配，最后将两端板同时向模具中间推进，以撑开保型壳8和硅橡胶软模10，使保型壳和硅橡胶软模产生适当的径向收缩力；(3)将主轴I穿过两端板中心孔3，并调整主轴两端头同端板2的距离，使主轴I两端有适当的支撑长度；(4)用转向螺栓6旋入端板螺纹通孔5中，卡紧主轴I。构件脱模过程(I)旋开端板上的转向螺钉，抽出主轴；(2)卸下模具两端端板，取出支撑梁；(3)抽出保型壳；(4)将硅橡胶软模向构件内部挤压，而后从构件内部取出硅橡胶软模。权本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种复合材料格栅管状构件成型模具,其特征在于包括主轴、端板、转向螺栓、支撑梁、保型壳、硅橡胶软模；所述主轴为模具的支撑部件，主轴两端固定有圆盘形端板，端板中心设有端板中心孔，端板周向均布有四个卡槽，卡槽之间各有两个端板螺纹通孔与端板中心孔相通；支撑梁固定在两端端板卡槽内，保型壳安装在两端板间支撑梁上，硅橡胶软模固定在保型壳周向外层；转向螺栓旋进端板螺纹通孔卡紧主轴,转向螺栓在纤维缠绕过程中亦作为纤维的转向轴和纤维绑束的端头；所述支撑梁为矩形截面直杆，两端端头有过度圆弧，支撑梁高度与卡槽深度相同；所述保型壳为薄壁圆筒形壳体，沿壳体轴向开有一条豁口，保型壳外径与硅橡胶软模内径尺寸相同。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：赖长亮，刘闯，王俊彪，谭浩，范玉斌，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：实用新型
国别省市：