[发明专利]一种用于复合材料自动铺放工艺的组合模具及工作方法

说明书

本发明涉及一种用于复合材料自动铺放工艺的组合模具及工作方法，组合模具包括主模胎、柔性镶块模具、挡块和刚性镶块模具，主模胎用于成形复合材料坯件，在主模胎的型面上铺放用于成型复合材料坯件的预浸料时，柔性镶块模具为刚性气囊结构，设置在主模胎的边缘型面位置上，在柔性镶块模具上设有进气阀，挡块设置在主模胎的侧端面，且挡块至少高出柔性镶块模具的底面位置，用于对其限位，当预浸料铺放完成后，刚性镶块模具取代柔性镶块模具，设置在主模胎的边缘型面位置上，且刚性镶块模具的上表面型面与复合材料坯件的表面形状相匹配，柔性镶块模具上表面的工作面曲率小于刚性镶块模具上表面的工作面曲率。

技术领域

本发明涉及复合材料零件制造技术领域，特别是涉及一种用于复合材料自动铺放工艺的组合模具及工作方法。

背景技术

树脂基复合材料广泛的应用于航空航天、高铁等军用或民用领域，应用结构越来越复杂，对于制造质量和制造效率的要求也越来越高。目前，树脂基复合材料零件的制造依然以手工为主，但是随着自动化、智能化技术的发展，越来越多的自动化制造技术被应用于复合材料成型制造领域，基于预浸料自动铺丝的复合材料零件制造是近几年迅速发展的一种自动化制造技术，该技术利用仿真软件规划丝束路径，并采用铺放机械头实现预浸料铺贴，使变曲率复杂结构的铺贴更高效、更准确、低成本。然而，自动铺丝技术由于机械铺丝头的存在，对于复合材料结构型面及模具有着严格的要求，尤其在阴模结构中，若存在超过设备转弯半径的位置存在，则会产生设备与模具的碰撞干涉问题。同时，由于气动面结构精度的要求，航空飞行器较多的气动面需要在阴模中成型，但对于曲率较大的零件无法直接实现自动铺丝，而是首先在阳模上完成自动铺丝，而后使复合材料坯体脱离阳模，转放入阴模中固化成型，这种操作工艺不利于制造稳定性和制造效率。

本发明为了解决这些问题，在复合材料零件高曲率部位的模具采用镶块模具，主动降低局部曲率，自动铺放时使用低曲率柔性模具，铺放完成后，再使用刚性模具使复合材料坯体变形恢复到理论曲率，从而避免高曲率曲面的直接铺放导致的干涉问题。

发明内容

(1)要解决的技术问题

本发明提出一种用于复合材料自动铺放工艺的组合模具及工作方法，利用组合模具解决了在复合材料零件的制造中，复合材料铺放模具与设备容易碰撞干涉，导致复合材料零件制造稳定性差和制造效率低的技术问题。

(2)技术方案

第一方面，本发明的实施例提出了一种用于复合材料自动铺放工艺的组合模具，所述组合模具包括主模胎、柔性镶块模具、挡块和刚性镶块模具，所述主模胎用于成形复合材料坯件，在所述主模胎的型面上铺放用于成型所述复合材料坯件的预浸料时，所述柔性镶块模具设置在所述主模胎的边缘型面位置上，在所述柔性镶块模具上设有进气阀，所述挡块设置在所述主模胎的侧端面，且所述挡块至少高出所述柔性镶块模具的底面位置，用于对其限位，当所述预浸料铺放完成后，所述刚性镶块模具取代所述柔性镶块模具，设置在所述主模胎的边缘型面位置上，且所述刚性镶块模具的上表面型面与所述复合材料坯件的表面形状相匹配，所述柔性镶块模具上表面的工作面曲率小于所述刚性镶块模具上表面的工作面曲率。

进一步地，所述柔性镶块模具为矩形框架结构，包括柔性外壳、刚性面板和柔性支撑杆，所述柔性镶块模具的四周外表面为所述柔性外壳，多个等长的所述柔性支撑杆并排间隔支撑在中间区域，形成纵向空腔，在并排设置的所述柔性支撑杆的两侧杆端分别连接等长的所述刚性面板，所述进气阀设在所述柔性外壳的侧壁上，通向所述柔性支撑杆形成的中间空腔部分。

进一步地，所述柔性外壳为橡胶材质，厚度不大于2mm。

进一步地，所述刚性镶块模具的上表面的型面与待成型的所述复合材料坯件边缘区域的目标型面匹配，均为曲面。

进一步地，所述主模胎的型面边缘处开有台阶槽，用于安装所述柔性镶块模具或所述刚性镶块模具。

进一步地，所述台阶槽的槽长与所述柔性镶块模具或所述刚性镶块模具的长度相同。