[发明专利]一种具有复合结构的复合材料成型模具的制造方法

说明书

技术领域

本发明属于复合材料成型技术领域，尤其涉及一种具有复合结构的复合材料成型模具的制造方法。

背景技术

复合材料以其高比刚度、高比强度、重量轻、隐身性好以及抗疲劳、抗腐蚀等优点在飞机结构件上越来越多地被采用，如波音B787及空客A350等型号飞机，且复合材料零件的制造呈现尺寸更大、外形更复杂等趋势，因此对复合材料零件的制造质量提出了更高的要求。由于复合材料制件的固化成型特点，其质量尤其是变形控制在很大程度上取决于成型模具的质量。

其中，碳纤维复合材料模具具有热膨胀系数与零件一致成型精度高的特点，但制造成本高、易损坏、使用寿命短、且存在不易脱模及难以修复等缺点制约其大规模应用。Invar钢等金属材料模具具有耐高温、耐磨损、使用周期长等特点，相比碳纤维复合材料模具而言使用寿命长优势显著，但大尺寸复杂结构金属模具重量过大，对运输承载能力以及热压罐设备尺寸要求过高，且现有的制造方法存在精度差、成本高等问题。现有的大尺寸复杂型面模具制造过程是：厚板分块成形，模具型面和支架装配及焊接，分块模具型面拼焊，模具型面铣切粗加工及精加工等。其中型面成形主要是滚弯(或冲压)成形加水火校形，焊接是手工氩弧焊。对于复杂曲率厚板成形加工、成形型面长焊缝拼焊等加工过程易出现外形超差、焊缝处漏气等质量问题，需要返工修复，同时，型面厚板铣切加工量大，成本高。另一方面，现有方法加工的模具型面一旦加工完就固化，不能改变，这对于复合材料结构件的研发初期造成很大不便，无法根据零件的回弹变形结果对模具外形进行修复，只能重新加工新的模具。

因此，针对现有的金属模具加工制造过程易出现的复杂曲率厚板成形控制难、长焊缝焊接质量稳定性差等问题，以及碳纤维复合材料模具使用寿命短、修复难、制造成本高等问题，急需改进现有的模具制造方法，从而在保证模具质量的同时，如何科学有效的实现复合材料模具的高精度成型、低成本制造，是复合材料模具设计和制造亟待解决的难题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对大型、精密复合材料零件成型模具的成形精度低及制造成本高和使用寿命短的问题，提出一种具有复合结构的复合材料成型模具的制造方法，该方法有效的提高复合材料制件的制造精度，提高使用寿命，保证产品质量。

本发明所述的一种具有复合结构的复合材料成型模具的制造方法，该方法的具体步骤为：

步骤一、根据模具数模，加工复合材料模具支架，并对支架进行装配连接；

步骤二、根据模具型面CAD数模利用增材制造方法逐层堆积加工出模具金属型面以及型面与支架装配组件；

步骤三、利用数控机床对模具型面以及型面与支架装配的组件进行粗加工；

步骤四、模具型面与支架通过自锁式组件进行装配连接；

步骤五、对装配好的模具进行型面精加工，完成具有复合结构的复合材料成型模具的制造。

本发明具有的优点和有益效果：

1)金属型面和复合材料支架结构的模具可以缩短模具的制造周期，降低模具制造成本；

2)复杂型面增材制造可以一次性成型，成型精度高，避免传统制造过程中出现的厚板成形控制精度差、对成形设备要求高等问题，以及避免传统制造过程中出现的型面拼焊定位难度大，以及出现漏气缺陷的问题；

4)支架采用复合材料可以减轻模具重量，且与Invar钢型面热膨胀系数接近，减小模具型面与支架之间因热膨胀系数差异造成的变形；

5)自锁式结构装配可以解决金属型面和复合材料支架连接问题，避免传统制造过程中模具型面与支架装配难及焊接工作量大等问题；

6)复合结构模具可以根据工艺要求对模具型面进行修正及修复，避免单一的碳纤维复合材料结构模具型面固化无法改变的特点。

附图说明

图1为本发明的流程图；

图2为具体实施方式五所述的碳纤维复合材料支架；

图3为具体实施方式五所述的模具型面的CAD模型；

图4为具体实施方式五所述的Invar钢型面制造示意图；

图5为具体实施方式五所述的模具型面和支架连接的自锁式结构示意图；

图6为具体实施方式五所述的最终装配好的平尾翼根整流罩模具示意图。

具体实施方式

具体实施方式一、结合图1说明本实施方式，本实施方式所述的一种具有复合结构的复合材料成型模具的制造方法，该方法的具体步骤为：

步骤一、根据模具数模，加工复合材料模具支架，并对支架进行装配连接；