通過(guò)對(duì)復(fù)合材料熱壓罐成型模具的設(shè)計(jì)、制造、轉(zhuǎn)運(yùn)及使用驗(yàn)證等工程研究及分析，結(jié)合復(fù)材模具設(shè)計(jì)的經(jīng)驗(yàn)方法，歸納出以下幾點(diǎn)模具設(shè)計(jì)原則。

      滿足制件結(jié)構(gòu)及工藝要求

      在設(shè)計(jì)復(fù)合材料成型模具前，要對(duì)制件的設(shè)計(jì)輸入進(jìn)行充分分析，以產(chǎn)生模具結(jié)構(gòu)的初步概念。

    （1）分析制件的工程結(jié)構(gòu)。通常有壁板、梁、肋、長(zhǎng)桁、接頭、以及整體盒段等結(jié)構(gòu)形式。根據(jù)制件結(jié)構(gòu)形式，可對(duì)模具有個(gè)大致概念，壁板常為大型框架結(jié)構(gòu)；梁一般較長(zhǎng)，常有陰模、陽(yáng)模形式（圖1、圖2）；長(zhǎng)桁一般為細(xì)長(zhǎng)結(jié)構(gòu)；整體盒段一般需上下合模。

（2）分析制件的工程界面。是否有氣動(dòng)面、裝配面、膠接面等，一般情況下可確定這些面為貼膜面；但如果這些面結(jié)構(gòu)較復(fù)雜時(shí)，設(shè)計(jì)可考慮在工程界面?zhèn)忍砑友a(bǔ)償層，此時(shí)貼膜面可設(shè)計(jì)在工程界面的背面。

     （3）分析制件的質(zhì)量要求。制件的外形輪廓尺寸精度直接影響到模具的質(zhì)量要求及成本，可通過(guò)設(shè)計(jì)合理的模具結(jié)構(gòu)、定位方法及加工方法來(lái)達(dá)到精度要求。

     （4）分析制件的成型工藝方法，是共固化、共膠接還是二次交接（圖3）。共固化中，所有層為濕鋪層一次進(jìn)罐，需要較多模具組合到一起同時(shí)使用，通常整套模 具較復(fù)雜；共膠接為干濕件進(jìn)罐固化，需要一部分零件的成型模具，及已固化零件與濕鋪層二次進(jìn)罐固化的模具；二次膠接時(shí)所有零件已固化，通過(guò)膠膜把他們固化 到一起，需要所有零件的成型模以及二次膠接的定位模具。

  模具材料的選擇

         用作復(fù)合材料成型模具的材料主要有普通鋼、INVAR鋼、復(fù)合材料（雙馬和環(huán)氧樹(shù)脂）、鋁等。通常根據(jù)材料的性能（主要是高溫下的熱膨脹系數(shù)）、成本、周期及使用次數(shù)來(lái)選擇，見(jiàn)表1。

 對(duì)于機(jī)身、翼面、舵面等大尺寸、大曲率的模具，通常選擇INVAR鋼，對(duì)于一些配合要求高的梁、肋、長(zhǎng)桁等也常選擇INVAR鋼；對(duì)于鋪絲需要回轉(zhuǎn)的工 裝，考慮到重量因素，復(fù)合材料模具是一個(gè)不錯(cuò)的選擇；對(duì)于形狀不是太復(fù)雜、曲率很小或是等截面的制件結(jié)構(gòu)，通常選擇普通鋼或鋁以降低成本，但膨脹和變形因 素需要在設(shè)計(jì)時(shí)得到補(bǔ)償。不同模具材料的性能特點(diǎn)及使用范圍如表1所示。

       模具熱膨脹的補(bǔ)償

       當(dāng)模具與預(yù)浸料進(jìn)熱壓罐固化時(shí)，隨著溫度的升高，模具會(huì)膨脹而使尺寸增大，達(dá)到保溫狀態(tài)時(shí)最大，此時(shí)預(yù)浸料反應(yīng)固化，與模具尺寸一致。在固化完成后降溫的 過(guò)程中，模具和固化好的制件都會(huì)收縮，但如果模具材料與復(fù)合材料制件的熱膨脹系數(shù)不一致，收縮量也就不一致，從而導(dǎo)致制件尺寸和模具尺寸有偏差。根據(jù)表1 中材料的熱膨脹系數(shù)，INVAR鋼和復(fù)合材料模具受熱膨脹對(duì)制件的影響很小，可忽略不計(jì)；但普通鋼和鋁則有影響，特別是當(dāng)尺寸大時(shí)，必須要考慮膨脹量，否 則產(chǎn)品尺寸會(huì)隨模具的膨脹而偏大。

       模具熱膨脹可采取一定的補(bǔ)償方法，按經(jīng)驗(yàn)公式及試驗(yàn)驗(yàn)證，以制件質(zhì)心為中心，把整個(gè)制件按如下糾正系數(shù)縮小，在模具設(shè)計(jì)時(shí)按照縮小后的制件作為工程輸入。

       F=1/[(T-P)×△T+1]，式中，F(xiàn)為熱膨脹糾正系數(shù)；T為模具的熱膨脹系數(shù)；P為復(fù)合材料制件的熱膨脹系數(shù)；△T為固化溫度和室溫的差值。

       另一方面，模具熱膨脹還將影響到制件的變形及脫模等問(wèn)題。在設(shè)計(jì)模具時(shí)要把這些因素考慮進(jìn)去。如收縮變形是否能通過(guò)模具結(jié)構(gòu)的對(duì)稱性來(lái)抵消，或后處理來(lái)消 除；凸模的收縮可能會(huì)有助于脫模，特別是對(duì)于有微小閉角的零件，凹模的收縮將增加脫模的難度。通過(guò)考慮這些因素，結(jié)合復(fù)材制件的產(chǎn)品要求，來(lái)選擇合適的模 具材料及模具的結(jié)構(gòu)形式。同時(shí)，也可以通過(guò)數(shù)字模擬，結(jié)合試驗(yàn)件的驗(yàn)證來(lái)優(yōu)化模具設(shè)計(jì)。