本發(fā)明屬于復(fù)合材料成型技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種具有復(fù)合結(jié)構(gòu)的復(fù)合材料成型模具的制造方法。

背景技術(shù)：

復(fù)合材料以其高比剛度、高比強(qiáng)度、重量輕、隱身性好以及抗疲勞、抗腐蝕等優(yōu)點在飛機(jī)結(jié)構(gòu)件上越來越多地被采用，如波音B787及空客A350等型號飛機(jī)，且復(fù)合材料零件的制造呈現(xiàn)尺寸更大、外形更復(fù)雜等趨勢，因此對復(fù)合材料零件的制造質(zhì)量提出了更高的要求。由于復(fù)合材料制件的固化成型特點，其質(zhì)量尤其是變形控制在很大程度上取決于成型模具的質(zhì)量。

其中，碳纖維復(fù)合材料模具具有熱膨脹系數(shù)與零件一致成型精度高的特點，但制造成本高、易損壞、使用壽命短、且存在不易脫模及難以修復(fù)等缺點制約其大規(guī)模應(yīng)用。Invar鋼等金屬材料模具具有耐高溫、耐磨損、使用周期長等特點，相比碳纖維復(fù)合材料模具而言使用壽命長優(yōu)勢顯著，但大尺寸復(fù)雜結(jié)構(gòu)金屬模具重量過大，對運(yùn)輸承載能力以及熱壓罐設(shè)備尺寸要求過高，且現(xiàn)有的制造方法存在精度差、成本高等問題。現(xiàn)有的大尺寸復(fù)雜型面模具制造過程是：厚板分塊成形，模具型面和支架裝配及焊接，分塊模具型面拼焊，模具型面銑切粗加工及精加工等。其中型面成形主要是滾彎(或沖壓)成形加水火校形，焊接是手工氬弧焊。對于復(fù)雜曲率厚板成形加工、成形型面長焊縫拼焊等加工過程易出現(xiàn)外形超差、焊縫處漏氣等質(zhì)量問題，需要返工修復(fù)，同時，型面厚板銑切加工量大，成本高。另一方面，現(xiàn)有方法加工的模具型面一旦加工完就固化，不能改變，這對于復(fù)合材料結(jié)構(gòu)件的研發(fā)初期造成很大不便，無法根據(jù)零件的回彈變形結(jié)果對模具外形進(jìn)行修復(fù)，只能重新加工新的模具。

因此，針對現(xiàn)有的金屬模具加工制造過程易出現(xiàn)的復(fù)雜曲率厚板成形控制難、長焊縫焊接質(zhì)量穩(wěn)定性差等問題，以及碳纖維復(fù)合材料模具使用壽命短、修復(fù)難、制造成本高等問題，急需改進(jìn)現(xiàn)有的模具制造方法，從而在保證模具質(zhì)量的同時，如何科學(xué)有效的實現(xiàn)復(fù)合材料模具的高精度成型、低成本制造，是復(fù)合材料模具設(shè)計和制造亟待解決的難題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對大型、精密復(fù)合材料零件成型模具的成形精度低及制造成本高和使用壽命短的問題，提出一種具有復(fù)合結(jié)構(gòu)的復(fù)合材料成型模具的制造方法，該方法有效的提高復(fù)合材料制件的制造精度，提高使用壽命，保證產(chǎn)品質(zhì)量。

本發(fā)明所述的一種具有復(fù)合結(jié)構(gòu)的復(fù)合材料成型模具的制造方法，該方法的具體步驟為：

步驟一、根據(jù)模具數(shù)模，加工復(fù)合材料模具支架，并對支架進(jìn)行裝配連接；

步驟二、根據(jù)模具型面CAD數(shù)模利用增材制造方法逐層堆積加工出模具金屬型面以及型面與支架裝配組件；

步驟三、利用數(shù)控機(jī)床對模具型面以及型面與支架裝配的組件進(jìn)行粗加工；

步驟四、模具型面與支架通過自鎖式組件進(jìn)行裝配連接；

步驟五、對裝配好的模具進(jìn)行型面精加工，完成具有復(fù)合結(jié)構(gòu)的復(fù)合材料成型模具的制造。

本發(fā)明具有的優(yōu)點和有益效果：

1)金屬型面和復(fù)合材料支架結(jié)構(gòu)的模具可以縮短模具的制造周期，降低模具制造成本；

2)復(fù)雜型面增材制造可以一次性成型，成型精度高，避免傳統(tǒng)制造過程中出現(xiàn)的厚板成形控制精度差、對成形設(shè)備要求高等問題，以及避免傳統(tǒng)制造過程中出現(xiàn)的型面拼焊定位難度大，以及出現(xiàn)漏氣缺陷的問題；

4)支架采用復(fù)合材料可以減輕模具重量，且與Invar鋼型面熱膨脹系數(shù)接近，減小模具型面與支架之間因熱膨脹系數(shù)差異造成的變形；

5)自鎖式結(jié)構(gòu)裝配可以解決金屬型面和復(fù)合材料支架連接問題，避免傳統(tǒng)制造過程中模具型面與支架裝配難及焊接工作量大等問題；

6)復(fù)合結(jié)構(gòu)模具可以根據(jù)工藝要求對模具型面進(jìn)行修正及修復(fù)，避免單一的碳纖維復(fù)合材料結(jié)構(gòu)模具型面固化無法改變的特點。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的流程圖；

圖2為具體實施方式五所述的碳纖維復(fù)合材料支架；

圖3為具體實施方式五所述的模具型面的CAD模型；

圖4為具體實施方式五所述的Invar鋼型面制造示意圖；

圖5為具體實施方式五所述的模具型面和支架連接的自鎖式結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6為具體實施方式五所述的最終裝配好的平尾翼根整流罩模具示意圖。

具體實施方式

具體實施方式一、結(jié)合圖1說明本實施方式，本實施方式所述的一種具有復(fù)合結(jié)構(gòu)的復(fù)合材料成型模具的制造方法，該方法的具體步驟為：

步驟一、根據(jù)模具數(shù)模，加工復(fù)合材料模具支架，并對支架進(jìn)行裝配連接；

步驟二、根據(jù)模具型面CAD數(shù)模利用增材制造方法逐層堆積加工出模具金屬型面以及型面與支架裝配組件；

步驟三、利用數(shù)控機(jī)床對模具型面以及型面與支架裝配的組件進(jìn)行粗加工；

步驟四、模具型面與支架通過自鎖式組件進(jìn)行裝配連接；

步驟五、對裝配好的模具進(jìn)行型面精加工，完成具有復(fù)合結(jié)構(gòu)的復(fù)合材料成型模具的制造。

具體實施方式二、本實施方式是對具體實施方式一所述的一種具有復(fù)合結(jié)構(gòu)的復(fù)合材料成型模具的制造方法的進(jìn)一步說明，步驟二所述的增材制造方法包括激光增材方法、電子束增材方法和電弧(TIG或MIG)增材方法。

本實施方式所述的模具型面增材制造方法包括但不局限于激光增材、電子束增材、電弧(TIG或MIG)增材等方法。

如果在模具開始加工前設(shè)計人員需要更改尺寸，只需更新增材制造程序的CAD數(shù)模；對于模具在加工過程中或者加工后局部位置需要更改尺寸，那么需要在更改的部位銑切掉多余的材料，按照新的數(shù)模增材制造，再進(jìn)行后續(xù)的加工。

對于模具表面在使用過程中造成的損傷，也可以參考上述方法進(jìn)行修復(fù)處理。

具體實施方式三、本實施方式是對具體實施方式一或二所述的一種具有復(fù)合結(jié)構(gòu)的復(fù)合材料成型模具的制造方法的進(jìn)一步說明，步驟二所述的模具型面為碳纖維復(fù)合材料、Invar鋼或鎳合金。

具體實施方式四、本實施方式是對具體實施方式一所述的一種具有復(fù)合結(jié)構(gòu)的復(fù)合材料成型模具的制造方法的進(jìn)一步說明，步驟三所述的利用數(shù)控機(jī)床對模具型面以及型面與支架裝配的組件進(jìn)行粗加工的具體方法為：采用端銑刀銑切型面的下表面，銑切軸向切深小于3mm。

具體實施方式五、本實施方式是對具體實施方式一或四所述的一種具有復(fù)合結(jié)構(gòu)的復(fù)合材料成型模具的制造方法的進(jìn)一步說明，步驟五所述對裝配好的模具進(jìn)行型面精加工的方法為：在模具型面上表面先用端銑刀銑切，銑切軸向切深小于0.8mm，然后再用球頭銑刀銑切加工至模具的理論外形，模具最終輪廓度誤差小于0.4mm。

具體實施例，以平尾翼根整流罩成型模為例，結(jié)合附圖和具體實施方式對本發(fā)明進(jìn)一步地說明：

1)如圖2所示，利用傳統(tǒng)的方法加工碳纖維復(fù)合材料支架，并對支架進(jìn)行裝配連接；

2)如圖3所示，根據(jù)模具型面的CAD模型進(jìn)行分層處理，運(yùn)用計算機(jī)生產(chǎn)每層的掃描路徑，沿掃描路徑進(jìn)行逐層堆積成形出Invar鋼型面以及Invar鋼型面與碳纖維支架裝配連接的組件；

3)如圖4所示，可以使用激光增材成形、電子束增材成形、電弧(TIG或MIG)增材成形等方法進(jìn)行Invar鋼型面制造，圖中編號1為增材制造設(shè)備工作頭，標(biāo)號2為模具型面；

4)圖5為模具型面和支架連接的自鎖式結(jié)構(gòu)示意圖，其中編號3為Invar鋼模具型面背部裝配組件，通過該結(jié)構(gòu)將模具型面與支架進(jìn)行裝配連接，編號4為模具碳纖維支架上組件。

5)圖6為最終裝配好的平尾翼根整流罩模具示意圖。

6)如因為設(shè)計變更或者工藝調(diào)整，需要對加工好的模具型面進(jìn)行局部修正，則對修正部位進(jìn)行數(shù)控銑切達(dá)到要求后，重復(fù)步驟3)進(jìn)行局部增材制造成形，最終實現(xiàn)該部位的外形調(diào)整。

綜上所述，本發(fā)明提供的復(fù)合結(jié)構(gòu)的復(fù)合材料成型用模具的制造方法，可以實現(xiàn)型面形狀復(fù)雜、尺寸精度高的模具的精密、快速制造。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。