以一個(gè)典型構(gòu)件縮比件為例，介紹了軟模及真空輔助RTM工藝用模具的設(shè)計(jì)和制備過(guò)程。實(shí)踐證明，這種工藝可應(yīng)用于復(fù)雜結(jié)構(gòu)復(fù)合材料構(gòu)件成型技術(shù)領(lǐng)域。

       RTM( Resin Transfer  Molding)工藝具有工作環(huán)境好、能耗低、效率高、投資低、工藝適用性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，發(fā)展非常迅速，已廣泛用于建筑、交通、電訊、衛(wèi)生、航空航天等領(lǐng)域，被日本強(qiáng)化塑料協(xié)會(huì)推薦為兩大最有發(fā)展前途的工藝之一，是一種綜合優(yōu)勢(shì)較明顯的復(fù)合材料低成本制造技術(shù)[2-3]。傳統(tǒng)的RTM的工藝技術(shù)存在一些不足，如模具密封困難制品纖維含量低，大面積結(jié)構(gòu)復(fù)雜的模腔內(nèi)樹(shù)脂流動(dòng)不均衡，氣泡缺陷不易排除等。尤其對(duì)一些結(jié)構(gòu)復(fù)雜的構(gòu)件，以上不足之處會(huì)表現(xiàn)得更為明顯，因此須進(jìn)行工藝、模具的設(shè)計(jì)和優(yōu)化才能制備出符合要求的制品。

2工藝的選擇    

       某典型構(gòu)件縮比件（圖1）部分模擬了該構(gòu)件的復(fù)雜結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。外形為逐漸收縮的圓筒形，兩端有較寬的內(nèi)翻邊法蘭，筒壁上有開(kāi)口，開(kāi)口處外表面有下陷，內(nèi)表面有凸起增強(qiáng)，筒內(nèi)壁有縱、環(huán)向的加強(qiáng)筋。
        
       熱壓釜工藝可制備以此類復(fù)雜結(jié)構(gòu)的構(gòu)件，但不能整體成型，而RTM工藝可以整體成型其構(gòu)件，但若采用普通的RTM剛性模具會(huì)有很大的困難。

       首先，剛性芯模在RTM工藝中的裝模和脫模問(wèn)題難以解決。由于內(nèi)壁結(jié)構(gòu)復(fù)雜，與之相配的芯模須分塊。結(jié)構(gòu)越復(fù)雜，分塊越多。這樣在一個(gè)空間相對(duì)封閉的內(nèi)壁中裝模和脫模，其操作性很差。同時(shí)由于分塊多，在裝模時(shí)其整體尺寸的精度難以保證。在脫模時(shí)每一分塊必須在徑向上脫離，分塊之間可能會(huì)產(chǎn)生干涉。其次，RTM還存在密封問(wèn)題。
RTM工藝要求模具裝配完畢后具有好的密封性。由于芯模分塊多，每一分塊的不同截面都要考慮密封，模具的密封問(wèn)題也難以保證。最后，由于典型構(gòu)件的內(nèi)部具有復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，若用機(jī)加工的方法加工金屬模具的復(fù)雜結(jié)構(gòu)，不論是整體加工后分割成塊，還是先分割成塊后加工，難度都非常大，且體積龐大將使模具沉重。這樣不但成本高，而且RTM工藝的
其它工裝也難以滿足要求。氣囊成型模基本解決了以上的問(wèn)題，但筒壁開(kāi)口、下陷等定位問(wèn)題難以解決，陰陽(yáng)模不能裝配到位。
       
       解決此類構(gòu)件的整體成型問(wèn)題可采用軟模及真空輔助RTM成型工藝，即使用一套以金屬芯模和硅橡膠軟模組成的組合陽(yáng)模，配合玻璃鋼陰模（圖2）成型制備此復(fù)雜結(jié)構(gòu)件。

3模具設(shè)計(jì)

       總體設(shè)計(jì)思想是利用硅橡膠模具的熱膨脹擠膠性能提高產(chǎn)品中纖維含量和產(chǎn)品力學(xué)性能，并利用硅橡膠模具的柔軟性，整體從產(chǎn)品內(nèi)表面褪出，解決了剛性芯模的裝模、脫模問(wèn)題和密封問(wèn)題。但隨之而來(lái)的是軟模上如何進(jìn)行鋪層和工作模的定位。解決的辦法是在硅橡膠軟模內(nèi)加裝剛性的金屬芯模，起支撐軟模和便于鋪層的作用。同時(shí)，工作模塊可以透過(guò)硅橡膠軟模，用螺釘固定到金屬芯模上。此芯模還可用作硅橡膠軟模澆鑄成型時(shí)的陽(yáng)模。

       對(duì)于金屬芯模，則須考慮其裝模和脫模的問(wèn)題。金屬芯模的脫模采用從產(chǎn)品大端抽芯的辦法。芯模的最大外徑須小于產(chǎn)品大端法蘭內(nèi)徑，還要考慮脫模錐度。為了方便機(jī)械加工，芯模兩端設(shè)計(jì)有相連的端軸，并采用厚壁空心簡(jiǎn)體以減輕芯模的重量。

       硅橡膠軟模一般采用室溫加成硫化型模具硅橡膠澆鑄成型，市場(chǎng)上此類硅橡膠單價(jià)不菲，故控制其厚度超過(guò)產(chǎn)品內(nèi)表面最大凸起尺寸5-lOmm即可。同時(shí)，產(chǎn)品兩端的法蘭內(nèi)徑環(huán)面成型，可不依靠硅橡膠軟模，而是采用金屬圓板模具：端板和壓板，并通過(guò)螺釘連接到金屬芯模上。由此，金屬芯模、硅橡膠軟模、金屬端板和壓板，以及外表面開(kāi)口下陷處的成型模塊，就組成了組合陽(yáng)模（圖3），可以在此陽(yáng)模上進(jìn)行鋪層。
       

       產(chǎn)品的外表面，形狀簡(jiǎn)單，可采用鋼板桁架加強(qiáng)的圓筒狀玻璃鋼陰模來(lái)保證成型。

       RTM工藝，還需要注膠口、出膠口出膠的流道。在以上模具中，芯模小端軸中心鉆的軸向孔，以及通向壓板外平面的徑向孔，組成注膠口；陰模大端中心附近開(kāi)一出膠口，同時(shí)用作真空輔助的抽氣口；壓板（圖4）外平面上銑出的徑向射線狀溝槽，溝槽末端空透壓板的小孔，和產(chǎn)品纖維增強(qiáng)鋪層相連，組成了膠的流道。

           
4模具制備
       整套模具的加工從金屬芯模的坯體澆鑄開(kāi)始，由此坯體加工出產(chǎn)品外表面，包括外表面開(kāi)口、下陷部分。然后，用復(fù)合材料補(bǔ)平、打磨光滑、表面處理后，翻制玻璃鋼陰模。脫模后得到玻璃鋼陰模和工作模塊。再進(jìn)行金屬坯體的二次加工，加工出產(chǎn)品內(nèi)表面結(jié)構(gòu)，同樣用復(fù)合材料補(bǔ)平，打磨光滑，表面處理后翻制玻璃鋼輔助陰模。脫模后得到玻璃鋼輔助陰模和所有輔助模塊。最后進(jìn)行金屬體坯體的三次加工，即加工掉硅橡膠軟模的厚度，留下金屬芯模。然后，將輔助模塊組裝到玻璃鋼輔助陰模上，與金屬芯模配合組成硅橡膠軟模澆鑄的模腔，澆鑄成型硅橡膠軟模。

      在模具加工過(guò)程中應(yīng)特別注意各模塊與陰、陽(yáng)模的對(duì)應(yīng)定位關(guān)系。輔助模塊與輔助陽(yáng)模的定位(圖5)可在復(fù)合材料輔助模塊成型后埋入適當(dāng)長(zhǎng)度的定位錐，再糊制玻璃鋼輔助陰模。脫模時(shí)先拔掉定位錐再脫模，澆鑄硅橡膠軟模前可用同樣大小的螺釘將鋪助模塊組裝到輔助陰模殼體上。

       工作模塊和芯模的定位稍有差別。在加工出坯體上的凹槽后，在凹槽底部鉆定位孔，深度達(dá)設(shè)計(jì)的芯模殼體。然后，在定位孔中植入定位錐，先糊制復(fù)合材料模塊，再糊制玻璃鋼工作陰模。產(chǎn)品制備過(guò)程中，鋪層完成后用相應(yīng)大小的螺釘將工作模塊固定到芯模上對(duì)應(yīng)晌定位孔中(圖6)。

5  結(jié)束語(yǔ)

       軟模真空輔助RTM工藝的主要特點(diǎn)是采用金屬芯模套合硅橡膠軟模形式的組合陽(yáng)模，既解決了芯模的密封、脫模等問(wèn)題，又可利用硅橡膠軟模在加熱情況下膨脹，擠膠，從而提高制品的纖維含量和制品強(qiáng)度。同時(shí)，外表面下陷等部位的成型可將其相應(yīng)的工作模塊用螺釘過(guò)硅膠模具固定在金屬芯模上，從而實(shí)現(xiàn)復(fù)雜結(jié)構(gòu)艙段縮比件的整體成型制備。該工藝制備的復(fù)合材料艙段縮比件的整體效果良好，證明該工藝可推廣應(yīng)用于復(fù)合材料復(fù)雜構(gòu)件整體成型。

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