一种氢能汽车碳纤维产品成型模具及成型方法与流程

本发明涉及氢能汽车碳纤维产品成型技术领域，具体为一种氢能汽车碳纤维产品成型模具及成型方法。

背景技术：

随着新能源汽车的发展，汽车轻量化被越来越重视，而碳纤维复合材料由于其轻质高强的优点成为汽车轻量化的理想替代材料，越来越受到各行业关注，年需求量也逐年攀升，未来市场前景可期。

市场上的氢能汽车碳纤维产品成型模具需要高能耗成型，且产品力学性能低，表面质量差，不适合制造a级表面外观件、结构件、半结构件，生产效率较低的缺点。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种氢能汽车碳纤维产品成型模具及成型方法，以解决上述背景技术中提出的氢能汽车碳纤维产品成型模具需要高能耗成型，且产品力学性能低，表面质量差，不适合制造a级表面外观件、结构件、半结构件，生产效率较低的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种氢能汽车碳纤维产品成型模具，包括单面模具、抽真空管和压缩空气快速接口，所述单面模具的上端中心位置开设有模具型腔，且单面模具的上端两侧设置有金属网堵头，所述抽真空管连接于金属网堵头的下端，且抽真空管的另一端连接有抽真空快速接头，所述单面模具的内部位于模具型腔的外侧设置有加热/冷却管，且模具型腔的内部放置有碳纤维预浸料，所述单面模具的上端靠近模具型腔的开设有法兰槽，且法兰槽的内侧设置有硅胶膜法兰，所述硅胶膜法兰的外侧连接有硅胶膜，所述单面模具的上端靠近边缘处设置有螺纹导柱，且单面模具的上端连接有盖板，所述盖板通过导套、螺纹导柱和六角螺母与单面模具相连接，所述压缩空气快速接口设置于盖板的上端中心位置，且盖板的上端左侧设置有压力表。

优选的，所述模具型腔与单面模具呈一体化结构，且金属网堵头沿模具型腔的竖直中轴线对称分布。

优选的，所述抽真空快速接头与抽真空管呈垂直状分布，且抽真空快速接头通过抽真空管与金属网堵头呈连通状结构。

优选的，所述加热/冷却管等距分布于模具型腔的外侧，且加热/冷却管与模具型腔之间呈全包围结构。

优选的，所述法兰槽与单面模具呈一体化结构，且法兰槽的内侧尺寸与硅胶膜法兰的外侧尺寸相吻合。

优选的，所述螺纹导柱等距分布于单面模具的上端，且螺纹导柱与单面模具呈垂直状分布。

优选的，所述导套与盖板呈嵌入结构，且盖板通过导套、六角螺母和螺纹导柱与单面模具之间构成活动结构。

优选的，所述压缩空气快速接口通过盖板与模具型腔呈连通状结构，且压力表与盖板呈垂直状分布。

本发明还提供如下技术方案：一种氢能汽车碳纤维产品成型方法，包括以下具体步骤：

a.结构设计

设计碳纤维成型模具为单面模具+盖板结构，单面模具用于放置预型好的碳纤维预浸料，盖板用于封闭单面模具，提供压缩空气封闭环境，单面模具上设计与产品造型一致的模具型腔，用于放置预型好的碳纤维预浸料，以便于成型；

b.管路布置

模具型腔以下30-40mm处设计加热/冷却管，加热/冷却管直径15-20mm,加热/冷却管需随产品造型布置，以保证产品各部位受热均匀，相邻的加热/冷却管之间间距60-80mm，加热/冷却管为加热和冷却共用管路，成型时采用水蒸气代替传统的热媒油，冷却时使用冷水冷却，这样实现了加热和冷却共用管路，不需要设计两套管路，缩短模具制造周期的同时降低成本，另外采用水蒸气相较热媒油，能耗低，加热速率高50％以上，降低能耗成本同时提高生产效率，模具型腔边缘以外40-50mm处设计抽真空管，抽真空管一端设计在模具外边缘抽真空快速接头，一端放置金属网堵头防止将硅胶膜抽入抽真空管内。抽真空管数量可根据产品造型和大小程度等因素合理布置；

c.密封设计

金属网堵头向外30-40mm沿模具型腔周圈设计一圈法兰槽，用于放置硅胶膜法兰，法兰槽通常使用圆形，直径与硅胶膜法兰相同，法兰槽100-120mm设计一圈螺纹导柱，相邻螺纹导柱间距200-250mm，螺纹导柱用于与盖板(12)合模并锁紧盖板，盖板与单面模具在金属网堵头以外的区域设计零贴，盖板设计需保证在模具型腔面上形成一个空腔区域，用以充入压缩空气对碳纤维预浸料施压，盖板壁厚需根据产品造型、产品尺寸大小、盖板结构、刚度等因素综合考虑设计，以确保盖板可提供足够的压合力以密封压缩空气，盖板在与硅胶膜法兰接触的区域表面需光滑平整，必要时可进行抛光处理，以保证压合后与硅胶膜法兰形成密封不漏气；

d.模具组装

盖板在螺纹导柱对应位置设计导套，导套和螺纹导柱之间间隙为0.5mm，盖板上设计检测压缩空气压力的压力表，用以监测成型过程压力，盖板上设计充入压缩空气快速接口，用以连接外部气源，压力表和压缩空气快速接口设计在上述密封设计项所述的空腔区域上方，盖板和单面模具，在所有螺纹导柱处使用六角螺母锁紧，锁紧扭力不低于20n.m，盖板和单面模具压合前需在碳纤维预浸料上放一个硅胶膜，硅胶膜的造型与模具型腔一致，硅胶膜耐温不低于160℃，厚度2-3mm，硅胶膜边缘一圈自带硅胶膜法兰放置于法兰槽内。

本发明提供的的技术方案具备以下有益效果：

1、本发明通过设置为一体化结构的模具型腔与单面模具，可以保证模具型腔的实际使用效果，单面模具用于放置预型好的碳纤维预浸料，盖板用于封闭单面模具，提供压缩空气封闭环境，模具型腔的设计与产品造型为一致，用于放置预型好的碳纤维预浸料，以便于成型。

2、本发明通过垂直状分布的抽真空快速接头与抽真空管，可以保证之间位置的准确性，避免出现偏移影响真空抽取的效果，连通状的结构保证对模具型腔真空抽取的有效性与持续性，抽真空管一端设计在单面模具外边缘抽真空快速接头，一端放置金属网堵头防止将硅胶膜抽入抽真空管内。抽真空管数量可根据产品造型和大小程度等因素合理布置。

3、本发明通过加热/冷却管为加热和冷却共用管路，成型时采用水蒸气代替传统的热媒油，冷却时使用冷水冷却，这样实现了加热和冷却共用管路，不需要设计两套管路，缩短模具制造周期的同时降低成本，另外采用水蒸气相较热媒油，能耗低，加热速率高50％以上，降低能耗成本同时提高生产效率。

4、本发明通过设置为一体化结构的法兰槽与单面模具，可以保证硅胶膜法兰放置在法兰槽内部的稳定性，避免出现偏移影响盖板与单面模具之间闭合紧密性的情况，尺寸相吻合的法兰槽与硅胶膜法兰，可以保证硅胶膜法兰与法兰槽之间连接的紧密性，以确保盖板可提供足够的压合力以密封压缩空气。

5、本发明通过设置在单面模具上端边缘处的螺纹导柱，配合盖板内部设置有的导套，通过六角螺母便于对盖板和单面模具之间进行固定连接，保证两者之间连接的牢固性，避免出现在实际使用过程中盖板松动影响模具成型的情况，同时设置在盖板上的压力表，用以监测成型过程压力，保证成型的质量。

附图说明

图1为本发明一种氢能汽车碳纤维产品成型模具的整体闭合结构示意图；

图2为本发明一种氢能汽车碳纤维产品成型模具的整体打开结构示意图；

图3为本发明一种氢能汽车碳纤维产品成型模具的模具型腔俯视结构示意图；

图4为图1中a处放大结构示意图；

图中：1、单面模具；2、模具型腔；3、金属网堵头；4、抽真空管；5、抽真空快速接头；6、加热/冷却管；7、碳纤维预浸料；8、法兰槽；9、硅胶膜法兰；10、硅胶膜；11、螺纹导柱；12、盖板；13、六角螺母；14、导套；15、压缩空气快速接口；16、压力表。

具体实施方式

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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，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。

在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上；术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“前端”、“后端”、“头部”、“尾部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

请参阅图1-4，本发明提供一种技术方案：一种氢能汽车碳纤维产品成型模具，包括单面模具1、模具型腔2、金属网堵头3、抽真空管4、抽真空快速接头5、加热/冷却管6、碳纤维预浸料7、法兰槽8、硅胶膜法兰9、硅胶膜10、螺纹导柱11、盖板12、六角螺母13、导套14、压缩空气快速接口15和压力表16，单面模具1的上端中心位置开设有模具型腔2，且单面模具1的上端两侧设置有金属网堵头3，模具型腔2与单面模具1呈一体化结构，且金属网堵头3沿模具型腔2的竖直中轴线对称分布，设置为一体化结构的模具型腔2与单面模具1，可以保证模具型腔2的实际使用效果，单面模具1用于放置预型好的碳纤维预浸料7，盖板12用于封闭单面模具1，提供压缩空气封闭环境，模具型腔2的设计与产品造型为一致，用于放置预型好的碳纤维预浸料7，以便于成型。

抽真空管4连接于金属网堵头3的下端，且抽真空管4的另一端连接有抽真空快速接头5，抽真空快速接头5与抽真空管4呈垂直状分布，且抽真空快速接头5通过抽真空管4与金属网堵头3呈连通状结构，垂直状分布的抽真空快速接头5与抽真空管4，可以保证之间位置的准确性，避免出现偏移影响真空抽取的效果，连通状的结构保证对模具型腔2真空抽取的有效性与持续性，抽真空管4一端设计在单面模具1外边缘抽真空快速接头5，一端放置金属网堵头3防止将硅胶膜10抽入抽真空管4内。抽真空管4数量可根据产品造型和大小程度等因素合理布置。

单面模具1的内部位于模具型腔2的外侧设置有加热/冷却管6，且模具型腔2的内部放置有碳纤维预浸料7，加热/冷却管6等距分布于模具型腔2的外侧，且加热/冷却管6与模具型腔2之间呈全包围结构，加热/冷却管6为加热和冷却共用管路，成型时采用水蒸气代替传统的热媒油，冷却时使用冷水冷却，这样实现了加热和冷却共用管路，不需要设计两套管路，缩短模具制造周期的同时降低成本，另外采用水蒸气相较热媒油，能耗低，加热速率高50％以上，降低能耗成本同时提高生产效率。

单面模具1的上端靠近模具型腔2的开设有法兰槽8，且法兰槽8的内侧设置有硅胶膜法兰9，硅胶膜法兰9的外侧连接有硅胶膜10，法兰槽8与单面模具1呈一体化结构，且法兰槽8的内侧尺寸与硅胶膜法兰9的外侧尺寸相吻合，设置为一体化结构的法兰槽8与单面模具1，可以保证硅胶膜法兰9放置在法兰槽8内部的稳定性，避免出现偏移影响盖板12与单面模具1之间闭合紧密性的情况，尺寸相吻合的法兰槽8与硅胶膜法兰9，可以保证硅胶膜法兰9与法兰槽8之间连接的紧密性，以确保盖板12可提供足够的压合力以密封压缩空气。

单面模具1的上端靠近边缘处设置有螺纹导柱11，且单面模具1的上端连接有盖板12，盖板12通过导套14、螺纹导柱11和六角螺母13与单面模具1相连接，压缩空气快速接口15设置于盖板12的上端中心位置，且盖板12的上端左侧设置有压力表16，螺纹导柱11等距分布于单面模具1的上端，且螺纹导柱11与单面模具1呈垂直状分布，导套14与盖板12呈嵌入结构，且盖板12通过导套14、六角螺母13和螺纹导柱11与单面模具1之间构成活动结构，压缩空气快速接口15通过盖板12与模具型腔2呈连通状结构，且压力表16与盖板12呈垂直状分布，设置在单面模具1上端边缘处的螺纹导柱11，配合盖板12内部设置有的导套14，通过六角螺母13便于对盖板12和单面模具1之间进行固定连接，保证两者之间连接的牢固性，避免出现在实际使用过程中盖板12松动影响模具成型的情况，同时设置在盖板12上的压力表16，用以监测成型过程压力，保证成型的质量。

该氢能汽车碳纤维产品成型方法包括以下具体步骤：

a.结构设计

设计碳纤维成型模具为单面模具1+盖板12结构，单面模具1用于放置预型好的碳纤维预浸料7，盖板12用于封闭单面模具1，提供压缩空气封闭环境，单面模具1上设计与产品造型一致的模具型腔2，用于放置预型好的碳纤维预浸料7，以便于成型；

b.管路布置

模具型腔2以下30-40mm处设计加热/冷却管6，加热/冷却管6直径15-20mm,加热/冷却管6需随产品造型布置，以保证产品各部位受热均匀，相邻的加热/冷却管6之间间距60-80mm，加热/冷却管6为加热和冷却共用管路，成型时采用水蒸气代替传统的热媒油，冷却时使用冷水冷却，这样实现了加热和冷却共用管路，不需要设计两套管路，缩短模具制造周期的同时降低成本，另外采用水蒸气相较热媒油，能耗低，加热速率高50％以上，降低能耗成本同时提高生产效率，模具型腔2边缘以外40-50mm处设计抽真空管4，抽真空管4一端设计在模具外边缘抽真空快速接头5，一端放置金属网堵头3防止将硅胶膜10抽入抽真空管4内，抽真空管4数量可根据产品造型和大小程度等因素合理布置；

c.密封设计

金属网堵头3向外30-40mm沿模具型腔2周圈设计一圈法兰槽8，用于放置硅胶膜法兰9，法兰槽8通常使用圆形，直径与硅胶膜法兰9相同，法兰槽8100-120mm设计一圈螺纹导柱11，相邻螺纹导柱11间距200-250mm，螺纹导柱11用于与盖板12合模并锁紧盖板12，盖板12与单面模具1在金属网堵头3以外的区域设计零贴，盖板12设计需保证在模具型腔2面上形成一个空腔区域，用以充入压缩空气对碳纤维预浸料7施压，盖板12壁厚需根据产品造型、产品尺寸大小、盖板12结构、刚度等因素综合考虑设计，以确保盖板12可提供足够的压合力以密封压缩空气，盖板12在与硅胶膜法兰9接触的区域表面需光滑平整，必要时可进行抛光处理，以保证压合后与硅胶膜法兰9形成密封不漏气；

d.模具组装

盖板12在螺纹导柱11对应位置设计导套14，导套14和螺纹导柱11之间间隙为0.5mm，盖板12上设计检测压缩空气压力的压力表16，用以监测成型过程压力，盖板12上设计充入压缩空气快速接口15，用以连接外部气源，压力表16和压缩空气快速接口15设计在上述密封设计项所述的空腔区域上方，盖板12和单面模具1，在所有螺纹导柱11处使用六角螺母13锁紧，锁紧扭力不低于20n.m，盖板12和单面模具1压合前需在碳纤维预浸料7上放一个硅胶膜10，硅胶膜10的造型与模具型腔2一致，硅胶膜10耐温不低于160℃，厚度2-3mm，硅胶膜10边缘一圈自带硅胶膜法兰9放置于法兰槽8内。

综上，该氢能汽车碳纤维产品成型模具设计方法，使用时，将六角螺母13松开，取出盖板12，然后将已经预型好的碳纤维预浸料7按照造型放入模具型腔2内部，将硅胶膜10按照造型放在碳纤维预浸料7上面，硅胶膜法兰9放入法兰槽8内，设置为一体化结构的法兰槽8与单面模具1，可以保证硅胶膜法兰9放置在法兰槽8内部的稳定性，避免出现偏移影响盖板12与单面模具1之间闭合紧密性的情况，尺寸相吻合的法兰槽8与硅胶膜法兰9，可以保证硅胶膜法兰9与法兰槽8之间连接的紧密性，以确保盖板12可提供足够的压合力以密封压缩空气，在硅胶膜10与碳纤维预浸料7接触的一侧需涂抹脱模剂等离型作业试剂以便于脱模与碳纤维预浸料7分开，特殊情况可在碳纤维预浸料7与硅胶膜10之间放一侧离型膜等，然后合下盖板12，锁紧所有六角螺母13，设置在单面模具1上端边缘处的螺纹导柱11，配合盖板12内部设置有的导套14，通过六角螺母13便于对盖板12和单面模具1之间进行固定连接，保证两者之间连接的牢固性，避免出现在实际使用过程中盖板12松动影响模具成型的情况，同时设置在盖板12上的压力表16，用以监测成型过程压力，保证成型的质量，然后接上蒸汽、抽真空、充气接头，先抽真空再加热和冲压缩空气加压，加热20分钟后关闭加热蒸汽切换成冷水进行冷却5分钟，然后关闭冷水，关闭压缩空气，关闭真空，最后松开螺母，取出盖板12，取出产品。

以上，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。