基于先進(jìn)技術(shù)的復(fù)合材料構(gòu)件成型模具及其工裝技術(shù)研究

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1、基于先進(jìn)技術(shù)的復(fù)合材料構(gòu)件成型模具及其工裝技術(shù)研究　　摘要：與一般的航空結(jié)構(gòu)材料相比，在先進(jìn)復(fù)合材料構(gòu)件成型的過程中，必須要加熱、加壓、抽真空，材料成型以及構(gòu)件成型需要在同一個時間完成。它的形位精度要想得到保證，這將離不開相應(yīng)的工裝以及模具。市場的變化和航空行業(yè)的發(fā)展促進(jìn)了先進(jìn)復(fù)合材料需要不斷改善性能和質(zhì)量，降低成本。因此，研究基于先進(jìn)技術(shù)的復(fù)合材料構(gòu)件成型模具及其工裝技術(shù)有十分重要的意義，因為它有助于更加高效地使用先進(jìn)復(fù)合材料?！　￡P(guān)鍵詞：基于先進(jìn)技術(shù)的復(fù)合材料；構(gòu)件成型模具；工裝技術(shù)　　中圖分類號：TP391文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A　　隨著經(jīng)濟的發(fā)展和科技的進(jìn)步，我國出現(xiàn)

2、了越來越多的復(fù)合材料，現(xiàn)階段在現(xiàn)代飛機領(lǐng)域，復(fù)合材料的使用量在不斷增加，已經(jīng)成為較為常用的航空結(jié)構(gòu)材料，與鈦合金材料、鋁合金材料、合金鋼材料均處于同等重要的位置。在A380中復(fù)合材料的使用量在總重量中所占的比重已達(dá)到25%，在B787中復(fù)合材料的使用量在總重量中所占的比重已達(dá)到50%，而在A350XWB結(jié)構(gòu)中的用量最多，大約為52%。新階段，先進(jìn)復(fù)合材料仍舊最受航空航天企業(yè)的青睞，玻璃纖維、碳纖維、芳綸纖維、硼纖維等都屬于先進(jìn)復(fù)合材料?！　∫弧⒒谙冗M(jìn)技術(shù)的復(fù)合材料構(gòu)件成型模具的類型6　　先進(jìn)復(fù)合材料構(gòu)件成型的工藝方法有很多，與此相對，模具的結(jié)構(gòu)形式也有很多，先進(jìn)復(fù)

3、合材料構(gòu)件成型模具有以下幾種類型：　　（一）框架式的模具　　為了提高復(fù)合材料構(gòu)件成型模具整體以及局部的剛度，提高模具分型面加熱的效率，最大限度地減少模具變形的可能性，設(shè)計制造模具骨架的時候可以考慮隔柵結(jié)構(gòu)?！　。ǘ┙M合式的模具　　組合式模具的制造材料一般為金屬，它主要用于4種情況：一是壓機成型；二是模壓成型；三是樹脂傳遞模塑成型；四是注射模成型。組合模的組成結(jié)構(gòu)是兩個半模，它的分布方式是上下分布，通過模具的上壓盤和下壓盤能夠進(jìn)行加熱，上、下壓盤加熱的方式主要是傳導(dǎo)加熱，此外，周圍的熱源同樣能夠給模具進(jìn)行加熱，另外，組合模具中有內(nèi)置加熱系統(tǒng)，利用該系統(tǒng)也能進(jìn)行加熱。

4、液態(tài)成型技術(shù)包括3個不同的種類：一是樹脂轉(zhuǎn)移模塑；二是真空輔助成型；三是樹脂模溶滲成型。其中，樹脂轉(zhuǎn)移模塑結(jié)構(gòu)能夠被分成3個部分，這3個部分分別是型體和兩個端蓋。有些制品的形狀較復(fù)雜、尺寸較大，對于這部分制品可以進(jìn)一步分割組合其型體部分，分型面制作凸舌以及凹溝，還要在兩個端蓋所處的地方設(shè)置注射口以及排氣口，還應(yīng)關(guān)注樹脂分流道。圖2是組合式模具?！　。ㄈ├瓟D成型模具與擠壓成型模具6　　拉擠成型模具與擠壓成型模具統(tǒng)稱為連續(xù)成型模具。將浸有樹脂的纖維通過某種特定的加熱口模擠出其中多余的樹脂，這個過程就是擠壓加工的具體過程，在牽引的條件下固化。連續(xù)擠壓過程包括多個過程，它

5、的成型模具是組合式的，由多個運動部件形成。第一步，對位于模具中的多層熱塑性帶加熱同時壓成層合板；第二步，將壓好的層合板壓入成型的模具同時加熱，壓成滿足要求的截面型材，最后利用連續(xù)壓模把型材壓成需要的彎曲形狀，利用這種方式能夠成型彎曲或者扭轉(zhuǎn)以及變截面的型材，這種成型工藝是新型成型工藝。　　二、基于先進(jìn)技術(shù)的復(fù)合材料構(gòu)件成型模具的設(shè)計方法研究　　制造復(fù)合材料的構(gòu)件離不開模具，在該行業(yè)中，模具是相當(dāng)常見的工藝裝備之一，因為它可以對制件的形狀、結(jié)構(gòu)關(guān)系、控制外緣進(jìn)行確定，進(jìn)而確保表面的質(zhì)量。復(fù)合材料的聚合固化需要在模具上進(jìn)行，有的時候還應(yīng)在成型的模具上鋪疊預(yù)浸料，復(fù)合材料

6、構(gòu)件質(zhì)量的高低在很大程度上受到模具設(shè)計制造的影響?！　⊥ㄟ^分析復(fù)合材料構(gòu)件成型模具的材料，我們可以把它分成不同的兩類為，其一是金屬模；另一類是復(fù)合材料模，它們的結(jié)構(gòu)和工藝比較特殊。當(dāng)前，因為計算機技術(shù)的飛速發(fā)展，CAD技術(shù)被廣泛運用，越來越多的復(fù)合材料構(gòu)件成型模具設(shè)計會考慮數(shù)字化的設(shè)計方式。為了提升設(shè)計的效率，很多航空航天企業(yè)對于經(jīng)常使用的結(jié)構(gòu)會考慮模塊化設(shè)計以及參數(shù)化設(shè)計?！　∨c常規(guī)的鈑金成型模具進(jìn)行對比能夠發(fā)現(xiàn)，對于累積公差，先進(jìn)復(fù)合材料有更加嚴(yán)格的要求。模具與零件兩者貼合面不同的尺寸取決于模具的類型以及它熱膨脹的特點；基體在最高固化溫度基礎(chǔ)上的尺寸與先進(jìn)復(fù)合材

7、料最終的尺寸一致?！　≡O(shè)計人員在設(shè)計先進(jìn)復(fù)合材料構(gòu)件成型模具時，應(yīng)當(dāng)著重考慮熱匹6配的問題，原因是鋼和鋁的熱膨脹系數(shù)通常比碳和石墨的復(fù)合材料高，高出的系數(shù)在一個數(shù)量級左右，當(dāng)它從固化峰值的溫度逐漸往下冷卻時，金屬模具會出現(xiàn)一定程度地收縮，這種變化在構(gòu)件中會引起參與應(yīng)變或者固有應(yīng)變。設(shè)計模具的時候，設(shè)計人員如果做到及時修正尺寸，就應(yīng)當(dāng)選擇熱膨脹系數(shù)不高的材料模具，一般情況下，會使用熱膨脹補償?shù)姆绞?，參照?jīng)驗公式以及試驗驗證，把制作質(zhì)心當(dāng)作中心，按照特定的公式，設(shè)計人員把整個制作縮小，工程設(shè)計的輸入遵循縮小之后的制作。　　另外，設(shè)計人員還可能會遇到角度回彈的問題，對