高清可复制 HB 8409-2013(2017) 复合材料制件工装设计要求

　　ICS 49.040 V 96

　　HB 8409-2013

　　复合材料制件工装设计要求

　　Design requirements of tooling for composite parts

　　2013-04-25 发布 2013-09-01 实施

　　中华人民共和国工业和信息化部 发 布

　　前 言

　　本标准按照 GB/T 1.1-2009 给出的规则起草。

　　本标准由中国航空综合技术研究所归口。

　　本标准起草单位：中国航空综合技术研究所、哈尔滨飞机工业(集团)有限责任公司、北京航空制造工程研究所、成都飞机工业(集团)有限责任公司。

　　本标准主要起草人：王余良、梁 勇、苏震宇、陈 霞、皮付见。

　　复合材料制件工装设计要求

　　1 范围

　　本标准规定了复合材料制件成型工装(简称模具)的分类、设计依据、设计原则、设计流程以及设计要求等。

　　本标准适用于树脂基复合材料制件模压成形、热压罐成形、 RTM 成形工装的设计，缠绕成型、RFI成形、VARI 成型工装可参照使用。

　　2 规范性引用文件

　　下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件， 仅所注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。

　　GJB 5304 军用复合材料术语

　　3 术语和定义、缩略语

　　3.1 术语和定义

　　GJB 5304 界定的术语适用于本文件。

　　3.2 缩略语

　　下列缩略语适用于本文件。

　　RFI——resin film infusion，树脂膜渗透成型;

　　RTM——resin transfer moulding，树脂转移模塑成型;

　　VARI——vacuum assisted resin infusion process，真空辅助成型。

　　4 复合材料制件工装的分类

　　按复合材料制件成形工艺方法划分，复合材料制件工装可分为：

　　a) 模压成形工装;

　　b) 热压罐成形工装;

　　c) RTM 成形型工装;

　　d) 缠绕成型工装;

　　e) RFI 成形工装;

　　f) VARI 成形工装等。

　　5 一般要求

　　5.1 设计依据

　　复合材料制件工装设计的主要依据为：

　　a) 工装设计技术条件(工装订货单);

　　b) 产品工艺方案(成型方法、固化温度);

　　c) 产品数据(包括图样、技术条件);

　　d) 工艺数模;

　　e) 标准样件、产品实样;

　　f) 工装制造工艺方法;

　　g) 相关设备(热压罐、热压床等)的使用要求等。

　　5.2 设计原则

　　复合材料制件工装设计原则为：

　　a) 应具有足够的强度和刚度。

　　b) 应具有足够小的热容，以满足固化过程中升温、降温和温度场均匀要求。

　　c) 模具材料选择应考虑以下因素：

　　1) 产品尺寸精度要求;

　　2) 热稳定性、热传导性以及与复合材料制件热膨胀的协调性;

　　3) 工艺性、可修理性、耐用性、成本;

　　4) 常用模具材料参见附录 A。

　　d) 设计的模具应方便脱模，且不能损伤产品。对有闭角或没有拨模斜角等不易脱模的工装应分模或采用嵌入活动块。若采用分模设计，分模面的选取应使每一个分模体易于启模，且构型简单，宜使用平面、折面。应尽量减少分模数量。各分模体应开敞、易加工。若采用嵌入活动块设计，活动块应易脱模。

　　e) 模具设计时应满足设备使用特性的要求，如热压罐有效工作尺寸、固化炉有效工作尺寸等。

　　f) 模具应具有较好的制造工艺性。

　　g) 对于数控加工的模具，模具上应有数控加工基准，对于有激光铺层定位要求的模具应有激光定位基准。

　　h) 模具使用应安全可靠，大型模具应计算重量、安装起吊、搬运或翻转装置。

　　5.3 设计流程

　　5.3.1 工装设计一般流程如图 1 所示。

　　图 1 设计一般流程

　　5.3.2 各阶段工作内容如下：

　　a) 前期准备：确认产品工艺方案、工装设计技术条件、产品数模(包括图样)、产品技术条件， 了

　　解相关的使用设备情况;

　　b) 工装方案设计：制定工装结构及选材方案;

　　c) 工装设计：工装结构设计，进行强度、刚度分析，构建工装数模;

　　d) 评审：按需进行评审;

　　e) 数据发放：将工装数据按要求发放。

　　6 模压成型工装设计

　　6.1 用途

　　用于压机热压制件的成型。

　　6.2 常用材料

　　应选择结构强度高、易加工的材料，可选用 45 钢、Q235-A ·F 钢等。

　　6.3 设计要求

　　6.3.1 型腔

　　型腔设计时应考虑材料收缩比，表面粗糙度比制件的要求一般应高(1～2)级。

　　6.3.2 分模面

　　应取在制件界面尺寸最大处，不宜取在制件受力、密封和装配精度要求较高的部位。

　　6.3.3 组合模设计要求

　　若一个分模面不能使制件脱模，则考虑设计组合模。组合模的设计应满足以下要求：

　　a) 拼接块的数量应尽量少，并避免内腔加工;

　　b) 拼接块之间宜采用凸凹槽的方式定位;

　　c) 对易于磨损的部位应设计成独立的拼接块;

　　d) 导柱、导套的硬度应高于模具材料，可采用柱形销、锥形销等;

　　e) 可采用限位块保证模块之间的正确位置。

　　6.3.4 溢胶槽

　　在分模面的产品边缘线外合理设计溢胶槽，截面形状应简单，可采用半圆形或方形。

　　6.3.5 启模结构

　　小型模具可在分模面处设置启模口，大型模具可设置启模顶杆。不易脱模的制件可设置启模装置。启模结构宜设置在便于启模的位置(如制件厚度最大的部位、制件对称的位置处)。

　　6.3.6 其他要求

　　模具的外廓尺寸及结构应与模压设备相匹配。

　　7 热压罐成型工装设计

　　7.1 用途

　　用于热压罐固化制件的成型。

　　7.2 材料选择

　　7.2.1 宜采用 INVAR 钢、碳钢、模具用复合材料以及铝合金。

　　7.2.2 模具用复合材料选用时应遵循以下原则：

　　a) 应与制件材料相匹配;

　　b) 使用温度应满足制件成型温度要求。

　　7.3 设计要求

　　7.3.1 型面

　　型面设计应满足以下要求：

　　a) 模具表面应根据需要标记基准线、产品边缘线、铺层余量线及蜂窝边缘线等;

　　b) 应按产品图样标记铺层方向;

　　c) 应设计铺层定位基准;

　　d) 模具型面粗糙度 Ra 值应不低于 1.6 μm;

　　e) 与切钻工装协调的定位孔孔径尺寸应标记在模具相应位置上;

　　f) 为防止复合材料制件中的蜂窝滑移，模具上宜设置摩擦带;

　　g) 模具周边应留出足够的真空系统封装边;

　　h) 在制件外形和模具边缘之间可根据需要留出随炉试件位置;

　　i) 对于尺寸比较大的模具，宜设置导气通道;

　　j) 气密性应满足要求;

　　k) 模板厚度宜均匀。

　　7.3.2 结构

　　7.3.2.1 小尺寸模具可采用实体结构，必要时可设置一些减轻槽。

　　7.3.2.2 模腔较深的金属阴模不宜设计成整体结构。

　　7.3.2.3 大尺寸模具宜采用薄板框架式结构(见图 2)，设计时应满足以下要求：

　　a) 模具型面为金属材料时，框架应采用金属材料;模具型面为模具用复合材料时，框架可采用金属材料或模具用复合材料;

　　b) 框架隔板的厚度、高度及间距应能保证模具的刚度要求;

　　c) 框架隔板上应开通气孔。

　　图 2 典型薄板框架式模具结构

　　8 RTM 成型工装设计

　　8.1 用途

　　用于 RTM 制件的成型。

　　8.2 材料选择

　　宜采用 INVAR 钢、碳钢，也可用铝合金。

　　8.3 设计要求

　　8.3.1 注射口、排气口

　　注射口设置应使基体树脂快速、均匀地浸润干态纤维预制件;排气口设置应保证排气通畅。

　　8.3.2 密封

　　宜采用凹槽、O 型密封圈组合方法密封，典型密封形式见图 3a)～图 3e)。

　　a) O 型密封圈密封 b) 氯丁橡胶带密封 c) 硅橡胶管密封

　　d) 闭孔泡沫密封 e) 挤压式棱柱密封图 3 典型密封形式

　　8.3.3 夹紧

　　夹紧力应满足实际注射力的要求，可采用高强度的螺栓夹紧。

　　8.3.4 RTM 嵌入件

　　RTM 模具应预留嵌入件安放位置。

　　9 工装符合性验证

　　9.1 验证项目

　　验证项目应包括但不限于下列各项：

　　a) 模具型面几何形状和尺寸;

　　b) 模具型面粗糙度;

　　c) 气密性;

　　d) 温度均匀性。

　　9.2 验证方法

　　针对验证项目的验证方法有以下几种：

　　a) 按工装数模(或图样)检验模具型面几何形状和尺寸;

　　b) 用对比样块检测模具型面的粗糙度;

　　c) 通过气密试验验证模具是否符合气密性要求;

　　d) 采用热电偶检查温度均匀性。