一种能够快速加热或冷却的RTM模具结构及其使用方法与流程

本发明涉及液体成型复合材料制造技术中的rtm(树脂传递模塑)领域，具体涉及一种能够快速加热/冷却的rtm模具及使用方法。

背景技术：

随着复合材料在航空航天、民用领域所起的作用越来越明显，复合材料制造成本居高不下已经成为了复合材料制造技术迫切需要解决的问题，而液体成型技术作为复合材料低成本制造技术的主要发展方向之一，已获得了越来越多的关注。常规的预浸料－热压罐工艺，因预浸料需低温存贮(－18℃以下)运输，同时产品尺寸受热压罐尺寸的限制，且热压罐设备的制造成本和运营成本极高，制造成本已经严重限制了复合材料制造技术的进一步发展。

rtm(树脂传递模塑成型)作为液体成型技术中最具有发展前景的技术，在军、民机以及汽车领域获得了越来越多的应用。而模具的快速加热/冷却结构设计作为rtm技术中的关键，其设计思想直接影响着产品最终的质量、合格率、成本以及模具寿命。rtm技术是在一定温度下，将真空除泡的低粘度树脂，在模具抽真空的情况下，将树脂借助压力注入预先铺覆好纤维增强预制体的封闭模具内，使树脂充分浸润纤维增强预制体，升温固化获得复合材料。其不同于注塑工艺，其内部预先铺贴有增强纤维，注胶时模具内外完全真空，注胶后模具需承受一定的压力及固化压力。rtm模具加热/冷却主要采用烘箱加热，但烘箱加热/冷却速率慢，且其采用热传导进行模具加热和冷却，加热效率低下，模具温度均匀性差，容易引起模具变形和产品质量问题。模具快速加热冷却系统也已逐步取代烘箱加热，其由快速加热/冷却系统、模具组成，以加热/冷却油作为媒介，通过热传导对模具进行加热和冷却，实现模具的可设计性。

加热时，加热/冷却系统通过电加热油，在动力下使油通过模具腔体，实现模具的快速加热；冷却时，加热/冷却系统通过水冷却油后，在动力下使油通过模具腔体，实现模具的快速冷却。设计该类模具时，在模具内钻制纵横交错的长孔，根据热分布对长孔进行封堵，形成加热/冷却油流动回路，以保证加热油的热传递效率，但对于结构复杂、尺寸较大(大于500mm＊500mm)的rtm模具，其孔的长度更大、管路结构也更复杂，其模具加工成本更高。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种具备快速加热/冷却油路结构的rtmm低成本模具设计制造及使用方法。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种能够快速加热/冷却的rtm模具结构，该结构包括上加热/冷却模块、模具本体和下加热/冷却模块，上下加热/冷却模块上分别开有s型凹槽，模具本体包括上模、芯块和下模，加热/冷却管路安装在上下加热/冷却模块的凹槽内，模具本体放置在上下加热/冷却模块之间，并与模具本体固定连接。管路可为一段或多段管路。多段管路中每一段的弯曲形式和走向均可不一致。管路伸出模具两端的长度为5mm－200mm，每段管路上设置一个注入口和至少一个出油口。管路为铜管管道。

上下加热/冷却模块上的s型凹槽弯曲形状和深度、宽度可以一致也可以不一致，放置在上下加热/冷却模块s型凹槽内的管路直径可以一致也可以不一致。管路与s型凹槽的凹槽壁之间设置填充物，填充物使管路与模具紧密接触。填充物可为低熔点金属材料，例如铝镁合金。上下加热/冷却模块与模具本体通过螺纹连接。

该模具结构的使用方法，包括如下步骤：

步骤一：将上下加热/冷却模块与模具本体紧固；

步骤二：加热时，将热油注入管路，热量通过管道和填充物快速传递到模具本体上，实现对模具本体的加热；

步骤三：冷却时，将冷却油注入管道内，模具本体的热量通过填充物和管道传递给冷却油，冷却油将热量带出出油口，实现模具本体的快速冷却。

本发明的有益效果是：通过将常规的油加热模具设计为模具本体和加热/冷却模块，可有效降低模具的设计和制造成本，实现了rtm模具的快速加热和冷却；将加热/冷却模块设有s型凹槽，s型凹槽可根据热量分布进行设计，槽内布置铜管结构，铜管与加热/冷却模块间采用高导热材料填充，在保证模具传热效率的前提下，避免了长尺寸、高精度孔的加工和封堵降低模具的制造成本；并在模具加热模块损坏后，实现低成本更换。

附图说明

图1为本发明结构示意图；

图2为加热/冷却模块示意图；

图3为模块本体结构示意图；

图4为局部加热/冷却模块示意图；

图5为铜管安装结构示意图；

图中，1－上加热/冷却模块，2－铜管，3－模具本体，4－下加热/冷却模块，5－填充物，6－凹槽。

具体实施方式

下面结合附图进一步详细描述本发明的技术方案，但本发明的保护范围不局限于以下所述。

如图1－图5所示，该rtm模具，包括模具本体3和加热/冷却模块；加热/冷却模块上设置凹槽6，管道安装在凹槽6中；

管道与凹槽回路6的凹槽壁之间设置填充物5，加热/冷却模块以及填充物5与模具本体3的表面紧密接触，借助螺钉使上下加热/冷却模块1，4分别于模具本体3紧固；

管道伸出加热/冷却模块的长度为5mm－200mm，加热/冷却模块设置至少一个注入口和至少一个出油口。优选地，注入口和出油口设置在rtm模具的不同侧。管道末端(注入口)与快速加热/冷却设备相连。加热冷却模块承受加热/冷却油的压力并满足密封要求，保证油不渗漏、不污染模具型腔。

该实施例中，管道为铜管2管道，采用铜质材料，导热效果好。

如图2－图4所示，凹槽6的基本单元为l形支路，各个l形支路收尾相连形成的凹槽6分布在模块本体上。支路形成回路，整个凹槽6呈s形，合理分布在模具本体3上，便于导热。优选地，凹槽密度、轴线布置根据模具内热效率需求进行设计，采用开口加工方式，降低了加工难度和加工费用。

本实施例中如图5所示，填充物5为铝镁合金，铝镁合金的导热效果好，易保证填充质量。

本例中加热/冷却油路结构包括上加热/冷却模块1和下加热/冷却模块4；上加热/冷却模块1设置在模具本体3上，下加热/冷却模块4设置在模具本体3下。常规rtm模具包括上模、下模和芯模，芯模数量、模具尺寸依据产品结构不同而不同。通过两个加热/冷却模块分别对上模和下模进行导热，加热或者冷却的效果更好，热传导效率更高。

加热/冷却模块与模具本体3通过螺丝连接，连接后需保证加热/冷却模块与模具本体3紧密接触，间隙采用铝镁合金填充，避免空腔，保证热传导效率。

加热/冷却模块和模具本体3均为长方体结构，加热/冷却模块和模具本体3的长和宽一致，整个设备或者装置整体性更强，对位效果好，便于操作。

将加热/冷却模块的四个的角分别定义为第一角、第二角、第三角和第四角；其中第一角和第三角为对角，第二角和第四角为对角；

注入口设置在第一角，出油口设置在第三角；或者注入口设置在第二角，出油口设置在第四角。

上加热/冷却模块1和下加热/冷却模块4的四个角对应(上加热/冷却模块1的第一角对应下加热/冷却模块4的第一角，上加热/冷却模块1的第二角对应下加热/冷却模块4的第二角，上加热/冷却模块1的第三角对应下加热/冷却模块4的第三角，上加热/冷却模块1的第四角对应下加热/冷却模块4的第四角)，其中上加热/冷却模块1的注入口设置在上加热/冷却模块1第一角，上加热/冷却模块1的出油口设置在上加热/冷却模块1的第三角；或者上加热/冷却模块1的注入口设置在上加热/冷却模块1的第二角，上加热/冷却模块1的出油口设置在上加热/冷却模块1的第四角。下加热/冷却模块4的注入口设置在下加热/冷却模块4第一角，下加热/冷却模块4的出油口设置在下加热/冷却模块4的第三角；或者下加热/冷却模块4的注入口设置在下加热/冷却模块4的第二角，下加热/冷却模块4的出油口设置在下加热/冷却模块4的第四角。

填充物5填平加热/冷却模块的凹槽6，保证填充物5和设置凹槽6的加热/冷却模块面形成一个平面。

该rtm模具使用方法：

步骤一：将加热/冷却模块与模具本体3紧固；

步骤二：加热时，将热油注入管道，热量通过管道和填充物5快速传递到模具本体3上，实现对模具本体3的加热；

步骤三：冷却时，将冷却油注入管道内，模具本体3的热量通过填充物5和管道传递给冷却油，冷却油将热量带出出油口，实现模具本体3的快速冷却。下面对各个部分进行进一步描述：

1)模具本体3部分

模具本体3部分用于实现rtm成型过程中的各种功能，与产品结构相关，一般采用分块、组合、销钉定位、斜面定位等方法，进行实现，并设置注胶口、出胶口，采用密封条进行模具密封等，包括上模、下模和芯块等，本发明正是通过对上模和下模进行加热或者冷却，实现模具的快速加热或者制冷。

2)加热/冷却模块

加热/冷却模块上设计有凹槽6，凹槽6中安放铜管2，铜管2与凹槽间采用导热性好，熔点低的金属填充，如铝镁合金等，以保证热传导效率，填充后，加热/冷却模块凹槽面为平面。

3)加热/冷却模块与模具本体3连接

模具本体3上下各分布一组加热/冷却模块，加热冷却模块采用螺钉与模具本体3连接，连接面可采用铝镁合金等导热系数好，硬度低、熔点低的金属进行补偿填充，以保证加热/冷却效率。

4)使用方法：

模具加热时，快速加热/冷却系统启动加热功能，将加热油借助动力(电机)注入铜管2内，热量通过铜管2传递给填料(铝镁合金)，铝镁合金将热量传递给模具，实现模具的快速加热；冷却时，快速加热/冷却系统启动冷却功能，将冷却油借助动力注入铜管2内，热量通过填料(铝镁合金)传递给铜管2，铜管2将热量传递给加热冷却油，实现模具的快速冷却。

本发明在解决rtm模具加热冷却效率低的前提下，简化模具设计结构，降低模具制造难度，减少模具制造成本。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，应当指出的是，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。