一种热压罐成型框架式模具的制作方法

1.本实用新型涉及热压罐成型模具技术领域，尤其涉及一种热压罐成型框架式模具。


背景技术：

2.一般热压罐多采用复合材料成型，复合材料具有材料和产品形状同步生成的特点，并且在后期几乎不可以进行机械加工。因此，在生产复合材料的过程中，必须保证材料可以达到设计要求。作为广泛使用的整体成型复合材料构建技术，热压罐成型技术还存在着由于温度分布不均匀导致材料在固化阶段出现固化不均匀的现象，即固化梯度。这将在材料内部引起残余应力、变形，甚至是出现气泡等致命问题。因此优化热压罐成型框架式模具的温度场具有重要意义。
3.在国内外的相关研究中，研究者主要研究了结构及环境工艺参数对温度分布的影响。常见改善温度场的因素包括：框架式模具的散热孔形状、型板厚度等对温度场分布均匀性的影响，散热孔形状产生的影响，支撑板厚度、间距等参数的影响规律，以及风速、升降温速率对模具表面温度分布的影响等。如何开发一款新型的模具结构，实现对现有模具的改善从而有效降低模具型面温差，成为本领域技术人员亟待解决的技术难题。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的是提供一种热压罐成型框架式模具，通过弧形导流板的设计，有效减小模具型面温度差，解决现有结构温度分布不均匀导致热压罐材料在固化阶段出现固化不均匀的问题。
5.为解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术方案：
6.本实用新型一种热压罐成型框架式模具，包括四个侧板和型面顶板，四个所述侧板和型面顶板焊接连接在一起，所述侧板和型面顶板之间设置有支撑结构，沿加热气体流动方向设置的所述侧板、所述支撑结构上设置有贯穿的流体通道，所述流体通道内设置有倾斜布置的导流板，所述导流板设置为弧形状；所述侧板包括左右侧板、进口侧板和出口侧板，所述左右侧板对称布置，所述左右侧板上设置有多个方形的通风孔，所述进口侧板上设置有流体进口，所述出口侧板上设置有流体出口，所述流体出口被所述导流板遮挡的面积为整个面积的0.5～0.7。
7.再进一步的，所述导流板设置为弧形状时包括上凸和下凹两种形态。
8.再进一步的，所述支撑结构包括相互垂直布置的纵向支撑板和横向支撑板，所述纵向支撑板和横向支撑板的顶部焊接在所述型面顶板的底面上，所述纵向支撑板和横向支撑板的两端焊接在所述侧板的内侧面上。
9.再进一步的，所述流体进口、流体出口均设置有多个且等间距均布。
10.再进一步的，所述导流板位于进风端一侧与所述侧板的底部连接，所述导流板位于背风端一侧与所述进口侧板的中上部连接。
11.与现有技术相比，本实用新型的有益技术效果：
12.本实用新型热压罐成型框架式模具，包括焊接连接在一起四个侧板和型面顶板，侧板和型面顶板之间设置有支撑结构，沿加热气体流动方向设置有贯穿的流体通道，流体通道内设置有倾斜布置的导流板，导流板设置为弧形状，具体的包括上凸和下凹两种形态，从而改善流体进口与流体出口的面积比，流体进口的面积与流体出口的面积比可以为2：1，从而改善了加热气体进风端、背风端传递到型面的温度，通过comsol仿真验证该优化后结构的有效性，此时模具上表面平均温度差降幅约25％。本实用新型结构紧凑，制作方便，操作简单，成本低廉，具有较高的经济性，也易于在实际生产中实现，只需在原有的框架式模具中加装沿工作气体流动方向逐渐向上的导流板，即可提高25％型面温度分布的均匀性，解决现有复合材料构件热压罐成型时因模具表面温度分布不均匀而导致的复合材料构件成型存在质量缺陷等问题。与现有技术相比，现有的模具优化方案大多操作困难、成本高等因素，难以应用于工程实践。
附图说明
13.下面结合附图说明对本实用新型作进一步说明。
14.图1为本实用新型热压罐成型框架式模具示意图；
15.图2为本实用新型热压罐成型框架式模具主视图；(上凸状)
16.图3为本实用新型热压罐成型框架式模具左视图；
17.图4为本实用新型热压罐成型框架式模具右视图；
18.图5为本实用新型实施例二示意图；(下凹状)
19.图6为本实用新型型面温度分布标准差对比图；
20.图7为本实用新型型面下表面工作气体流速对比图；
21.附图标记说明：1、侧板；2、支撑结构；3、导流板；4、型面顶板；5、流体进口；6、流体出口；201、纵向支撑板；202、横向支撑板。
具体实施方式
22.如图1
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5所示，一种热压罐成型框架式模具，包括四个侧板1和型面顶板4，四个所述侧板1和型面顶板4焊接连接在一起，所述侧板1和型面顶板4之间设置有支撑结构2，沿加热气体流动方向设置的所述侧板、所述支撑结构2上设置有贯穿的流体通道，所述流体通道内设置有倾斜布置的导流板3，所述导流板 3设置为弧形状。具体的，通过导流板倾斜角度的合理选择，可以改善流体进口5、流体出口6的面积比例，从而调节型面温度，使得型面温度差降低。
23.所述导流板3设置为弧形状时包括上凸和下凹两种形态。该两种结构的导向板也是倾斜布置，一是调整流体进口5、流体出口6的面积比例，一是可以改善流体的流动状态，从而改善型面的温度，降低型面流体进口与流体出口一侧的温度差。
24.具体的，所述支撑结构2包括相互垂直布置的纵向支撑板201和横向支撑板202，所述纵向支撑板201和横向支撑板202的顶部焊接在所述型面顶板4的底面上，所述纵向支撑板201和横向支撑板202的两端焊接在所述侧板的内侧面上。
25.所述侧板包括左右侧板、进口侧板和出口侧板，所述左右侧板对称布置，所述左右
侧板上设置有多个方形的通风孔，所述进口侧板上设置有流体进口5，所述出口侧板9上设置有流体出口6。具体的，所述流体进口5、流体出口6均设置有多个且等间距均布，所述流体出口6被所述导流板3遮挡的面积为整个面积的0.5～0.7。所述导流板3位于进风端一侧与所述侧板1的底部连接，所述导流板3位于背风端一侧与所述进口侧板的中上部连接。
26.首先，热压罐内的工作原理是利用加热至工艺温度的工作气体在工作压力下以一定速度流经模具，在模具表面与其进行热交换，从而达到固化复合材料基体的目标。同时由于热压罐的结构限制了热源与模具之间的热辐射，故而可以假设在热压罐内仅有对流换热和热传导两种换热方式。此外假设热压罐内气体为理想气体，从而方便描述其密度随温度、压力的变换。因此可以建立方程来对此过程进行数学描述。通过理论分析可知，流体的速度越快，温度的分布越均匀，故可以通过逐步减小模具内部气体流经的面积，来补偿因横向加强筋阻挡而损失的气体速度，进一步改善温度的分布。本实用新型通过模拟可知，该方形的流体进口和流体出口的面积比为2:1，流体温度为工艺温度，根据实际复合材料的不同进行设定：
27.1)当导流板设置为上凸状时：最大温差为8k，温差最大时，进口温度约为 460k出口温度约为455k；
28.2)当导流板设置为下凹状时：最大温差为7k，温差最大时，进口温度约为 461k出口温度约为458k；
29.3)没有设置导流板的状态下：最大温差为13k，温差最大时，进口温度约为460k出口温度约为454k。
30.如图6、7所示，综合分析以上模拟结果可知，与传统未设置导流板的模具相比，设置导流板后型面的温度差得到了有效的改善，更加有效的降低型面温度分布的不均匀性，继而达到改善复合材料基体固化时温度梯度过大的目的，提高了复合材料内部的均匀性。
31.以上所述的实施例仅是对本实用新型的优选方式进行描述，并非对本实用新型的范围进行限定，在不脱离本实用新型设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本实用新型的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本实用新型权利要求书确定的保护范围内。