模具及使用该模具进行真空灌注成型的方法
【专利摘要】本发明涉及一种真空灌注成型工艺用模具，其适用于厚尺寸的夹芯结构复合材料。该模具包括底座和成型面板，其中，底座具有中央凹槽、与中央凹槽连通的中心螺纹通孔、以及环绕中央凹槽的台阶部分；成型面板支撑在台阶部分上，成型面板上设置有多个导流小孔；台阶部分上设置有内外两道密封凹槽和位于这些密封凹槽之间的多个边缘螺纹通孔。本发明还涉及使用上述模具的真空灌注成型方法。由于可采用下注式树脂灌注，有效消除了VARI工艺成型大厚度或夹芯结构复合材料时容易在复合材料内部出现的干斑缺陷；同时，由于成型面板上设置有多个导流小孔，提高了制品的表面质量。
【专利说明】模具及使用该模具进行真空灌注成型的方法
【技术领域】
[0001]本发明属于一种用于树脂基复合材料液体成型的新型模具技术，涉及一种大厚度或夹芯结构复合材料真空灌注工艺模具的结构设计。
【背景技术】
[0002]模具是复合材料制品成型用的主要工艺装备，用以确定制品形状、控制外缘和获得良好的表面质量。由于在模具上完成复合材料的固化成型，所以复合材料成型模具的设计制造对复合材料制品的质量影响较大，要求模具的设计合理。复合材料成型模具的结构随着工艺方法的变化而变化，代表性的有真空辅助树脂灌注(Vacuum Assisted ResinInfusion，即VARI)工艺。VARI工艺广泛应用在飞机、无人机上，如大飞机的蒙皮、飞机翼梁等。目前，利用VARI工艺制备大厚度或夹芯结构复合材料时往往采用普通单平板模具，在预成型体上下表面铺放高渗透介质，由一端自上向下进行树脂灌注，这种方式的缺点是，由于预成型体上下表面铺放高渗透介质，所成型的复合材料制品的表面不平，且树脂难以渗透到预成型体下表面，从而导致内部易出现干斑等缺陷。
【发明内容】
[0003]本发明的目的是解决现有树脂基复合材料液体成型所用模具的不足，提出一种适用于大厚度、夹芯结构复合材料的真空灌注成型工艺用模具及使用该模具的真空灌注成型方法，从而可消除成型复合材料时表面不平和内部出现的干斑缺陷。
[0004]为此，根据本发明的一个方面，提供一种真空灌注成型工艺用模具，适用于厚尺寸的夹芯结构复合材料，其特征在于，所述模具包括:
[0005]底座，其具有中央凹槽、与所述中央凹槽连通的中心螺纹通孔、以及环绕所述中央凹槽的台阶部分；
[0006]成型面板，其支撑在所述台阶部分上，所述成型面板上设置有多个导流小孔；
[0007]其中，所述台阶部分上设置有内外两道密封凹槽和位于所述内外两道密封凹槽之间的多个边缘螺纹通孔。
[0008]在本发明的该方面，由于底座上设置有中心螺纹通孔从而可对模具进行从下往上的下注式树脂灌注,这种下注式树脂灌注方式较现有的从上往下的树脂灌注方式更有利于树脂渗透整个复合材料，从而可以有效消除VARI工艺成型大厚度或夹芯结构复合材料时容易在复合材料内部出现的干斑缺陷；同时，由于成型面板上设置有多个导流小孔，树脂可通过这些导流小孔良好地渗透到复合材料，从而避免了 VARI工艺成型大厚度或夹芯结构复合材料时底部应用高渗透介质所引起的制品底面不平的缺陷，提高了制品的表面质量。
[0009]优选地，所述成型面板和所述底座的所述中央凹槽之间形成一个用于灌注树脂的空腔。
[0010]优选地，所述内外两道密封凹槽内嵌装有密封胶条，所述成型面板和所述底座借助于通过所述边缘螺纹通孔抽真空而固定在一起。通过边缘螺纹通孔对内外两道密封凹槽之间抽真空，不需额外的紧固件即将成型面板固定到底座上，从而避免了使用紧固件可能对型面平整度产生的影响。
[0011]优选地，所述成型面板为刚性平板。
[0012]优选地，所述成型面板的中央部分为曲面而四周部分为平面。中央部分为曲面可成型有曲面要求的复合材料预成型体，而四周部分为平面又可实现成型面板与底座的抽真空固定。
[0013]优选地，还包括多个导柱，其一端固定至所述中央凹槽的底表面上，另一端与所述成型面板的底表面配合以支撑所述成型面板。导柱可以进一步支撑成型面板从而防止它在成型工艺过程中因受热或受压而变形。
[0014]优选地，所述多个导流小孔均匀分布在所述成型面板上。
[0015]优选地,所述多个导流小孔为圆孔。
[0016]根据本发明的另一个方面，提供一种使用上述真空灌注成型工艺用模具进行真空灌注成型的方法，其特征在于包括如下步骤:
[0017]在所述模具的成型面板上依次铺放第一层脱模布、预成型体、第二层脱模布、抽气管并用密封胶条和真空袋密封；
[0018]将所述抽气管与外部真空泵连接以对所述模具的空腔抽真空；
[0019]将螺纹真空接头一端与所述模具的底座上的中心螺纹通孔连接另一端与树脂注射管连接从而在所述抽真空步骤后进行真空灌注成型。
[0020]优选地，所述 方法还包括借助于长螺杆穿过所述模具上的边缘螺纹通孔将所述成型面板向上顶起以进行脱模的步骤。边缘螺纹通孔的设置不仅可用来实现抽真空从而将成型面板固定至底座，而且可用来与长螺杆配合帮助脱模。
[0021]通过参考下面所描述的实施方式，本发明的这些方面和其他方面将会得到清晰地阐述。
【专利附图】
【附图说明】
[0022]本发明的结构和操作方式以及进一步的目的和优点将通过下面结合附图的描述得到更好地理解，其中，相同的参考标记标识相同的元件:
[0023]图1示出了根据本发明优选实施方式的真空灌注工艺用模具装配后的俯视图；
[0024]图2是图1中真空灌注工艺用模具沿AA线的局部剖视图；
[0025]图3是图1中真空灌注工艺用模具的底座的示意图；
[0026]图4是图1中真空灌注工艺用模具的成型面板的示意图；
[0027]图5是根据本发明优选实施方式的使用真空灌注工艺用模具的真空灌注成型方法的流程图；
[0028]图6是应用图5中真空灌注成型方法的工艺封装示意图。
[0029]附图标记说明
[0030]100真空灌注模具
[0031]I 底座
[0032]11 中央凹槽12 中心螺纹通孔
[0033]13 台阶部分14 内 密封凹槽[0034]15外密封凹槽16 边缘螺纹通孔
[0035]2成型面板
[0036]21导流小孔
[0037]101第一层脱模布 102预成型体
[0038]103第二层脱模布 104抽气管
[0039]105密封胶条106真空袋
[0040]107螺纹真空接头
【具体实施方式】
[0041]根据要求，这里将披露本发明的【具体实施方式】。然而，应当理解的是，这里所披露的实施方式仅仅是本发明的典型例子而已，其可体现为各种形式。因此，这里披露的具体细节不被认为是限制性的，而仅仅是作为权利要求的基础以及作为用于教导本领域技术人员以实际中任何恰当的方式不同地应用本发明的代表性的基础，包括采用这里所披露的各种特征并结合这里可能没有明确披露的特征。
[0042]如图1至图4所示，根据本发明的优选实施方式的真空灌注成型工艺用模具100包括底座I和成型面板2。从图2和图3清晰可见，底座I具有中央凹槽11、与中央凹槽11连通并适于与外部螺纹真空接头连接的中心螺纹通孔12、以及环绕中央凹槽11的台阶部分13。从图2和图4清晰 可见，成型面板2支撑在台阶部分13上，并且成型面板2上设置有多个导流小孔21，这些导流小孔21优选为圆形，且优选均匀分布在成型面板2上。当成型面板2和底座I装配在一起时，成型面板2和底座I的中央凹槽11之间就形成一个用于灌注树脂的空腔。由于中心螺纹通孔12的设置，模具100可采用下注式进行树脂灌注，这种方式有利于渗透整个预成型体，从而可用于大厚度、夹芯结构复合材料的真空灌注成型工艺，而且，树脂还可通过成型面板2上的导流小孔21进行渗透，从而使成型后的制品表面平整、均一。
[0043]再如图2和图3所示，台阶部分13上设置有内外两道密封凹槽，即内密封凹槽14和外密封凹槽15，并在内密封凹槽14和外密封凹槽15之间形成有边缘螺纹通孔16。在本实施方式中，台阶部分13上共设置有四个边缘螺纹通孔16，它们沿内密封凹槽14的外围均匀分布。优选地，内密封凹槽14和外密封凹槽15内都嵌装有密封胶条(图未示)。通过边缘螺纹通孔16抽真空，使内密封凹槽14和外密封凹槽15之间成真空状态，从而将成型面板2和底座I固定在一起。由于边缘螺纹通孔16的设置，不再需要任何额外的紧固件即可将成型面板2固定到底座I上。
[0044]在本实施方式中，应当理解的是，密封胶条的尺寸可根据内外两道密封凹槽的尺寸进行相应调整；底座1、成型面板2、以及底座I和成型面板2之间用于灌注树脂的空腔等的尺寸可根据实际需要进行相应调整；导流小孔21的大小和排布也可根据实际需要进行相应调整。也就是说，由于实际使用中，制品尺寸的不一致，模具的各个组成部分的尺寸、形状和排布都可根据需要进行相应调整。但无论模具100的尺寸、形状作如何调整，均应在本发明的保护范围之内。
[0045]另外，需要说明的是，在本实施方式中，成型面板2为刚性平板。在另外的实施方式中，如果需要，即当制品需要具有曲面时，成型面板2也可以设置成其中央部分为曲面而四周部分为平面。中央部分为曲面可满足制品曲面要求，而四周部分为平面又可方便成型面板2与底座I之间的抽真空固定。
[0046]优选地，在上述实施方式中，还可以包括多个用于支撑成型面板2的中央部分的导柱(图未示)。这些导柱一端可固定至底座I的中央凹槽11的底表面上，另一端与成型面板2的底表面配合以支撑成型面板2。导柱可以对成型面板2起到进一步支撑的作用，从而防止成型面板2在成型工艺过程中因受热或受压而变形。也就是说，当预成型件的型面为曲率较大或曲率变化较大的曲面时，可根据型面配合位置在底座I的中央凹槽11中固定不同高度及不同形状配合面的导柱，对成型面板2进行支撑。
[0047]下面结合图5和图6对使用真空灌注成型工艺用模具进行真空灌注成型的方法的优选实施方式做出描述。在本实施方式中，该方法包括如下步骤:
[0048]S1:在模具100的成型面板2上依次铺放第一层脱模布101、预成型体102、第二层脱模布103、抽气管104并用密封胶条105和真空袋密封106，如图6所示；
[0049]S2:将抽气管104与外部真空泵(图未示)连接以对模具100的空腔抽真空，其中抽气方向如图6中箭头V所示；
[0050]S3:将螺纹真空接头107 —端与模具100的底座I上的中心螺纹通孔11连接另一端与树脂注射管连接从而在抽真空步骤S2之后进行真空灌注成型，其中灌注方向如图6中箭头R所示。
[0051]S4:借助于长螺杆穿过模具100上的边缘螺纹通孔16将成型面板2向上顶起以进行脱模。
[0052]应当理解的是，可以省去上述步骤SI中成型面板2和预成型体之间铺放的脱模布，因为可以通过成型面板2上表面可以涂有脱模剂来实现脱模。
[0053]采用上述方法和模具制备大厚度和泡沫夹芯结构复合材料，表面质量明显提高，内部无干斑缺陷。
[0054]本发明的技术内容及技术特点已揭示如上，然而可以理解，在本发明的创作思想下，本领域的技术人员可以对上述结构和形状作各种变化和改进，包括这里单独披露或要求保护的技术特征的组合，明显地包括这些特征的其它组合。这些变形和/或组合均落入本发明所涉及的【技术领域】内，并落入本发明权利要求的保护范围。需要注意的是，按照惯例，权利要求中使用单个元件意在包括一个或多个这样的元件。此外，不应该将权利要求书中的任何参考标记构造为限制本发明的范围。
【权利要求】
1.一种真空灌注成型工艺用模具，适用于厚尺寸的夹芯结构复合材料，其特征在于，所述模具包括: 底座，其具有中央凹槽、与所述中央凹槽连通的中心螺纹通孔、以及环绕所述中央凹槽的台阶部分； 成型面板，其支撑在所述台阶部分上，所述成型面板上设置有多个导流小孔； 其中，所述台阶部分上设置有内外两道密封凹槽和位于所述内外两道密封凹槽之间的多个边缘螺纹通孔。
2.按照权利要求1所述的真空灌注成型工艺用模具，其特征在于，所述成型面板和所述底座的所述中央凹槽之间形成一个用于灌注树脂的空腔。
3.按照权利要求1所述的真空灌注成型工艺用模具，其特征在于，所述内外两道密封凹槽内嵌装有密封胶条，所述成型面板和所述底座借助于通过所述边缘螺纹通孔抽真空而固定在一起。
4.按照权利要求1所述的真空灌注成型工艺用模具，其特征在于，所述成型面板为刚性平板。
5.按照权利要求1所述的真空灌注成型工艺用模具，其特征在于，所述成型面板的中央部分为曲面而四周部分为平面。
6.按照权利要求5所述的真空灌注成型工艺用模具，其特征在于，还包括多个导柱，其一端固定至所述中央凹槽的底表面上，另一端与所述成型面板的底表面配合以支撑所述成型面板。
7.按照权利要求1所述的真空灌注成型工艺用模具，其特征在于，所述多个导流小孔均匀分布在所述成型面板上。
8.按照权利要求1所述的真空灌注成型工艺用模具，其特征在于，所述多个导流小孔为圆孔。
9.一种使用权利要求1-8任一项所述的真空灌注成型工艺用模具的真空灌注成型方法，其特征在于包括如下步骤: S1:在所述模具的成型面板上依次铺放第一层脱模布、预成型体、第二层脱模布、抽气管并用密封胶条和真空袋密封； S2:将所述抽气管与外部真空泵连接以对所述模具的空腔抽真空； S3:将螺纹真空接头一端与所述模具的底座上的中心螺纹通孔连接另一端与树脂注射管连接从而在所述抽真空步骤S2之后进行真空灌注成型。
10.根据权利要求9所述的真空灌注成型方法，其特征在于，所述步骤SI还包括在所述成型面板和所述预成型体之间铺放脱模布。
11.根据权利要求9所述的真空灌注成型方法，其特征在于，所述方法还包括借助于长螺杆穿过所述模具上的边缘螺纹通孔将所述成型面板向上顶起以进行脱模的步骤S4。
【文档编号】B29C70/36GK103817832SQ201310450438
【公开日】2014年5月28日 申请日期:2013年9月26日 优先权日:2013年9月26日
【发明者】陈吉平, 苏佳智, 郑义珠, 段跃新, 肇研 申请人:上海飞机制造有限公司