可机加工的复合模具制造技术

用于制造复合结构体的可机加工的复合模具。该模具包括一个具有加工表面的模具主体，成型该加工表面以用于形成复合结构体的模制表面。模具主体由至少一个由准各向同性材料构成的模具层构成，其中准各向同性材料包括多个浸渍了树脂的无规取向纤维束或纤维片状物。使用无规取向纤维片状物允许对模具主体进行后固化加工。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术总体上涉及用于模制复合材料形成复合结构体的设备和方法。 更具体地说，本专利技术涉及用于形成所述复合结构体的模具/工具；
技术介绍
多个制造复合结构体的方法利用模具或工具来形成所需的表面轮廓和 形状。在高压釜加工过程中，模具尤为重要，在该过程中，在真空下，未固化的树脂/纤维材料在模具中被加热至较高的固化温度(350下和以上)， 以形成最终的复合部件或结构。目前使用由钢合金，例如INVAR36制成的模具，因为它们非常坚固并 且易于耐受复合材料固化高压釜中采用的固化高温。这些模具也通常被称 作"工具"或"刀具"。钢合金模具可机加工以得到严格的表面轮應公差。另外， 可以对钢合金模具进行改进以形成不同的表面形状和/或通过简单的机加工 和打磨模具表面对其进行修理。进一步的优势在于，钢合金模具在需要修 理之前可以重复利用多个次(超过500个循环)。尽管钢合金模具非常适合 于其目标领域，但在其应用中也有多个缺陷。例如，钢合金模具趋于笨重 和高成本。另外，加热然后冷却大型钢合金模具所需要的时间使得模制复 合结构体的周期时间延长。已开发出由复合材料制得的模具作为钢合金模具的替代品。复合模具 由于其通常较钢合金模具轻便且制造成本低而受到欢迎。复合模具通常是 由钢合金或其它适合的材料制得的高精度主模形成。现有复合模具的实例 在美国专利No.4851280、 WO 04/030906和WO 04/030897中被提出。双马来酰亚胺和聚酰亚胺树脂结合碳纤维被广泛地选择用做复合模具 的材料。手工切为正方形片的织物碳纤维被应用于主模来形成多个独立的 层。主模中的织物纤维片定向，以形成平滑的加工表面。树脂可以以多种 方式引入到织物纤维片中。例如，树脂可以通过由材料制备者自动浸渍进 行添加(预浸料)。作为选择，树脂可以在织物片在主模中时引入织物片。 该步骤可以通过真空浸渍或简单手工涂布树脂来实现。通常，将具有较低的面重量(aerial weight)的织物纤维用作复合模具的 表面层和/或表面树脂凝胶涂层，以得到没有凹点的表面，表面纤维的面重 量通常为约250克/平方米(gsm)。低面重量的织物纤维用于模具表面还趋 于减少下层较高面重量(约650gsm)的织物纤维的较粗糙质地向模具表面 转移或转录。较高面重量的纤维通常用于模具主体，以建立达到所需模具 强度所需的叠层体积/厚度。复合模具的一个问题在于其难于机加工或修理。另外，在不降低真空 整体性和牺牲尺寸稳定性的情况下，在加工模具时难于获得严格的表面公 差或适应模具表面外形的变化。这个问题的发生是因为模具表面的机加工 使较重的织物材料露出且改变了叠层的准各向同性特性。不同重量的材料 构成的层的迁移也使叠层不平衡，从而可变形和影响模具的尺寸完整性并 牺牲真空整体性。另外，较重的材料因为材料的织物特性而趋于为多孔状。 当机加工进入这些层时，多孔性影响真空整体性，并且真空泄漏会沿层间 剪切平面发展，其中该平面是由于所述材料施用于主模作为层而形成6勺。 因为用于该复合模具的树脂易碎，所以复合模具的机加工更加复杂。
技术实现思路
根据本专利技术，提供用于制造复合结构体的模具(也被称作"工具")，其 中模具主体由准各向同性材料制成，该材料由多个浸渍了树脂的无规取向 纤维束构成。发现应用浸渍了 一种适当的树脂的无规取向纤维束或片状物， 形成了可以机加工达到与金属模具相同的表面公差的复合模具。根据本专利技术的模具旨在用于制造具有模制表面的复合结构体或部件。 该复合模具包括具有加工表面(tool surface)的模具主体，成型该加工表面以提供复合结构体所需的模制表面。模具主体由至少 一 个由;佳各向同性材料 构成的模具层构成，其中准各向同性材料由多个浸渍了树脂的无规取向纤 维束或纤维片状物构成。模具层包括形成加工表面的至少 一部分的表面，作为本专利技术的一个方面，模具主体包括至少两个模具层，其中两个模 具层都具有形成加工表面的至少 一 部分的表面。两个或更多个模具层上的加工表面是利用主模形成的，然后如果需要可以通过机加工进一步成型.，本专利技术涉及使用前述复合模具模制复合结构休的方法。另外.衣专利技术 涉及改进复合模具的方法。这些方法涉及通过对模具进行机加工如z或将至少一个附加模具层粘接在加工表面上而改进现存的模具。如果需要，接下 来机加工附加层，形成改进的加工表面。这种模具改进方法可用于改变模 具表面构造或修理损坏的模具表面。结合附图，参考详细的说明，本专利技术的上迷和其它多个特征及其随之 而来的优点将变得更加容易理解。附图说明图1是本专利技术的由6个模具层形成模具主体的模具一部分的示意图。 图2是本专利技术的机加工图1所示模具形成不同加工表面的模具一部分 的示意图。图3是本专利技术的图1所示的模具被改进后的模具一部分的示意图，其 中通过增加三个附加模具层，随后机加工三个附加层形成改进的加工表面， 改进图1所示的模具。图4A是本专利技术的示范性模具在机加工前的局部视图以及图4B是该模 具在机加工后的局部视图。具体实施方式本专利技术的示范性复合模具的一部分以IO示于图]。该模具旨在用于根 据熟知的高压釜固化方法制造复合部件，在该方法中所用温度一般在35G。F 和500。F之间。但是，如果需要，模具也可用于无需对模制材料进行加热的 其他模制方法中。模具IO被设计为在模制过程中一般由其他结构t撑的现 有复合模具或工具的替代品。这些类型的复合模具多年来被用于模制各种 各样的复合材料。本专利技术的模具可以用于任何需要这种复合模具的情况，模具10包括模具主体11，该模具主体U具有加工表面12知13,其 中成型加工表面成型以提供将要制造的复合结构体所需的模制表面。加工 表面2和13根据熟知的制造复合模具的步骤遏过主模(如虛线14所示) 成型。所示的模具主体11具有六个模具层16， 18, 20, 22， 24和26。模 具层根据常规的叠层步骤制得，其中将每一层未固化层相继施用于主模；4， 从模具层26开始至模具层16结束。施用需要数目的模具层之后，固化得 到的主体以形成模具主体11。加工表面12由单个的模具层26形成.将对 比该加工表面2与由模具层26, 24和22构成的加工表而13优选但不是必需的，用于模具主体的每一个模具层由难各向同性材枓 制成，该材料由浸渍了适当的树脂的无规取向纤维束或片状物构成。仅仅 需要由半各向同性材料制造形成加工表面(通过初始模制或后来的机加工)的模具层。本申请所用术语"准各向同性材料"，也包括那些被称作"横向各 向同性"的复合材料。这些材料由浸渍了合适树脂的纤维构成的无规取向片状物或束制成。示范性准各向同性材料在欧洲专利No.EP 1,134,341 Bl中进本专利技术的可用于制造复合模具的准各向同性材料包括浸渍了合适的树 脂的无规取向碳纤维片状物或束。如果需要，其它类型的纤维，例如玻璃 纤维，陶瓷纤维和其混合物也可以使用。这些纤维集合起来形成矩形的片 状物或束。这些片状物应该为1/2至4英寸长和1/8至1英寸宽。每一块片 状物中的纤维可以为单向的或交织的。具有单向纤维的片状物是优选的。 每一块片状物应该包含l, 000至100, OOO根纤维。片状物可以包含不同 数量的树脂和纤维。树脂含量优选为30至50体积百分数，特别优本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于制造复合结构体的模具，所述复合结构体具有模制表面，其中所述模具包括：　　　　模具主体，该模具主体包括加工表面，成型该加工表面以提供所述复合结构体的所述模制表面，所述模具主体包括至少一个含有准各向同性材料的模具层，该材料包括多个含纤维的无规取向片状物和树脂，所述模具层包括形成所述加工表面的至少一部分的表面。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：理查德A卡利斯，
申请(专利权)人：赫克赛尔公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]