复合材料传动轴模具设计

模具设计

模具工业２００９年第３５卷第２期

复合材料传动轴模具设计

肖红波

（武汉交通职业学院机电工程系，湖北武汉４３００６５）

摘要：针对复合材料传动轴形状复杂且增强材料采用编织体的特点，提出了气囊辅助真空ＲＩＭ工艺制造方案。设计了成型模具，并对模具基本结构和制作过程进行了较详细的探讨和研究。工艺实验表明，借助该模具能顺利实施气囊辅助真空ＲＩＭ工艺并制备出高性能的复合材料传动轴。

关键词：甩Ｍ；编织体；传动轴；模具设计

中图分类号：ＴＱ３２０．６６２

文献标识码：Ｂ

文章编号：１００１—２１６８（２００９）吆一００６４—０３

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Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｒｅｓｉｎｔｒａｎｓｆｅｒｍｏｌｄｉｎｇ（ＲＴＭ）；ｂｒａｉｄｅｄ；ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｓｈａｆｔ；ｍｏｕｌｄｄｅｓｉｇｎ

１引言

气囊辅助ｆｍ瓜ｒｅｓｉｎｔｌ＇ｄＩ商ｅｒｒ叫ｄｉｒ培）工艺已被广泛应用于航空航天、汽车、建筑和船舶等领域的复合材料制造与生产，且技术日趋成熟、完善。经过数十年的发展，在传统的ＲＴＭ工艺基础上已衍生出多种新型ＲＩＭ成型工艺，气囊辅助ＲＩＭ工艺便是其中之一．特别适合予空心结构复合材料制品的制备Ｉｌ】ｏ此工艺的原理为：在气囊上铺好干态的纤维预成型体，置入刚性的凹模中，把树脂注入模腔并控制气囊充气膨胀以便对预成型体施加一定的成型压力，固化成型及脱模伫’３ｌｏ树脂的注入也可借助抽真空的方法进行。气囊辅助ＲＩＭ工艺制造的制件，纤维体积含量比传统ＲＩＭ工艺高，脱模更容易。

模具设计是复合材料制造的关键，它直接影响产品的质量、性能和成本。如果模具设计存在缺陷（如强度、密封等），则树脂与纤维间的粘合力将会降低，从而恶化产品的表面质量与力学性能，更为

收稿日期：２００８—１０—０９０

作者简介：肖红波（１９８０－）．女。湖北枝江人，硕士，主要从事模具设计及教学工作。地址：湖北武汉交通职业学院机电工程系。（电话）１３９ｒ７１４００１５２’（电子信箱）ｊ．ｅｃｈｏ（西ｔｕｒｍ

ｃｅｌｌｏ

严重的是会发生人身伤害事故，因此模具设计须满足结构件外形尺寸特性、树脂注入压力、树脂流动性、预制件的渗透性、固化特性及模具开启闭合等方面的要求。复合材料传动轴增强材料采用编织体，形状复杂，制造工艺采用气囊辅助真空ＲＩＭ工艺制造。现根据制品形状尺寸及ＲＩＭ工艺特点，设计了成型模具，经过试制，制备出了纤维含量高、性能合

格的制品。

２工艺分析

图１所示复合材料传动轴两端为带孔法兰，中间为圆筒形，在法兰和筒体的连接部位，为了保证强度，在内、外均设计了锥形过渡。采用ＲＩＭ工艺可以整体成型其构件。但若采用普通ＲＩＭ刚性模具会有很大的困难。首先，制品在法兰和简体连接处存在加强筋，使刚性芯模在ＲⅡｖＩ工艺中的装模和脱模问析，决定采用软模（气囊）及真空辅助ＲＩＭ成型工艺解决制品构件整体成型及浸胶问题。

软模（气囊）及真空辅助ＲＩＭ成型工艺过程如图２所示，即使用１副金属凹模和内部气囊（凸模）

题难以解决。经过对制品结构形状和Ｉ矾工艺分

模具设计

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组合模具整体制备此复杂结构件。首先把气囊放入玻璃纤维编织体的空腔中，向气囊内预充压约０．０５ＭＰａ，使气囊定型；然后合上金属凹模并盖上上、下盖板，各分模之间用螺栓紧固，再将气囊充压到０．１ＭＰａ．压实玻璃纤维编织体；然后通过模具上盖板上的真空孔抽真空，使树脂在负压作用下从底部进料口自动流入浸润纤维编织体，纤维编织体完全浸润好后，密封进料口和抽气孔；加热固化后脱模，去掉内部气囊，得到传动轴制品。

图１传动轴结构示意图

（ａ）气囊放入纤维编织体并充气

（ｂ）合模后气囊充气到０．１ｌＶＰ

（ｃ）真空辅助下树脂浸润纤维编织体

（ｄ）加热固化后脱模得到的制品

图２气囊辅助网Ｍ工艺制备工艺流程

３成型模具设计

传动轴结构复杂，尺寸精度高，对模具设计、制造水平提出了很高要求。根据成型工艺特点设计的金属凹模结构如图３所示，气囊（凸模）根据传动轴内部型腔采用硅橡胶制备。

制作ＲＩＭ模具的材料很多，例如碳钢、铸铁、铝、木材以及复合材料等，通常根据生产数量、制品尺寸精度和使用何种树脂来决定。对于产量较低、尺寸精度要求不高的模具，材料可选用增强塑料或层压板复合材料，对于产量大或尺寸要求高的模具，材料—般选用硬度较高的金属（铝合金或钢材）。本制品采用玻璃纤维编织体作增强体。树脂使用中温固化环氧树脂，凹模材料选用４５钢。３．１．２模具分模面设计

模具设计应遵循结构简单、合理、功能完备、经济实用原则。模具由侧板、凸模（气囊）和２个端盖组成，因为制品形状复杂，将侧板均分成３块，侧板之间及侧板和上、下盖板之间用螺栓连接。３．１．３进料口与溢料孔（抽真空孔）设计

图３金属凹模结构１．上盖板２．下盖板３．侧板

Ａ．螺栓连接孔Ｂ．抽真空孔Ｃ．橡胶密封槽

Ｄ．进料口Ｅ．气囊充气孔

进料口及分流道是树脂浸渍编织预制件的通道，树脂进料口位置设计应使树脂浸润长度较短，各个方向上的距离较为均匀。根据制品形状，模具采用中央进料１２１。位置设计在模具下盖板的中心。树脂进料ｎＪ＇ｌ＂形为圆形，直径约拳８ｎ＇ｒａｏ

为了使树脂完全浸润纤维增强体，不留下缺料

区，设计了８个抽真空孔均布在模具上盖板上。

３．１金属凹模设计

３．１．１模具材料选择

模具设计

模具工业２００９年第３５卷第２期

大口径三通挤压模数值模拟与实验研究

刘丽敏１，钟志平２’边翊２’高

（１．机械科学研究总院研发中心，北京

军２’杨瑞锋２’葛书平２

１０００８３）

１０００８３；２．北京机电研究所，北京

摘要：通过数值模拟与实验对大口径高钢级三通管件热挤压成形工艺过程中的关键工序——压包工序的成形模具进行了研究。并对模具重要参数——凹模入口圆角进行了合理定性、定量分析，研究结果对此类模具设计与制造有一定的指导作用。关键词：三通；管件；挤压；模具；数值模拟中图分类号：ＴＧ３７５．４１

文献标识：Ｂ

文章编号：１００１—２１６８（２００９）０２—００６６－０６

ｅｘｔｒｕｓｉｏｎｄｉｅ

Ｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎａｎｄｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｓｔｕｄｙ

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Ｌｉ－ｍｉｎｌ，乃｛ＣＩＮＧＺｈｉ－ｐｉｎ９２，ＢＩＡＮＹｉ２，ＧＡＯＪｕｎ２，ＹＡＮＧ

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（１．ＡｄｖａｎｃｅｄＭａｎｕｆａｃｔｕｒｅＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＣｅｎｔｅｒ，ＣｈｉｎａＡｃａｄｅｍｙｏｆＭａｃｈｉｎｅｒｙＳｃｉｅｎｃｅ＆Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００８３，Ｃｈｉｎａ；２．ＢｅｉｊｉｎｇＲｅｓｅａｒｃｈＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌ＆ＥｌｅｃｔｒｉｃａｌＴｅｃｈｎｏｌｏ盯，

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Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｔｅｅ；ｆｉｔｔｉｎｇｓ；ｅｘｔｒｕｓｉｏｎ；ｄｉｅ；ｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ

ｌ引言

近年来，我国长输管道建设如火如荼，但现有大型油气管线总长不过３万ｋｒＩｌ’仅占全世界油气管

３．１．４模具的密封

线的１０％。专家预计，未来１０年我国将实现汽油、柴油、煤油等成品油全部利用管道进行输送。欲要完

成上述目标，平均每年都要新建２万ｋ的管线，我

浇注、硫化、脱模，即可制备出完整的气囊。气囊厚度要求均匀，外形达到设计要求。４结束语

针对复合材料传动轴的结构特点，在分析真空辅助ＲＩＭ成型工艺特点的基础上，设计制造了复合材料传动轴成型模具。实践表明，模具设计合理，制备的传动轴孔隙率低，性能满足要求。参考文献：

为保持模具内部的真空度。上、下盖板采用Ｏ形密封圈密封，密封槽结构尺寸由所选密封件外形尺寸确定；两半凹模之间设计密封槽并定做橡胶密封条，如图４所示。为减少树脂沿边沿流动，降低夹紧力。密封槽应设计的靠近模具内边，距离为１０ｒａｎｏ

图４模具密封槽结构【ｌ】张国利，李学明．树脂传递成型（翮Ｍ）工艺中的模具设计技术【Ｊ】．产业用纺织品，２００２，１１３（２）：１４－１８．

３．２凸模（气囊）的制备

气囊设计是制品能否制备成功的关键，主要包括气囊选材、外形、厚度及外径设计等。气囊材料采用（Ｘ：Ｆ＿Ａ３１．１１硅橡胶，首先根据制品内腔尺寸制造辅助玻璃钢凹模，凹模由对称的两半组装而成；然后在辅助玻璃钢凹模上，按硅橡胶的硫化工艺进行

ｆ２】张明龙．曾竟成，梁济丰，等．气囊辅助ＲＩＭ－ｒ＿艺用复合裙模具的设计与制备【Ｊ】．玻璃钢／复合材料，２００７（２）：

４５－４７．

【３】杜刚，肖加余，曾竞成，等．软模辅助砌Ｍ工艺整体制备复合材料推力筒技术【Ｊ】．复合材料学报。２００７，２４

（４）：４６。５０．

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