帽型结构件的成型模具及方法

技术领域

本发明涉及热隔膜成型技术领域，尤其涉及一种帽型结构件的成型模具及方法。

背景技术

热隔膜成型工艺常用于树脂基复合材料零件的预成型，通过高延伸率的隔膜对自动铺放的料片加热和抽真空加压，使料片在随模具外形变形的同时发生层间滑移，最终达到预定型的目的。然而，对于较厚层合板和复杂外形的复合材料零件，如沿长度方向变曲率的帽型长桁等细长结构，一般的热隔膜成型经常导致在圆弧角处发生架桥或褶皱等缺陷。

如图1，使用现有模具1’对帽型长桁进行热隔膜成型，模具外的第一阴角11’的圆弧角半径较小时，待成型料片100在第一阴角11’处受到的隔膜101压实力不足，往往易引起待成型料片100在第一阴角11’处架桥。对于第一阴角11’处易发生架桥现象，现有技术中描述了一种使用盖板二次预抽加压来消除架桥的方法。然而，一方面热隔膜成型结束后的长桁预成型体已经冷却很难通过常温预抽消除架桥，而且涉及到预抽盖板的定位问题，定位要求高；另一方面，如果采用热压实的方式则引入二次加热预成型，则增加了成型工序和制造成本。

发明内容

本发明的目的在于提供一种帽型结构件的成型模具及方法，在对帽型结构件预成型的过程中，能够降低发生架桥和褶皱的风险，节约制备工序，降低制造成本。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

帽型结构件的成型模具，在断面方向上具有帽底台、帽顶凸起、第一凸起和第二凸起，所述帽顶凸起、所述第一凸起和所述第二凸起间隔设置在所述帽底台上，且均朝向所述帽底台的同一侧延伸，所述帽顶凸起位于所述第一凸起和所述第二凸起之间；

所述第一凸起远离所述帽底台的一端距所述帽底台的距离大于或等于所述帽顶凸起远离所述帽底台的一端距所述帽底台的距离，所述第二凸起远离所述帽底台的一端距所述帽底台的距离大于或等于所述帽顶凸起远离所述帽底台的一端距所述帽底台的距离。

可选地，

所述第一凸起面向所述帽顶凸起的端面与所述帽底台靠近所述帽顶凸起的端面形成的第一外角为钝角；

所述第二凸起面向所述帽顶凸起的端面与所述帽底台靠近所述帽顶凸起的端面形成的第二外角为钝角。

可选地，所述第一外角和所述第二外角均为圆弧角。

可选地，所述第一凸起远离所述帽底台的一端距所述帽底台的距离、所述帽顶凸起远离所述帽底台的一端距所述帽底台的距离和所述第二凸起远离所述帽底台的一端距所述帽底台的距离均相等。

可选地，所述帽顶凸起的外角以及所述帽顶凸起与所述帽底台的相连处形成的外角均为钝角。

帽型结构件的成型方法，基于上述任一项所述的帽型结构件的成型模具实现，其包括以下步骤：

S1、将待成型料片铺贴在所述帽型结构件的成型模具上；

S2、将隔膜罩设在所述待成型料片的外侧；

S3、加热并使所述待成型料片和所述隔膜保持在预热温度区间；

S4、对所述隔膜抽真空，获得成型件。

可选地，S4中对所述隔膜抽真空包括：

S41、以第一速率对所述隔膜抽真空，直至所述待成型料片贴合于所述帽型结构件的成型模具上；

S42、以第二速率对所述隔膜抽真空，直至真空度达到预设真空值，所述第二速率大于所述第一速率。

可选地，在S42后还包括：

S43、保持预设时间。

可选地，所述第一速率在0-2kPa/min的范围内，所述第二速率在2-10kPa/min的范围内。

可选地，在S4后还包括：

S5、对所述成型件降温，直至达到脱模温度；

S6、对所述隔膜泄压，直至达到常压状态，将所述成型件取下。

有益效果：

本发明提供的帽型结构件的成型模具及方法，平放帽型结构件的成型模具，将待成型料片铺贴在帽顶凸起远离帽底台的端面上，然后，利用隔膜框夹持隔膜的四周，使隔膜覆盖在该成型模具上的同时覆盖待成型料片；接着，预热隔膜及待成型料片，然后，对隔膜与成型模具之间的空间抽真空，完成帽型结构件的预成型。帽型结构件的预成型过程简单，无需二次处理，节约了制备工序，降低了制造成本。

第一凸起和第二凸起平齐或高于帽顶凸起，抽真空过程中，第一凸起和第二凸起将隔膜撑起于帽顶凸起的上方，通过调节抽真空的位置，可使隔膜在从帽顶凸起的高处到低处逐渐随形，最终随形于帽底台的表面，从而将待成型料片按序依次随形于帽顶凸起和帽底台的表面。待成型料片由帽顶凸起的端面逐渐向下，并最终随形至两侧的帽底台的表面，随形方向始终一致，从而避免了在帽底台与帽顶凸起相夹的阴角处发生架桥的风险。同时，在随形过程中，第一凸起、第二凸起及帽顶凸起远离帽底台的端面对隔膜进行支撑，隔膜在向该模具的表面随形过程中，第一凸起和第二凸起使隔膜的拉伸程度加大，隔膜始终处于拉伸状态，隔膜对待成型料片的压实力随之加大，从而使待成型料片与模具更加贴合，进一步减小了阴角架桥的风险。

附图说明

图1是在现有模具上进行热隔膜成型的结构示意图；

图2是在帽型结构件的成型模具上对隔膜抽真空前的结构示意图；

图3是在帽型结构件的成型模具上以第一速率对隔膜抽真空时的示意图；

图4是在帽型结构件的成型模具上以第二速率对隔膜抽真空时的示意图。

图中：1’、现有模具；11’、第一阴角；

100、待成型料片；101、隔膜；102、隔膜框；

1、帽底台；11、帽底面；12、第二阴角；2、帽顶凸起；21、帽顶面；22、帽腰面；3、第一凸起；31、第一外角；4、第二凸起；41、第二外角。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本实施例的描述中，术语“上”、“下”、“右”、“左”等方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化操作，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅仅用于在描述上加以区分，并没有特殊的含义。

如图2-图4所示，本实施例提供了一种帽型结构件的成型模具，在断面方向上其具有帽底台1、帽顶凸起2、第一凸起3和第二凸起4，帽顶凸起2、第一凸起3和第二凸起4间隔设置在帽底台1上，且均朝向帽底台1的同一侧延伸，帽顶凸起2位于第一凸起3和第二凸起4之间。具体地，帽顶凸起2远离帽底台1的一端的端面为帽顶面21，帽底台1靠近帽顶凸起2的一侧的端面为帽底面11，在帽顶凸起2的两侧，帽腰面22自帽顶面21延伸至帽底面11，帽腰面22与帽底面11之间的外角形成第二阴角12。

帽顶凸起2的形状不限，其在断面上的形状可以为拱形、梯形或方形等，以制备相应断面的结构件。为降低褶皱和架桥的发生概率，帽顶凸起2的外角以及帽顶凸起2与帽底台1的相连处形成的外角均为钝角。示例性地，在断面方向上，帽顶凸起2为等腰梯形，等腰梯形的上底位于帽顶面21内，下底则与帽底台1相接。

第一凸起3远离帽底台1的一端距帽底台1的距离大于或等于帽顶凸起2远离帽底台1的一端距帽底台1的距离，第二凸起4远离帽底台1的一端距帽底台1的距离大于或等于帽顶凸起2远离帽底台1的一端距帽底台1的距离。具体地，帽顶面21与帽底面11之间的间距便为上述的帽顶凸起2远离帽底台1的一端距帽底台1的距离。将帽型结构件的成型模具平放后，第一凸起3和第二凸起4均不低于帽顶面21。优选地，第一凸起3远离帽底台1的一端距帽底台1的距离、帽顶凸起2远离帽底台1的一端距帽底台1的距离和第二凸起4远离帽底台1的一端距帽底台1的距离均相等。

在本实施例中，平放帽型结构件的成型模具，将待成型料片100铺贴在帽顶凸起2远离所述帽底台1的端面上，然后，利用隔膜框102夹持隔膜101的四周，使隔膜101覆盖在该成型模具上的同时覆盖待成型料片100；接着，预热隔膜101及待成型料片100，然后，对隔膜101与成型模具之间的空间抽真空，即可完成帽型结构件的预成型。使用该帽型结构件的成型模具，帽型结构件的预成型过程简单，无需二次处理，节约了制备工序，降低了制造成本。

第一凸起3、第二凸起4及帽顶凸起2远离帽底台1的端面对隔膜101进行支撑，使隔膜101在向模具的表面随形过程中拉伸程度加大，隔膜101始终处于拉伸状态，隔膜101对待成型料片100的压实力随之加大，从而使待成型料片100与模具更加贴合，减小了第二阴角12发生架桥的风险。同时，通过调节抽真空的位置，可使隔膜101沿着帽顶面21、帽腰面22及帽底面11的方向随形于帽型结构件的成型模具上，从而使待成型料片100沿着帽顶面21、帽腰面22及帽底面11的方向随形于帽型结构件的成型模具上，待成型料片100的随形方向始终由高到低，保持一致，进一步避免了第二阴角12处发生架桥的风险。

第一凸起3和第二凸起4的形状不限，示例性地，在本实施例中，第一凸起3和第二凸起4均为梯形凸台。可选地，第一凸起3面向帽顶凸起2的端面与帽底台1靠近帽顶凸起2的端面形成的第一外角31为钝角；第二凸起4面向帽顶凸起2的端面与帽底台1靠近帽顶凸起2的端面形成的第二外角41为钝角。也就是说，第一外角31和第二外角41均为钝角，能够便于隔膜101和待成型料片100随形于该第一外角31和第二外角41处，避免褶皱及架桥的发生。在本实施例中，第一外角31和第二外角41均为圆弧角，且圆弧角的半径较大。

本实施例提供的帽型结构件的成型模具优选为一体式成型的结构，如通过CNC加工、注塑成型、冲压成型和铸模工艺等制备的成型模具，无需装配，表面光滑平整。该成型模具的制备材质不限，可以为普通钢、铝合金、代木、高分子材料或者复合材料等。

本实施例还提供一种帽型结构件的成型方法，基于上述的帽型结构件的成型模具实现，结合图2-图4，该帽型结构件的成型方法包括以下步骤：

S1、将待成型料片100铺贴在帽型结构件的成型模具上；具体地，将采用自动铺放设备或者自动裁切设备制造的待成型料片100放置到帽型结构件的成型模具表面，并对待成型料片100与上述模具定位，使待成型料片100的一侧边缘搭接于第一凸台上，另一侧的边缘搭接于第二凸台上。

S2、将隔膜101罩设在待成型料片100的外侧；具体地，隔膜101的四周被热隔膜成型设备的隔膜框102夹持，降下隔膜框102使隔膜框102与放置帽型结构件的成型模具的真空床贴合形成密闭空间，此时，隔膜101罩设在待成型料片100的外侧。

S3、加热并使待成型料片100和隔膜101保持在预热温度区间。具体地，通过测量待成型料片100的粘温特性，来设置隔膜101上方的加热系统的温度，使待成型料片100预热到一个相对较高的温度，让待成型料片100的变形滑移顺利进行。本方案中工艺参数设置主要在于延长加热时间和提高预热温度，待成型料片100和该成型模具的温度均升高，当待成型料片100沿帽顶面21向帽腰面22逐渐与该成型模具贴合的过程中，第二阴角12处的料温仍处于适合变形滑移的温度范围内，此时，待成型料片100的第二阴角12处仅在较小的隔膜压实力下便能与该成型模具贴合紧密，从而消除架桥。在本实施例中，设定预热温度区间为65-85℃，预热时长为15-35min。

S4、对隔膜101抽真空，获得成型件。

可选地，S4中对隔膜101抽真空包括：

S41、以第一速率对隔膜101抽真空，直至待成型料片100贴合于帽型结构件的成型模具上。也就是说，当待成型料片100被隔膜101上方的加热系统充分加热后，对隔膜101开始抽真空，平面形状的待成型料片100在隔膜101的压力作用下由帽顶面21、帽腰面22至帽底面11依次弯折，贴合在模具上。在本实施例中，第一速率在0-2kPa/min的范围内，使待成型料片100缓慢地贴合于模具，确保贴合顺序，避免架桥的发生。

S42、以第二速率对隔膜101抽真空，直至真空度达到预设真空值，第二速率大于第一速率。也就是说，当待成型料片100与模具的帽顶面21、帽腰面22及帽底面11均初步贴合后，加快抽真空的速率，使待成型料片100紧密地贴合于模具。在本实施例中，第二速率在2-10kPa/min的范围内。

进一步地，在S42后还包括：S43、保持预设时间，以使获得的成型件保型。在本实施例中，预设时间在0-15min的范围内。

进一步地，为使成型件成功地从帽型结构件的成型模具上分离，在S4后还包括：

S5、对成型件降温，直至达到脱模温度；具体地，关闭热隔膜成型设备的加热系统，使成型件自然降温，直至成型件的温度小于或等于40℃。

S6、对隔膜101泄压，直至达到常压状态，将成型件取下，获得成型件。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为了清楚说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。