導(dǎo)語：計算機輔助復(fù)合材料模具設(shè)計探討一文來源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

摘要：如今復(fù)合材料的質(zhì)量與模具設(shè)計質(zhì)量具有直接關(guān)系，因此必須不斷提高模具設(shè)計的水平，并對先進的熱壓罐成型技術(shù)進行有效應(yīng)用?；诖耍?a href="http://www.eimio.cn/lunwen/shejilunwen/mjsjlw/201811/684816.html" target="_blank">計算機輔助復(fù)合材料熱壓罐成型模具設(shè)計進行研究，首先建模方法和知識構(gòu)建兩方面出發(fā)，對計算機輔助復(fù)合材料熱壓罐成型模具設(shè)計進行簡要概述，然后從設(shè)計流程和板件設(shè)計分析其設(shè)計策略，最后就模板的熱分布測試進行探討。

關(guān)鍵詞：計算機輔助；復(fù)合材料；模具設(shè)計

隨著社會科學(xué)技術(shù)水平的不斷提升，復(fù)合材料在現(xiàn)代工業(yè)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。雖然復(fù)合材料在結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、設(shè)計性、抗疲勞性等方面具有顯著優(yōu)勢，但是在制作時往往需要投入較大的成本，而且質(zhì)量控制難度較高。為了改變這一情況，必須對先進的計算機輔助軟件進行有效應(yīng)用，通過熱壓罐成型模具設(shè)計，使復(fù)合材料實現(xiàn)數(shù)字化制作，從而提高復(fù)合材料的制備水平，促進行業(yè)的健康長遠發(fā)展。

1計算機輔助復(fù)合材料熱壓罐成型模具設(shè)計概述

1.1建模方法。為了對熱壓罐成型模具設(shè)計中的模具變形問題給予有效解決，需要對建模的方法進行改進。以碳纖維增強樹脂基復(fù)合材料為例，這種材料在生產(chǎn)過程中存在熱膨脹差異，因此在設(shè)計并制作磨具時會因為受壓發(fā)生變形?！稄?fù)合材料制件工裝建模要求》中對計算機輔助熱壓罐成型模具設(shè)計的流程給予明確說明，但是并沒有對模具熱膨脹變形情況給予修正，因此必須在此基礎(chǔ)上改進建模方法，從而提高模具的設(shè)計水平。具體來看，設(shè)計人員必須對知識庫技術(shù)、工程數(shù)據(jù)庫等進行有效利用，從中選擇合理的參數(shù)，從而在計算機上進行工藝或者生產(chǎn)試驗，并且對實驗的結(jié)果進行對比分析，最終使模具的參數(shù)得到積累，并且實現(xiàn)精確修正。首先，設(shè)計人員需要啟動UG，并且對工作環(huán)境進行設(shè)置，期間需要插入制件模型；其次，設(shè)計人員應(yīng)該對造型工藝補加曲面和模板曲面，并且建立支撐架，完成模具裝配；第三，判斷三維設(shè)計是否已經(jīng)完成，如果沒有完成就返回上方步驟，如果已經(jīng)完成就生成二維圖，并且對模型進行檢查，判斷模型是否合格。這這一流程中要重點關(guān)注造型工藝補加曲面和模板曲面，首先判斷是否做過相近制作，如果做過則對初始條件和邊界條件進行設(shè)置，如果沒做過就制作結(jié)構(gòu)，并且進行材料有限元建模，然后再通過分析計算、變形結(jié)果預(yù)測等步驟修正參數(shù)，最后儲存結(jié)果。1.2知識構(gòu)建。1.2.1熱壓罐成型工藝。在利用熱壓罐成型工藝設(shè)計復(fù)合材料的模具時，由于受到熱膨脹和模具型面壓力載荷的影響，模具會出現(xiàn)變形、翹曲等情況，而造成這些現(xiàn)象發(fā)生的工藝參數(shù)因素主要包括以下幾個方面：其一，熱壓罐會對模具施加真空壓力和氣體壓力，從而造成壓力負載現(xiàn)象；其二，加熱器的溫度會發(fā)生變化，從而造成溫度負載現(xiàn)象。實踐發(fā)現(xiàn)，如果對模具自身的長度、寬度、厚度、剛度等因素進行調(diào)整，就能夠使壓力負載得到一定程度的緩解，但是并不能解決溫度負載問題，因此需要對模具模板的型面進行調(diào)整。1.2.2框架式模具設(shè)計。為了使模具型面得到精確的調(diào)整，可以對有限元模擬方法進行有效利用，從而使模具的變形情況得到有效預(yù)測。在獲得模具的變形量后，就可以應(yīng)用反變形法修正模具的型面參數(shù)。另外，也可以對知識庫技術(shù)、工程數(shù)據(jù)庫等進行有效利用，從而構(gòu)建模具變形的計算元模型，最終對型面參數(shù)進行修正[1]。

2計算機輔助復(fù)合材料熱壓罐成型模具設(shè)計的策略

2.1設(shè)計流程。在利用計算機輔助復(fù)合材料熱壓罐成型模具設(shè)計時，可以從兩個方面開展工作，分別是模具的型面設(shè)計和模具的結(jié)構(gòu)設(shè)計。就模具的型面設(shè)計來看，設(shè)計人員首先要對模具型面的變形情況進行模擬和分析，然后獲得精確的變形修正參數(shù)，并將此參數(shù)作為模具設(shè)計的依據(jù)。這種設(shè)計方法能夠及時發(fā)現(xiàn)模具設(shè)計存在的問題，避免在制作完成后進行返工和調(diào)整，從而使精力和資源遭受浪費；就模具的結(jié)構(gòu)設(shè)計來看，主要對模具型面的支撐結(jié)構(gòu)及等距進行分析，從而評價其可加工性。2.2板件模具設(shè)計。2.2.1設(shè)計過程。模具模板的結(jié)構(gòu)與復(fù)合材料的構(gòu)件結(jié)構(gòu)之間具有密不可分的關(guān)系，因此在設(shè)計中應(yīng)該做到以下兩點：其一，對模具成型曲面進行合理設(shè)計。為此必須對熱壓罐成型模具設(shè)計的傳熱規(guī)律給予全面掌握，并且分析模具發(fā)生變形的具體情況及背后原因，從而使參數(shù)得到合理修正。為了避免模具發(fā)生變形現(xiàn)象，應(yīng)該對成型曲面進行幾何補償；其二，對模具結(jié)構(gòu)進行合理設(shè)計，為此設(shè)計人員要緊密結(jié)合實踐工作的經(jīng)驗，通過取點方式對曲面輪廓線進行劃分，從而形成模板的外形輪廓。對于模具的設(shè)計質(zhì)量而言，設(shè)計人員的知識體系構(gòu)建具有至關(guān)重要的影響，因此在具體設(shè)計中會出現(xiàn)較多不確定因素，為此需要重視以下幾個設(shè)計要點：其一，設(shè)計人員要保證數(shù)模與模板外形之間具有相似性；其二，設(shè)計人員要盡可能節(jié)約模板的制造材料；其三，設(shè)計人員要綜合考慮模具機械加工時的具體情況，從而便于結(jié)構(gòu)裝夾；其四，設(shè)計人員要對現(xiàn)有的加工條件進行有效利用，從而提高模具的設(shè)計水平。2.2.2設(shè)計要求。板件模具的設(shè)計要求主要包括以下幾個方面：其一，要在外翼面進行貼膜；其二，要對框架式結(jié)構(gòu)進行有效利用，從而保障工裝的傳熱性能、通風(fēng)性能和氣密性能；其三，要對工裝工作面的粗糙度進行有效控制，將數(shù)值保持在1.6；其四，要保障模具封裝及制造的便利性，使模具的光滑過度外延和總體表面外延分別為300毫米和100毫米；其五，要對檢驗靶標安裝孔進行合理設(shè)計，通過激光投影進行定位，確定靶標的坐標值及模具的最高點和最低點；其六，對吊裝掛點及叉車孔進行設(shè)計，便于模具的吊掛及入罐操作，并且將耐高溫漆涂刷在模板和框架的表面[2]。2.2.3模具設(shè)計。本次板件模具的設(shè)計主要將溫度場及型面設(shè)計的精度作為依據(jù)，從而使模具的背部支撐設(shè)計更加合理。就復(fù)合材料板件設(shè)計與制造的外形輪廓來看，其長和寬分別為9820毫米和2320毫米，制作材料使用的是INVAR鋼材，由于殷鋼和碳纖維的熱膨脹系數(shù)分別為2.810m/(m•℃)和2.710m/(m•℃)，因此二者差距較小，更有利于模具的穩(wěn)定性。為了對制造材料進行有效節(jié)約，同時降低模具的熱容量，將板件模具的成型面框架結(jié)構(gòu)厚度設(shè)置為5~8毫米。最終模具的參數(shù)如下所示：框格的長度、寬度和厚度分別為300毫米、300毫米和10毫米；型面的長度、寬度和厚度分別為9820毫米、2320毫米和8毫米。2.2.4熱分布測試。為了使模具模板的溫度均勻性得到保障，從而避免變形、翹曲等現(xiàn)象發(fā)生，必須對成型模板進行熱分布測試。在測試過程中需要監(jiān)控模具不同溫度區(qū)域的變化情況，避免發(fā)生極端高溫或者低溫現(xiàn)象，從而使構(gòu)建的固化質(zhì)量受到影響，為此可以將熱電偶設(shè)置在模具的周邊區(qū)域，以此作為溫度監(jiān)控設(shè)備，例如在熱壓罐的罐口位置，溫度必然最高，而罐底位置溫度最低，經(jīng)過測量發(fā)現(xiàn)溫度差為15℃，這時需要對模具位置進行調(diào)整。在利用熱壓罐成型技術(shù)進行模具設(shè)計時，罐口位置比罐底先受熱，因此要控制模具在罐口的受熱時間，盡可能減少模具兩端受熱的時間差，從而使受熱更加均勻[3]。

3結(jié)論

綜上所述，針對計算機輔助復(fù)合材料熱壓罐成型模具設(shè)計的探究是非常必要的。利用熱壓罐成型法進行工藝生產(chǎn)時必須注重模具的設(shè)計質(zhì)量，為此需要合理選擇設(shè)備、工藝、工裝等參數(shù)，在模具設(shè)計系統(tǒng)的基礎(chǔ)上確定復(fù)合材料構(gòu)建的幾何尺寸。在這一過程中，必須綜合考慮熱壓罐工藝成型模具設(shè)計的工藝環(huán)境，從而使溫度場均勻性條件滿足設(shè)計需要。希望本文能夠為研究這一課題的相關(guān)人員提供參考。

參考文獻

[1]陳磊.復(fù)合材料熱壓罐成型固化回彈變形預(yù)測及其優(yōu)化[D].長沙：湖南大學(xué),2017.

[2]楊攀.碳纖維復(fù)合材料熱固化變形規(guī)律研究[D].沈陽：沈陽航空航天大學(xué),2017.

[3]傅承陽.飛機復(fù)合材料制件熱壓罐成型溫度場模擬與改善方法[D].南京：南京航空航天大學(xué),2013.

作者:郭友利 唐 勇 單位:南京模擬技術(shù)研究所