專利名稱：樹脂基復合材料桁架管狀構件成型模具的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種采用纏繞工藝制造的成型模具，具體地說，涉及一種樹脂基復合材料桁架管狀構件成型模具。屬于工藝裝備結構設計與制造技術領域。
背景技術：
樹脂基復合材料桁架管狀構件為三維桁架結構，從整體上看構件是一個籠狀管式格子結構，由圍繞軸線纏繞的螺旋折線桿單元和連接結構兩端的直線桿單元組成。該結構件采用樹脂基復合材料纏繞工藝制造，具有高比剛度和高比強度，已運用于山地車車架、籃球架等民用商品領域。由于該類結構件外輪廓凹凸不平，脫模空間狹小，模具結構的設計成為該類結構件制造的關鍵。該類結構件代表性的構型為上世紀90年代，由美國楊百翰大學教授David Jensen等發(fā)明的一種名為IsoTruss的祐1架管狀構件。David Jensen教授在闡述IsoTruss結構特點的美國專利US 20050115186A1 (同時申請的中國專利ZL01814980. 4為等代桁架結構)中，公開了一種用于制造該類構件的模具。該模具以空心圓管為主軸，在圓管上鉆制圓孔，將支撐銷插入圓孔作為纏繞纖維的支撐端頭，并在空心圓管中填塞柱狀管芯，使支撐銷穿過圓孔后抵靠到管芯上，以限制支撐銷沿圓孔移動。該模具結構中，圓管上的圓孔的間距和支撐銷的高度，決定了樹脂基復合材料柱狀桁架構件上支撐節(jié)點的間距和構件的直徑，當構件設計參數(shù)改變時，需要重新制造模具， 模具重復利用率低。另外，空心圓管對支撐銷的限制不足，在纖維纏繞過程中，支撐銷容易松動。

發(fā)明內容
為了避免現(xiàn)有技術存在的不足，克服模具重復利用率低、構件脫模難的問題，本發(fā)明提出一種樹脂基復合材料桁架管狀構件成型模具。該成型模具采用纏繞成型工藝制造樹脂基復合材料桁架管狀構件，各部件的裝配采用螺釘緊固，組裝、拆卸簡便，便于構件成型后的脫模操作；可通過更換不同直徑的端板和調整纖維支撐頭的間距，制造出不同參數(shù)的構件，不需要完全更換整套模具。本發(fā)明解決其技術問題所采用的技術方案是成型模具包括主軸、端板、支撐梁、 纖維支撐頭、轉向螺釘、緊固件，所述主軸為其它各部件提供支撐，便于在制造過程中支撐整個模具結構，主軸的長度比所要制造的桁架管狀構件長。所述端板為兩個同軸半徑不等的圓盤，兩個圓盤整體加工成型，端板中心設置有圓孔，端板通過圓孔固定安裝在主軸的兩端，且與主軸間隙配合；端板小圓盤周向設置有螺紋通孔與端板中心圓孔貫通，端板大圓盤周向設置有若干矩形凹槽，每個凹槽中心有一螺紋盲孔，端板小圓盤螺紋通孔中心線與大圓盤螺紋盲孔中心線相錯位90°，端板小圓盤周向分布的螺紋通孔數(shù)量與大圓盤周向分布的螺紋盲孔個數(shù)相同；端板凹槽的深度與支撐梁厚度相同，為端板大圓盤與小圓盤半徑之差。
所述轉向螺釘安裝在端板小圓盤的周向螺紋通孔中，轉向螺釘旋入螺紋通孔卡緊主軸；轉向螺釘在纖維纏繞過程中可作為纖維的轉向軸和纖維綁束的端頭。所述支撐梁為長方體形直桿，沿支撐梁中軸線上有長條滑槽，沿滑槽中軸線設置有小于滑槽長度的豁口，支撐梁軸線兩端各有一圓孔，支撐梁固定安裝在兩端板凹槽內;支撐梁滑槽的長度小于支撐梁的長度，支撐梁滑槽的寬度與纖維支撐頭底座的寬度相同，支撐梁滑槽的深度大于等于纖維支撐頭底座的厚度，滑槽豁口寬度小于滑槽寬度；支撐梁與端板凹槽間隙配合。所述纖維支撐頭為L形，底座中心設置有一圓孔，側板頂端中間開有U形口 ；纖維支撐頭沿支撐梁軸向分布，通過緊固件固定安裝在支撐梁滑槽內；纖維支撐頭的底座同支撐梁滑槽間隙配合，并限制纖維支撐頭的轉動和滑動。在纖維沿模具軸線纏繞過程中，對纖維起支撐作用。所述支撐梁沿模具體周向分布至少為三根；一根支撐梁上至少應有一個纖維支撐頭。本發(fā)明樹脂基復合材料桁架管狀構件成型模具裝配過程(I)首先將主軸穿過端板中心圓孔，且主軸上兩端端板小圓盤端面向外，調整兩端端板的距離，保證兩端端板凹槽螺紋盲孔中心距離等于支撐梁兩端圓孔中心距離；(2)使用轉向螺釘旋進兩端板小圓盤的螺紋通孔中，并將主軸卡緊；(3)通過緊固件將纖維支撐頭固定安裝在支撐梁滑槽內；(4)將固定有纖維支撐頭的支撐梁，通過緊固件固定到模具兩側端板的凹槽內。在纖維沿模具軸線纏繞過程中，對纖維起支撐作用。有益效果本發(fā)明樹脂基復合材料桁架管狀構件成型模具，采用纏繞成型工藝制造樹脂基復合材料桁架管狀構件。模具各部件的裝配采用螺釘緊固件，組裝和拆卸方便，而且便于構件成型后的脫模操作；可通過更換不同直徑的端板，調整纖維支撐頭的間距，制造不同參數(shù)的構件，不需要完全更換整套模具。成型模具結構簡單，使用操作方便。


下面結合附圖和實施方式對本發(fā)明樹脂基復合材料桁架管狀構件成型模具作進一步詳細說明。圖I為本發(fā)明成型模具的結構示意圖。圖2為本發(fā)明成型模具的端板示意圖。圖3為本發(fā)明成型模具的支撐梁示意圖。圖4為本發(fā)明成型模具的纖維支撐頭示意圖。圖中I.主軸 2.端板 3.端板中心圓孔 4.端板小圓盤螺紋通孔 5.端板凹槽 6.端板凹槽螺紋盲孔 7.轉向螺釘 8.支撐梁 9.支撐梁滑槽10.支撐梁滑槽豁口
11.支撐梁端頭圓孔12.纖維支撐頭13.纖維支撐頭底座中心圓孔14.纖維支撐頭U形口 15.緊固件
具體實施例方式本實施例是一種樹脂基復合材料桁架管狀構件成型模具，該成型模具各部件的裝配采用螺釘緊固，組裝、拆卸方便，便于構件成型后的脫模操作；其包括主軸I、端板2、端板中心圓孔3、端板小圓盤螺紋通孔4、端板凹槽5、端板凹槽螺紋盲孔6、轉向螺釘7、支撐梁 8、支撐梁滑槽9、支撐梁滑槽豁口 10、支撐梁端頭圓孔11、纖維支撐頭12、纖維支撐頭底座中心圓孔13、纖維支撐頭U形口 14、緊固件15。本發(fā)明樹脂基復合材料桁架管狀構件成型模具，為采用纏繞工藝制造樹脂基復合材料桁架管狀構件的模具結構。以具有8根支撐梁周向均勻分布的模具為例進行說明。參見圖I。圖2、圖3、圖4，模具各部件的裝配采用螺釘緊固，組裝和拆卸方便，而且便于構件成型后的脫模操作。更換不同直徑的端板和調整纖維支撐頭的間距，可制造不同結構參數(shù)的構件。模具組成部件(I)主軸為其它各部件提供支撐，便于在制造過程中支撐整個模具結構，主軸I的長度比所要制造的桁架管狀構件略長；主軸I位于模具的中軸線上，一套模具只有一根主軸，主軸I與端板中心圓孔3間隙配合，且通過端板2上安裝的轉向螺釘7將主軸I固定卡緊，以限制主軸I沿端板中心圓孔3相對滑動。如圖I所示。(2)端板是支撐梁的定位部件，安裝在模具體的兩端。端板2為兩個同軸半徑不等的圓盤，兩個圓盤整體加工而成。端板中心設置有圓孔3，端板2通過圓孔固定安裝在主軸I的兩端，且與主軸I間隙配合；端板小圓盤周向設置有8個螺紋通孔與端板中心圓孔3 貫通，端板大圓盤周向設置有8個矩形凹槽5，每個凹槽中心有一螺紋盲孔6，端板小圓盤螺紋通孔4中心線與大圓盤螺紋盲孔6中心線相錯位90°，端板小圓盤周向分布的螺紋通孔數(shù)量與大圓盤周向分布的螺紋盲孔個數(shù)相同；端板凹槽5的深度與支撐梁8厚度相同，為端板2大圓盤半徑與小圓盤半徑之差；支撐梁8與端板凹槽5間隙配合。通過螺釘緊固將支撐梁8的兩端分別固定在兩端端板的凹槽內，以限制支撐梁8同端板2的相對運動。(3)轉向螺釘安裝在端板小圓盤螺紋通孔4中，轉向螺釘7的數(shù)量與支撐梁8的數(shù)量相等。在模具組裝過程中，轉向螺釘7旋入端板小圓盤螺紋通孔4中卡緊主軸I ;轉向螺釘7在纖維纏繞過程中可作為纖維的轉向軸和纖維綁束的端頭。(4)支撐梁8為纖維支撐頭12的支撐部件，分布于模具體的周向，支撐梁8沿模具體周向分布至少為三根。支撐梁8為矩形截面的直桿，沿支撐梁8中軸線上設置有長條形滑槽，支撐梁滑槽9上設置有小于滑槽長度的豁口，支撐梁滑槽9的長度小于支撐梁8的長度，支撐梁滑槽9的寬度與纖維支撐頭12底座的寬度相同，支撐梁滑槽9的深度大于等于纖維支撐頭12底座的厚度，滑槽豁口 10的寬度小于滑槽的寬度。支撐梁8軸線兩端開有圓孔11，參見圖3 ;支撐梁8固定安裝在端板凹槽5內，支撐梁8與端板凹槽5間隙配合。 支撐梁端頭圓孔中心11到同一側支撐梁端面的距離與端板凹槽螺紋盲孔6中心到靠近端板小圓盤一側的凹槽邊緣的距離等同。(5)纖維支撐頭為纏繞纖維的支撐部件，沿支撐梁分布，一根支撐梁8上至少有一個纖維支撐頭12。纖維支撐頭12的輪廓為L形，纖維支撐頭底座中心設置有一圓孔，側板頂端中間開有U形口，如圖4所示。纖維支撐頭的底座寬度和滑槽的寬度相同，且底座中心有一圓孔13，纖維支撐頭12沿支撐梁8軸向分布，通過緊固件15將纖維支撐頭固定安裝在支撐梁滑槽內。纖維支撐頭12的底座同支撐梁滑槽9間隙配合，并限制纖維支撐頭12的轉動和滑動。在纖維沿模具軸線纏繞過程中，對纖維起支撐作用。模具裝配過程(I)主軸I穿過兩端板的中心圓孔3，且兩端端板小圓盤端面朝外，調整兩端端板的距離，保證兩端端板凹槽螺紋盲孔6中心距離等于支撐梁兩端圓孔中心距離；(2)通過轉向螺釘7旋進兩端端板小圓盤螺紋通孔4中，將主軸卡緊；(3)使用緊固件15將纖維支撐頭12固定安裝在支撐梁滑槽9內；(4)將固定有纖維支撐頭12的支撐梁8，通過螺釘固定在模具體兩側端板凹槽5 內。構件脫模過程 (I)將端板2上的轉向螺釘7卸載旋松，使其與主軸I脫離；(2)旋開用于固定支撐梁的緊固件15，并將兩側的端板2取出；(3)依次在構件內部取出固定有纖維支撐頭12的支撐梁8 ；(4)脫模完成。
權利要求
1.一種樹脂基復合材料桁架管狀構件成型模具，其特征在于包括主軸、端板、支撐梁、纖維支撐頭、轉向螺釘、緊固件，所述主軸為其它各部件提供支撐；所述端板為兩個同軸半徑不等的圓盤整體加工成型，端板中心有圓孔，端板固定安裝在主軸的兩端，端板小圓盤周向設置有若干螺紋通孔與端板中心圓孔貫通，端板大圓盤周向設置有若干矩形凹槽，每個凹槽中心有一螺紋盲孔，端板小圓盤螺紋通孔與大圓盤螺紋盲孔錯位90°，端板小圓盤周向分布的螺紋通孔數(shù)量與大圓盤周向分布的螺紋盲孔數(shù)量相同；端板凹槽的深度為端板大圓盤與小圓盤半徑之差；所述轉向螺釘安裝在端板小圓盤周向的螺紋通孔中，轉向螺釘旋入螺紋通孔卡緊主軸；所述支撐梁為長方體形直桿，兩端各有一圓孔，支撐梁上有長條滑槽，沿滑槽中軸線設置有小于滑槽長度的豁口，支撐梁固定安裝在兩端板凹槽內；所述纖維支撐頭為L形，底座中心設置有一圓孔，側板頂端中間開有U形口，纖維支撐頭通過緊固件固定安裝在支撐梁滑槽內。
2.根據(jù)權利要求I所述的樹脂基復合材料桁架管狀構件成型模具，其特征在于所述的支撐梁沿模具體周向分布至少為三根；一根支撐梁上至少有一個纖維支撐頭。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種樹脂基復合材料桁架管狀構件成型模具。該模具采用纏繞成型工藝制造樹脂基復合材料桁架管狀構件，包括主軸、端板、支撐梁、纖維支撐頭、轉向螺釘、緊固件。主軸為其它各部件提供支撐，主軸的兩端安裝有端板，圓盤形端板上設置有螺紋通孔和凹槽，轉向螺釘旋進端板的螺紋通孔中將主軸卡緊；支撐梁通過緊固件固定在兩端端板凹槽內，纖維支撐頭固定安裝在支撐梁上的滑槽內；各部件的裝配采用螺釘緊固，組裝、拆卸方便，便于構件成型后的脫模操作；可通過更換不同直徑的端板，調整纖維支撐頭的間距，制造不同參數(shù)的構件，不需要完全更換整套模具。成型模具結構簡單，使用操作方便。
文檔編號B29L23/00GK102582071SQ20121003797
公開日2012年7月18日 申請日期2012年2月20日 優(yōu)先權日2012年2月20日
發(fā)明者劉闖, 王俊彪, 譚浩, 賴長亮, 陳輝 申請人:西北工業(yè)大學