一种适用于真空辅助成形工艺的万用模具的制作方法

本发明涉及复合材料制造技术领域，特别涉及一种适用于真空辅助成形工艺的万用模具。

背景技术：

在复合材料制造领域，真空辅助成形工艺具有成本低，适合大尺寸、大厚度结构件的制作，制件质量较好，是复合材料产品研发阶段较为合适的成形工艺。真空辅助成形工艺是在单面刚性模具上以柔性真空袋薄膜包覆、密封纤维增强材料，然后在真空负压下排除模腔中的气体，利用树脂的流动和渗透实现对树脂及其织物的浸渍，并在室温或者加热条件下固化成形的一种工艺方法。

目前，真空辅助成形工艺的单面刚性模具根据制件数量和质量的要求可分为自带加热模块的钢制模具和不带加热模块的玻璃钢模具。钢制模具反复多次使用后不变形，稳定性较好，但是造价昂贵，适用于所需样件数量较多的产品；玻璃钢模具造价相对较低，只能保证前几次制件的质量，适用于所需样件数量较少的产品。

例如公开号为CN104772911A的专利文献公开了一种热塑性纤维复合材料的成形方法及其成形模具，该成形方法包含：一入模步骤：将热塑性材料及纤维布材置于模具的模穴内；一抽真空步骤：将该模具的模穴进行抽真空，使该纤维布材贴紧于该模穴表面；一第一加热步骤：对该模具进行加热，并将该模具温度保持在80～200℃之间，让该热塑性材料及纤维布材软化；一第二加热步骤：对该模具持续进行加热，并将该模具温度保持在150～300℃之间，让该热塑性材料及纤维布材相互粘结成一体；一降温固化步骤：对该模具进行降温，并将该模具保持在室温，且时间在15秒至30分钟之间，让相互粘结成一体的该热塑性材料及纤维布材固化，而得一成品；一取料步骤：开模后，取出已固化完成的成品，使用方便。

但是由于玻璃钢模具可重复使用性较差，使用若干次之后便报废，造成了极大的资源浪费。同时产品的研发阶段其结构与形状一直在改进和优化，所需要的样件数量也较少，因此大部分产品在研发阶段均使用玻璃钢模具。但是每更新一次产品的形状就需要重新制造模具，在影响产品的研发进度同时还会造成资源的浪费。

技术实现要素：

本发明提供了一种适用于真空辅助成形工艺的万用模具，可以多次重复使用，同时保证模具面的精度，大大缩短了模具制作时间，提高了产品研发效率，节约了大量资源。

一种适用于真空辅助成形工艺的万用模具，包括模具成形模块和扫描测控模块；

所述模具成形模块包括：

多个伸缩单元，规则排布形成成型区域；

柔性模具面板，位于成型区域，底面与所有伸缩单元的输出端连接；

所述扫描测控模块包括：

控制单元，根据接收的模型数据控制多个伸缩单元的输出端位置以使柔性模具面板形成所需的模具表面；

扫描单元，布置在所述柔性模具面板的上方用于收集模具面成形数据并反馈给控制单元。

本发明的伸缩单元的个数以及排布方式可以根据研发产品的尺寸和结构类型进行调整，伸缩单元的个数越多，模具面的有效控制点就越多，能够提高模具面的精度与光顺度，通过真空辅助成形做出的产品质量更高。

柔性模具面板与伸缩单元连接方式很多，可以直接通过机械结构固定连接，优选的，所述伸缩单元包括伸缩驱动件以及固定在该伸缩驱动件输出端的球形磁石，所述柔性模具面板采用不锈钢并通过所述球形磁石的吸引力与所述伸缩单元连接。所述的柔性模具面板有较好的柔性，厚度较薄不易发生皱褶，能够保证成形后的刚度满足真空辅助成形工艺的要求，加热至80度变形量小。球形磁石能够牢牢吸住不锈钢柔性模具面板并能够在模具面上发生滑移，永远与模具面保持相切，能够减少模具面褶皱的发生，保证模具面的平滑度，另外还对模具面起到了支撑的作用。

为了降低计算量的同时保证制造精度，优选的，所述球形磁石的直径为80mm～100mm。

为了降低计算量的同时保证制造精度，优选的，相邻球形磁石的水平距离为40mm～50mm。

为了降低计算量的同时保证制造精度，优选的，所述柔性模具面板的厚度为1.5mm～3mm。

优选的，所述伸缩驱动件包括：

电机；

丝杆，与电机连接；

传动撑杆，与丝杆螺纹传动连接，顶端固定有所述的球形磁石；

导轨，安装有所述的传动撑杆；

位置传感器，用于反馈传动距离。

优选的，所述位置传感器采用光电码盘传感器，将丝杆的转动转化为光信号脉冲以实现对传动撑杆伸缩高度的测量和控制。

本发明的伸缩单元中，通过电机驱动带动丝杆旋转，丝杆通过螺纹传动撑杆上下移动到指定位置，导轨保证传动撑杆移动的平稳性。所述的光电码盘传感器将丝杆的转动转化为光信号脉冲，能够撑杆的传动距离使撑杆顶端的球形磁石到达指定的高度。

伸缩单元将驱动模块与传动模块一体化，替代了一般柔性模具中所使用的液压伸缩结构，解决了液压伸缩结构中存在的漏油，保压，多个液压伸缩单元同步性差，液压油传送管道复杂等问题，大大简化了伸缩单元内部结构的同时保证了伸缩高度的精度。

优选的，所述扫描单元包括：

定位控制机构；

激光距离传感器，安装在定位控制机构的输出端上。

定位控制机构包括机架和X-Y定位控制机构。所述的机架底部装有万向轮，能够在模具面调整成形后轻松将其挪走，留出空间进行真空辅助成形工艺制件。所述的激光距离传感器能够对成形后的模具面进行扫描并将收集的模具面成形数据传输给控制单元。

所述的X-Y定位控制机构包括安装在所述机架上的X轴导轨，与所述X轴导轨配套的X轴滑块，安装在所述X轴滑块上用于驱动X轴滑块的X轴电机，与所述X轴电机配套的X轴齿轮，安装在所述机架上配合X轴齿轮行走的X轴齿条，连接所述两个X轴滑块的连接板，安装在所述连接板下方的Y轴导轨，与所述Y轴导轨配套的Y轴滑块，安装在所述Y轴滑块上用于驱动Y轴滑块的Y轴电机，与所述Y轴电机配套的Y轴齿轮，安装在所述连接板上配合Y轴齿轮行走的Y轴齿条，安装在所述Y轴滑块上用于扫描模具面的激光距离传感器。

为了便于计算和控制，优选的，所述多个伸缩单元矩阵排布。

本发明要解决的技术问题：万用模具根据产品外表曲面的三维数据，通过微机控制伸缩单元达到指定的高度，自动成形得到所需要的模具面。同时根据激光扫描测控系统对生成的模具面进行测量，将反馈得到的实际曲面和设计曲面进行比对，进行二次调整成形，反复调整后最终得到满足设计要求的模具曲面。万用模具极大的缩短了模具制作时间，提高了产品研发效率，节约了大量资源。

本发明的有益效果：

本发明的适用于真空辅助成形工艺的万用模具具有成形速度快，成形精度高，并且可以多次反复使用的优点，解决了用于真空辅助成形工艺的传统玻璃钢模具成形工艺复杂，制作周期长，不可重构，浪费材料等问题。

附图说明

图1为本发明的适用于真空辅助成形工艺的万用模具的结构示意图。

图2为本发明的伸缩单元结构示意图。

图中1、螺纹伸缩单元，2、撑杆，3、球形磁石，4、基座，5、模具成形模块，6、控制单元，7、机架，8、万向轮，9、X轴导轨，901、Y轴导轨，10、X轴滑块，1001、Y轴滑块，11、X轴驱动电机，1101、Y轴驱动电机，12、X轴齿轮，1201、Y轴齿轮，13、连接板，14、X轴齿条，1401、Y轴齿条，15、激光扫描测控系统模块，16、激光距离传感器，17、不锈钢模具面板，18、保护外壳，1801、撑杆导轨，19、电机，20、电机齿轮，21、丝杆齿轮，22、丝杆，23、撑杆基座，24、光电码盘传感器，25、光电开关，26、丝杆轴承。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细描述。

如图1所示，本实施例的适用于真空辅助成形工艺的万用模具包括模具成形模块5和激光扫描测控系统模块15两大部分。激光扫描测控系统模块15带有控制单元6。

模具成型模块5包括多个相邻矩阵布置的螺纹伸缩单元1，不锈钢模具面板17和基座4。螺纹伸缩单元1内部结构如图2所示，电机19驱动电机齿轮20转动，电机齿轮20通过啮合作用传动丝杆齿轮21，齿轮21与丝杆22采用插销连接从而带动丝杆22旋转，丝杆轴承26安装在保护外壳18中支撑丝杆22自转，丝杆22上的螺纹与撑杆基座23上的螺纹配合传动，使撑杆基座23沿着撑杆导轨1801上下运动，以实现安装在撑杆基座23上的撑杆2的伸缩运动，光电开关25实时记录光电码盘传感器24旋转的圈数通过控制单元6计算出撑杆2伸缩的距离。撑杆2顶端的球形磁石3与不锈钢模具面板17牢牢吸附，多个螺纹伸缩单元1同步运动伸长至指定高度从而使不锈钢模具面板17成形于设计曲面。

球形磁石3的直径为90mm，相邻球形磁石3的水平距离为45mm，不锈钢模具面板17的厚度为2mm。

激光扫描测控系统模块15还包括机架7，激光距离传感器16以及激光距离传感器的X-Y定位控制机构。X-Y定位控制机构包括安装在机架7上的两根X轴导轨9，X轴齿轮12在X轴驱动电机11的带动下与安装在机架7上的X轴齿条14通过啮合作用带动X轴滑块10在X轴导轨9上滑动，实现激光距离传感器16的X向移动。连接板13将两个X轴滑块10连接保证激光距离传感器16的X向移动的稳定性，Y轴导轨901安装在连接板13上为Y轴滑块1001提供轨道，Y轴齿轮1201在Y轴驱动电机1101的带动下与安装在连接板13上的Y轴齿条1401通过啮合作用带动Y轴滑块1001在Y轴导轨901上滑动，实现激光距离传感器16的Y向移动。

不锈钢模具面板17首次成形后将激光扫描测控系统模块15移动至模具成形模块5上方并锁死机架7四个支腿上安装的万向轮8，之后对成形的曲面进行扫描测量，并在控制单元6中将反馈得到的实际曲面和设计曲面进行比对，对不满足精度要求的控制点发送指令，使指定控制点的撑杆2伸缩或者收缩，对不锈钢模具面板17进行二次成形，如此反复调整直至不锈钢模具面板17的成形精度满足设计要求。不锈钢模具面板17最终成形完成后关掉万向轮8的锁死机构，将激光扫描测控系统模块15移动至其他位置，开始在不锈钢模具面板17使用真空辅助成形工艺进行制件。

综上所述，本实施例的模具的多个螺纹伸缩单元在电机的驱动下能够达到指定的高度，伸缩单元顶端的球形磁石与不锈钢模具面紧紧吸附从而形成所需要的模具面，同时激光扫描测控系统模块能够对成形的模具面进行扫描测量，在工控电脑的控制下对模具面进行多次调整使模具面的精度满足要求。成形速度快，成形精度高，并且可以多次反复使用，解决了用于真空辅助成形工艺的传统玻璃钢模具成形工艺复杂，制作周期长，不可重构，浪费材料等问题。同时，螺纹伸缩单元将驱动模块与传动模块一体化，替代了一般柔性模具中所使用的液压伸缩结构，解决了液压伸缩结构中存在的漏油，保压，多个液压伸缩单元同步性差，液压油传送管道复杂等问题，大大简化了伸缩单元内部结构的同时保证了伸缩高度的精度。

以上所述的具体实施方式对本发明的技术方案和有益效果进行了详细说明，应理解的是以上所述仅为本发明的最优选实施例，并不用于限制本发明，凡在本发明的原则范围内所做的任何修改、补充和等同替换等，均应包含在本发明的保护范围之内。