热压罐成型模具的设计研究

刘凤艳

（哈尔滨广联航空复合材料工艺装备有限公司，黑龙江 哈尔滨 150060）

热压罐成型模具的设计研究

Design of autoclave molding die

刘凤艳

（哈尔滨广联航空复合材料工艺装备有限公司，黑龙江 哈尔滨 150060）

在模具设计过程中，需考虑诸多因素，如相关工程具体情况、工艺的输入以及相关设备的功能等。将诸多因素考虑进去，才能够保证模具设计的质量，进而为制作出优良的复合材料制件提供保障。本文在分析热压罐成型模具设计工艺要求的基础上，进一步探究了热压罐成型模具精细化设计，希望以此为设计出高质量的热压罐成型模具提供具有价值的参考凭据。

热压罐成型模具；工艺要求；精细化设计

热压罐成型模具属于一类复合材料成型模具，为了保证热压罐成型模具的质量，首先需要确保复合材料的质量，进而对模具的重量、尺寸等因素进行整体分析，同时将模具的制作成本考虑进去。综合上述各项判定指标，才能够最终确定热压罐成型模具是否合格［1］。近年来，我国航空事业发展迅速，在这样的趋势下，复合材料成型模具便具备广阔的应用前景。鉴于此，本文对“热压罐成型模具的设计”进行分析与探究具有较为深远的意义。

1 热压罐成型模具设计的工艺要求分析

复合材料成型模具的设计绝非是一项轻而易举的工作，需在设计前期做好相关分析工作，例如认真分析制件的设计输入，从而使模具结构的初始构造能够有效形成。基于整体层面分析，热压罐成型模具在设计过程中需满足的工艺要求包括以下内容。

1.1 了解制件的基本构造

制件的基本构造诸多，如壁板、接头、梁、盒段等［2］。以制件的基本构造为依据，需对模具有初步的认识，对于其中的壁板来说，一般属于大规模的框架构造。而对于梁来说，通常比较长，并且主要存在两种形式：其一为阳模；其二为阴模。另外，上下合模则属于盒段最为常见的一种结构模式。

1.2 对制件的工程界面加以掌握

对于制件的工程界面，需有足够的了解，比如了解是不是存在装配面或者气动面等。若制件的工程界面呈复杂状态时，可以将补偿层加至工程界面一侧基于此状况，则可对贴膜面与工程界面背面进行设计。

1.3 了解影响制件质量的相关因素

一些因素会对模具的质量产生影响，进而致使模具成本难以得到合理控制。如制件外形轮廓尺寸的精度，便会对模具的质量产生影响。为了使模具质量充分达标，需对模具结构进行科学设计，同时在设计过程中融入先进的加工方法。

1.4 掌握制件成型工艺策略

制件成型工艺策略主要分为三类。

第一类，共固化。主要形式是湿铺层一次进罐一般需让几组模具与模具之间组合起来，然后投入应用；同时对于此类模具来说，一般复杂程度较高。第二类，共胶接。主要形式是干湿件进罐固化，需一些零件的成型模具作支撑。第三类，二次胶接。基于此工艺状况下，全部零件均固化，主要是在胶膜的作用下使之完全固化；需全部零件的成型模具作支撑。

2 模具热膨胀的补偿分析

2.1 尺寸差异问题及解决措施

模具在和预浸料进热压罐固化的情况下，会随着温度的上升而发生膨胀，进一步让其尺寸逐渐加大处于保温的状况下，其尺寸达到上限值，并且预浸料反应的情况是固化，和模具的尺寸并无差异。固化之后，温度会随之减弱，在这样的情况下，不但模具会发生收缩，而且已经固化完成的制件同样会发生收缩。但是，倘若模具材料和复合材料制件的热膨胀系数存在差异，那么收缩同样会存在差异，进一步致使模具与制件两者之间的尺寸不能保持一致［3］。为了使模具热膨胀所引发的问题得到有效解决，便需采取有效补偿措施。一般情况下，会以经验计算公式为依据，同时结合相关试验验证策略，将制件质心作为核心，通过获取的公式及有效试验验证方法，将制件的系数降低，进而使模具的热膨胀系数得到有效纠正，这样使模具热膨胀得到有效补偿。

2.2 脱模、形变问题及解决措施

除上述提到对制件造成的影响之外，当模具热膨胀的情况下，还会对制件造成脱模以及形变等一些状况。基于模具设计过程中，需对上述因素进行考虑。考虑在维持模具构造对称性的情况下，能不能使制件发生形变等现象得到有效解决。当模具呈“凸”形的情况下，在收缩后会加大脱模的发生；当模具呈“凹”形的情况下，在收缩后会使脱模的难度大大提升。在对上述因素进行充分考量的情况下，需以复合材料制件的产品需求为依据，进一步选取规范、合理的模具材料及构造方式。另外，还可以借助数字模拟方法及试验验证，从而使模具设计的质量得到有效保障。

3 热压罐成型模具精细化设计探究

要想使热压罐成型模具的设计更加优化，做好精细化设计工作显得极为重要。结合前人设计经验，笔者认为需从以下几个方面加以完善。

3.1 产品线设计

产品线，也就是指产品在外形轮廓的线，主要在人工操作切边情况下进行应用，能够明确产品在外形尺寸上的准确度。在设计过程中，需对模具膨胀影响因素加以考量，进而采取合理缩放解决措施。并且，需以复合材料制件外形的具体尺寸为依据，进一步对产品线的位置、宽度两方面的精度加以明确。这样，才能够保证产品线符合精细化设计需求。另外，对于铺贴线与自动铺带十字刻线的设计也需要符合精细化设计要求。

3.2 基准孔与复合材料制件定位孔设计

一方面，在模具机加热和检查条件下，便需将基准孔作为基准。需保证基准孔的精度。一般需在模具上刻上基准孔坐标值［4］。另一方面，当复合材料制件在发生脱模状况下，便需要将复合材料制件定位孔投入应用，从而完成相应的检测及装配，同样需要保证该定位孔的精度。一般情况下，该孔需有与之对应的钻模板进行精准定位。另外，需基于脱模之前完成钻孔，并基于模具法线方位对孔加以明确。

3.3 余量区设计

从铺贴线至模具边缘，需维持合理的间距，此间距称之为余量区；其主要作用有二：其一，打真空袋；其二，自动铺带退料。若为非自动铺贴模具，需将余量区维持在100 mm～200 mm之间。若为自动铺带，需将余量区维持在200 mm～300 mm之间。

3.4 人性化设计

人性化设计是设计行业的一种创新追求。对于模具设计来说，要想实现人性化设计，便需要对工装应用的方便性及安全性加以考虑。以工装高度为例，便需要与铺贴及检查相适应。在模具铺贴以及搬运过程中，需小心翼翼，避免砸伤等风险的发生。在搬运出现超重状况时，需设计好辅助工装，进一步使模具的搬运工作能够顺利且安全地完成。

4 结语

通过本文的探究，认识到在热压罐成型模具设计过程中，首先要明确其设计工艺要求，进一步考虑相关因素，如模具热膨胀情况下所引发的尺寸增大、脱模以及形变等问题，均需要采取补偿解决措施。另外，做好精细化设计工作，无论是产品线的设计，还是余量区的设计，均需要符合精细化设计要求。总之，在融入精细化设计及人性化设计理念，并完善各项实践工作的条件下，热压罐成型模具的设计将更加优化，进一步使热压罐成型模具的质量得到有效提升。

［1］ 张铖，梁宪珠，王永贵，张博明，岳广全. 热压罐工艺环境对于先进复合材料框架式成型模具温度场的影响［J］. 材料科学与工程学报，2011，04：547～553.

［2］ 梁宪珠，孙占红，张铖，刘天舒. 航空预浸料—热压罐工艺复合材料技术应用概况［J］. 航空制造技术，2011，20：26～30.

［3］ 晏冬秀，刘卫平，黄钢华，徐少晨. 复合材料热压罐成型模具设计研究［J］. 航空制造技术，2012，07：49～52.

［4］ 王永贵，梁宪珠. 热压罐工艺的成型压力对框架式模具温度场的影响［J］. 玻璃钢/复合材料，2009，04：70～73.

TB33

1009-797X （2015） 18-0039-02

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10.13520/j.cnki.rpte.2015.18.017

刘凤艳（1982-），女，毕业于黑龙江工程学院助理工程师，从事航空复合材料成型模设计工作。

2015-08-07