复合材料热压罐成形模具型面补偿设计方法研究
复合材料制造工艺中的成型原理与模具设计
复合材料制造工艺中的成型原理与模具设计复合材料是由两种或多种不同材料组合而成的材料，具有轻质、高强度、耐腐蚀等优点，在各个领域得到广泛应用。
复合材料制造过程中的成型原理和模具设计起着至关重要的作用。
本文将探讨复合材料制造工艺中的成型原理以及与之相关的模具设计。
一、复合材料成型原理复合材料在成型过程中，可以选择多种方法，如手工制作、模压、拉伸成型、注塑等。
不同的成型原理适用于不同类型的复合材料。
下面将介绍几种常见的成型原理：1. 手工制作手工制作是一种常见的成型方法，适用于简单形状的复合材料制作。
成型过程中，可以使用刷涂法、浸渍法或者层叠法进行。
手工制作的优点是工艺简单，无需复杂的模具，适用于小批量生产或者样品制作。
2. 模压模压是一种常用的复合材料成型方法，适用于制作平面或者简单曲面的构件。
在模压过程中，需要将预浸料或者干布层叠压入模具中，然后通过压力和热固化使其成型。
模压可以分为开模压和闭模压两种形式，根据需要选择合适的模具。
3. 拉伸成型拉伸成型是制作复合材料板材或者管道的常用方法。
在拉伸成型过程中，需要将预浸料或者预浸布放置在拉伸机上，通过牵引力将其拉伸至所需尺寸，并通过加热或者热固化使其固化。
拉伸成型的优点是能够制作出较大的尺寸构件，并且具有较好的力学性能。
4. 注塑注塑是一种常见的成型方法，主要适用于复材的小型构件。
在注塑过程中，需要将预浸料加热至熔融状态，然后通过注射机将熔融料注入模具中，经过冷却固化成型。
注塑具有高效率、高精度的特点，可以制作出复杂形状的构件。
二、复合材料模具设计模具设计是复合材料制造中的重要环节，合理设计的模具能够提高生产效率和成品质量。
以下是一些常见的模具设计原则：1. 合理选择材料模具的选择应根据复合材料的成型温度、压力和化学性质等因素综合考虑。
模具材料应具有良好的耐热性、耐腐蚀性和机械强度，在长期高温、高压和化学介质的作用下不发生变形和破裂。
2. 确定模具结构模具结构的设计要考虑到复合材料的成型工艺和构件的尺寸要求。
复合材料模具补偿设计及固化工艺优化
固化前，尺寸补强
固化后形状：超过公差
国外公司已开始基于Ansys、Abaqus等有限元分析平 台建立并开发复杂的材料成型模型,展开模具补偿设计和固 化工艺优化，如英国LMAT公司（2009年成立）。
基本流程：
复材制件/模具 材料性能
树脂体系固化动力学以及模型参数
固化收缩率、热膨胀系数、刚度、压 缩应变等
问题
结构强度：结构及铺层的设计很关键 不圆度：模具的修正补强 局部开裂
复合材料性能各向异性
横向： 强度和模量差、热膨胀系数大 纵向： 强度和模量高、热膨胀系数小
单向纤维区域横向强度 差，宜开裂
合理的铺层设计、工艺控制、模具补偿设计 是提高复合材料性能的关键。
合理的铺层设计由制品的强度、刚度计算确 定。
• 成型过程中成型零件配合间隙的变化δa
复合材料模具的设计，更关心复合材料制品 的变形。
二、模具补偿设计和复材工艺优化
复合材料制品变形-残余应力：
模具和制件间 相互作用
……… 成型压力
平面/厚度热膨胀 系数差异
固化发热
纤维/铺层缺陷 固化收缩
固化过程中产生的残余应力能导致复合材料结构件 变形，进行精确的工艺模拟需要深入研究和分析根本原 因。
应变
应 力 MPa
80mm 65mm 60mm 45mm 40mm
100
80
60
40
温度（℃）
1 2
100
80
60
40
温度℃
应变
1.6x10-3 1.4x10-3 1.2x10-3 1.0x10-3 8.0x10-4 6.0x10-4 4.0x10-4 2.0x10-4
0.0 -2.0x10-4
热压罐成型复合材料成型工艺的常见缺陷及对策
热压罐成型复合材料成型工艺的常见缺陷及对策热压罐成型复合材料成型工艺是一种广泛应用于航空、汽车、船舶等领域的高性能材料成型技术。
由于其具有质量轻、刚性高、耐高温耐腐蚀等优点，因此备受青睐。
在实际生产中，热压罐成型复合材料成型工艺常常会出现各种缺陷，影响产品质量和性能。
本文将重点介绍热压罐成型复合材料成型工艺中常见的缺陷及相应的对策。
一、气泡气泡是热压罐成型复合材料成型工艺中常见的缺陷之一。
气泡的存在会导致制品的密度不均匀，影响其力学性能和耐久性。
气泡的形成原因主要包括树脂充填不足、工装表面粗糙和工艺参数设置不当等。
对策：1. 提高树脂充填效率，保证充填充分；2. 提高工装表面光洁度，减少气泡的产生；3. 调整工艺参数，如温度、压力和时间，使树脂更好地充填并排除气泡。
二、裂纹裂纹是热压罐成型复合材料成型工艺中另一个常见的缺陷。
裂纹的存在会降低制品的强度和韧性，影响其使用寿命。
裂纹的形成主要受到成型温度、成型压力和成型时间的影响，同时也与工装的设计和加工精度有关。
对策：1. 控制成型温度，避免温度过高导致树脂的膨胀收缩，产生裂纹；2. 合理控制成型压力，保证树脂充填充分但不会过大导致裂纹；3. 控制成型时间，避免过长造成树脂过度固化产生裂纹；4. 设计合理的工装结构，减少应力集中和变形，避免裂纹的产生。
三、毛刺对策：1. 优化模具的设计，减少脱模力和剪切力，避免毛刺的产生；2. 提高模具表面的加工精度和光洁度，减少毛刺的生成；3. 采用表面喷涂、电镀等方法，形成一层平滑的保护层，减少毛刺的产生。
四、变形变形是热压罐成型复合材料成型工艺中常见的内部缺陷。
制品的变形会导致尺寸偏差和形状不规则，影响其使用功能和外观美观。
变形的产生主要与工装设计、成型参数和材料性能有关。
对策：1. 优化工装设计，减少应力集中和变形；2. 调整成型参数，如温度、压力和时间，使成型过程更加稳定；3. 选择合适的复合材料，提高材料的强度和韧性，减少变形的产生。
飞机复合材料零件热压罐成形复合材料工装设计技术
热容量
热膨胀系数
57kJ/K
2.55×10-6/K
315kJ/K
1.7~5.1×10-6/K
315kJ/K
12×10-6/K
备注：以上数据均来源于英国ACG公司
复合材料工装的优势：
复材工装与复材制件CTE相匹配； 复材工装高温变形低于同尺寸金属工装，尺寸越大越明显； 复材工装热容量比较低； 复材工装重量轻，便于车间使用。
二、研究内容
1.基于各向热膨胀系数匹配的复材工装模板铺层设计
复材工装模板设计方法 模板选材: 1. 低温成型，高温使用； 2. 强度和刚度； 3. 使用寿命； 模板铺层设计：
制件铺层信息和工 程常量
计算
制件各方向热膨胀 系数
模板铺层方式
误差小于10%
与制件热膨胀系数比较
模板各方向热膨胀 系数
确定模板铺层方式
优化支撑结 构
不均匀
热压罐模型简化
网格划分质量
好
边界条件设置
结果是否正确
正确
温度场是否均匀
均匀
确定支撑结构
差
不正确
二、研究内容
3.基于FLUENT的工装温度均匀性分析
支撑优化 根据经验设计的工装模板的温度场如 图所示，在制件铺层范围内温度最大 处A点的温度与温度最低处B点温差达
B A
11℃
11℃。
铺层设计
热膨胀系数匹配
金属工装各向同性，
常温形状 A 零件固化温度形状 无法同时满足与具有 C
复材工装各向异性，可 以通过优化铺层设计，
各向异性要求的复材
主轴方向
比较 保证各个方向上变形与
金属工装与零件 形状比较
热压罐成型复合材料固化变形机理及控制研究
热压罐成型复合材料固化变形机理及控制研究摘要：先进树脂基复合材料热压罐成形工艺模拟特色实验，以自主开发的热压罐工艺成形工艺数值模拟平台为基础，基于计算机模拟的热压罐工艺理论分析，掌握复合材料热压工艺过程复杂的物理化学变化及其对复合材料成形质量的影响，提升实验设计及分析能力，深入理解热压罐成形原理和工艺控制理论。
结果表明，通过实验的自主设计，可以有效掌握热压成形工艺数值模拟方法和工艺原理，为材料科学以及与试验相关的其它学科的研究提供一种研究思路和研究途径。
关键词：树脂基复合材料热压罐工艺实验1引言复合材料热压成型工艺模拟软件平台是在多个国家级重点基础项目支撑下，基于实验和数值理论方法，建立的复合材料热压成型过程数字化模拟与工艺评价平台，对于缩短复合材料研制周期、提高制件质量可靠性、改变传统的复合材料研制模式（试错法和经验法），具有重要的意义[7-8]。
基于软件平台，自主设计改变材料、工艺、结构因素，分析制件内温度、固化度、树脂压力、纤维体积分数等分布及变化规律，对于深入理解热压罐成形原理和工艺控制理论，提升实验设计及分析能力具有重要意义，同时为材料科学以及与试验相关的其它学科的研究提供一种研究思路和研究途径。
2 实验方案在树脂基体工艺特性分析基础上，设计三组工艺参数（T-t，P-t），基于复合材料热压成型过程数值模拟平台，针对等厚层板计算不同工艺条件下层板内纤维体积分数及其分布，根据制备层板的纤维体积分数判定工艺参数的合理性，理解工艺参数对于成型过程的重要性；工艺参数不变，改变铺层方式，考察层板内纤维体积分数及其分布，了解铺层方式对成型过程的影响；改变材料体系，了解不同材料体系工艺特性的区别。
3 实验案例3.1 复合材料热压罐成形热传导/树脂固化反应过程数值模拟（1）实验问题的详细描述。
以30层玻纤布/环氧层板为对象，层板尺寸为100×100 mm，初始厚度为3.86 mm，初始纤维体积分数59%，平面尺寸远大于厚度尺寸，仅考虑层板厚度方向温差。
复合材料成型模具研究进展
复合材料成型模具研究进展复合材料因其轻质、高强度、耐腐蚀等优点而在航空、汽车、船舶等领域得到了广泛应用。
成型模具是复合材料制造的关键设备之一，其设计水平和制造质量直接影响到复合材料的制备效率和产品性能。
因此，对复合材料成型模具的研究具有重要意义。
本文将围绕复合材料成型模具的研究进展进行综述，主要涉及发展历程、研究现状、研究方法和发展趋势等方面。
早期复合材料成型模具通常是在金属或木板上进行手糊成型，随后逐步发展出了真空袋压成型、热压罐成型、树脂转移模塑（RTM）等多种成型技术。
随着计算机技术的进步，数字化模具设计逐渐成为主流，通过三维建模和仿真技术，实现了模具设计和生产的自动化与智能化。
目前，复合材料成型模具的研究主要集中在成型工艺、模具设计、生产流程等方面。
在成型工艺方面，研究人员针对不同种类的复合材料，开发了多种成型工艺，如手糊成型、真空袋压成型、热压罐成型、RTM、LFT等。
在模具设计方面，数字化模具设计技术已经得到了广泛应用，通过CAD、CAM等技术，实现了模具的高效设计与制造。
在生产流程方面，研究人员通过对生产流程的优化，提高了生产效率和降低了生产成本。
复合材料成型模具的研究方法包括传统的研究手段、现代的数值模拟方法、实验模态分析等。
传统的研究手段主要是通过试验和经验总结来指导模具设计和生产。
现代的数值模拟方法如有限元分析（FEA）和有限差分分析（FDA）等，可以帮助研究人员对模具设计和生产过程中可能出现的问题进行预测和优化。
实验模态分析则可以帮助研究人员了解模具的动态特性，为模具的优化设计提供依据。
随着科技的不断发展，复合材料成型模具的发展趋势主要体现在数字化、智能化、高效化等方面。
数字化技术使得模具的设计和制造过程更加精确、快速和高效。
智能化技术如人工智能和机器学习等的应用，使得模具的设计和制造过程更加智能和自动化。
高效化则要求在保证产品质量的前提下，尽可能提高生产效率和降低生产成本。
热压罐成型复合材料成型工艺的常见缺陷及对策
热压罐成型复合材料成型工艺的常见缺陷及对策热压罐成型复合材料成型是一种常见的制造工艺，它可以生产出具有优良性能的复合材料制品，被广泛应用于航空航天、汽车、船舶、建筑等领域。
由于材料的特殊性和成型工艺的复杂性，常常会出现各种缺陷，影响产品的质量和性能。
本文将就热压罐成型复合材料成型工艺常见的缺陷及对策进行详细的介绍。
一、常见的缺陷1. 毛细孔毛细孔是指在复合材料制品内部出现的微小气孔。
造成毛细孔的原因有很多，比如树脂固化不完全、吸湿、气泡等，常常出现在厚度较大的复合材料制品中。
2. 气泡气泡是指在复合材料制品内部或表面出现的气体囊泡。
气泡的出现会导致产品密度不均匀，降低其抗压强度和韧性。
3. 残余应力残余应力是指在成型过程中产生，但又没有完全消除的应力。
残余应力会导致产品在使用过程中产生变形或开裂现象。
4. 凹坑和凸起凹坑是指在产品表面出现的凹陷，凸起则是指在产品表面出现的凸起。
这些缺陷会影响产品的外观质量。
5. 产品几何尺寸不合格由于成型过程中操作不当或模具设计不合理等原因，产品的几何尺寸可能出现偏差，不符合设计要求。
二、对策要避免毛细孔的出现，首先要保证树脂的固化充分，可以加长固化时间或提高固化温度。
其次要保持材料的干燥状态，避免吸湿现象的发生。
在成型过程中需要注意排气，尽量避免气泡的出现。
对于气泡的对策，可以采用真空吸气技术，在成型过程中对材料进行真空处理，尽量排除内部空气，减少气泡的生成。
还可以在树脂中添加消泡剂，提高材料的抗气泡能力。
残余应力的消除是一个比较复杂的问题，可以通过优化成型工艺、合理设计模具结构等措施来减少残余应力的产生。
在产品成型后，可以通过热处理或添加应力消除功能层来消除残余应力。
对于凹坑和凸起，可以通过优化模具结构、调整成型参数等措施来改善产品表面质量。
选用适当的脱模剂和表面处理工艺也能减少这些表面缺陷的发生。
产品几何尺寸不合格的原因有很多，可能是成型模具设计不合理，也可能是操作过程中出现失误。
复合材料热压罐成型模具设计研究
F=1/ [(T-P)×△T +1]， 式中，F 为热膨胀纠正系数；T 为模 具的热膨胀系数；P 为复合材料制件
胶模
1 1、2 均未固化
2 （a）共固化
模具结构，最终使最严重工况下的应 力、应变值小于材料许用值乘以某一
回弹角因与模具材料，铺层方向 安全系数（此安全系数一般为经验
及结构对称性有关，可通过数字模拟 值，为安全起见，可考虑大于 1.5），并
及试验测试的方法得到，目前用的较 尽可能使各处的安全系数偏差不大，
多的是通过经验值结合试验值来获 这样才能有效减重。模具应力分析
晏冬秀 上海飞机制造有限公司航空制
造 技 术 研 究 所 副 主 任 研 发 工 程 师， 高级工程师。从事过波音 737 水平 尾 翼 制 造 技 术 工 作 6 年；在 空 中 客 车公司从事 A350 结构设计工作 5 年；目前正从事 C919 复合材料结构 件 制 造 技 术 研 究 工 作，主 要 研 究 方 向为复合材料主承力结构件成型工 艺、复 合 材 料 件 成 型 模 具 以 及 复 合 材料结构件修理技术。
计模具时要把这些因素考虑进去。 加上回弹角等于模
如收缩变形是否能通过模具结构的 具 夹 角，使 制 件 在
对称性来抵消，或后处理来消除；凸 脱模回弹后符合工
模的收缩可能会有助于脱模，特别是 程数模要求。
对于有微小闭角的零件，凹模的收缩 将增加脱模的难度。通过考虑这些
应力分析准则
因素，结合复材制件的产品要求，来
合材料模具是一个不错的选择；对
热压罐成型复合材料成型工艺的常见缺陷及对策
热压罐成型复合材料成型工艺的常见缺陷及对策1. 引言1.1 热压罐成型复合材料的重要性热压罐是制备复合材料的重要工艺设备之一，其在航空航天、汽车、船舶、建筑等行业中具有重要的应用价值。
热压罐成型复合材料具有优异的性能，包括高强度、轻质、耐腐蚀等特点，能够满足各种复杂工程的要求。
在航空航天领域，热压罐成型的复合材料被广泛应用于飞机机身、飞翼、推进器等部件，能够减轻飞机重量、提高飞行性能，促进飞机的节能减排。
在汽车制造领域，热压罐成型复合材料可以用于车身结构、内饰件等部件，提高汽车的安全性、舒适性和节能性能。
热压罐成型复合材料在各行业中都具有重要的应用意义，能够推动产业的发展，并为人们的生活带来更多便利和安全。
1.2 常见的成型工艺在热压罐成型复合材料的生产过程中，经常采用的成型工艺包括预浸法、手工层叠法、自动穿透法等。
预浸法是一种将预先浸渍过树脂的纤维材料层叠放置在模具中，并经过热压成型的工艺。
这种方法能够有效地保证成型件的强度和表面质量。
手工层叠法则是工人手工层叠纤维和树脂，虽然成本相对较低，但可能产生不均匀的成型厚度和质量问题。
自动穿透法是通过机械设备将纤维和树脂压制在一起，可以提高生产效率和一致性，但设备成本较高。
在选择成型工艺时，需要考虑生产效率、成型质量和生产成本等因素。
合理的成型工艺可以保证复合材料成型件的质量和性能，提高生产效率和降低成本。
研究和优化成型工艺是提高热压罐成型复合材料质量的关键。
在这个过程中，我们需要关注常见的成型工艺缺陷及对策，以进一步提高生产效率和产品质量。
2. 正文2.1 成型工艺中常见的缺陷及原因1. 气泡：成型过程中，材料中的气体未能完全排除，导致在成型件内部形成气泡。
造成气泡的原因可能是材料使用不当、工艺参数设置不当或是设备故障等。
2. 凹坑：在成型过程中，材料未能完全填充模具空腔，导致成型件表面产生凹陷或凹坑。
凹坑的原因可能是模具设计不合理、压力控制不到位或是材料流动性差等。
热压罐成型复合材料成型工艺的常见缺陷及对策
热压罐成型复合材料成型工艺的常见缺陷及对策【摘要】热压罐成型是一种重要的复合材料成型工艺，但常常存在一些常见缺陷，如气泡和孔洞的产生、层间剥离、成型件表面质量不佳以及尺寸精度不达标。
针对这些问题，可以通过优化工艺参数、改进模具设计、采用适当的表面处理方法以及加强设备维护等对策来解决。
通过对常见缺陷的分析及对策的制定，可以有效提高热压罐成型复合材料成型工艺的质量和效率。
对热压罐成型复合材料成型工艺的常见缺陷及对策的研究有着重要的意义，可以帮助生产厂家更好地应对各种挑战，提高产品的质量和竞争力。
【关键词】热压罐、复合材料、成型工艺、常见缺陷、气泡、孔洞、层间剥离、表面质量、尺寸精度、优化工艺参数、模具设计、表面处理、设备维护、质量、效率。
1. 引言1.1 热压罐成型复合材料成型工艺的重要性热压罐成型复合材料成型工艺是一种重要的制造工艺，广泛应用于航空航天、汽车、船舶等行业。
该工艺可以制备轻质、高强度、耐腐蚀的复合材料制品，具有优异的性能和广泛的应用前景。
热压罐成型复合材料成型工艺在航空航天领域中的应用尤为突出，航空器结构件、航天器密闭结构件等都可以通过热压罐成型工艺来制造。
这些复合材料制品具有重量轻、强度高、抗冲击性好、耐腐蚀等优点，可以有效提高航空器和航天器的性能。
热压罐成型复合材料成型工艺在现代制造业中具有重要的地位和作用。
通过研究和优化该工艺，可以进一步提高复合材料制品的质量和效率，满足不同领域的需求，促进工业的发展和进步。
1.2 存在的常见缺陷常见缺陷是指在热压罐成型复合材料成型过程中常见的问题或不完美现象，影响着成型件的质量和性能。
气泡和孔洞的产生是一个常见的缺陷，可能会导致成型件强度不足或外观质量不佳。
层间剥离也是一个常见问题，会影响成型件的整体结构完整性。
成型件表面质量不佳和尺寸精度不达标也是常见的缺陷现象，会直接影响成型件的外观和整体性能。
了解并解决这些常见缺陷是提高热压罐成型复合材料成型工艺质量的关键。
热压罐成型复合材料成型工艺的常见缺陷及对策
热压罐成型复合材料成型工艺的常见缺陷及对策【摘要】热压罐成型复合材料成型工艺在现代工业生产中具有重要性，但在实际生产过程中常常出现各种缺陷。
本文通过研究背景引入了热压罐成型复合材料成型工艺的重要性，并探讨了常见缺陷包括气泡、浸透不良、层间剥离和成型不良等。
针对这些缺陷，我们提出了一系列对策，如优化制造工艺、增加浸透时间和改进成型模具等。
我们展望了热压罐成型复合材料成型工艺的未来发展，并对整个文章进行了总结。
通过本文的研究和分析，希望能够为相关领域的从业者提供参考和借鉴，促进热压罐成型复合材料成型工艺的进步与发展。
【关键词】关键词：热压罐成型、复合材料、成型工艺、常见缺陷、气泡、浸透不良、层间剥离、成型不良、对策、未来发展、总结1. 引言1.1 热压罐成型复合材料成型工艺的重要性热压罐成型复合材料成型工艺在现代工业生产中扮演着重要的角色。
复合材料是一种由两种或两种以上的不同性质的原材料组成的新材料，具有轻质、高强度、耐腐蚀等优点。
而热压罐成型工艺是一种常用的成型方法，通过高温和高压的作用，将复合材料原料进行热压成型，从而得到需求形状的制品。
这种工艺在航空航天、汽车、船舶、建筑等领域都有广泛的应用。
热压罐成型复合材料成型工艺不仅可以实现对复合材料的成型加工，还可以提高产品的质量和性能。
深入研究热压罐成型复合材料成型工艺的关键技术和常见缺陷，对于提高产品的质量和效率具有重要意义。
通过不断改进和优化热压罐成型复合材料成型工艺，可以更好地满足市场需求，推动相关产业的发展和进步。
1.2 研究背景热压罐成型是一种常见的复合材料成型工艺，通过高温和高压的条件下使树脂基复合材料固化，经过成型后可以获得具有优异特性的复合材料制品。
在工业生产中，热压罐成型工艺被广泛应用于航空航天、汽车、船舶、建筑等领域。
热压罐成型过程中常常会出现各种缺陷，影响制品的质量和性能。
这些缺陷包括气泡、浸透不良、层间剥离和成型不良等。
为了解决这些问题，需要对热压罐成型复合材料成型工艺进行深入研究，找出缺陷产生的原因并提出有效的对策措施。
复合材料模压成型设备中的模具设计与制造新技术研究
复合材料模压成型设备中的模具设计与制造新技术研究在复合材料模压成型设备中，模具设计与制造是关键的环节之一。
模具的质量和性能直接影响到复合材料制品的成型质量和生产效率。
因此，通过研究和应用新技术来改进模具设计与制造过程，对于提高复合材料制品的质量和生产效率具有重要意义。
一、模具设计新技术的研究与应用1. 计算机辅助设计（CAD）技术计算机辅助设计技术在模具设计中有着广泛应用。
通过CAD软件，设计师可以更加精确地绘制模具的几何形状，同时可以方便地进行模具的尺寸调整和修改。
此外，CAD技术还可以进行模具的虚拟装配和仿真分析，帮助设计师发现潜在的问题并优化设计。
2. 模具材料与热处理技术模具材料的选择对于模具寿命和工作性能有着重要的影响。
传统的模具材料如钢材具有较高的强度和硬度，但在高温或酸碱环境下容易受到腐蚀和磨损。
因此，研究新型高温合金材料、陶瓷材料等，可以提高模具的抗腐蚀性和耐磨性，延长模具的使用寿命。
同时，热处理技术也是改善模具性能的重要手段之一。
通过适当的热处理过程，可以改变模具材料的组织结构和硬度，提高其抗磨性和耐腐蚀性。
3. 三维打印技术近年来，三维打印技术在模具制造中得到了广泛的应用。
通过三维打印技术，可以直接将模具的三维模型转化成物理模型，大大缩短了制造周期。
此外，三维打印技术还可以制造出非常复杂的形状，满足一些特殊要求的模具设计。
二、模具制造新技术的研究与应用1. 数控加工技术数控加工技术在模具制造中是一种主要的加工方式。
与传统的机械加工方式相比，数控加工技术具有高效、精确和稳定的特点。
通过数控加工设备，可以实现对模具加工的自动化控制，提高加工精度和效率。
2. 激光焊接技术在模具制造过程中，往往需要对模具进行修复和改造。
传统的模具修复方式如电弧焊接存在着热影响区域大、局部变形等问题，对模具材料的性能产生不利影响。
而激光焊接技术由于焊接热输入低、焊缝细、变形小等优点而被广泛应用于模具的修复和改造中。
复合材料模压成型设备中热压技术新技术研究与优化
复合材料模压成型设备中热压技术新技术研究与优化随着科技的进步和产业的发展，复合材料在众多领域中得到广泛应用。
而复合材料的制备过程中，热压技术是一种重要的成型方法。
热压技术能够通过温度和压力的控制，使得复合材料在高温下形成固态。
然而，随着材料的多样化和应用领域的不断拓展，热压技术也需要不断研究和优化。
1. 热压技术的现状分析目前，热压技术在复合材料制备中已经得到广泛应用。
其中，传统的热压技术主要包括一次热压和多次热压两种方式。
一次热压是指在一定的温度和压力下，将预浸料或干纱布和树脂粘合剂加热压制的方法。
多次热压则是在多个不同温度和压力下进行多次热压制作。
这些传统的热压技术已经能够满足一定程度上的材料制备需求，但在某些特殊领域和对材料性能要求更高的情况下，这些技术仍然存在一些局限性。
2. 新技术的研究与发展为了克服传统热压技术的局限性，研究人员提出了一系列新的热压技术。
其中，最为重要和具有潜力的包括增压热压、电场辅助热压和超声波辅助热压等技术。
2.1 增压热压增压热压技术是将传统的热压技术与增压技术相结合的一种新型技术。
通过增加热压过程中的压力，可以提高热压过程中的温度和压力，并促进复合材料中的树脂流动和纤维重排，从而改善材料的密实性和性能。
2.2 电场辅助热压电场辅助热压技术是利用电场作用对复合材料进行热压的一种新技术。
通过在热压过程中施加电场，可以在复合材料中引入电热效应，从而加快材料的热传导和树脂的流动，提高材料的成型效率和性能。
2.3 超声波辅助热压超声波辅助热压技术是利用超声波振动对复合材料进行热压的一种新技术。
通过超声波的作用，可以改变材料中的温度分布和应力分布，促进树脂的流动和纤维的重排，从而提高材料的成型质量和性能。
3. 优化热压技术的方法与措施除了研究新技术外，还可以通过优化传统热压技术的参数和工艺流程来提高热压技术的质量和效率。
首先，可以通过调整热压过程中的温度和压力参数，来控制材料的成型时间和成型温度。
U型复合材料结构件热压罐固化变形及补偿技术应用研究
制造技术可以利用仿真的手段预测复 合材料零件固化中产生的缺陷， 从而 优化制造工艺， 避免或减少制造缺陷。 工艺仿真技术的应用， 对于改进传统 的主要依赖经验的工艺设计方法、 减 少试验次数、 加快工艺研制周期、 降低 [5-15] 成本意义重大 。
热压罐固化变形补偿 技术方案
以复合材料典型 U 型结构对象 开展热压罐温度场仿真及固化变形 仿真研究分析。具体流程如图 1 所 示。 1 热压罐内温度场分析 模拟热压罐内摆放工装工件情 况下的内部流场及温度场分布， 不考 虑工装工件传热及工件固化 , 该阶 段侧重考虑工装工件对内部流场的 流阻， 以便快速获取工装工件最佳 摆放位置， 并对工装支撑板等流道设 计合理性提供评估。CFD-ACE+ 利
64
航空制造技术·2017 年第 16 期
Moulding Technology for Composites
复合材料成型技术
用热力耦合方法计算工装模具在罐 内的表面换热、 内部传热和热变形情 况。通过工装模具内部的温度分布 和变形情况， 分析工件变形和残余应 力水平。 2 工件固化变形模拟分析 将工件各节点的温度和材料物 态信息作为输入条件提交给 PAMDISTORTION， 定义工件的约束信息， 由 PAM-DISTORTION 软件对工件进 行回弹变形分析， 可得到工件最终的 残余应力基于有限体积方法求解， 结 合能量方程及固化反应动力学方程 进行树脂的热固化学反应计算， 并考 虑固化放出热量对构件周围温度场
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U型复合材料结Байду номын сангаас件热压罐 固化变形及补偿技术应用研究
刘望子， 汪心文， 管海新， 李 萌， 许 漂， 陈正生
（航空工业昌河飞机工业 （集团） 有限责任公司， 景德镇 333002） [ 摘要 ] 以复合材料 U 型构件为研究对象， 采用数值模拟的方法对 U 型件进行热压罐温度场的模拟， 模拟出在不同 时间段工装和工件的温度分布情况， 模拟工件在工装传热和变形影响下的内部传热、 固化度、 最终变形情况和残余应 力水平等。根据模拟结果， 优化热压罐固化工艺参数， 从而改善固化热变形问题， 根据分析结果制定补偿方案并实施 验证， 同时优化工装结构形式， 采用工装型面补偿技术对零件固化变形进行预补偿。结果表明， 补偿后零件变形后的 外形与理论几何外形相差 1.37mm， 验证了补偿技术的可行性。工装型面补偿技术可以有效提高复合材料结构件的 制造精度。 关键词： 复合材料； 热压罐； 固化变形； 温度场分析 DOI: 10.16080/j.issn1671-833x.2017.16.064
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复合材料热压罐成形模具型面补偿设计方法研究
作者：赵敏黄红端
来源：《中国科技纵横》2018年第24期
摘要：复合材料在固化成形时经常会出现变形问题，对复合材料构件的精度、尺寸、外形产生了很大影响。
基于此，本文认为应通过补偿模具型面，让材料变形量得到抵消。
从热压罐成型工艺概况出发，对热压罐成型的模具型面补偿设计进行分析与探究，希望为相关人员提供一些帮助与建议。
关键词：复合材料；模具型面；补偿设计
中图分类号：TH162 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2018）24-0050-02
0 引言
进行热压罐成型的模具型面补偿设计的思路是使构件成形之后的形状尺寸符合设计要求，高温状态构件的理想形状应为构件由低温升至固化温度发生膨胀而产生的形状。
固化周期模具热变形属于弹性变形，也就是材料经过固化脱模会恢复到原有的模具型面形状，设计模具型面的基础是对固化点温度下模具型面几何形状的精准预测。
通过对补偿以后的数值进行模拟，发现使用模具型面的热补偿方法进行模具型面的设计可以使复合材料在制件成形时受到的复合材料、模具两者的力学、热学性能不一致与固化过程中的固件变形问题得到补偿。
1 热压罐成型工艺概况
通过热压罐成型工艺，能够对复合材料的真空度、压力、温度等多个工艺参数进行在线实时控制并做到时序化，因此该工艺在新能源、交通、兵器、电子、航天航空等复合材料构件领域得到了广泛应用。
但热压罐成型工艺在使用过程中经常遇到一些问题。
金属成型模具与复合材料构件相比线膨胀系数会比较大，而且树脂基體固化前，构件由于热压罐的压力作用和模具贴的很紧，和模具较近的纤维需要承受拉应力，这时复合材料构件的剪切模量比较低，构件的厚度方向应力没有较好的传递能力使其厚度方向会有应力梯度出现。
伴随固化工艺不断进行，树脂完完全全的固化，构件中残留了顺着厚度方向没有均匀分布的应力，构件完成固化以后释放残余应力从而导致变形。
与此同时，模具结构形式与导热性能会对复合材料构件中分布的固化温度场造成影响，从而对构建中最终残余应力的分布与大小造成影响。
为了使热压罐成型工艺中复合材料成形时变形的问题得到解决，当前使用最多的解决方法就是通过模具型面对成形受到的构件变形量进行补偿性位移修正。
补偿性位移修正的方法通常是以实验为基础，结合以往经验进行累积尝试，反复多次调整模具型面并进行补偿性的修正加工，使模具变形得以抵消[1]。
不过该方法比较耗费材料与时间，还会使复合材料的构建成本增加。
本文认为，应进行模具型面的补偿设计，通过计算机的数值模拟，结合有限元的理论，对模具引起的构件变形与构件本身热变形进行分离，然后通过修正模具型面来补偿两部分的变形量，使得模具结构的优化技术与固化工艺的缺陷得到弥补，使得构件最终的精度、尺寸、外形等能够符合要求。
2 热压罐成型的模具型面补偿设计
2.1 补偿设计的基本原理
当树脂基复合材料处于固化过程的时候，材料固化到玻璃态的温度时会有相对稳定的力学与物理性能，可以认定降温固化阶段的材料变形是因为成型模具、材料两者间热物理性能与材料本身热变形不一致引起了线弹性变形[2]。
与此同时，热压罐成型的工艺中，罐内只有很小的温度梯度，并且温度场均匀分布，很多复合材料在制件时成型的温度都低于二百摄氏度，可以认定模具与降温固化阶段热收缩量属于温度的一个线性函数，并和材料热物理性能存在一定关系。
由此可见，为了让构件成形以后可以符合设计形状的需要，玻璃态的转化温度条件下构件理想形状应为从低温提高到玻璃化的温度点经过热膨胀产生的形状。
当复合材料处在固化的初期阶段时，复合材料的铺层是黏流性的状态并紧紧贴在模具的表面，型面的形状和模具的型面一样，在处于固化点的时候，材料的粘弹性非常高，这时由于罐内的压力作用与材料应力松弛的效应使其型面的形状依旧和模具的型面一样。
将P设为材料最开始型面的形状，将D设置为模具的型面，当材料处于固化点温度的时候，将P1设置为其型面的形状，D1设置为模具的型面，那么P=D且P1=D1。
当处于固化点时，材料由于收缩、松弛等一系列原因使得在转化成玻璃态的过程会出现变形现象。
如果材料在固化时玻璃态的转化温度和固化点的温度相等，那么从理论上讲玻璃态的模具型面形状与固化点时模具型面形状相等[3]。
根据上述分析不难看出，在复合材料进行制件时，固化时模具和制件几何型面建立了紧密的玻璃态转化点、固化点联系，如果可以了解材料固化点时理想的设计型面形状，那么就可以了解到玻璃态转化点时模具型面是何种形状，然后把玻璃态的模具降到室温便能够获得室温下模具形状。
在本文中，对模具型面进行补偿设计的总体思路是进行材料有相等的玻璃态转换温度与固化点温度的假设，这样的话模具型面在理论上玻璃态温度的转换点与固化点具有相同的几何形状。
具体设计的过程主要是将升温固化到理想固化点形状的制件设计模型当成高温下模具型面最开始形状的设计模型，把模具最开始的高温模型在热压罐的固化降温条件下降低到室内的温度来获得常温下模具最开始的型面模型，将这时模具型面当作初始模具固化与复合材料构件的型面形状，对升温固化过程中的构件进行分析，把固化点时构件几何形状和高温理想构件形状进行比较，从而对理想高温的模具型面形状进行确定。
将高温状态下复合材料构件理想的型面当成设计模具型面的根据主要是为了使模具发生热膨胀变形引起的构件变形与固化降温时构件的热弹力变形得到补偿。
与此同时，该设计方式能够使高温状态的制作型面与模具型面的一致性得到保证。
2.2 补偿设计
2.2.1 补偿设计的过程
在本文中，补偿设计的实际操作过程如下：第一，使用ansys有限元分析软件把复合材料构件由室温顺着升温固化方向加载到玻璃态的转化温度，获得玻璃态下理想的构件型面几何形状。
第二，由于固化的初始阶段材料会与模具紧贴，使得模具型面的几何形状和材料形状相同[3]，故将获得的理想构件高温型面当作基础，对高温下模具型面的模型进行构建。
第三，把高温下的模具型面模型顺着降温固化方向下降到室温，获得模具型面常温下的模型。
2.2.2 确定模具型面的形状
在本文中，使用ansys有限元分析的软件对设计的复合材料构件进行降温固化阶段的反向加载，获得玻璃态下构件型面的理想几何模型。
此模型即为高温状态下模具的原始模型。
以某无人机机身上板件模具设计为例，使用构件的原始数据反向加载出高温状态下的几何形状，等效做为高温时模具的几何模型：如图1所示。
2.2.3 补偿设计模具型面
获得复合材料构件的高温模型后，使用UG软件提取出几何模型，用于对模具高温时的型面与相应等效模具模型进行构造。
在ansys有限元分析的软件中，把高温等效的模具模型顺着降温固化方向降低到室温，获得模具在室温时离散的等效模型。
见图2。
复合材料在固化时出现的化学收缩应变主要由状态转变时材料物理性能決定，无法借助模具型面来补偿，因此在本文中数值模拟过程在升温固化的阶段未对化学收缩造成的应变、应力进行考虑，只对材料在固化时热膨胀系数与固化反应的放热变化影响应力、变形的情况进行考虑[4]。
升温固化时应选取合理的加载周期，使固化周期中整体的热压罐压力、温度均匀分布。
2.2.4 分析模拟的结果
在固化时复合材料主要受到的约束为模具支撑约束与热压罐对材料表面施加的气压约束，复合材料固化的过程是从粘流态经过橡胶态转化成玻璃态，这一过程中，材料受到应力松弛作用能够快速将升温固化阶段的应力释放掉。
为使固化模拟过程中材料径向约束带来的材料应力无法释放而引起的材料中间变形隆起进行消除，本文进行模拟时将橡胶层设置于模具与材料的边缘部分，使材料受到的模具径向约束得以平衡，模具与材料其他的部分设置成接触约束，让模拟的过程和具体状况更加接近。
从补偿模具型面温度的结果可以看出，通过补偿模具型面温度可以使固化周期中材料热弹性的变形量得到补偿。
3 结语
总而言之，运用热压罐成型工艺对复合材料的模具型面进行补偿设计具有十分重要的意义。
在本文中使用的模具型面补偿法主要以构件弹性的变形机理为基础，在补偿时对升温固化
阶段模具的热变形与降温固化阶段构件的热弹性变形进行了综合考虑，属于物理补偿法。
通过模拟设计模具型面之后的数值可以发现，使用模具型面的热补偿设计法可以对复合材料在制件成形时的变形问题得到有效解决。
参考文献
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[2]陈广辉，白广建，尹萌辰，等.基于Mimics测量CT扫描数据二段可调式新型纳米羟基磷灰石/聚酰胺66复合材料人工假体的设计[J].中国组织工程研究，2018，22（26）：4133-4138.
[3]徐仲昌.“陶瓷金属复合材料立磨磨辊/磨盘制备技术”项目成果及新产品通过中国建材联合会科技成果鉴定[J].新世纪水泥导报，2018，24（04）：47.
[4]张婷婷，董珈豪，韦良强，等.分散相含量对乙烯-醋酸乙烯酯共聚物/聚丙烯原位微纤复合材料微纤形态、结晶行为及流变和力学性能的影响[J].材料导报，2018，32（12）：2032-2037.。