CN211843291U - 适用于复杂截面复合材料构件挤压的模具 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种适用于复杂截面复合材料构件挤压的模具，包括刚性阴模(1)、刚性压板(2)、柔性气囊阳模(3)、刚性芯模(4)以及底板(5)，所述刚性阴模(1)连接刚性压板(2)，刚性压板(2)连接柔性气囊阳模(3)、底板(5)，柔性气囊阳模(3)连接刚性芯模(4)、底板(5)，所述柔性气囊阳模(3)与刚性阴模(1)之间为产品型腔。本实用新型采用气囊加压方式，实现了复杂截面复合材料构件自动化挤压过程的均匀施压，解决了因成型压力不均所致产品质量差的问题，实现了航天器用复杂桁条产品的高效高精度制造。

Description

适用于复杂截面复合材料构件挤压的模具

技术领域

本实用新型涉及航天用复合材料结构件制造技术领域，具体地，涉及一种适用于复杂截面复合材料构件挤压的模具。

背景技术

复合材料因其线膨胀系数低、比强度、比模量高、抗腐蚀、抗疲劳、阻尼减震性好等优异特性被广泛应用于航天领域。复合材料运载火箭有效载荷支承舱位于星箭适配器接口与火箭末级动力舱之间，是箭体结构中的重要承载部件。为了提高支承舱结构的稳定性，舱体蒙皮上会布置相同材料的复合材料加强筋。

目前，该加强筋依然采用在手工铺层+热压罐固化的成型方法，生产效率低、制造成本高、产品稳定性差，据统计，加强筋整个生产周期为7天，生产量为15 米；成型模具为分瓣金属模具，合模状态的优劣存在随机性，需要多名操作人员同时进行且对操作手法与环境要求很高，产品质量稳定性无法保证，易出现产品脱模后翘曲变形、厚度不均、探伤不合格的问题。按照现今每年相关运载型号发射当量计算，加强筋的使用量达上千米。因此，稳定高效低成本的制造支承舱加强筋具有重要的实际工程意义。

目前构件的成型工艺采用全金属模具加压固化，构件的复杂截面特性使金属模具加压容易出现压力不均匀、模具合模不到位，直接导致产品尺寸精度低、孔隙率高等问题。

公开号为CN207711148U的专利文献公开了一种生产工型复合材料加强筋的模具，包括模具头、压板、成型模具、横向驱动机构、纵向驱动机构和发热装置；所述模具头设有两个，并且呈对称设置；所述模具头的侧面上设有成型槽；所述压板设有两个，并且分别设于两个模具头的顶部上，两个模具头通过压板分别卡住加工料件的两端；所述成型模具设于两个模具头之间；所述纵向驱动机构驱动成型模具向下移动通过设置在成型模具底部上的切割刀切断加工料件的中部，成型模具向下移动时通过成型模具的底部挤压折弯加工料件；本实用新型通过成型模具切断毛胚复合材料板再通过两次折弯加最后拼合成型，加工工序少，生产周期短，大大提高了加工效率，成型的工字型加强筋强度和刚度较高。但是该方案结构复杂，加工精度底，不适用于高精度要求的产品。

实用新型内容

针对现有技术中的缺陷，本实用新型的目的是提供一种适用于复杂截面复合材料构件挤压的模具。

根据本实用新型提供的一种适用于复杂截面复合材料构件挤压的模具，包括刚性阴模、刚性压板、柔性气囊阳模、刚性芯模以及底板，所述刚性阴模连接刚性压板，刚性压板连接柔性气囊阳模、底板，柔性气囊阳模连接刚性芯模、底板，所述柔性气囊阳模与刚性阴模之间为产品型腔。

优选地，所述刚性芯模设置于底板的表面，柔性气囊阳模嵌套于刚性芯模上，刚性压板扣设在柔性气囊阳模上，刚性阴模扣合于刚性压板上。

优选地，所述刚性阴模上设置有溢胶槽，刚性阴模采用殷钢材质。

优选地，所述刚性压板中间为镂空的形状，所述柔性气囊阳模能够通过刚性压板上的镂空与产品接触；刚性压板上设置有刚性压板连接孔，并通过刚性压板连接孔及紧固件连接底板；刚性压板与底板的连接面上设置有刚性压板台阶，刚性压板台阶的高度比柔性气囊阳模气囊厚度1～2mm。

优选地，所述柔性气囊阳模气囊厚度为1～3mm，柔性气囊阳模气囊截面外轮廓比产品截面内轮廓向内偏置0.5～2mm，柔性气囊阳模气囊截面内轮廓与刚性芯模截面外轮廓相同。

优选地，所述柔性气囊阳模气囊开口朝下，柔性气囊阳模套装在刚性芯模上，柔性气囊阳模气囊边缘设置有一圈用于密封的法兰。

优选地，所述柔性气囊阳模采用硅橡胶材质。

优选地，所述刚性芯模上设置有刚性芯模透气孔、刚性芯模连接孔，所述刚性芯模透气孔连通柔性气囊阳模并能够给柔性气囊阳模充气，刚性芯模通过刚性芯模连接孔及紧固件连接底板；所述刚性芯模采用殷钢材质。

优选地，所述底板上设置有底板气动接头孔、第一底板连接孔、第二底板连接孔以及凹槽，所述底板气动接头孔设置在凹槽内，所述凹槽设置在刚性芯模的刚性芯模透气孔下方，底板通过第一底板连接孔及紧固件连接刚性芯模，底板通过第二底板连接孔及紧固件连接刚性压板。

根据本实用新型提供的一种适用于复杂截面复合材料构件挤压的模具，包括刚性阴模、刚性压板、柔性气囊阳模、刚性芯模以及底板，所述刚性阴模连接刚性压板，刚性压板连接柔性气囊阳模、底板，柔性气囊阳模连接刚性芯模、底板，所述柔性气囊阳模与刚性阴模之间为产品型腔；

所述刚性芯模设置于底板的表面，柔性气囊阳模嵌套于刚性芯模上，刚性压板扣设在柔性气囊阳模上，刚性阴模扣合于刚性压板上；

所述刚性阴模上设置有溢胶槽，刚性阴模采用殷钢材质；

所述刚性压板中间为镂空的形状，所述柔性气囊阳模能够通过刚性压板上的镂空与产品接触；刚性压板上设置有刚性压板连接孔，并通过刚性压板连接孔及紧固件连接底板；刚性压板与底板的连接面上设置有刚性压板台阶，刚性压板台阶的高度比柔性气囊阳模气囊厚度1～2mm；

所述柔性气囊阳模气囊厚度为1～3mm，柔性气囊阳模气囊截面外轮廓比产品截面内轮廓向内偏置0.5～2mm，柔性气囊阳模气囊截面内轮廓与刚性芯模截面外轮廓相同；

所述柔性气囊阳模气囊开口朝下，柔性气囊阳模套装在刚性芯模上，柔性气囊阳模气囊边缘设置有一圈用于密封的法兰；

所述柔性气囊阳模采用硅橡胶材质；

所述刚性芯模上设置有刚性芯模透气孔、刚性芯模连接孔，所述刚性芯模透气孔连通柔性气囊阳模并能够给柔性气囊阳模充气，刚性芯模通过刚性芯模连接孔及紧固件连接底板；所述刚性芯模采用殷钢材质；

所述底板上设置有底板气动接头孔、第一底板连接孔、第二底板连接孔以及凹槽，所述底板气动接头孔设置在凹槽内，所述凹槽设置在刚性芯模的刚性芯模透气孔下方，底板通过第一底板连接孔及紧固件连接刚性芯模，底板通过第二底板连接孔及紧固件连接刚性压板。

与现有技术相比，本实用新型具有如下的有益效果：

1、本实用新型采用气囊加压方式，实现了复杂截面复合材料构件自动化挤压过程的均匀施压，解决了因成型压力不均所致产品质量差的问题，实现了航天器用复杂桁条产品的高效高精度制造。

2、本实用新型极大简化了复杂截面复合材料构件挤压模具的设计与加工，降低了对模具高装配精度的要求，具有广泛的适用性。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本实用新型的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本实用新型的结构示意图。

图2为本实用新型的剖视结构示意图。

图3为本实用新型刚性阴模的结构示意图。

图4为本实用新型刚性压板的结构示意图。

图5为本实用新型刚性芯模的立体结构示意图。

图6为本实用新型钢性芯模的仰视结构示意图。

图7为本实用新型底板的结构示意图。

图中示出：

1-刚性阴模 6-预浸带坯 11-刚性芯模连接孔

2-刚性压板 7-溢胶槽 12-底板气动接头孔

3-柔性气囊阳模 8-刚性压板连接孔 13-第一底板连接孔

4-刚性芯模 9-刚性压板台阶 14-第二底板连接孔

5-底板 10-刚性芯模透气孔

具体实施方式

下面结合具体实施例对本实用新型进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本实用新型，但不以任何形式限制本实用新型。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本实用新型的保护范围。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

根据本实用新型提供的一种适用于复杂截面复合材料构件挤压的模具，如图1-7所示，包括刚性阴模1、刚性压板2、柔性气囊阳模3、刚性芯模4以及底板5，所述刚性阴模1连接刚性压板2，刚性压板2连接柔性气囊阳模3、底板5，柔性气囊阳模3连接刚性芯模4、底板5，所述柔性气囊阳模3与刚性阴模1之间为产品型腔。所述刚性芯模4设置于底板5的表面，柔性气囊阳模3嵌套于刚性芯模4上，刚性压板2扣设在柔性气囊阳模3上，刚性阴模1扣合于刚性压板2上。目前构件的成型工艺采用全金属模具加压固化，构件的复杂截面特性使金属模具加压容易出现压力不均匀、模具合模不到位，直接导致产品尺寸精度低、孔隙率高等问题。本实用新型采用气囊加压，有效解决全金属模具的弊病。与现有技术相比，本实用新型采用气囊加压方式，实现了复杂截面复合材料构件自动化挤压过程的均匀施压，解决了因成型压力不均所致产品质量差(产品尺寸精度低、孔隙率高)的问题，实现了航天器用复杂桁条产品的高效高精度制造；同时极大简化了复杂截面复合材料构件先进拉挤模具的设计与加工，降低了对模具高装配精度的要求，具有广泛的适用性。

所述刚性阴模1上设置有溢胶槽7，刚性阴模1采用殷钢材质。所述刚性阴模1采用殷钢材质，以提供高稳定的产品型面精度，刚性阴模1上方用气缸加压，刚性阴模1 两侧设置溢胶槽，以避免成型过程中树脂堆积在刚性阴模1内而影响产品质量，刚性阴模1最外两侧设有台阶，此台阶起到硬限位作用，当刚性阴模1合模后，台阶最先接触刚性压板2，从而支撑住刚性阴模1以提供产品型腔。

所述刚性压板2中间为镂空的形状，所述柔性气囊阳模3能够通过刚性压板2上的镂空与产品接触；刚性压板2上设置有刚性压板连接孔8，并通过刚性压板连接孔8及紧固件连接底板5；刚性压板2与底板5的连接面上设置有刚性压板台阶9，刚性压板台阶9的高度比柔性气囊阳模3气囊厚度1～2mm，提供一定的压缩量，以起到密封作用。所述刚性压板台阶9用于压紧柔性气囊阳模3边缘设置的法兰并密封。优选地，所述刚性压板2由四根压板组成，压板上设置螺钉孔与销孔，将刚性压板2通过销与螺钉固定在底板5上。所述刚性压板连接孔8为销孔或者螺纹孔。

所述柔性气囊阳模3气囊厚度为1～3mm，柔性气囊阳模3气囊截面外轮廓比产品截面内轮廓向内偏置0.5～2mm，以提供成型过程中的工艺间隙，避免柔性气囊阳模3过早与产品相互挤压干涉；柔性气囊阳模3气囊截面内轮廓与刚性芯模4截面外轮廓相同。所述柔性气囊阳模3气囊开口朝下，柔性气囊阳模3套装在刚性芯模4上，柔性气囊阳模3气囊边缘设置有一圈用于密封的法兰。所述柔性气囊阳模3采用硅橡胶材质。

所述刚性芯模4上设置有刚性芯模透气孔10、刚性芯模连接孔11，所述刚性芯模透气孔10连通柔性气囊阳模3并能够给柔性气囊阳模3充气，刚性芯模4通过刚性芯模连接孔11及紧固件连接底板5；所述刚性芯模4采用殷钢材质。所述刚性芯模4用于支撑柔性气囊阳模3，避免成型过程中因柔性气囊阳模3过于柔软而产生合模后气囊大变形，导致产品加压失败；刚性芯模4采用殷钢材质，在极大程度上减小刚性芯模4在高温下的热变形，保证刚性芯模4的超高尺寸稳定性；刚性芯模4上铣削出均布且高密度的通孔(刚性芯模透气孔10)，以提供充气通道；刚性芯模4通过销钉贯穿刚性芯模连接孔11、第一底板连接孔13与底板5紧固定位。所述刚性芯模连接孔11为销孔或者螺纹孔。

所述底板5上设置有底板气动接头孔12、第一底板连接孔13、第二底板连接孔14以及凹槽，所述底板气动接头孔12设置在凹槽内，所述凹槽设置在刚性芯模4的刚性芯模透气孔10下方，所述凹槽地设置为了使底板气动接头孔12冲入地气体顺利进入到刚性芯模透气孔10内，底板5通过第一底板连接孔13及紧固件连接刚性芯模4，底板 5通过第二底板连接孔14及紧固件连接刚性压板2。所述第一底板连接孔13、第二底板连接孔14为销孔或者螺纹孔。

利用本实用新型进行复杂截面复合材料构件挤压的方法如下：

步骤1：将铺叠并预成型完毕的预浸带坯6放入产品型腔，即套装放在柔性气囊阳模3上；

步骤2：将刚性阴模1合模，即将刚性阴模1套装放置于预浸带坯6上，通过气缸对刚性阴模1加压；

步骤3：通过底板5上的底板气动接头孔12给柔性气囊阳模3充气，气体通过刚性芯模4上的刚性芯模透气孔10进入柔性气囊阳模3并撑起柔性气囊阳模3气囊对预浸带坯6加压；

步骤4：加压完毕产品成型后，对柔性气囊阳模3进行放气，然后抬起刚性阴模1，取出成型预浸带坯6。加压完毕后，柔性气囊阳模3气囊内空气先行卸去，避免先抬起刚性阴模1而使柔性气囊阳模3气囊涨破。

以上对本实用新型的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本实用新型并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本实用新型的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (10)

1.一种适用于复杂截面复合材料构件挤压的模具，其特征在于，包括刚性阴模(1)、刚性压板(2)、柔性气囊阳模(3)、刚性芯模(4)以及底板(5)，所述刚性阴模(1)连接刚性压板(2)，刚性压板(2)连接柔性气囊阳模(3)、底板(5)，柔性气囊阳模(3)连接刚性芯模(4)、底板(5)，所述柔性气囊阳模(3)与刚性阴模(1)之间为产品型腔。

2.根据权利要求1所述的适用于复杂截面复合材料构件挤压的模具，其特征在于，所述刚性芯模(4)设置于底板(5)的表面，柔性气囊阳模(3)嵌套于刚性芯模(4)上，刚性压板(2)扣设在柔性气囊阳模(3)上，刚性阴模(1)扣合于刚性压板(2)上。

3.根据权利要求1所述的适用于复杂截面复合材料构件挤压的模具，其特征在于，所述刚性阴模(1)上设置有溢胶槽(7)，刚性阴模(1)采用殷钢材质。

4.根据权利要求1所述的适用于复杂截面复合材料构件挤压的模具，其特征在于，所述刚性压板(2)中间为镂空的形状，所述柔性气囊阳模(3)能够通过刚性压板(2)上的镂空与产品接触；刚性压板(2)上设置有刚性压板连接孔(8)，并通过刚性压板连接孔(8)及紧固件连接底板(5)；刚性压板(2)与底板(5)的连接面上设置有刚性压板台阶(9)，刚性压板台阶(9)的高度比柔性气囊阳模(3)气囊厚度1～2mm。

5.根据权利要求1所述的适用于复杂截面复合材料构件挤压的模具，其特征在于，所述柔性气囊阳模(3)气囊厚度为1～3mm，柔性气囊阳模(3)气囊截面外轮廓比产品截面内轮廓向内偏置0.5～2mm，柔性气囊阳模(3)气囊截面内轮廓与刚性芯模(4)截面外轮廓相同。

6.根据权利要求1所述的适用于复杂截面复合材料构件挤压的模具，其特征在于，所述柔性气囊阳模(3)气囊开口朝下，柔性气囊阳模(3)套装在刚性芯模(4)上，柔性气囊阳模(3)气囊边缘设置有一圈用于密封的法兰。

7.根据权利要求1所述的适用于复杂截面复合材料构件挤压的模具，其特征在于，所述柔性气囊阳模(3)采用硅橡胶材质。

8.根据权利要求1所述的适用于复杂截面复合材料构件挤压的模具，其特征在于，所述刚性芯模(4)上设置有刚性芯模透气孔(10)、刚性芯模连接孔(11)，所述刚性芯模透气孔(10)连通柔性气囊阳模(3)并能够给柔性气囊阳模(3)充气，刚性芯模(4)通过刚性芯模连接孔(11)及紧固件连接底板(5)；所述刚性芯模(4)采用殷钢材质。

9.根据权利要求1所述的适用于复杂截面复合材料构件挤压的模具，其特征在于，所述底板(5)上设置有底板气动接头孔(12)、第一底板连接孔(13)、第二底板连接孔(14)以及凹槽，所述底板气动接头孔(12)设置在凹槽内，所述凹槽设置在刚性芯模(4)的刚性芯模透气孔(10)下方，底板(5)通过第一底板连接孔(13)及紧固件连接刚性芯模(4)，底板(5)通过第二底板连接孔(14)及紧固件连接刚性压板(2)。

10.一种适用于复杂截面复合材料构件挤压的模具，其特征在于，包括刚性阴模(1)、刚性压板(2)、柔性气囊阳模(3)、刚性芯模(4)以及底板(5)，所述刚性阴模(1)连接刚性压板(2)，刚性压板(2)连接柔性气囊阳模(3)、底板(5)，柔性气囊阳模(3)连接刚性芯模(4)、底板(5)，所述柔性气囊阳模(3)与刚性阴模(1)之间为产品型腔；

所述刚性芯模(4)设置于底板(5)的表面，柔性气囊阳模(3)嵌套于刚性芯模(4)上，刚性压板(2)扣设在柔性气囊阳模(3)上，刚性阴模(1)扣合于刚性压板(2)上；

所述刚性阴模(1)上设置有溢胶槽(7)，刚性阴模(1)采用殷钢材质；

所述刚性压板(2)中间为镂空的形状，所述柔性气囊阳模(3)能够通过刚性压板(2)上的镂空与产品接触；刚性压板(2)上设置有刚性压板连接孔(8)，并通过刚性压板连接孔(8)及紧固件连接底板(5)；刚性压板(2)与底板(5)的连接面上设置有刚性压板台阶(9)，刚性压板台阶(9)的高度比柔性气囊阳模(3)气囊厚度1～2mm；

所述柔性气囊阳模(3)气囊厚度为1～3mm，柔性气囊阳模(3)气囊截面外轮廓比产品截面内轮廓向内偏置0.5～2mm，柔性气囊阳模(3)气囊截面内轮廓与刚性芯模(4)截面外轮廓相同；

所述柔性气囊阳模(3)气囊开口朝下，柔性气囊阳模(3)套装在刚性芯模(4)上，柔性气囊阳模(3)气囊边缘设置有一圈用于密封的法兰；

所述柔性气囊阳模(3)采用硅橡胶材质；

所述刚性芯模(4)上设置有刚性芯模透气孔(10)、刚性芯模连接孔(11)，所述刚性芯模透气孔(10)连通柔性气囊阳模(3)并能够给柔性气囊阳模(3)充气，刚性芯模(4)通过刚性芯模连接孔(11)及紧固件连接底板(5)；所述刚性芯模(4) 采用殷钢材质；

所述底板(5)上设置有底板气动接头孔(12)、第一底板连接孔(13)、第二底板连接孔(14)以及凹槽，所述底板气动接头孔(12)设置在凹槽内，所述凹槽设置在刚性芯模(4)的刚性芯模透气孔(10)下方，底板(5)通过第一底板连接孔(13)及紧固件连接刚性芯模(4)，底板(5)通过第二底板连接孔(14)及紧固件连接刚性压板(2)。

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