一种用于复合材料成型的模具结构.pdf

本发明提供一种用于复合材料成型的模具结构，含有成型本体和支架，成型本体选用铁镍低膨胀合金材料，支架选用普通钢材料，成型本体与支架之间采用大间隙连接方式。本发明的优点在于支架的变形通过连接件之间的间隙吸收抵消，使支架的变形不影响成型本体的变形，从而使零件成型后具有很高的精确度。

1、  一种用于复合材料成型的模具结构，含有成型本体和支架，其特征在于所述的成型本体选用铁镍低膨胀合金材料，支架选用普通钢材料，成型本体与支架之间采用大间隙连接方式。

2、  如权利要求1所述的用于复合材料成型的模具结构，其特征在于所述的成型本体与支架之间的大间隙连接是指在支架上设有多个水平的悬臂螺栓，成型本体由成型面和多个加强板组成，加强板垂直固定在成型面的内侧，加强板的下端设有连接孔，支架上的悬臂螺栓支撑在加强板的连接孔内，该连接孔与悬臂螺栓之间有足够的间隙。

3、  如权利要求2所述的用于复合材料成型的模具结构，其特征在于所述的加强板体上有安装辅助结构的通孔。

一种用于复合材料成型的模具结构
技术领域
本发明属于机械类产品，特别涉及一种用于复合材料成型的模具结构。
背景技术
复合材料作为一种高新技术材料——轻巧、坚韧，已经在社会生活中，特别是在飞机的生产制造中发挥了越来越重要的作用。众所周知，复合材料零部件的成型需要在高温(200℃)抽真空的环境下成型：抽真空有严格的气密要求(抽真空后，关闭真空阀门，5分钟内真空渗漏不超过0.010MPa)。特别是用于飞机的复合材料零部件，其精度要求严格。复合材料零件的成型模具要求受热升温均匀以保证模具在升温过程中产生的内应力变形各向均匀，并且模具能在200OC以上，0.5MPa以上的条件下长期使用。
现有技术中的复合材料成形模具大多使用普通钢材、铝材。现有技术存在的问题是成形模具的热膨胀系数和复合材料的热膨胀系数相差悬殊。这种热膨胀率的差额致使复合材料零件在高温真空成型后回到常温自然条件产生的变形具有很强的不可控性。特别是象飞机用的复合材料零件，其结构复杂，常常带有多个方向曲度，根据零件的曲度利用普通材料所设计的模具在变形时，其变形量就没有主次之分了，各个方向的变形是不同的，这种变形和各种因素有关，包括零件的曲度、升温速率、抽真空速率、最终温度、保温时间等等。综上所述，传统成型模存在的问题有：1、模具材料(普通钢材、铝材)的热膨胀系数和复合材料的热膨胀系数相差悬殊，导致零件成型后达不到精度要求。2、零件的结构具有复杂的曲度，导致模具结构复杂，模具变形不可控。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能克服现有技术缺点的一种用于复合材料成型的模具结构。
一种用于，含有成型本体和支架，其特征在于所述的成型本体选用铁镍低膨胀合金材料，支架选用普通钢材料，成型本体与支架之间采用大间隙连接方式。
上述的成型本体与支架之间的大间隙连接是指在支架上设有多个水平的悬臂状连接螺栓，成型本体由成型面和多个加强板组成，加强板垂直固定在成型面的内侧，加强板的下端设有连接孔，支架上的悬臂螺栓支撑在加强板的连接孔内，该连接孔与悬臂螺栓之间有足够的间隙。
铁镍低膨胀合金材料，英文INVAR钢，也称因瓦合金，学名：铁镍低膨胀合金4J36。俗称殷钢，不变钢。INVAR钢是一种含镍36％的镍铁合金，1896年由法国人C.E.Guillaume首先发现。此合金在室温附近的热膨胀系数低。膨胀系数在常温下平均为：1.6X10-6/℃，且膨胀系数在80～200℃比较稳定。
本发明的复合材料成型模具结构，其成型本体采用铁镍低膨胀合金材料制作，主要优点是铁镍低膨胀合金材料的热喷胀系数与复合材料的热喷胀系数接近，从而使零件成型后具有很高的精确度。
为了降低成形模具的制造成本，本发明的复合材料成型模具结构的支架部分依然采用普通钢材或铝合金材料，为了协调模具成型本体支架部分的热膨胀系数，克服支架部分的受热变形影响成型本体的形状，本发明将成型本体与支架的连接设计成一种大间隙连接，支架仅对成型本体起支撑作用，支架的变形通过连接件之间的间隙吸收抵消，使支架的变形不影响成型本体的变形。
以下结合某飞机复合材料零件的成型模具结构，对本发明作进一步详细描述，以便更能理解本发明的结构特点优点。
附图说明
图1是复合材料成形模具的整体结构示意
图2是模具成型本体的结构示意
图3是模具支架的结构示意
图4是模具成型本体与支架连接横向剖面结构示意
图5是模具成型本体与支架连接纵向剖面结构示意
图6是模具部分辅助抽气结构示意
图中编号说明：1 零件本体、2 成型本体、3 加强板、4 型面体、5 支架、6 连接板、7 斜撑板、8 悬臂螺栓、9 螺钉、10 压板、11 连接槽、12 基座，13 辅助抽气结构、14 通孔、15 大间隙
实施例方式
本发明提供的实施例是某飞机发动机外罩蒙皮支撑件的成型模具，该飞机发动机外罩蒙皮支撑件是一个复合材料，外形是半圆形，直径达3.7m，截面是L形。零件外形尺寸要求精度高，理论外形与外部蒙皮装配时不许有较大缝隙。这就加大了零件的制造难度。而模具的制造公差是零件公差的三分之一。这使模具的设计及制造的难度也更加困难。
参见附图，图1是该零件成型模具的整体结构示意，图中，模具主体由上部的成型本体2和下部的支架5两部分组成。成型本体2由铁镍低膨胀合金材料制成，含有型面体4和加强板3，型面体4是一个依据零件本体1的外形参数而设计的圆弧形槽板结构，加强板4是一种为增加成型本体强度的板状结构，有多个加强板3分布固定在型面体4的内侧，每个加强板的空间平面与型面体4最好呈垂直状态；模具的支架5由普通钢材制作，含有方纲焊接的框架式基座12和垂直固定在基座上的多个连接板6，该连接板6的位置和数量与成型本体的加强板3相对应。
为了实现成型本体与支架部分的大间隙连接，如图2和图3所示，在成型本体加强板3的下侧设有两个倒U型连接槽11；在支架的每个连接板的上端固定有两个悬臂螺栓8，为了稳定支撑，在悬臂螺栓的反方向连接板的下端与基座12之间固定有斜撑板7。值得特别强调的是，该U型连接槽11的高度和宽度大于悬臂螺栓8的直径。装配时，将成型本体加强板的连接槽11置于支架连接板的悬臂螺栓8上，再用螺钉9将压板10固定封闭在连接槽11的槽口上，使悬臂螺栓除顶部以外与成型本体的加强板3之间有足够大的间隙15，以适应支架的变形。
为了进一步满足成型本体与支架两种不同材料之间的大间隙结合，实施例中将成型本体加强板的中部设有条状通孔14，用于安装辅助抽气结构13，如图6所示，即使模具中的辅助抽气结构13与成型本体之间也是一种大间隙或柔性连接，为的是辅助抽气结构的热变形不至于影响到成型本体。