一种复合材料模压成型方法及自加压装置、模压成型设备与流程

本发明涉及复合材料成型技术领域，尤其涉及一种复合材料模压成型方法及自加压装置、模压成型设备。

背景技术：

模压成型工艺是最为广泛应用的一种复合材料成型工艺。该工艺是将纤维预浸料置于金属模具中，在一定的温度和压力下，压制成型为复合材料制品的一种成型工艺。

在模压成型工艺中，通常使用压机对模具加压加热。由于压机的加热片位于其加压板，热量从模具的上下表面向模具中心传递过程中，会由于模具和周围环境的温差而发生散热损耗。模具越厚、加热的温度越高，则热量损失的就越多。基于上述原因势必会令模具厚度方向存在较为明显的温度梯度。而明显的温度梯度则会令模具内的预浸料无法同时固化，进而固化收缩或膨胀又将促使未固化的树脂发生流动，最终令成型的产品发生不可逆的翘曲。

技术实现要素：

本发明的第一个目的是提供一种用于复位材料模压成型工艺的自加压装置，其代替压机为模压成型所使用的模具提供压力，使其模具能够摆脱压机的限制，选择更为合适的加热方式。

本发明的第二个目的是提供一种用于复合材料模压成型工艺的模压成型设备，解决现有模压成型设备易造成预浸料无法同时固化，从而导致成型的产品发生不可逆的翘曲的问题。

本发明的第三个目的是提供一种复合材料模压成型方法，解决现有工艺方法中因预浸料无法同时固化易导致成型的产品发生不可逆的翘曲的问题。

为了实现上述第一个目的，第一方面本发明提供了一种用于复合材料模压成型工艺中的自加压装置，其第一种实现方式中，自加压装置包括加压件、螺栓和螺母，所述加压件包括多个悬臂，所述悬臂的一端为连接端，另一端为自由端，由所述连接端至所述自由端，所述悬臂的横截面的面积逐渐变小，使所述悬臂的底面逐渐向上倾斜，每个所述悬臂的自由端均设有竖直贯穿所述悬臂的过孔，多个所述悬臂在周向上均匀分布且各个所述悬臂的连接端相互连接形成悬臂连接部；

所述加压件设置在成型模具的一端，所述悬臂连接部与所述成型模具的端面接触且于所述端面的中心，每个所述悬臂的底面与所述端面之间的距离由所述连接端至所述自由端逐渐增加，所述螺栓的一端穿过所述悬臂的过孔以及成型模具后与所述螺母连接，旋转所述螺母使所述悬臂的底面紧贴所述成型模具的端面，向所述成型模具加压。

该实现方式中的自加压装置利用具有多个变截面悬臂的加压件以及螺栓和螺母的配合，向成型模具施压持续均匀的压力，使模压成型工艺脱离了压机的束缚，可以选择更为合适的加热方式为成型模具加热，并且能够适配不同形状的成型模具，通用性较好。

结合第一方面的第一种实现方式，本发明在第一方面的第二种实方式中，螺母与成型模具之间设有弹簧垫圈。

结合第一方面的第一种实现方式或第二种实现方式，本发明在第一方面的第三种实施方式中，悬臂的数量为四个。

结合第一方面的第一种实现方式至第三种实现方式中的任一种实现方式，本发明在第一方面的第四种实施方式中，至少在一个所述悬臂的上表面设置应变片，用于检测所述悬臂的挠度，方便技术人员控制压力的大小。

为了实现上述第二个目的，第二方面本发明提供了一种用于复合材料模压成型工艺的模压成型设备，在其第一种实现方式中，包括烘箱和模压成型部，所述烘箱能够容纳至少一个所述模压成型部，并能够加热所述模压成型部；

所述模压成型部包括成型模具，以及用于向所述成型模具加压的自加压装置，该自加压装置可以为第一方面第一种实现方式至第三种实现方式中的任一种。

该实现方式中的模压成型设备，利用自加压装置为成型模具提供持续均匀的压力，使得模压成型工艺脱离了压机的束缚，利用烘箱为成型模具加热，为成型模具提供一个稳定的加热环境，解决因温度梯度令成型模具内的预浸料无法同时固化，进而导致产品易发生不可逆转的翘曲问题，另外，烘箱内可以一次放置多个成型模具，提高模压成型效率，省时节能。

第三方面本发明还提供了另一种用于复合材料模压成型工艺的模压成型设备，在其第一种实现方式中，包括烘箱、模压成型部和应变仪，所述烘箱能够容纳至少一个所述模压成型部，并能够加热所述模压成型部；

所述模压成型部包括成型模具、用于向所述成型模具加压的自加压装置，该自加压装置使用第一方面第一种实现方式的自加压装置，所述应变片与所述应变仪连接。

该实现方式中的模压成型设备，利用自加压装置为成型模具提供持续均匀的压力，能够为成型模具提供一个稳定的加热环境，还具有能够方便技术人员对加载压力的大小进行控制优点。

为了实现上述第三个目的，第四方面本发明提供了一种复合材料模压成型方法，其第一种实现方式中，使用第二方面第一种实现方式中所述的模压成型设备，成型模具位于烘箱内，先将纤维预浸料置于成型模具中，合模后将自加压装置安装在所述成型模具上，向所述成型模具加压，烘箱向所述成型模具加热。

该模压成型工艺中利用自加压装置为成型模具提供持续均匀的压力，使模压成型工艺脱离了压机的束缚，使用烘箱为成型模具加热，烘箱为成型模提供一个稳定的加热环境，不会出现因温度梯度令成型模具内的预浸料无法同时固化，进而导致产品易发生不可逆转的翘曲问题，另外，烘箱内可以一次放置多个成型模具，提高模压成型效率，省时节能。

第五方面本发明提供了另一种复合材料模压成型方法，其第一种实现方式中，使用第二方面第一种实现方式中所述的模压成型设备，应变片与应变仪连接，成型模具位于烘箱内，先将纤维预浸料置于成型模具中，合模后将自加压装置安装在所述成型模具上，；

根据所述应变仪上的数据显示，调节所述螺母，使所述自加压装置向所述成型模具施加所需的压力，烘箱向所述成型模具加热。

该模压成型工艺中除解决因温度梯度令成型模具内的预浸料无法同时固化，进而导致产品易发生不可逆转的翘曲问题外，还具有能够方便技术人员对加载压力的大小进行控制的优点。

本发明的上述技术方案具有如下优点：本发明提供的用于复合材料模压成型工艺的自加压装置，利用具有多个变截面悬臂的加压件以及螺栓和螺母的配合，向成型模具施压持续均匀的压力，使模压成型工艺脱离了压机的束缚，可以选择更为合适的加热方式为成型模具加热，并且能够适配不同形状的成型模具，通用性较好。

本发明提供的复合材料模压成型设备包括自加压装置和烘箱，利用自加压装置为成型模具提供持续均匀的压力，使模压成型工艺脱离了压机的束缚，从而能够使用烘箱为成型模具加热，为成型模提供一个稳定的加热环境，解决因温度梯度令成型模具内的预浸料无法同时固化，进而导致产品易发生不可逆转的翘曲问题。

本发明提供的复合材料模压成型方法，使用模压成型设备，利用自加压装置为成型模具提供持续均匀的压力，使模压成型工艺脱离了压机的束缚，使用烘箱为成型模具加热，为成型模提供一个稳定的加热环境，解决因温度梯度令成型模具内的预浸料无法同时固化，进而导致产品易发生不可逆转的翘曲问题。

附图说明

本发明附图仅仅为说明目的提供，图中各部件的比例与数量不一定与实际产品一致。

图1是本发明实施例一自加压装置安装在成型模具后的立体图；

图2是本发明实施例一自加压装置安装在成型模具后的正视图；

图3是本发明实施例一自加压装置安装在成型模具后的俯视图；

图4是本发明实施例二自加压装置安装在成型模具后的俯视图；

图5是本发明实施例三自加压装置安装在成型模具后的俯视图；

图6是本发明实施例四自加压装置安装在成型模具后的俯视图。

图中：1：加压件；11：悬臂；12：悬臂连接部；13：应变片；2：螺栓；3：螺母；4：弹簧垫圈；5：成型模具；51：上模；52：下模。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一

如图1-图3所示，本发明实施例提供的用于模压成型工艺的自加压装置，包括加压件1、螺栓2和螺母3，其中加压件1包括多个悬臂11，悬臂11的一端为连接端另一端为自由端，由悬臂的连接端至自由端，悬臂11的横截面的面积逐渐变小，使悬臂11的底面逐渐向上倾斜，每个悬臂11的自由端均设有竖直贯穿悬臂11的过孔，多个悬臂11在周向上均匀分布且各个悬臂11的连接端相互连接形成悬臂连接部12，即多个悬臂11相互之间呈角度设置，相邻的两个悬臂11之间的角度相同。

使用时，加压件1设置在成型模具5的一端，悬臂连接部12与成型模具5的该端的端面接触且位于该端面的中心，每个悬臂11的底面与该端面之间的距离由连接端至自由端逐渐增加。螺栓2的一端穿过悬臂11的过孔以及成型模具5的相对应的过孔后与位于成型模具5的另一端外的螺母3连接，旋转螺母3使悬臂11形变，从而使悬臂11的底面紧贴成型模具5的端面，进而向成型模具5加压。

该实施例中的自加压装置，其加压件1为多悬臂结构，每个悬臂11均为变截面悬臂，通过螺栓2和螺母3的配合，使悬臂11发生形变为加压件1的悬臂提供预紧力，从而使加压件1对成型模具5的加载提供均匀持续的压力，该自加压装置保证了固化过程中始终有符合要求的压力作用在成型模具5上，使上模51和下模52合紧，产品固化顺利进行。另外，通过该自加压装置使得模压成型工艺脱离了压机的束缚，从而可以选择更为合适的加热方式为成型模具5加热，并且也能够克服成型模具5升温热膨胀引起的松弛，而且能够适配不同形状的成型模具，通用性较好。

需要说明的是，悬臂连接部12是为了描述方便而设定的概念，泛指多个悬臂11的连接处附近的区域，其可以各个悬臂11的连接处的过渡部，也可以是各个悬臂11的连接端的一部分共同形成的，在这里对其形状不作限定。

还需要说明的是，一个优选地实施方式中，悬臂11的结构设计可以通过有限元逆向设计取得。

在一些优选地实施方式中，螺母3与成型模具5之间的螺栓2套设有弹簧垫圈4。

在一些优选地实施方式中，加压件1为钢质材料或铝合金制成。

另外，基于力学方面的考量，优选地，加压件1包括四个悬臂11，四个变截面悬臂能够将螺栓对悬臂11的拉紧力较为均匀地传递到成型模具表面，同时不会因为应力集中而破坏成型模具5的表面。

实施例二

如图4所示，本实施例二与实施例一基本相同，相同之处不再赘述，不同之处在于：本实施例中，至少在一个悬臂11的上表面设置应变片13，以检测悬臂11的挠度，进而得到悬臂11对成型模具5施加的压力大小。优选地，应变片13为高温应变片。

需要说明的是，利用应变片13对待测件的挠度变化的检测及压力大小的测量为现有技术，例如，应变片与应变仪配合读取数据。

实施例三

如图5所示，本实施例三与实施例二基本相同，相同之处不再赘述，不同之处在于：自加压装置应用在圆形模具上，加压件1具有三个悬臂11，并且在每个悬臂11上均设有应变片13，从而能够更精确地测得悬臂11对成型模具5施加压力的大小。

实施例四

如图6所示，本实施例四与实施例二基本相同，相同之处不再赘述，不同之处在于：自加压装置应用在矩形模具上，加压件1具有两个悬臂11，在其中一个悬臂11上上设有应变片13。

实施例五

本实施例五提供的用于模压成型工艺的模压成型设备，包括烘箱和模压成型部，其中，烘箱能够容纳至少一个模压成型部，并且能够为模压成型部加热。

其中，模压成型部包括成型模具5以扩与成型模具5相配合的自加压装置，该自加装置可以是实施例一中任一种自加压装置，而自加压装置与成型模具5的配合方式在实施例一中已经披露，在此不再赘述。

还需要说明的是，本实施例中的烘箱只需其具有可以容纳模压成型部的加热腔体即可，其为成熟的现有技术，在此不再限定，附图中也不再进行示意，模压成型装置的结构参见图1-图3。

该实施的模压成型设备，通过自加压装置为成型模具5加压，加压件1对成型模具5的加载提供均匀持续的压力，该自加压装置保证了固化过程中始终有符合要求的压力作用在成型模具5上，使上模51和下模52合紧，进而使产品固化顺利进行，并且使用该自加压装置使得模压成型工艺脱离了压机的束缚，可以使用烘箱为成型模具5加热，烘箱为成型模具5提供的是一个稳定的加热环境，不会出现因温度梯度令成型模具内的预浸料无法同时固化，进而导致产品易发生不可逆转的翘曲问题，另外，烘箱内可以一次放置多个成型模具5，提高模压成型效率，省时节能。

实施例六

本实施例六提供的用于模压成型工艺的模压成型设备，包括烘箱、模压成型部和应变仪，其中，烘箱能够容纳至少一个模压成型部，并且能够为模压成型部加热。

其中，模压成型部包括成型模具5以扩与成型模具5相配合的自加压装置，该自加装置可以是实施例二至实施例四中任一种自加压装置，而自加压装置与成型模具5的配合方式与实施例一中披露的配合方式相同，相同之处不再赘述，不同之处在于，应变片13需要通过导线与应变仪连接。优选地，导线作隔热处理。

需要说明的是，本实施例中的烘箱只需其具有可以容纳模压成型部的加热腔体即可，应变仪的结构以及与应变片13的连接也属于成熟的现有技术，在此不再赘述。基于此，烘箱、应变仪及应变片与应变仪的连接结构在附图中也不再进行示意，模压成型装置的结构参见图1-图6。

该实施的模压成型设备，除具有实施例中所述的优点，还具有能够方便技术人员对加载压力的大小进行控制优点。

实施例七

本实施例七提供的一种复合材料模压成型方法，该方法利用实施例五中的任一种模压成型设备，成型模具5位于烘箱内，将纤维预浸料置于成型模具5中，合模然后将自加压装置安装在成型模具5上，调节螺母3向成型模具5加压，烘箱向成型模具5加热，使得成型模具5在稳定的温度环境中并具有持续的成型压力，该模压成型工艺脱离了压机的束缚，使用烘箱为成型模具5加热，烘箱为成型模具5提供的是一个稳定的加热环境，不会出现因温度梯度令成型模具内的预浸料无法同时固化，进而导致产品易发生不可逆转的翘曲问题，另外，烘箱内可以一次放置多个成型模具5，提高模压成型效率，省时节能。

需要说明的是，烘箱内能够放置的成型模具5的具体数量上限以烘箱的容纳空间为限，在此不做限定。

实施例八

本实施例八提供的一种复合材料模压成型方法，该方法利用实施例六中的任一种模压成型设备，成型模具5位于烘箱内，将纤维预浸料置于成型模具5中，合模然后将自加压装置安装在成型模具5上，保证应变片13与应变仪连接，根据应变仪上的数据显示，调节螺母3，使自加压装置向成型模具施加所需的压力，烘箱向成型模具5加热。本实施例除实施例七中所述的优点，还具有能够方便技术人员对加载压力的大小进行控制的优点。

综上所述，本发明提供的用于模压成型工艺的自加压装置，利用具有多个变截面悬臂的加压件以及螺栓和螺母的配合，向成型模具施压持续均匀的压力，使模压成型工艺脱离了压机的束缚，可以选择更为合适的加热方式为成型模具加热，并且能够适配不同形状的成型模具，通用性较好。

在此基础上，本发明对模压成型设备及模压成型方法进行了改进，使用烘箱为成型模具提供一个稳定的加热环境，解决因温度梯度令成型模具内的预浸料无法同时固化，进而导致产品易发生不可逆转的翘曲问题。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：并非每个实施例仅包含一个独立的技术方案，不存在方案冲突的情况下，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

此外，在不脱离本发明的范围的情况下，对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。