熱壓罐成型模具的設計研究

劉鳳艷

（哈爾濱廣聯航空復合材料工藝裝備有限公司，黑龍江 哈爾濱 150060）

熱壓罐成型模具的設計研究

Design of autoclave molding die

劉鳳艷

（哈爾濱廣聯航空復合材料工藝裝備有限公司，黑龍江 哈爾濱 150060）

在模具設計過程中，需考慮諸多因素，如相關工程具體情況、工藝的輸入以及相關設備的功能等。將諸多因素考慮進去，才能夠保證模具設計的質量，進而為制作出優良的復合材料制件提供保障。本文在分析熱壓罐成型模具設計工藝要求的基礎上，進一步探究了熱壓罐成型模具精細化設計，希望以此為設計出高質量的熱壓罐成型模具提供具有價值的參考憑據。

熱壓罐成型模具；工藝要求；精細化設計

熱壓罐成型模具屬于一類復合材料成型模具，為了保證熱壓罐成型模具的質量，首先需要確保復合材料的質量，進而對模具的重量、尺寸等因素進行整體分析，同時將模具的制作成本考慮進去。綜合上述各項判定指標，才能夠最終確定熱壓罐成型模具是否合格［1］。近年來，我國航空事業發展迅速，在這樣的趨勢下，復合材料成型模具便具備廣闊的應用前景。鑒于此，本文對“熱壓罐成型模具的設計”進行分析與探究具有較為深遠的意義。

1 熱壓罐成型模具設計的工藝要求分析

復合材料成型模具的設計絕非是一項輕而易舉的工作，需在設計前期做好相關分析工作，例如認真分析制件的設計輸入，從而使模具結構的初始構造能夠有效形成?；谡w層面分析，熱壓罐成型模具在設計過程中需滿足的工藝要求包括以下內容。

1.1 了解制件的基本構造

制件的基本構造諸多，如壁板、接頭、梁、盒段等［2］。以制件的基本構造為依據，需對模具有初步的認識，對于其中的壁板來說，一般屬于大規模的框架構造。而對于梁來說，通常比較長，并且主要存在兩種形式：其一為陽模；其二為陰模。另外，上下合模則屬于盒段最為常見的一種結構模式。

1.2 對制件的工程界面加以掌握

對于制件的工程界面，需有足夠的了解，比如了解是不是存在裝配面或者氣動面等。若制件的工程界面呈復雜狀態時，可以將補償層加至工程界面一側基于此狀況，則可對貼膜面與工程界面背面進行設計。

1.3 了解影響制件質量的相關因素

一些因素會對模具的質量產生影響，進而致使模具成本難以得到合理控制。如制件外形輪廓尺寸的精度，便會對模具的質量產生影響。為了使模具質量充分達標，需對模具結構進行科學設計，同時在設計過程中融入先進的加工方法。

1.4 掌握制件成型工藝策略

制件成型工藝策略主要分為三類。

第一類，共固化。主要形式是濕鋪層一次進罐一般需讓幾組模具與模具之間組合起來，然后投入應用；同時對于此類模具來說，一般復雜程度較高。第二類，共膠接。主要形式是干濕件進罐固化，需一些零件的成型模具作支撐。第三類，二次膠接?；诖斯に嚑顩r下，全部零件均固化，主要是在膠膜的作用下使之完全固化；需全部零件的成型模具作支撐。

2 模具熱膨脹的補償分析

2.1 尺寸差異問題及解決措施

模具在和預浸料進熱壓罐固化的情況下，會隨著溫度的上升而發生膨脹，進一步讓其尺寸逐漸加大處于保溫的狀況下，其尺寸達到上限值，并且預浸料反應的情況是固化，和模具的尺寸并無差異。固化之后，溫度會隨之減弱，在這樣的情況下，不但模具會發生收縮，而且已經固化完成的制件同樣會發生收縮。但是，倘若模具材料和復合材料制件的熱膨脹系數存在差異，那么收縮同樣會存在差異，進一步致使模具與制件兩者之間的尺寸不能保持一致［3］。為了使模具熱膨脹所引發的問題得到有效解決，便需采取有效補償措施。一般情況下，會以經驗計算公式為依據，同時結合相關試驗驗證策略，將制件質心作為核心，通過獲取的公式及有效試驗驗證方法，將制件的系數降低，進而使模具的熱膨脹系數得到有效糾正，這樣使模具熱膨脹得到有效補償。

2.2 脫模、形變問題及解決措施

除上述提到對制件造成的影響之外，當模具熱膨脹的情況下，還會對制件造成脫模以及形變等一些狀況。基于模具設計過程中，需對上述因素進行考慮?？紤]在維持模具構造對稱性的情況下，能不能使制件發生形變等現象得到有效解決。當模具呈“凸”形的情況下，在收縮后會加大脫模的發生；當模具呈“凹”形的情況下，在收縮后會使脫模的難度大大提升。在對上述因素進行充分考量的情況下，需以復合材料制件的產品需求為依據，進一步選取規范、合理的模具材料及構造方式。另外，還可以借助數字模擬方法及試驗驗證，從而使模具設計的質量得到有效保障。

3 熱壓罐成型模具精細化設計探究

要想使熱壓罐成型模具的設計更加優化，做好精細化設計工作顯得極為重要。結合前人設計經驗，筆者認為需從以下幾個方面加以完善。

3.1 產品線設計

產品線，也就是指產品在外形輪廓的線，主要在人工操作切邊情況下進行應用，能夠明確產品在外形尺寸上的準確度。在設計過程中，需對模具膨脹影響因素加以考量，進而采取合理縮放解決措施。并且，需以復合材料制件外形的具體尺寸為依據，進一步對產品線的位置、寬度兩方面的精度加以明確。這樣，才能夠保證產品線符合精細化設計需求。另外，對于鋪貼線與自動鋪帶十字刻線的設計也需要符合精細化設計要求。

3.2 基準孔與復合材料制件定位孔設計

一方面，在模具機加熱和檢查條件下，便需將基準孔作為基準。需保證基準孔的精度。一般需在模具上刻上基準孔坐標值［4］。另一方面，當復合材料制件在發生脫模狀況下，便需要將復合材料制件定位孔投入應用，從而完成相應的檢測及裝配，同樣需要保證該定位孔的精度。一般情況下，該孔需有與之對應的鉆模板進行精準定位。另外，需基于脫模之前完成鉆孔，并基于模具法線方位對孔加以明確。

3.3 余量區設計

從鋪貼線至模具邊緣，需維持合理的間距，此間距稱之為余量區；其主要作用有二：其一，打真空袋；其二，自動鋪帶退料。若為非自動鋪貼模具，需將余量區維持在100 mm～200 mm之間。若為自動鋪帶，需將余量區維持在200 mm～300 mm之間。

3.4 人性化設計

人性化設計是設計行業的一種創新追求。對于模具設計來說，要想實現人性化設計，便需要對工裝應用的方便性及安全性加以考慮。以工裝高度為例，便需要與鋪貼及檢查相適應。在模具鋪貼以及搬運過程中，需小心翼翼，避免砸傷等風險的發生。在搬運出現超重狀況時，需設計好輔助工裝，進一步使模具的搬運工作能夠順利且安全地完成。

4 結語

通過本文的探究，認識到在熱壓罐成型模具設計過程中，首先要明確其設計工藝要求，進一步考慮相關因素，如模具熱膨脹情況下所引發的尺寸增大、脫模以及形變等問題，均需要采取補償解決措施。另外，做好精細化設計工作，無論是產品線的設計，還是余量區的設計，均需要符合精細化設計要求?？傊?，在融入精細化設計及人性化設計理念，并完善各項實踐工作的條件下，熱壓罐成型模具的設計將更加優化，進一步使熱壓罐成型模具的質量得到有效提升。

［1］ 張鋮，梁憲珠，王永貴，張博明，岳廣全. 熱壓罐工藝環境對于先進復合材料框架式成型模具溫度場的影響［J］. 材料科學與工程學報，2011，04：547～553.

［2］ 梁憲珠，孫占紅，張鋮，劉天舒. 航空預浸料—熱壓罐工藝復合材料技術應用概況［J］. 航空制造技術，2011，20：26～30.

［3］ 晏冬秀，劉衛平，黃鋼華，徐少晨. 復合材料熱壓罐成型模具設計研究［J］. 航空制造技術，2012，07：49～52.

［4］ 王永貴，梁憲珠. 熱壓罐工藝的成型壓力對框架式模具溫度場的影響［J］. 玻璃鋼/復合材料，2009，04：70～73.

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1009-797X （2015） 18-0039-02

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10.13520/j.cnki.rpte.2015.18.017

劉鳳艷（1982-），女，畢業于黑龍江工程學院助理工程師，從事航空復合材料成型模設計工作。

2015-08-07