碳纤维复合材料制品的成型方法及模具与流程

本发明涉及碳纤维复合材料制备加工技术，尤其涉及一种碳纤维复合材料制品的成型方法及模具。

背景技术：

目前大部分制品采用聚碳酸酯（pc）和聚丙烯腈（abs）合成的工程塑料作为原材料，通过注塑成型来制得。采用该种材料制得的制品可能厚度较厚，重量交叉，成型后容易发生变形且电磁屏蔽性较差。特别是用在现代的制品生产时，往往不能满足消费者对制品的需求。因此，需要一种能够成型更轻、更薄、强度更高且电磁屏蔽性更好的制品的成型模具及成型方法，来获得更优良的制品。采用碳纤维复合材料作为注塑原料能够生产出满足上述需求的制品；然而，由于碳纤维复合材料的流动性不好，使得所生产的产品往往不能满足质量要求，在制品的注塑成型中应用较少。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种碳纤维复合材料制品的成型方法及模具，可有效解决上述问题，制得质量轻、厚度薄、强度高、电磁屏蔽性好且质量好的碳纤维复合材料制品。

本发明提供的一种采成型模具的碳纤维复合材料制品的成型方法，包括以下步骤：

s1、在预设定温度下烘烤碳纤维复合材料；

s2、将设有多个进胶管的成型模具以预设定的锁模力锁紧在注塑机上；

s3、以预设定的加热温度对成型模具进行加热并保温；

s4、调整注塑机的工艺参数，并将步骤s1处理后的碳纤维复合材料通过注塑机注入成型模具的成型腔中，通过多个进胶管采用多点进浇的方式完成制品的成型过程；

s5、成型模具开模并顶出碳纤维复合材料制品。

本发明提供一种碳纤维复合材料制品的成型模具，包括定模组件、动模组件和浇注系统，所述定模组件与所述动模组件之间形成用于成型碳纤维复合材料制品的成型腔；

所述定模组件包括顺序连接的定模底板和流道板，还包括顺序连接的顶出底板、顶出固定板以及定模板；其中，所述顶出底板与所述流道板相连接；

所述动模组件包括顺序连接的动模板和动模底板；其中所述动模底板与所述定模组件之间的距离大于所述动模板与所述定模组件之间的距离；

所述浇注系统包括：

套固定在所述定模底板上的浇口套；

多个主分流道和多个次分流道；其中所述多个主分流道和所述多个次分流道分别位于所述流道板上；每一所述主分流道分别与所述浇口套连通；所述多个次分流道分别连通到其中一个主分流道中；

多个与所述成型腔相连通的浇口；其中，每一所述次分流道分别连通有一个浇口，且所述浇口套还连通有一个浇口。

在上述碳纤维复合材料制品的成型模具中，还包括：扣机机构，所述扣机机构包括扣机以及滑动件；所述扣机一侧固定在所述顶出底板上，所述扣机的另一侧固定在动模底板上；且所述扣机上形成有滑槽，所述滑动件穿过所述滑槽并固定在所述动模板上，且所述滑动件在所述滑槽内可移动。

在上述碳纤维复合材料制品的成型模具中，所述多个主分流道关于所述流道板的中心交叉分布，并分别与碳纤维复合材料制品的对角线相互平行。

在上述碳纤维复合材料制品的成型模具中，所述浇注系统还包括多个进胶管；所述进胶管垂直于所述流道板，并沿朝向所述动模组件的方向延伸；其中，每一次分流道分别对应地固定连接有一个进胶管，且所述浇口套还连接有一个进胶管；所述多个进胶管分别与对应的所述浇口相连通；所述浇口为点浇口，且所述点浇口的直径为0.5~1.5mm之间。

在上述碳纤维复合材料制品的成型模具中，所述浇注系统还包括多个支撑块；所述多个支撑块分别固定在所述顶出底板上；每一所述支撑块上穿设固定有至少一个所述进胶管。

在上述碳纤维复合材料制品的成型模具中，所述顶出机构包括至少一个斜顶组件；所述斜顶组件包括：斜顶以及斜顶导向块；所述斜顶导向块固定在所述顶出固定板上；且所述斜顶导向块上与所述斜顶相接触的一侧形成有导向槽；所述斜顶的一侧可移动地限位于所述导向槽内；所述斜顶的另一侧与所述制品相连。

在上述碳纤维复合材料制品的成型模具中，所述顶出机构包括至少一个滑块组件；每一所述滑块组件包括滑块定位座、滑块、斜导柱以及两个滑块导向块；所述滑块定位座固定在所述动模板上；且所述滑块定位座的一侧上形成有用于对所述滑块限位的限位部；所述斜导柱穿设在所述滑块定位座形成所述限位部的一侧上，并部分裸露在所述滑块定位座外；所述滑块上还开设有与所述斜导柱裸露在所述滑块定位座外侧的部分相配合的斜导槽；在合模时，贯穿所述滑块定位座的所述斜导柱插装在所述滑块的斜导槽内，且所述滑块的一侧与所述滑块定位座的限位部相抵靠；两个所述滑块导向块分别固定在所述定模板上，并相对设置在所述滑块两侧；所述两个滑块导向块之间还形成有供所述滑块滑动的平面。

实施本发明的碳纤维复合材料制品的成型方法及模具，其有益效果在于：通过采用多点进浇的方式对碳纤维复合材料进行注塑成型以获得制品，并采用二次开模的方式对制品进行脱模，使得能够生产出质量好的碳纤维复合材料制品；此外，由于该成型模具具有包含有斜顶和滑块的顶出机构，使得脱模过程中能够顺利地从制品的倒扣和侧孔等结构中脱离，提高了产品的生产效率以及成型质量。由于本发明采用碳纤维复合材料作为原料进行注塑，能够有效地减小所获得的制品的厚度，并减轻其重量，且所制得的制品具有良好的电磁屏蔽性，以及较高的强度，特别适用于制造笔记本电脑外壳，并能够满足消费者对笔记本电脑外壳的需求。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明一实施例中的碳纤维复合材料制品的结构示意图；

图2是本发明一实施例中的碳纤维复合材料制品的成型模具结构半剖视图；

图3是图2中定模组件的部分结构示意图；

图4是本发明成型模具一实施例中的浇注系统的结构示意图；

图5是本发明成型模具一实施例中的浇注系统（去除浇口套）的结构示意图；

图6是本发明成型模具一实施例中的斜顶组件与制品的结构示意图；

图7是本发明成型模具一实施例中的滑块组件与制品的结构示意图；

图8是本发明成型模具一实施例中的滑块组件与制品的结构剖视图；

图9是本发明成型模具一实施例中的碳纤维复合材料制品的成型方法流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案以及优点更加清楚明白，以下结合附图和实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。

参照图1，为本发明一实施例中的碳纤维复合材料制品的结构示意图。在本实施例中，该制品1为笔记本电脑外壳。其中，该制品1包括壳体11以及位于壳体11上的装配结构12（例如倒扣、侧孔等）。壳体11和装配结构12均由碳纤维复合材料通过注塑的方式制得。其中，由于碳纤维复合材料具有优异的电学和力学性能，因此，采用碳纤维复合材料来制备制品可以有效地减薄制品的厚度，减轻制品的重量，并同时具备强度高、电磁屏蔽性好等优点，特别适用于制造笔记本电脑外壳等追求轻薄的制品。

以下以制备图1中的笔记本电脑外壳的制品为例，说明本发明的碳纤维复合材料制品的成型模具的具体结构。

图2和图3示出了碳纤维复合材料笔记本电脑外壳的成型模具的结构示意图。参照图2，该成型模具2至少包括：定模组件21、动模组件22、浇注系统24（参见图5）、扣机机构23、以及顶出机构（包括图4中的顶针25、图6中的斜顶组件26和图7中的滑块组件27）。

具体参照图2，定模组件21和动模组件22相对设置，且两者之间形成注塑模具中的成型腔；该成型腔与所需成型的碳纤维复合材料制品的形状和大小相适配。定模组件21主要包括顺序连接的以下部件：定模底板211、流道板212、水口板213、顶出底板214、顶出固定板215以及定模板217。其中，定模底板211与动模组件22之间的距离大于定模板217与动模组件22之间的距离。其中，流道板212如螺钉固定等方式与定模底板211固定连接，用于将注入的碳纤维复合材料通过该流道板212分别送入各个浇口中。水口板213同样可以通过如螺钉固定等方式与流道板212固定连接，用于在成型后脱模时将水口料与制品相互断开。顶出底板214设置在水口板213上，并在成型模具2开模时相对于水口板213可移动。顶出固定板215通过如螺钉固定等方式固定在顶出底板214上，且顶出固定板215的各侧边分别与顶出底板214的对应侧边相对齐。

在本发明一实施例中，定模组件21上还可以设置至少两个方铁216，用于增加成型模具的厚度。至少两个方铁216设置在水口板213上，并与顶出底板214相邻接。具体按照图2和图3，在本实施例中，顶出底板214的长度与水口板213的长度相等，但顶出底板214的宽度小于水口板213的宽度。因此，顶出底板214沿长度方向延伸的相对的两侧壁与水口板213上对应侧壁之间形成有安放台（未标号）。至少两个方铁216分别位于该安放台上，并分别与顶出底板214和顶出固定板215相邻接。定模板217固定在两个方铁216上方。

进一步参照图2，定模底板211上远离流道板212的一侧还开设有供浇注系统24的浇口套241安装的安装孔（未示出）。浇口套241插装在安装孔内，用于将碳纤维复合材料通过浇口套241引入成型模具2内。

此外，定模组件21还包括附图未示出的定模型芯、型芯镶件以及冷却系统等。其中，在本发明的一个实施例中，该成型模具可以设置2个定模型芯和76个型芯镶件。而冷却系统可采用多冷却回路的形式，例如可包含有冷却水路、冷却水井等。优选地，该成型模具中还可以采用o形密封圈、堵口等结构进行密封。其中，上述的定模型芯、型芯镶件以及冷却系统的数量以及结构和形式均取决于具体所要生产的产品形状，并属于现有技术，此处不再赘述。

进一步参照图2，动模组件22主要包括顺序连接的动模底板221以及动模板222。动模底板221与定模组件21之间的距离大于动模板222与定模组件21之间的距离；且动模板222与动模底板221固定连接。此外，动模板222与定模板217相对设置，且动模板222与定模板217之间形成成型腔，该成型腔与所需成型的碳纤维复合材料制品的形状和大小相适配。此外，根据具体产品的形状，在动模组件22上还相应地设置有动模型芯，在本实施例中该动模型芯的个数为1个。其中，动模型芯属于现有技术，此处不再赘述。

当需要制造厚度轻薄的碳纤维复合材料制品时，为了实现制品更好的脱模，进而提高所获得的制品的质量，在本发明中采用了二次开模的方式进行开模。

参照图2，具体来说，在本实施例中，通过扣机机构23实现二次开模。扣机机构23的两侧分别位于动模组件22以及定模组件21上，通过扣机机构23能够有效地控制成型模具的开模顺序，实现二次开模。

具体来说，该扣机机构23主要包括扣机231以及滑动件232。其中，扣机231的一侧固定在顶出底板214上，扣机231的另一侧固定在动模底板221上。扣机231上沿动模组件22的开模方向（即远离定模组件21的方向）形成有滑槽（未标号）。滑动件232穿过滑槽并固定在动模板222上，且滑动件232在滑槽内可移动。在注塑完成后开始进行开模时，动模组件22在注塑机的带动下朝向远离定模组件21的方向移动，并带动滑动件232沿滑槽朝向远离定模组件21的方向移动，实现一次开模；当滑动件232滑动至滑槽末端时，在扣机231的带动下，顶出底板214也朝向远离定模组件21的方向移动，从而实现二次开模。

优选地，在本实施例中，扣机机构23还包括扣机固定件233。其中，扣机231通过扣机固定件233固定在顶出底板214上。在本实施例中，扣机固定件233和滑动件232优选为固定螺丝。当然，在其他实施例中，扣机固定件233和滑动件232也可以为固定柱或固定螺栓等。

图4和图5示出了本发明一实施例中的浇注系统24的结构。一并结合图2和图4，浇注系统24包括浇口套241、多个主分流道242、多个次分流道243、多个进胶管244以及多个浇口245。其中，浇口套241通过如螺钉固定等方式固定在定模底板211的安装孔上。

其中，多个主分流道242以及次分流道243均位于流道板212（参见图2-3）上，并通过在流道板212上挖出相应的槽来实现。

多个主分流道242分别与浇口套241直接连通，用于接收从浇口套241进入成型模具2内的碳纤维复合材料，并沿着主要分流方向对注入的碳纤维复合材料进行分流。参照图5，在本发明一具体实施例中，浇注系统24包含有两个主分流道242，两个主分流道242分别与浇口套241连通。为了实现对制品1的均匀浇注，优选地，两个主分流道242关于流道板212的中心交叉分布，并分别平行于制品1的两条对角线，从而在浇注过程中，碳纤维复合材料能够快速均匀地充满型腔的各个部分。

多个次分流道243分别与其中一个主分流道242相连通。在图5所示的实施例中，每个主分流道242上分别连通有五个次分流道243，且五个次分流道243在每个主分流道242上分别位于流道板212中心的两侧；具体来说，在同一个主分流道242上，在流道板212中心的一侧分布有三个次分流道243；而在另一侧上则分布有两个次分流道243。

每个次分流道243分别固定连接有多个进胶管244，且浇口套241中心位置的下方还连接有一个进胶管244，进胶管244用于供进入分流道的碳纤维复合材料进一步进入浇口中。其中，每个进胶管244垂直于流道板212，并沿朝向动模组件22的方向延伸。且每个进胶管244的末端还连接有一个浇口245。每个浇口245分别连入成型模具2的成型腔中。

由上，碳纤维复合材料通过依次连通的浇口套241、主分流道242、次分流道243、进胶管244以及对应浇口245分别进入成型腔中，从而实现碳纤维复合材料的浇注。其中，浇口245优选为点浇口，且浇口245的直径优选为0.5~1.5mm之间，更为优选地为1mm。

在常规的制品的成型模具中，一般仅采用单点进胶（即仅具有1个点浇口）。而在本发明中，由于碳纤维复合材料的流动性不好，采用碳纤维复合材料作为注塑材料时容易发生浇不足的现象，影响了碳纤维复合材料制品的成型质量；故在本发明中需要设置多个点浇口。参见图4-5，特别对于尺寸较大的制品，例如14寸笔记本电脑外壳，由于该种制品过大，需要从多方位进行进浇，因此本实施例中优选地设置了11个点浇口。通过采用多点进胶的方式使得碳纤维复合材料能够有效地充满成型腔，因而能够获得质量较好的制品。当然，根据制品大小的不同，点浇口的数量也可以为其他。

此外，为了实现次分流道243与流道管244之间的固定连接，在本发明一实施例中还设有多个支撑块246。一并参照图3和图5，其中，顶出底板214和顶出固定板215上分别开设有多个贯穿的支撑块安装孔（未标号），支撑块246分别安装在对应的支撑块安装孔内；因此支撑块246固定在顶出底板214上。每个支撑块246上分别穿设固定有至少一个上述的进胶管244，用于对进胶管244进行支撑和固定。

对于具有多个倒扣或者侧孔的制品1，为了实现产品的脱模顶出，其成型模具2的顶针机构一般采用顶针、斜顶以及滑块等多组件来实现。

在上述图4-5中具体示出了顶出机构的顶针25。其中，顶针25固定在顶出固定板215上。在图4-5中仅示出了分别对应于各个进胶管244的其中11个顶针25。然而，根据本发明一实施例，为了更好地实现顶出，除了上述11个顶针25之外，还可以在沿制品的周界分布多个顶针25。其中，在制备14寸笔记本电脑外壳制品的实施例中，顶针25的数量为24个。当然，该顶针的数量取决于具体制品的形状，而并不限定于本发明所提出的具体数量。

图6-8示出了实施例中顶出机构的主要部件的结构示意图。其中，顶出机构还包括至少一个斜顶组件26以及至少一个滑块组件27。具体来说，图6示出了顶出机构的其中一个斜顶组件26的结构示意图。如图6所示，斜顶组件26包括斜顶261、斜顶导向块262以及斜顶固定件263。斜顶导向块262上与斜顶261相接触的一侧形成有导向槽（未标号）。斜顶261的一侧形状与导向槽的形状相适配，并限位于该导向槽内；且斜顶261在导向槽内可移动。斜顶261的另一侧与制品1的倒扣结构相连。优选地，在本发明的一个实施例中，该导向槽为t形槽。进一步地，顶出固定板215（参照图3）上开设有多个与斜顶导向块横截面投影形状相同的孔（未标号）。斜顶导向块262穿设于顶出固定板215上的孔内，并通过从顶出底板214上插入斜顶固定件263使得斜顶导向块262固定在顶出固定板215上。优选地，该斜顶固定件263优选为固定螺丝、固定螺栓等。

待完成笔记本电脑外壳的注塑、保压和冷却过程后，模具开始开模，注塑机带动动模组件22朝向远离定模组件21的方向移动。当固定在动模板222上的滑动件232沿扣机231上的滑槽滑动到扣机231的末端时，由于扣机231上的扣机固定件233固定在顶出底板214上；因此，顶出底板214在扣机231的带动下随动模组件22的继续运动而朝向远离定模组件21的方向移动，并由此带动斜顶组件26进行运动，其中该运动过程可以分解为斜顶261在斜顶导向块262的导向槽内的运动以及沿顶出制品方向（即为图6上向上的方向）的运动，进而斜顶261脱离制品1的倒扣结构。

图7-8示出了本发明一实施例中的其中一个滑块组件27的结构。参照图7-8，本发明的滑块组件27主要包括：滑块定位座271、第一固定件272、滑块273、斜导柱274、滑块导向块275以及第二固定件276。其中，滑块定位座271通过第一固定件272固定在动模板222上。滑块定位座271上远离第一固定件272的一侧形成有用于对滑块273进行限位的限位部271a。参见图8，该限位部271a包括水平部分（未标号）和倾斜部分（未标号）。其中，水平部分平行于制品1所在的平面，并延伸至滑块定位座271的侧面。倾斜部分与该水平部分相连，并以预设定角度相对于该水平部分朝向远离第一固定件272的方向倾斜。在图8所示的实施例中，该倾斜部分与水平部分之间的夹角为120°~135°之间。滑块273限位在该限位部271a内，且滑块273上与滑块定位座271相接触的接触面（未标号）与限位部271a形状相适配。

斜导柱274穿设在滑块定位座271上形成限位部271a的一侧上，并部分裸露在滑块定位座271外。

滑块273呈t形，且滑块273上开设有与斜导柱274裸露在滑块定位座271外侧的部分相配合的斜导槽273a。因此，在模具合模时，贯穿滑块定位座271的斜导柱274进一步插装在斜导槽273a内，且滑块273的接触面抵靠在滑块定位座271的限位部271a上。

两个滑块导向块275相对设置在滑块273的两侧，且两个滑块导向块275通过各自的第二固定件276分别固定在定模板217上。滑块273限位在两个滑块导向块275之间，并沿两个滑块导向块275之间的平面可滑动。优选地，第一、第二固定件为固定螺丝或固定螺栓。

在动模组件22沿开模的方向（即朝远离定模组件21的方向）移动时，带动动模板222以及固定在动模板222上的滑块定位座271和斜导柱274沿开模方向移动；此时，滑块273随着斜导柱274的抽离而沿斜导柱274的轴向并贴合两个滑块导向块275所限定的平面进行移动，从而使得滑块274脱离产品的侧孔。

优选地，在本发明一具体实施例中，当本发明用于制造碳纤维复合材料笔记本电脑外壳时，由于产品具有较多的倒扣或侧孔结构，因此该模具采用了29个斜顶组件和2个滑块组件。

以下结合图1-8简要介绍采用本发明的注塑模具的成型和制备碳纤维复合材料的制品的过程。

在合模状态时，从浇口套241注入熔融的碳纤维复合材料，在特定的工艺参数下完成注塑、保压以及冷却，从而完成制品的成型过程。

在开模状态时，动模组件22在注塑机的带动下，朝向远离定模组件21的方向移动，并带动滑动件232沿滑槽移动至扣机231的末端。随后，当动模组件22继续移动时，与扣机固定件233固定连接的顶出底板214在扣机231的带动下随着动模组件22同样地朝向远离定模组件22的方向移动。此时，移动的顶出底板214带动顶出固定板215移动，进而带动斜顶导向块262沿远离定模组件21的方向移动，且斜顶261沿斜顶导向块262上的导向槽移动（即沿图6中的水平向右方向移动），从而脱离产品的倒扣结构。

与此同时，动模板222以及固定在动模板222上的滑块定位座271和斜导柱274沿远离定模组件21的方向移动。此时，滑块273随着斜导柱274的抽离而沿斜导柱274的轴向并贴合两个滑块导向块275所限定的平面进行移动，从而使得滑块274脱离产品的侧孔。

最后，通过顶针25顶出碳纤维复合材料制品，完成其注塑成型过程。

以上仅给出了碳纤维复合材料笔记本电脑外壳的成型模具及其成型过程。然而，应当理解的是，上述成型模具也可以应用在制造其他结构的碳纤维复合材料制品中。而且，采用该种成型模具可以有效地减小碳纤维复合材料本身流动性不好对成型获得的制品的质量造成的影响，提高所生产的制品的质量，并提高其生产效率。

本发明提供的成型方法采用本发明的成型模具，用于对碳纤维复合材料制品进行成型，具体参照图9，包括步骤：

s1、在预设定温度下烘烤碳纤维复合材料。其中烘烤温度为110-120℃，优选为115℃；而烘烤时间为4-6小时，优选为5小时。该步骤主要用于去除碳纤维复合材料中的水分。

s2、将设有多个进胶管的成型模具以预设定的锁模力锁紧在注塑机上。其中，优选地，锁模力大于等于400t。

s3、以预设定的加热温度对成型模具进行加热并保温。其中，加热温度优选为110℃-120℃，保温时间优选为1-2h。该步骤主要是为了使模具的温度与通过烘烤处理后的碳纤维复合材料的温度接近，以避免在注塑过程中，当熔融状态的碳纤维复合材料注入低温的模具成型腔时，碳纤维复合材料出现温度分布不均等现象从而影响流动性和成型质量。

s4、调整注塑机的工艺参数，并将步骤s1处理后的碳纤维复合材料通过注塑机注入成型模具的成型腔中，通过多个进胶管采用多点进浇的方式完成制品的成型过程。其中，优选地，该成型模具采用多点进浇的方式进行浇注。其中，注射压力优选为在100mpa-140mpa之间。更为优选地，注塑、保压以及冷却三个阶段的注塑压力分别调整为100mpa、120mpa以及100mpa。

s5、成型模具开模并顶出碳纤维复合材料制品。其中，步骤s5进一步包括：先通过模具的开模带动斜顶组件以及滑块组件的运动，从而脱离制品的倒扣和侧孔结构；随后通过顶针顶出碳纤维复合材料制品。

在本发明的碳纤维复合材料制品的成型模具及成型方法中，通过采用多点进浇的方式对碳纤维复合材料进行注塑成型以获得制品，并采用二次开模的方式对制品进行脱模，使得能够生产出质量好的碳纤维复合材料制品；此外，由于该成型模具具有包含有斜顶和滑块的顶出机构，使得脱模过程中能够顺利地从制品的倒扣和侧孔等结构中脱离，提高了产品的生产效率以及成型质量。由于本发明采用碳纤维复合材料作为原料进行注塑，能够有效地减小所获得的制品的厚度，并减轻其重量，且所制得的制品具有良好的电磁屏蔽性，以及较高的强度，特别适用于制造笔记本电脑外壳，并能够满足消费者对笔记本电脑外壳的需求。