阅读说明：本技术 一种使用软模加压的复合材料锥段成型模 (Composite material conical section forming die pressurized by using soft die ) 是由 徐云研 曹恒秀 柯常宜 张志斌 赵丁丁 夏海祥 蔡克甲 叶周军 张兵 章宇界 张 于 2020-11-20 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种使用软模加压的复合材料锥段成型模,包括设置在模具主体和刚性外模之间的橡胶软模,所述橡胶软模用于在成型过程中向对应于法兰增厚区的铺层在模具主体上的复合材料预浸料段进行加压。本发明在橡胶软模外设置刚性外模限位,橡胶软模内侧为卸压面,使软模膨胀压力与热压罐内压力一致；进一步橡胶软模在环向分段拼接而成,消除打压过程中橡胶内部张力引起的成型压力损失；并且,橡胶软模内侧边缘位于壁厚渐变区中心,使工艺边界与设计边界位置错开,避免增厚区边缘纤维屈曲。综上,本发明设计了实体橡胶软模加压,解决了复合材料锥段大壁厚转角位置压实困难的问题。(The invention discloses a composite material conical section forming die pressurized by using a soft die, which comprises a rubber soft die arranged between a die main body and a rigid outer die, wherein the rubber soft die is used for pressurizing a composite material prepreg section which is paved on the die main body and corresponds to a flange thickening area in the forming process. The invention arranges a rigid external mold limit outside a rubber soft mold, and the inner side of the rubber soft mold is a pressure relief surface, so that the expansion pressure of the soft mold is consistent with the pressure in a hot-pressing tank; the rubber soft mold is formed by annularly and sectionally splicing, so that the molding pressure loss caused by the internal tension of the rubber in the pressing process is eliminated; and the edge of the inner side of the rubber soft mold is positioned in the center of the wall thickness gradual change area, so that the position of the process boundary is staggered with that of the design boundary, and the buckling of fibers at the edge of the thickening area is avoided. In conclusion, the invention designs the solid rubber soft mold for pressurization, and solves the problem that the corner position of the large wall thickness of the composite material conical section is difficult to compact.)

一种使用软模加压的复合材料锥段成型模

技术领域

本发明涉及一种复合材料锥段成型模，具体为一种使用软模加压的复合材料锥段成型模。

背景技术

目前航天用运载火箭承力结构大量使用高强度复合材料，其主要优势在于复合材料减重效果好，可增加单次发射的有效载荷。作为箭体末级动力舱的重要承力结构，复合材料锥段用来支撑卫星等有效载荷。复合材料锥段典型结构为一薄壁锥段，前、后端为增厚法兰，法兰与锥段间有一段壁厚过渡区。为提高法兰上接口位置的强度，法兰壁厚通常达到5～8mm；受动力舱内部空间限制，锥段、法兰连接处型面存在剧烈变化。上述因素导致法兰增厚区预浸料压实困难，固化后易产生疏松和纤维屈曲。需要通过优化加压方式，实现增厚区预浸料压实及纤维平直。

通过对现有专利文献的检索发现，CN205929161U的实用新型专利公开了一种实现复合材料精确制造的可定位软模；通过在橡胶内嵌入金属定位块并施加机械连接，实现橡胶软模的准确定位，使软模受热后均匀膨胀，提供更精确的尺寸。然而，该专利中为保证橡胶软模精准定位，采用定位钢板、金属块限制软模位置，阻碍了橡胶的自由膨胀，导致复合材料成型压力主要由橡胶热膨胀效应产生的压力决定，即压力随温度升高线性升高。在热压罐工艺中，无法在多个特定温度点实现压力的精确控制。

发明内容

本发明的目的是提供一种使用软模加压的复合材料锥段成型模。该成型模中，外侧刚性外模用于限制橡胶在对应位置的热膨胀，并将膨胀量全部释放到卸压面；卸压面接触空气压力，使橡胶的内应力与空气保持压力一致。由于热压罐内空气压力均匀，橡胶软模内的压力也可以保持均匀，为厚法兰提供均匀、可控的固化压力，实现内部质量的提升。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

本发明涉及一种使用软模加压的复合材料锥段成型模，包括设置在模具主体1和刚性外模2之间的橡胶软模3，所述橡胶软模3用于在成型过程中向对应于法兰增厚区5的铺层在模具主体1上的复合材料预浸料段进行加压。

作为本发明的一个实施方案，所述橡胶软模3，设置在法兰增厚区5对应的铺层预浸料上；所述刚性外模2，设置在模具主体1的端部以及橡胶软模3上，用以限位产品4的法兰端部以及限制橡胶软模3的膨胀，使膨胀量向橡胶软模3的内侧面7释放。

作为本发明的一个实施方案，橡胶软模3的外侧面6由刚性外模2限位。

作为本发明的一个实施方案，橡胶软模3的内侧面7为卸压面。该内侧面7无刚性外模限位，使软模膨胀压力与热压罐内压力一致。

作为本发明的一个实施方案，所述橡胶软模3在环向分段拼接而成。

作为本发明的一个实施方案，所述橡胶软模3环向分为不少于6段。具体应用时可分为6～16段。

作为本发明的一个实施方案，相邻两段橡胶软模3之间无连接、固定。该设置用于消除热压罐加压时橡胶内部张力引起的成型压力损失。

作为本发明的一个实施方案，橡胶软模3的横向外侧面6上间隔布置无钢模约束的外侧卸压面10。软模可通过卸压面向外膨胀时对纤维施加张紧力，避免纤维屈曲。

作为本发明的一个实施方案，法兰增厚区5靠近锥段一侧为壁厚渐变区，所述橡胶软模3的内侧面7靠近锥段的一侧边缘位于壁厚渐变区两侧边缘9之间。该设置使得内侧面7靠近锥段的一侧边缘尽量远离壁厚渐变区两端边缘，使工艺边界与设计边界位置错开，避免壁厚渐变区边缘9纤维屈曲。

作为本发明的一个实施方案，所述橡胶软模3的内侧面7靠近锥段的一侧边缘位于壁厚渐变区中心位置8处。

作为本发明的一个实施方案，所述成型模还包括设于模具主体1上的真空袋，所述真空袋完整包覆刚性外模2、橡胶软膜3和产品4使用的复合材料预浸料。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

1)本发明采用橡胶软模加压，使压力均匀施加于产品表面；

2)本发明在橡胶软模外设置刚性外模限位，橡胶软模内侧为卸压面；通过内侧卸压面，使软模膨胀压力与热压罐内压力维持一致；

3)本发明通过环向分段拼接橡胶软模，消除打压过程中橡胶内部张力导致的成型压力损失；

4)本发明的橡胶软模内侧边缘位于壁厚渐变区中心，使工艺边界与设计边界位置错开，避免增厚区边缘纤维屈曲；

5)本发明设计了实体橡胶软模加压，解决了复合材料锥段大壁厚转角位置压实困难的问题；

6)与现有刚性模具加压形式相比，本发明采用橡胶软模对产品型面的适应性更高，可以避免刚性模具局部架桥导致的整体压力不均，使压力均匀、稳定的施加在产品表面，可显著提高预浸料压实程度。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为实施例1的模具整体结构的示意图；

图2为实施例1的单块后端橡胶软模示意图；

图3为实施例1的单块前端橡胶软模示意图；

图4为典型产品示意图；

图5为实施例2的模具整体结构的示意图；

图6为实施例2的单块后端橡胶软模示意图；

其中，1为模具主体，2为刚性外模，3为橡胶软模，4为产品，5为法兰增厚区，6为外侧面，7为内侧面，8为壁厚渐变区中心位置，9为壁厚渐变区边缘，10为外侧卸压面。

具体实施方式

为了使本发明的目的及优点更加清楚明白，以下结合实施例对本发明进行进一步详细说明，实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。

实施例1

本实施例涉及一种使用软模加压的复合材料锥段成型模，如图1所示，包括模具主体1、刚性外模2和橡胶软模3；

模具主体1，用于支持产品4使用预浸料铺层、固化。

刚性外模2，设置在模具主体1的端部以及橡胶软模3上，用以限位产品4的法兰端部以及限制橡胶软模3膨胀，使所有膨胀量向内侧面7释放。本实施例的模具在橡胶软模3外侧面6设置刚性外模2限位；橡胶软模3内侧面7无刚性外模2限位，作为固化过程的卸压面，使橡胶软模3膨胀压力与热压罐内压力一致。

橡胶软模3，设置在产品4的法兰增厚区5对应的铺层预浸料上；固化过程中受热膨胀，为产品4的法兰增厚区5提供固化压力。橡胶软膜3的内侧面7作为卸压面，使软模膨胀压力与热压罐内压力保持一致。

产品4，采用预浸料在模具主体1上铺层，热压罐固化成型而得。固化时，法兰增厚区5通过实体橡胶软模3加压。

所述成型模还包括设于模具主体1上的真空袋，所述真空袋完整包覆刚性外模2、橡胶软膜3和复合材料预浸料(热压罐真空固化成型后为产品4)。

为了消除热压罐加压时橡胶内部张力引起的成型压力损失，作为一个改进方案，橡胶软模3在环向分段拼接而成；相邻两段橡胶软模3之间无连接、固定。所述橡胶软模3环向分为不少于6段；本实施例中选用6段；其中，单块的前端橡胶软模3如图3所述，后端橡胶软模3如图2所示；结合图1，橡胶软模3位于刚性外模2和铺设在模具主体1的复合材料预浸料之间，与预浸料充分接触。橡胶软模3与刚性外模2相接触的面记为外侧面6，与模具主体1、刚性外模2或复合材料预浸料均不接触的面即为内侧面7。为了避免壁厚渐变区边缘9纤维屈曲，作为一个改进方案，橡胶软模3内侧面7的一侧边缘位于产品4壁厚渐变区中心位置8附近。该设置使得内侧面7靠近锥段的一侧边缘尽量远离壁厚渐变区两端边缘，使工艺边界与设计边界位置错开，从而避免壁厚渐变区边缘9纤维屈曲。本实施例中，橡胶软模3的内侧面7靠近锥段的一侧边缘位于壁厚渐变区中心位置8处；与壁厚渐变区两端边缘9等距。

该模具使用具体方法为：

S1、模具主体1清理，橡胶软模3和模具主体1的贴产品4一侧涂脱模剂。

S2、在模具主体1上用预浸料铺设产品4。

S3、将橡胶软模3放置在产品4法兰对应位置并贴实。

S4、将钢性外模2固定到模具主体1上。

S4、在模具主体1上制真空袋，真空袋完整包覆刚性外模2、橡胶软膜3和产品4。

S5、进热压罐，在真空袋内抽真空，然后升温固化。升温过程中，在特定温度点使用空气或氮气加压。固化降温完成后停真空，拆除刚性外模2、橡胶软模3，将产品4从模具主体1上取下，其最终结构如图4所示。

实施例2

本实施例涉及一种使用软模加压的复合材料锥段成型模，如图5所示，包括模具主体1、刚性外模2和橡胶软模3；

模具主体1，用于支持产品4使用预浸料铺层、固化。

刚性外模2，设置在模具主体1的端部以及橡胶软模3上，用以限位产品4的法兰端部以及限制橡胶软模3膨胀，使膨胀量向内侧面7和外侧卸压面10释放。

并且，与实施例1不同的是，为了更好的避免纤维屈曲，本实施例橡胶软模3的横向外侧面6上间隔布置无钢模约束的外侧卸压面10(外侧卸压面10并非整圈都有)；如图6所示。该设置使得软模可通过卸压面向外膨胀时对纤维施加张紧力，避免纤维屈曲。

橡胶软模3，设置在产品4的法兰增厚区5对应的铺层预浸料上；固化过程中受热膨胀，为产品4的法兰增厚区5提供固化压力。橡胶软膜3的内侧面7作为卸压面，使软模膨胀压力与热压罐内压力保持一致。

产品4，采用预浸料在模具主体1上铺层，热压罐固化成型而得。固化时，法兰增厚区5通过实体橡胶软模3加压。

所述成型模还包括设于模具主体1上的真空袋，所述真空袋完整包覆刚性外模2、橡胶软膜3和复合材料预浸料(热压罐真空固化成型后为产品4)。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。