通過對復合材料熱壓罐成型模具的設(shè)計、制造、轉(zhuǎn)運及使用驗證等工程研究及分析，結(jié)合復材模具設(shè)計的經(jīng)驗方法，歸納出以下幾點模具設(shè)計原則。

      滿足制件結(jié)構(gòu)及工藝要求

      在設(shè)計復合材料成型模具前，要對制件的設(shè)計輸入進行充分分析，以產(chǎn)生模具結(jié)構(gòu)的初步概念。

    （1）分析制件的工程結(jié)構(gòu)。通常有壁板、梁、肋、長桁、接頭、以及整體盒段等結(jié)構(gòu)形式。根據(jù)制件結(jié)構(gòu)形式，可對模具有個大致概念，壁板常為大型框架結(jié)構(gòu)；梁一般較長，常有陰模、陽模形式（圖1、圖2）；長桁一般為細長結(jié)構(gòu)；整體盒段一般需上下合模。

（2）分析制件的工程界面。是否有氣動面、裝配面、膠接面等，一般情況下可確定這些面為貼膜面；但如果這些面結(jié)構(gòu)較復雜時，設(shè)計可考慮在工程界面?zhèn)忍砑友a償層，此時貼膜面可設(shè)計在工程界面的背面。

     （3）分析制件的質(zhì)量要求。制件的外形輪廓尺寸精度直接影響到模具的質(zhì)量要求及成本，可通過設(shè)計合理的模具結(jié)構(gòu)、定位方法及加工方法來達到精度要求。

     （4）分析制件的成型工藝方法，是共固化、共膠接還是二次交接（圖3）。共固化中，所有層為濕鋪層一次進罐，需要較多模具組合到一起同時使用，通常整套模 具較復雜；共膠接為干濕件進罐固化，需要一部分零件的成型模具，及已固化零件與濕鋪層二次進罐固化的模具；二次膠接時所有零件已固化，通過膠膜把他們固化 到一起，需要所有零件的成型模以及二次膠接的定位模具。

  模具材料的選擇

         用作復合材料成型模具的材料主要有普通鋼、INVAR鋼、復合材料（雙馬和環(huán)氧樹脂）、鋁等。通常根據(jù)材料的性能（主要是高溫下的熱膨脹系數(shù)）、成本、周期及使用次數(shù)來選擇，見表1。

 對于機身、翼面、舵面等大尺寸、大曲率的模具，通常選擇INVAR鋼，對于一些配合要求高的梁、肋、長桁等也常選擇INVAR鋼；對于鋪絲需要回轉(zhuǎn)的工 裝，考慮到重量因素，復合材料模具是一個不錯的選擇；對于形狀不是太復雜、曲率很小或是等截面的制件結(jié)構(gòu)，通常選擇普通鋼或鋁以降低成本，但膨脹和變形因 素需要在設(shè)計時得到補償。不同模具材料的性能特點及使用范圍如表1所示。

       模具熱膨脹的補償

       當模具與預(yù)浸料進熱壓罐固化時，隨著溫度的升高，模具會膨脹而使尺寸增大，達到保溫狀態(tài)時最大，此時預(yù)浸料反應(yīng)固化，與模具尺寸一致。在固化完成后降溫的 過程中，模具和固化好的制件都會收縮，但如果模具材料與復合材料制件的熱膨脹系數(shù)不一致，收縮量也就不一致，從而導致制件尺寸和模具尺寸有偏差。根據(jù)表1 中材料的熱膨脹系數(shù)，INVAR鋼和復合材料模具受熱膨脹對制件的影響很小，可忽略不計；但普通鋼和鋁則有影響，特別是當尺寸大時，必須要考慮膨脹量，否 則產(chǎn)品尺寸會隨模具的膨脹而偏大。

       模具熱膨脹可采取一定的補償方法，按經(jīng)驗公式及試驗驗證，以制件質(zhì)心為中心，把整個制件按如下糾正系數(shù)縮小，在模具設(shè)計時按照縮小后的制件作為工程輸入。

       F=1/[(T-P)×△T+1]，式中，F(xiàn)為熱膨脹糾正系數(shù)；T為模具的熱膨脹系數(shù)；P為復合材料制件的熱膨脹系數(shù)；△T為固化溫度和室溫的差值。

       另一方面，模具熱膨脹還將影響到制件的變形及脫模等問題。在設(shè)計模具時要把這些因素考慮進去。如收縮變形是否能通過模具結(jié)構(gòu)的對稱性來抵消，或后處理來消 除；凸模的收縮可能會有助于脫模，特別是對于有微小閉角的零件，凹模的收縮將增加脫模的難度。通過考慮這些因素，結(jié)合復材制件的產(chǎn)品要求，來選擇合適的模 具材料及模具的結(jié)構(gòu)形式。同時，也可以通過數(shù)字模擬，結(jié)合試驗件的驗證來優(yōu)化模具設(shè)計。