一种热塑性复合材料平板压制模具与使用方法
阅读说明：本技术 一种热塑性复合材料平板压制模具与使用方法 (Thermoplastic composite material flat plate pressing die and using method ) 是由 谢富原 董晓阳 郭丹旎 李洪哲 陈长胜 戚明刚 于 2021-09-14 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种热塑性复合材料平板压制模具与使用方法,包括上压板、下底板、上模具、下模具、隔热块和支撑板,所述上压板的底部安装有隔热板,所述隔热板的底部安装有上模具；所述上模具的底部安装有下模具,所述下模具的底部安装有三组并排布置的隔热块,所述隔热块的底壁安装有支撑板,所述支撑板的底部安装有下底板；所述上模具和下模具的一侧外壁均匀设置有五组前后布置的加热孔。本发明通过上下模具中所安装的具有加热功能的加热管和冷却功能的冷却管集成,可保证装置降温、升温快速,且上下模具采用H13钢材加工,可在400℃高温中多次利用,且本装置可促使树脂快速结晶,同时上模具在上下活动时,可避免偏移,影响其与下模具的对齐效果。(The invention discloses a thermoplastic composite material flat plate pressing die and a using method thereof, wherein the die comprises an upper pressing plate, a lower bottom plate, an upper die, a lower die, a heat insulation block and a supporting plate, wherein the bottom of the upper pressing plate is provided with a heat insulation plate, and the bottom of the heat insulation plate is provided with the upper die; the bottom of the upper die is provided with a lower die, the bottom of the lower die is provided with three groups of heat insulation blocks which are arranged side by side, the bottom wall of each heat insulation block is provided with a support plate, and the bottom of each support plate is provided with a lower bottom plate; and five groups of heating holes which are arranged in the front and the back are uniformly formed in the outer wall of one side of the upper die and the outer wall of one side of the lower die. The heating pipe with the heating function and the cooling pipe with the cooling function which are arranged in the upper die and the lower die are integrated, so that the device can be ensured to be quickly cooled and heated, the upper die and the lower die are processed by H13 steel and can be repeatedly used at the high temperature of 400 ℃, the device can promote the resin to be quickly crystallized, and the upper die can be prevented from being deviated to influence the aligning effect of the upper die and the lower die when moving up and down.)
技术领域
本发明涉及压制模具技术领域，具体为一种热塑性复合材料平板压制模具与使用方法。
背景技术
复合材料因其高比强度高比模量的特性，在航空航天领域得到广泛使用，近年来随着成型工艺的开发与发展，逐渐在汽车和领域也得到推广，目前比较主流的纤维增强树脂复合材料，以酚醛、环氧等热固性树脂基体为主，随着人类对环保要求不不断提高，热塑性的树脂基体，特别是高性能的热塑性复合材料正在蓬勃发展，热塑性材料具有更好的抗冲击性能，更高的使用温度，以及可回收循环利用等优点，成为未来复合材料发展的焦点，模压工艺作为复合材料的主要成型工艺，具有可实现自动化的优点，且产品一致性优良，热塑性材料与模具相结合，可以用于生产具有一定结构形状的产品，当前热塑性模压工艺都是分为两个步骤，第一步是将单层的预浸料经过模压成型平板胚料，第二步是将平板配料根据结构下料，然后放入产品的成型模具压制成产品。
现有的压制模具存在的缺陷是：
1.对比文件CN110588012A公开了一种复合材料压力传递成型的方法及压制模具，“所述压制模具包括底板、压缩腔、压板及放置在压缩腔中与产品规格匹配的模型；在模压过程的压制腔体中加入传递物作为压力传递媒介，将铺贴好成型材料的模型埋入传递物中，盖上压板，锁紧压制腔体进行压制固化。本发明解决了现有模压加压需对模的问题，只需一个模型，减少了模具制造周期和成本；能够提供更大的成型压力，最高可达20Mpa或以上，保证了产品的致密度，有利于提高产品的力学强度；不需要昂贵的热压罐设备投入，可用现有外置压力源进行加压，利用烘箱、加热板、加热棒等多种供热方式进行加热，节约成本的同时，满足多种材料对成型条件的不同需求，适应性广。”但是本装置中不具备快速降温和快速升温的功能，导致利用本装置进行压制产品时，其制造周期较长，影响产品的压制效率，继而不利于实现工业量产化；
2.对比文件CN112974636A公开了一种铝材压制模具，“包括下模具和上模具，上模具设在下模具顶部，上模具两侧均固定连接有支板，支板一侧设有限位块，下模具上开设有限位槽，支板另一侧设有气泵，气泵与支板固定连接，气泵底部设有气管，气管一侧设有挡板，挡板与下模具活动铰接，挡板底部设有回位弹簧，下模具上开设有气道，上模具底部开设有嵌入槽，嵌入槽内部设有直筒，直筒与上模具固定连接，直筒底部设有直杆，直杆与直筒活动套接，直杆外部套设有伸缩簧，直杆底部固定连接有推板，推板底部设有垫块。该铝材压制模具控制气泵将高压气体经气管吹出，高压气体进入下模具与铝单板之间，将铝单板顶起。”但是本装置中整体耗材较多，其制造成本较高，且装置中未明确所上模具、下模具所使用的钢材种类，其钢材不确定是否可以在高温环境下反复使用；
3.对比文件CN111113760A公开了一种大型平板橡胶制品压制方法以及应用其的生产设备，“现有的平板压制橡胶受力不均匀，橡胶制品的质量很难保证。本发明设置若干能够检测若干推动源移动端移动情况的位移开关；通过位移开关能够使得对应的移动端暂停移动；进而移动过快的移动端会先触发与其对应的位移开关，使得移动过快的移动端停止移动；等其余的移动端相继触发对应的位移开关后，确保推动源移动端处于同一高度时，若干推动源再次启动，同步驱动模具移动；多个推动源的至少两次驱动模具，有效确保多个推动源最后一次短距离移动时，能够同步驱动模具对橡胶进行均匀压制。”但是本装置在使用时，其未采用基准角设计，继而难以保证纤维角度取向，同时装置中冷却和加热功能不够均匀，影响原料的结晶质量；
4.对比文件CN112727966A公开了一种通过平板模具加工的制动摩擦片的制备方法，“包括以下步骤：步骤S1：平板预热压：将制备好的摩擦片原材料水平铺设在平板模具中，通过平板模具上下模合模热压形成摩擦片平板坯体；步骤S2：热压折弯：将步骤S1制备的摩擦片平板坯体趁热直接放入折弯模具上压制成长弯片摩擦片的毛坯形状，为弧状摩擦片毛坯；步骤S3：批量弯曲热压固化成型：将若干个弧状摩擦片毛坯同时放入排摸中热压固化成型为长弯片摩擦片。本发明提供了产品厚薄均匀、边角完好、成型精度高、合格率特别是长弯片合格率高的、不同于筒模和排摸加工方式的一种新的通过平板模具加工的制动摩擦片的制备方法。”但是本装置中上模具在与下模具对齐时可能会出现偏移的现象，继而影响其加压效果。
发明内容
本发明的目的在于提供一种热塑性复合材料平板压制模具与使用方法，以解决上述背景技术中提到出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种热塑性复合材料平板压制模具与使用方法，包括上压板、下底板、上模具、下模具、隔热块和支撑板，所述上压板的底部安装有隔热板，所述隔热板的底部安装有上模具；
所述上模具的底部安装有下模具，所述下模具的底部安装有三组并排布置的隔热块，所述隔热块的底壁安装有支撑板，所述支撑板的底部安装有下底板；
所述上模具和下模具的一侧外壁均匀设置有五组前后布置的加热孔，所述上模具和下模具的一侧外壁均匀设置有八组前后布置的冷却通道，所述上模具和下模具的一侧外壁设置有两组前后布置的测温孔，且测温孔位于冷却通道的下方，所述加热孔的内壁安装有加热管，所述冷却通道的内壁安装有冷却管。
优选的，所述上模具和下模具上安装的加热孔分别位于冷却通道的上方和下方，所述加热管的一端安装有热气接口，所述冷却管的一端安装有冷气接口，所述上模具和下模具的两侧外壁均安装有两组前后布置的热电偶，且热电偶位于多组加热管围合形成的空间内部，所述上模具和下模具的背面均安装有电源插接器。
优选的，所述上压板的顶部均匀设置有多组与压机上台面连接的压板孔，所述上模具的底部安装有压制块。
优选的，所述下模具的顶部设置有下压槽，且下压槽的内壁与压制块的外壁贴合，所述下模具的顶部均匀安装有四组呈方形布置的连接销，连接销环绕安装在下压槽的外侧，且连接销的顶部延伸进入上模具的内部，所述下模具的顶部设置有两组用于储存模压过程中挤出树脂的溢胶槽，且其中一侧溢胶槽的正面和另外一组溢胶槽的一侧外壁分别与下压槽的背面和一侧外壁贴合。
优选的，所述隔热块的顶部安装有两组前后布置的定位销，且定位销的顶部延伸进入下模具的内部。
优选的，所述支撑板的顶部设置有通槽，所述通槽的内壁均匀安装有多组前后布置的分隔板，所述通槽的后壁安装有竖板，且竖板的正面与通槽的前壁贴合，支撑板的正面和背面均设置有散热孔。
优选的，所述上压板的底部均匀安装有四组呈方形布置的圆筒，且四组圆筒均匀环绕安装在下模具的外侧，所述圆筒的内壁安装有圆板，所述圆板的底部安装有活动杆，且活动杆的底部与下底板的顶部贴合。
优选的，所述上压板和下底板的两侧外壁均设置有四组前后布置的压板卡槽。
优选的，该装置的使用方法步骤如下：
S1.组装：将压机的上台面与上压板的顶部贴合，而后使用固定螺钉通过多组压板孔将压机上台面与上压板相固定，之后启动压机，促使其带动上压板往上移动，而后促使上模具与下模具逐渐分离，便于在下压槽的内部注入原料；
S2.原料称重：将按照所压制的产品类型称取需要使用热塑性复合材料，且热塑性复合材料的重量大于所压制的工件重量的2％-4％；
S3.原料铺层：将单层厚度135mm的PEKK热塑性预浸料按照铺层要求进行铺层操作，并确定基准角和边沿；
S4.预热：接通控制加热管的电源插接器，促使加热管产生热能，可用于增加上下模具的温度，之后持续加热，将热塑性平板模具加热至380±2℃，而后将铺层完成的PEKK热塑性预浸料毛坯对准下模的基准角和边沿定位放置；
S5.压制成型：将压机速度调整为100mm/s，并持续下行3s，之后将压机速度调整为5mm/s，而后带动上压板、隔热板、上模具和压制块朝向下模具所在方向移动，直至上模具的底部和下模具的顶部贴合，继而将上下两组模具合模，待上模具与热塑性预浸料接触，且合模压力≤5Mpa时，停止合模操作，此时保温等待5min，同时装置通过测温孔外接的测温设备实时监测上下两组模具的温度状况，继而可相应监测待预浸料的实际温度，其测温设备监测到待预浸料温度升高至160℃时，上下两组模具合模需要加压至1Mpa，并保压保温2min，待预浸料温度升高至360℃时，需要将压力增加至3Mpa，并保压10min，之后关闭加热管的电源；
S6.散热：接通控制冷却管的电源插接器，将压力为6Mpa的压缩冷却空气从冷气接口处通入，而后分散进入至冷却管的内部，可用于降低上下模具的表面温度，同时测温设备继续监测本装置的温度状况，当上下模具温度下降至145℃时，压机泄压，开模取出热塑性平板。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1.本发明通过安装的上模具和下模具中均安装有具有加热功能的加热管和冷却功能的冷却管集成，加热管集成采用五根直径为20mm、功率20KW的电热管进行加热，冷却管集成采用直径为10mm的8条冷却管道组合而成，其使用之后可以实现快速升温与降温，缩短了制造周期，降低了制造成本，可以实现工业量产化；
2.本发明通过安装的上下模具采用H13钢材加工，可以在400℃高温反复使用，提高了模具使用寿命，同时压板与支撑板采用P20钢材制造，且支撑板的内部为中空状态，其由一组框体、一组竖板和多组分隔板组合而成，其具备支撑功能的同时，降低了制造成本；
3.本发明提出的热塑性模具结构和方法可实现热塑性材料的均匀加压与加热，采用的基准角设计保证了纤维角度取向，工艺过程采用冷却工艺，可快速实现树脂的结晶，保证了材料的结晶度和表观质量；
4.本发明在使用过程中，圆筒在上压板上下活动的带动下，可在圆板的外表面上下活动，继而改变圆筒与活动杆之间的综合长度，且圆筒和活动杆的安装可确保上压板在压机的带动下上下活动在同一条竖直线上，可避免其出现偏移的现象，继而避免压制失误的产生。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图；
图2为本发明的正面结构示意图；
图3为本发明下底板、隔热块与支撑板的安装结构示意图；
图4为本发明支撑板、分隔板与竖板的安装结构示意图；
图5为本发明加热管、冷却管与热电偶的安装结构示意图；
图6为本发明下模具、隔热块与支撑板的安装结构示意图；
图7为本发明上模具与压制块的安装结构示意图；
图8为本发明圆筒、圆板与活动杆的安装结构示意图。
图中：1、上压板；2、下底板；3、上模具；4、下模具；5、隔热块；6、支撑板；7、隔热板；8、测温孔；9、加热孔；10、冷却通道；11、加热管；12、冷却管；13、热气接口；14、冷气接口；15、热电偶；16、电源插接器；17、压板孔；18、压制块；19、下压槽；20、连接销；21、溢胶槽；22、定位销；23、通槽；24、分隔板；25、竖板；26、圆筒；27、圆板；28、活动杆；29、压板卡槽。
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。
实施例一：
如图1和图5所示，一种热塑性复合材料平板压制模具与使用方法，包括上压板1、下底板2、上模具3、下模具4、隔热块5和支撑板6，上压板1的底部安装有隔热板7，隔热板7的底部安装有上模具3；
具体的，上压板1可用于安装上模具3，同时其可与压机相互连接，而后在压机的带动下促使上模具3跟随上压板1上下移动，以改变与下模具4之间的间距，其间距调节至最大时，可便于将需要压制成型热塑性复合材料放置于下压槽19的内部，上模具3往下移动与下模具4相接触，并且压机输出设定值的压力，可便于对位于下压槽19内部的热塑性复合材料进行压制成型操作，隔热板7采用20mm厚度的整体云母板加工制成，其在对材料进行加热过程中可拦截上模具3往上压板1处传递热量，继而降低上压板1所受到的热能，减小其由高温造成的损伤，继而可延长使用寿命。
上模具3和下模具4的一侧外壁均匀设置有五组前后布置的加热孔9，上模具3和下模具4的一侧外壁均匀设置有八组前后布置的冷却通道10，上模具3和下模具4的一侧外壁设置有两组前后布置的测温孔8，且测温孔8位于冷却通道10的下方，加热孔9的内壁安装有加热管11，冷却通道10的内壁安装有冷却管12。
具体的，加热孔9可用于安装加热管11，冷却通道10可用于安装冷却管12，测温孔8可用于本装置外接测温设备，而后便于实时监测上模具3和下模具4中的温度状况，继而便于根据所监测出的实际温度做出相应措施，加热管11与其中一组电源插接器16之间电性连接，当电源插接器16外接电源时，多组加热管11可启动，而后可产生热量，其热量可直接对上模具3和下模具4进行作用，使得二者的温度得以升高，用以对所压制的热塑性复合材料进行作用，冷却管12与另外一组电源插接器16之间电性连接，当此电源插接器16接通电源时，冷空气可从冷却管12中通入，可用于降低上模具3和下模具4的温度。
实施例二：
如图2、图3、图4和图7所示，上模具3的底部安装有下模具4，下模具4的底部安装有三组并排布置的隔热块5，隔热块5的底壁安装有支撑板6，支撑板6的底部安装有下底板2；
具体的，下模具4与上模具3均采用H13钢材加工而成，其可在400℃高温中反复使用，提高了模具的使用寿命，隔热块5的材质与隔热板7的材质相同，其在对材料进行加热过程中可拦截下模具4往支撑板6处传递热量，可相应降低支撑板6所受到的热能作用，继而减小其由高温造成的损伤，支撑板6具有一定高度，其可用于抬高本装置，同时其可用于支撑其上方的各部件，下底板2便于整合三组支撑板6，使其形成一个整体，扩大了支撑板6底部与被放置台面之间的接触面积，继而分散了受力点，可增加装置放置的稳定性。
支撑板6的顶部设置有通槽23，通槽23的内壁均匀安装有多组前后布置的分隔板24，通槽23的后壁安装有竖板25，且竖板25的正面与通槽23的前壁贴合，支撑板6的正面和背面均设置有散热孔。
具体的，通槽23的设置节省了支撑板6所使用的材料，竖板25与分隔板24的安装补充了支撑板6与其上方所安装的部件之间的接触点，继而分散了支撑板6顶部所受到的压力，使得其受到的压力变小，继而可延长其使用后寿命，散热孔的设置便于支撑板6内部与外接空气进行流通，继而加快热量的消散。
上模具3和下模具4上安装的加热孔9分别位于冷却通道10的上方和下方，加热管11的一端安装有热气接口13，冷却管12的一端安装有冷气接口14，上模具3和下模具4的两侧外壁均安装有两组前后布置的热电偶15，且热电偶15位于多组加热管11围合形成的空间内部，上模具3和下模具4的背面均安装有电源插接器16。
具体的，热气接口13可便于加热管11与外部结构连接，冷气接口14的设置可便于冷气从其内部传输至冷却管12处，热电偶15可直接测量温度信号，并把温度信号转换呈热电动势信号，之后通过外接的电气仪表将其热电动势信号转变为被测介质的温度。
上压板1的顶部均匀设置有多组与压机上台面连接的压板孔17，上模具3的底部安装有压制块18。
具体的，多组压板孔17呈圆形分布，工作人员将压机的上台面与上压板1的顶部贴合，而后可使用固定螺钉通过多组压板孔17将压机上台面与上压板1相固定，压制块18的长宽与下压槽19的内部长宽相同，其在外力的带动下可向下压槽19处移动，而后可对处于下压槽19内部的原料进行压制操作。
隔热块5的顶部安装有两组前后布置的定位销22，且定位销22的顶部延伸进入下模具4的内部。
具体的，定位销22可用于连接隔热块5与下模具4，避免下模具4放置在隔热块5的上方出现错位的现象，同时增加二者之间连接的稳固性。
实施例三；
如图6所示，下模具4的顶部设置有下压槽19，且下压槽19的内壁与压制块18的外壁贴合，下模具4的顶部均匀安装有四组呈方形布置的连接销20，连接销20环绕安装在下压槽19的外侧，且连接销20的顶部延伸进入上模具3的内部，下模具4的顶部设置有两组用于储存模压过程中挤出树脂的溢胶槽21，且其中一侧溢胶槽21的正面和另外一组溢胶槽21的一侧外壁分别与下压槽19的背面和一侧外壁贴合。
具体的，下压槽19具有一定一定深度，可用于放置热塑性预浸料，同时其四组边角均为圆弧状，可快速确定基准角和边，连接销20可便于上模具3在外力的带动下向下移动时与下模具4对齐，上模具3在对下模具4进行挤压作用时，下压槽19内部的热塑性复合材料在挤压力的作用下，一部分可向溢胶槽21处分布，当材料压制完成，且降温过后，工作人员可对两组溢胶槽21处的挤压成型的材料施加向上的拉力，而后便于将挤压成型的热塑性材料从下压槽19的内部取出。
实施例四：
如图8所示，上压板1的底部均匀安装有四组呈方形布置的圆筒26，且四组圆筒26均匀环绕安装在下模具4的外侧，圆筒26的内壁安装有圆板27，圆板27的底部安装有活动杆28，且活动杆28的底部与下底板2的顶部贴合。
具体的，圆筒26的内圈直径与圆板27的直径相同，圆板27的直径大于活动杆28的直径，且活动杆28的直径与圆筒26出口处的直径相同，圆筒26在上压板1上下活动的带动下，可在圆板27的外表面上下活动，继而改变圆筒26与活动杆28之间的综合长度，且圆筒26和活动杆28的安装可确保上压板1在压机的带动下上下活动在同一条竖直线上，可避免其出现偏移的现象，继而避免压制失误的产生。
上压板1和下底板2的两侧外壁均设置有四组前后布置的压板卡槽29。
具体的，压板卡槽29的设置可用于上压板1和下底板2与其它部件相互连接。
具体的，该装置的使用方法步骤如下：
S1.组装：将压机的上台面与上压板1的顶部贴合，而后使用固定螺钉通过多组压板孔17将压机上台面与上压板1相固定，之后启动压机，促使其带动上压板1往上移动，而后促使上模具3与下模具4逐渐分离，便于在下压槽19的内部注入原料；
S2.原料称重：将按照所压制的产品类型称取需要使用热塑性复合材料，且热塑性复合材料的重量大于所压制的工件重量的2％-4％；
S3.原料铺层：将单层厚度0.135mm的PEKK热塑性预浸料按照铺层要求进行铺层操作，并确定基准角和边沿；
S4.预热：接通控制加热管11的电源插接器16，促使加热管11产生热能，可用于增加上下模具的温度，之后持续加热，将热塑性平板模具加热至380±2℃，而后将铺层完成的PEKK热塑性预浸料毛坯对准下模的基准角和边沿定位放置；
S5.压制成型：将压机速度调整为100mm/s，并持续下行3s，之后将压机速度调整为5mm/s，而后带动上压板1、隔热板7、上模具3和压制块18朝向下模具4所在方向移动，直至上模具3的底部和下模具4的顶部贴合，继而将上下两组模具合模，待上模具3与热塑性预浸料接触，且合模压力≤0.5Mpa时，停止合模操作，此时保温等待5min，同时装置通过测温孔8外接的测温设备实时监测上下两组模具的温度状况，继而可相应监测待预浸料的实际温度，其测温设备监测到待预浸料温度升高至160℃时，上下两组模具合模需要加压至1Mpa，并保压保温2min，待预浸料温度升高至360℃时，需要将压力增加至3Mpa，并保压10min，之后关闭加热管11的电源；
S6.散热：接通控制冷却管12的电源插接器16，将压力为0.6Mpa的压缩冷却空气从冷气接口14处通入，而后分散进入至冷却管12的内部，可用于降低上下模具的表面温度，同时测温设备继续监测本装置的温度状况，当上下模具温度下降至145℃时，压机泄压，开模取出热塑性平板。
工作原理：多组压板孔17呈圆形分布，工作人员将压机的上台面与上压板1的顶部贴合，而后可使用固定螺钉通过多组压板孔17将压机上台面与上压板1相固定，上压板1在压机的带动下促使上模具3跟随上压板1上下移动，以改变与下模具4之间的间距，其间距调节至最大时，可便于将需要压制成型热塑性复合材料放置于下压槽19的内部，上模具3往下移动与下模具4相接触，并且压机输出设定值的压力，可便于对位于下压槽19内部的热塑性复合材料进行压制成型操作，隔热板7采用20mm厚度的整体云母板加工制成，其在对材料进行加热过程中可拦截上模具3往上压板1处传递热量，继而降低上压板1所受到的热能，减小其由高温造成的损伤，继而可延长使用寿命，当电源插接器16外接电源时，多组加热管11可启动，而后可产生热量，其热量可直接对上模具3和下模具4进行作用，使得二者的温度得以升高，用以对所压制的热塑性复合材料进行作用，冷却管12与另外一组电源插接器16之间电性连接，当此电源插接器16接通电源时，冷空气可从冷却管12中通入，可用于降低上模具3和下模具4的温度，且装置中的加热管11集成由五组加热管11排列组合而成，且冷却管12集成由八组冷却管12组合而成，可保证其加热和降温的快速性和均匀性。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
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