[发明专利]一种热压罐用框架式复合材料成型模具

说明书

本发明涉及一种热热压罐用框架式复合材料成型模具，包括框架式底座及固定在底座上的成型板；所述成型板离热压罐的进风口远处的厚度小于或等于离热压罐的进风口近处的厚度，且所述成型板离热压罐的进风口最近处的厚度大于热压罐的进风口最远处的厚度。该模具可保证复合材料构件成型时固化度基本一致且结构变形小。

技术领域

本发明涉及一种热压罐用框架式复合材料成型模具，属于模具成型技术领域。

背景技术

先进的复合材料，由于具有比强度比模量高、可设计性强、抗疲劳性能好等显著优点，广泛的应用于航空领域。热压罐成型工艺是复合材料制件成型方法主要方法之一，热压罐成型工艺是将预浸料按照材料的铺层设计方式铺放到工装型面上，然后依次铺上吸胶层、透气毡等材料，装入真空袋抽真空，最后按照材料的固化工艺曲线历经升温、加压，最后降温、降压等阶段，使预浸料坯件固化成型为满足设计要求的复合材料零件。该方法可以作为航空航天领域大型复杂曲面的主承力件、次承力件的成型方法。

通常来说，通过热压罐固化复合材料是一个经历升温、保温、降温并伴随加压、降压的过程，在升温阶段，电阻丝持续对空气进行加热，以风机为动力，以空气为传热介质，持续对模具和构件进行加热，保证构件温度不断升高，完成固化成型。降温时，关闭加热装置，同时使用水冷，持续对罐内空气进行降温，风机则使空气的循环流动，保证罐内各处温度的降低。

在热压罐固化工艺过程中，模具成型板表面的温度变化取决于模具型面与流体的外掠平板对流换热以及框架式底座与模具成型板的热传导，当流体外掠过成型板时，成型板与流体接触面会产生边界层，由于流体的粘性作用损耗了动能，使得边界层里的速度沿流动方向减小，结果边界层的厚度沿流动方向不断增加。根据对流换热理论，边界层越厚，导热的热阻也就越大，传热效率也就越低，使得背风端出现低温。另一个导致背风端低温的原因是，由于迎风面框架式底座对背风面框架式底座的阻碍作用，射流冲击换热的强度随着流向而降低，使得背风端格框温度较低，相对于迎风端，对成型板传递的热量较少。

对某一实际成型板进行实验时，测得在升温阶段结束时该成型板表面的温度分布如图1所示，成型面的最大温差达到50.1度，迎风面到背风面温差逐步增大，在距离迎风端约80％的地方出现温度最低的区域，低温区域占模具平面面积约25％，因此，模具的型面的温度分布相当不均匀。温度场不均匀在很大程度上会影响复合材料制件的成型质量，导致复合材料构件受热不均匀，固化度不一致，引起结构变形。因此如何减小复合材料构件在流向上的温度梯度成为亟待解决的问题。

为了提高制件温度场均匀性，在现有技术中主要集中在以下两个方面：一是改进现有的固化工艺；二是提出新工艺、新方法成型复合材料制件。以上改进往往涉及到设备的改进，比较复杂，且在实际生产中都存在一定的困难。

发明内容

本发明要解决技术问题是：克服上述技术的缺点，提供一种可保证复合材料构件成型时固化度基本一致且结构变形小的框架式成型模具。

为了解决上述技术问题，本发明提出的技术方案是：一种热压罐用框架式复合材料成型模具，包括框架式底座及固定在底座上的成型板；所述成型板离热压罐的进风口远处的厚度小于或等于离热压罐的进风口近处的厚度，且所述成型板离热压罐的进风口最近处的厚度大于热压罐的进风口最远处的厚度。

申请人经过长期的研究发现，在固化时复合材料构件的温度场随着加热方向呈现梯度变化的现象中，复合材料构件的外部温度场的影响起到了主导作用。因此，本发明对较常使用的复合材料框架式模具进行改进，将与复合材料接触型板进行变厚度处理，而根据热阻理论，热阻与传导路径长度成正比，即成型板厚度越厚该区域的热阻也就越高，升温也就越加困难。因此，根据这一性质，本发明增加高温区域的成型板厚度，同时降低低温区域的成型板厚度，使得高温区域的热阻变大而低温区域的热阻变小，从而使模具型板表面的温度分布更加均匀。