[发明专利]一种碳纤维短纤片状料复杂造型零件模具设计方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种碳纤维短纤片状料复杂造型零件模具设计方法，属于模具设计领域。

背景技术

传统热固性材料模压成型因材料以半干湿状态，根据产品造型模具结构多以预留剪切边后热压成型，不论是SMC还是BMC材料在140-150度温度条件下均有良好的流动性。但目前碳纤维因其材料多以碳纤维单向或多项编织布预浸料作为成型基材，成型的产品特性均表现为各项异性，层间剪切力弱的特点极大地限制碳纤维优异性能。本发明专门针对以6-50mm短切碳纤维环氧树脂热固性材料，材料呈全干片状，片与片蓬松分离，传统模具结构甚至无法保证基本的填料要求。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明所要解决的技术问题是，提供一种碳纤维短纤片状料复杂造型零件模具设计方法，根据材料特性，针对性设计特殊结构成型模具，顺利实现不同范畴的临界各项同性高性能复杂造型碳纤维产品。

为解决上述技术问题，本发明采取的技术方案是，一种碳纤维短纤片状料复杂造型零件模具设计方法，由以下步骤制成：

（1）通过3D测量，将待加工的零件的三维尺寸测量记录；

（2）在三维造型软件中根据步骤（1）的测量数据设计出零件的三维形状，并根据零件的三维形状设计出模芯料腔的形状；

（3）将步骤（2）设计出的料腔形状根据步骤（1）的测量尺寸数据放大三倍；

（4）在料腔与待加工材料接触的位置设计加热管路Ⅰ；

（5）在料腔上方设计出上模，并在上模与料腔接触处设计使上模与料腔密闭配合的密封结构；

（6）通过三维造型软件在料腔内水平方向上设计出与待加工零件突出结构配合的中空结构；

（7）根据中空结构的形状，在中空结构的内凹面上增加加热管路Ⅱ；

（8）在三维造型软件中通过抽芯设计的方式设计出料腔汇中与待加工零件外形配合的加强筋和孔；

（9）在加强筋和孔的表面内侧设计出辅助加热管路Ⅲ。

优化的，上述碳纤维短纤片状料复杂造型零件模具设计方法，所述与待加工零件突出结构配合的中空结构通过抽芯设计方式进行设计。

优化的，上述碳纤维短纤片状料复杂造型零件模具设计方法，所述三维造型软件为UG或CATIA。

优化的，上述碳纤维短纤片状料复杂造型零件模具设计方法，所述加热管路Ⅰ为电加热管路或者油加热管路。

优化的，上述碳纤维短纤片状料复杂造型零件模具设计方法，所述加热管路Ⅱ为电加热管路或者油加热管路。

优化的，上述碳纤维短纤片状料复杂造型零件模具设计方法，所述辅助加热管路Ⅲ为电加热管路或者油加热管路。

本发明的设计方法是针对轻量化、不等厚、复杂曲面及结构造型产品运用碳纤维短纤片状材料实现临界各项同性的专门模具设计。解决了碳纤维短纤片状材料无法使用现有各种模具设计实现产品成型的问题，解决了热固性碳纤维增强材料各项同性性能的问题。解决了热固性材料针对不等厚、复杂曲面及结构造型难以成型的问题。使热固性碳纤维可广泛替代各种高模量、高精度金属材料，同时超越了金属材料不具备的优异特性。本发明的设计方法根据材料特性，针对性设计特殊结构成型模具，顺利实现不同范畴的临界各项同性高性能复杂造型碳纤维产品。解决了传统碳纤维产品层间剪切力弱的问题，极大地拓展了碳纤维材料的应用范围及领域。

本发明的技术方案设计出的模具在70度模温时闭合料腔分钟以使材料软化；模具在90度时材料开始具有一定的流动性，此时完全闭合模具；模具在150时，保压30分钟至产品脱模。依照上述方法能够制造出符合使用要求的碳纤维短纤片状料零件。

具体实施方式

本发明为一种碳纤维短纤片状料复杂造型零件模具设计方法，由以下步骤制成：

（1）通过3D测量，将待加工的零件的三维尺寸测量记录；

（2）在三维造型软件中根据步骤（1）的测量数据设计出零件的三维形状，并根据零件的三维形状设计出模芯料腔的形状；

（3）将步骤（2）设计出的料腔形状根据步骤（1）的测量尺寸数据放大三倍；

（4）在料腔与待加工材料接触的位置设计加热管路Ⅰ；

（5）在料腔上方设计出上模，并在上模与料腔接触处设计使上模与料腔密闭配合的密封结构；

（6）通过三维造型软件在料腔内水平方向上设计出与待加工零件突出结构配合的中空结构；

（7）根据中空结构的形状，在中空结构的内凹面上增加加热管路Ⅱ；