[發明專利]可機加工的復合模具

無效

• 申請號: 201310199655.1
• 申請日: 2006-07-11
• 公開（公告）號: CN103286889A
• 公開（公告）日: 2013-09-11
• 發明（設計）人: 理查德.A.卡利斯
• 申請（專利權）人: 赫克賽爾公司
• 主分類號: B29C33/38
• 分類號: B29C33/38
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務所 11105
• 代理人: 王國祥

本發明申請是基于申請日為2006年7月11日，申請號為200680025518.4(國際申請號為PCT/US2006/027001)，發明名稱為“可機加工的復合模具”的專利申請的分案申請。

技術領域

本發明總體上涉及用于模制復合材料形成復合結構體的設備和方法。更具體地說，本發明涉及用于形成所述復合結構體的模具/工具。

背景技術

多個制造復合結構體的方法利用模具或工具來形成所需的表面輪廓和形狀。在高壓釜加工過程中，模具尤為重要，在該過程中，在真空下，未固化的樹脂/纖維材料在模具中被加熱至較高的固化溫度（350℉和以上），以形成最終的復合部件或結構。

目前使用由鋼合金，例如INVAR36制成的模具，因為它們非常堅固并且易于耐受復合材料固化高壓釜中采用的固化高溫。這些模具也通常被稱作“工具”或“刀具”。鋼合金模具可機加工以得到嚴格的表面輪廓公差。另外，可以對鋼合金模具進行改進以形成不同的表面形狀和/或通過簡單的機加工和打磨模具表面對其進行修理。進一步的優勢在于，鋼合金模具在需要修理之前可以重復利用多個次（超過500個循環）。盡管鋼合金模具非常適合于其目標領域，但在其應用中也有多個缺陷。例如，鋼合金模具趨于笨重和高成本。另外，加熱然后冷卻大型鋼合金模具所需要的時間使得模制復合結構體的周期時間延長。

已開發出由復合材料制得的模具作為鋼合金模具的替代品。復合模具由于其通常較鋼合金模具輕便且制造成本低而受到歡迎。復合模具通常是由鋼合金或其它適合的材料制得的高精度主模形成。現有復合模具的實例在美國專利No.4851280、WO04/030906和WO04/030897中被提出。

雙馬來酰亞胺和聚酰亞胺樹脂結合碳纖維被廣泛地選擇用做復合模具的材料。手工切為正方形片的織物碳纖維被應用于主模來形成多個獨立的層。主模中的織物纖維片定向，以形成平滑的加工表面。樹脂可以以多種方式引入到織物纖維片中。例如，樹脂可以通過由材料制備者自動浸漬進行添加（預浸料）。作為選擇，樹脂可以在織物片在主模中時引入織物片。該步驟可以通過真空浸漬或簡單手工涂布樹脂來實現。

通常，將具有較低的面重量(aerial?weight)的織物纖維用作復合模具的表面層和/或表面樹脂凝膠涂層，以得到沒有凹點的表面。表面纖維的面重量通常為約250克/平方米（gsm）。低面重量的織物纖維用于模具表面還趨于減少下層較高面重量（約650gsm）的織物纖維的較粗糙質地向模具表面轉移或轉錄。較高面重量的纖維通常用于模具主體，以建立達到所需模具強度所需的疊層體積/厚度。

復合模具的一個問題在于其難于機加工或修理。另外，在不降低真空整體性和犧牲尺寸穩定性的情況下，在加工模具時難于獲得嚴格的表面公差或適應模具表面外形的變化。這個問題的發生是因為模具表面的機加工使較重的織物材料露出且改變了疊層的準各向同性特性。不同重量的材料構成的層的遷移也使疊層不平衡，從而可變形和影響模具的尺寸完整性并犧牲真空整體性。另外，較重的材料因為材料的織物特性而趨于為多孔狀。當機加工進入這些層時，多孔性影響真空整體性，并且真空泄漏會沿層間剪切平面發展，其中該平面是由于所述材料施用于主模作為層而形成的。因為用于該復合模具的樹脂易碎，所以復合模具的機加工更加復雜。

發明內容

根據本發明，提供用于制造復合結構體的模具（也被稱作“工具”），其中模具主體由準各向同性材料制成，該材料由多個浸漬了樹脂的無規取向纖維束構成。發現應用浸漬了一種適當的樹脂的無規取向纖維束或片狀物，形成了可以機加工達到與金屬模具相同的表面公差的復合模具。

根據本發明的模具旨在用于制造具有模制表面的復合結構體或部件。該復合模具包括具有加工表面(tool?surface)的模具主體，成型該加工表面以提供復合結構體所需的模制表面。模具主體由至少一個由準各向同性材料構成的模具層構成，其中準各向同性材料由多個浸漬了樹脂的無規取向纖維束或纖維片狀物構成。模具層包括形成加工表面的至少一部分的表面。

作為本發明的一個方面，模具主體包括至少兩個模具層，其中兩個模具層都具有形成加工表面的至少一部分的表面。兩個或更多個模具層上的加工表面是利用主模形成的，然后如果需要可以通過機加工進一步成型。