复合材料成型模具研究进展

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1、复合材料加工航天制造技术复合材料加工复合材料成型模具研究进展122111章令晖李甲申韩宇王超刘鹏赵金涛（1.北京空间机电研究所，北京100076；2.中国空间技术研究院，北京100086）摘要：介绍了航空航天器复合材料产品对成型模具的基本要求和常见模具结构形式，讨论了树脂基复合材料模具的研究进展和改进目标，对殷钢模具、石墨模具、碳泡沫模具、水溶性模具、低熔点合金模具以及形状记忆高分子模具的特点和存在问题进行了论述，并分析了未来成型模具的发展趋势。关键词：航空航天器；复合材料；成型模具TheProgressofResearchonCompositeFormi

2、ngMould122111ZhangLinghuiLiJiashenHanYuWangChaoLiuPengZhaoJintao（1.BeijingInstituteofSpaceMechanics&Electricity,Beijing100076;2.ChinaAcademyofSpaceTechnology,Beijing100086）Abstract：Inthispaper,basicrequirementsandtraditionalstructuraltypesofmouldforcompositeproductonaerospaceandav

3、iationareintroduced.Researchprogressandimprovingtargetofmouldmadeofcompositematerialsarediscussedindetail.Finally,thedevelopingtrendsofmouldforcompositeformingareanalyzed.Keywords：aerospaceandaviation；compositematerials；mould1引言造工艺种类繁多，常见的有真空袋成型、热压罐成型、模压成型、缠绕成型、拉挤成型、软膜膨胀成型、喷碳纤维等高性

4、能纤维增强的先进树脂基复合材射成型、电子束固化法、渗透成型（如RTM）等，不料，以其比强度和比模量高、热膨胀系数小、可设计同的成型方法对模具材料和结构形式有不同的要求，性好、易于整体成型等一系列突出的优点在航空航天同时又推动着模具技术不断发展。结构上得到了广泛地应用，现已成为航空航天四大结[1，3]构材料之一。2传统模具结构类型值得注意的是，复合材料产品的制造技术迥异于常规的金属材料，复合材料的成型通常要在模具中完2.1金属框架式模具成，在新材料成型的同时，也完成了最终结构（毛坯）框架式模具一般由模板与支承结构组成。模板采的成型。模具决定了制品的几何边界，

5、明确了与其他用钣金、冲压等工艺成形所需的型面，并要求具有较零部件的关系，在很大程度上影响着制品的内部质量高的光洁度和密封效果。支承结构一般由金属型材和表面状态，这些都决定了模具在复合材料产品制造（有时甚至是木材）制成，用于支承和固定位于上面[4]过程中起着举足轻重的作用。然而复合材料产品的制的模板。图1为一种框架式模具的分解图，其内部为作者简介：章令晖（1975-），高级工程师，复合材料专业；研究方向：航天器复合材料结构成型工艺。收稿日期：2012-11-1313复合材料加工2013年2月第1期空心结构，热容量小，便于热量的传导，且重量较轻，复合材料杆件或

6、长轴类零件的成型。收缩管或收缩带转运方便。这种结构适用于热压罐成型、真空袋成型、的材料为热收缩塑料，系根据一些高聚物进行辐照处真空导入成型等多种工艺。理后产生的“弹性记忆效应”制成，目前常用的有（改[5]性）聚烯烃、聚全氟乙丙稀、聚氟橡胶等。但热收缩模存在一些不足，主要是固化压力控制的准确度低和制品表面的平整性差，以致需要机械加工，大大影响了产品的质量。硅橡胶芯模刚性阴模固化设备图1框架式模具坯料2.2金属单模或组合模热传导除了一些薄制品或者简单零件采用单模外，模图3热膨胀成型模具压、拉挤、RTM等工艺所用成型模多为对模等组合结构形式，图2为一种简易的组合

7、模具。各部分需要精2.4复合材料模具密配合、运行到位、定位准确，因而要求较高的刚度、在国外航空航天产品中，复合材料模具的应用已强度、表面硬度、形位精度等，通常采用碳钢或铝合经相当普遍。国内航空系统单位对复合材料模具研究金材料。虽然钢和铝表面光滑、致密、硬度大、易于较早、产量较大，其他单位包括航天部门使用还比较脱模，清理模具时不易损坏，并且耐温性能好，但存少。复合材料模具多半采用碳纤维或（和）玻璃纤维在着和复合材料热膨胀系数不匹配的问题（钢的膨胀复合材料制成，并可作进一步的修补，因而可将模具-6-6系数约为12×10/℃，铝的膨胀系数约为24×10/℃，制造

8、得十分精确。由于模具材料与制品大体上属于同-6碳纤维复合材料的膨胀