[发明专利]一种大长径比碳纤维复合材料管制作模具和成型方法

说明书

本发明公开了一种大长径比碳纤维复合材料管制作模具，由下模、中模和上模组成，下模和上模分别由多个下模板块和多个上模板块连接而成，每个下模板块的上表面两侧均开设有下模凹槽，中模由两个通过接头连接的中模板块单元组成，每个中模板块单元由多个中模板块连接而成，中模板块的下表面设置有与下模凹槽配合的中模凸块，中模板块的上表面开设有中模凹槽，上模板块的下表面两侧均设置有与中模凹槽配合的上模凸块；本发明还公开了一种大长径比碳纤维复合材料管的成型方法，该方法采用气袋充压结合模压工艺制备得到长径比大于60的碳纤维复合材料管。本发明的模具扩大了管的长径比，提高了成形效率；本发明的方法提高了管的尺寸精度和表面质量。

技术领域

本发明属于碳纤维复合材料制品成型技术领域，具体涉及一种大长径比碳纤维复合材料管制作模具和成型方法。

背景技术

碳纤维复合材料以其比重小、比强度和比模量高、耐高温性能好、耐疲劳性和耐磨性好等独特的优点，在通用航空的设计与制造领域，广泛用于替代铝合金、钛合金、合金钢等材料。传统的碳纤维复合材料管成型多采用手糊法和RTM法，但这两种成型方法制得的产品强度较差，含胶量不易控制，且在制备大尺寸部件时产品质量的一致性较难保证。目前常用的缠绕法以按照产品的受力状况设计缠绕角度，充分发挥纤维的强度，效率高、可靠性好，但对于管的缠绕在棱角处存在张力过大、小角度缠绕容易出现纤维打滑、绕纱不均等问题，且缠绕成型的产品表面需进行二次加工，一般适用于单面碳纤维复合材料壁厚2mm以上的管件制备。北京航空航天大学的曹晓明采用硅橡胶热膨胀成型工艺制备碳纤维复合材料管，在管件尺寸较小时可以无需外压源，通过硅胶芯模的热膨胀在复合材料内壁均匀传递压力，但对于大长径比产品，硅胶芯膜本体柔软很难入模，也很难保证在膨胀过程中压力的均匀施加，同时，硅胶芯膜在数次使用后的膨胀性能也有所改变，很难保证每批次产品工艺过程的一致。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种大长径比碳纤维复合材料管制作模具。该模具由上模板块连接而成的上模、中模板块连接而成的中模、下模板块连接而成的下模组合而成，可通过增减各模板块来调节模具的尺寸，从而扩大了碳纤维复合材料管的长度，提高了成形效率，灵活方便，安全可靠。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种大长径比碳纤维复合材料管制作模具，其特征在于，由下模、中模和上模组成，所述下模由多个下模板块连接而成，每个所述下模板块的上表面两侧均开设有下模凹槽，所述中模由两个中模板块单元组成，两个中模板块单元通过接头连接，每个所述中模板块单元由多个中模板块连接而成，所述中模板块的下表面设置有与下模凹槽配合的中模凸块，中模板块的上表面开设有中模凹槽，所述模具的上模由多个上模板块连接而成，所述上模板块的下表面两侧均设置有与中模凹槽配合的上模凸块。该组合模具可根据产品尺寸要求进行组合设计，通过增加下模、中模和上模中的各模板块来增加模具的长度，从而提高了碳纤维复合材料管的长径比，同时方便了模具的加工和拆装，提高了成形效率，灵活方便。

上述的一种大长径比碳纤维复合材料管的成型方法，其特征在于，所述下模与中模采用中模凸块定位，所述上模与中模采用定位销定位。上述定位方式保证了模具的整体强度和尺寸精度，避免了夹纱情况的发生。

上述的一种大长径比碳纤维复合材料管的成型方法，其特征在于，所述模具的下模与中模在水平方向采用螺栓紧固连接，所述模具的上模与下模在垂直方向采用螺栓紧固连接。上述紧固连接方式利用螺栓构成的顶出机构使中模变为动模，使得脱模更加方便快捷，并同时保护了模具中产品的外形面及直线度。

另外，本发明还提供了一种大长径比碳纤维复合材料管成型方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤一、将浸泡过脱模剂的气袋包覆在木芯模的表面，然后将预浸料平整地铺覆在充压气袋上；所述预浸料为碳纤维/环氧树脂预浸料；所述木芯内模为长方体，木芯模的外壁形状与碳纤维复合材料管的内壁形状相匹配，且木芯模的尺寸不大于所述碳纤维复合材料管的内壁尺寸；