模压成型装置及方法与流程
1.本技术涉及模压设备技术领域，更具体地，本技术涉及一种模压成型装置及方法。
背景技术：
2.在现有技术中，以热塑性或热固性碳纤维模压成型工艺为例，主要将碳纤维片材通过热压成型装置中的上模具和下模具合拢之后进行模压成型。
3.在目前的模压成型的过程中，碳纤维片材会在加热工位加热至软化，再周转至热压成型装置中热压。在这一过程中，存在的主要问题为碳纤维片材加热与模压在不同工位，需要进行周转，生产周期较长。现有的热压成型装置中的上、下模具均为钢材质，钢模模压过程中型腔压力很难保证均匀一致，这可能会造成产品的表面质量较差。
技术实现要素：
4.本技术的目的在于提供的一种模压成型装置及方法的新技术方案。
5.第一方面，根据本技术的实施例，提供了一种模压成型装置，所述模压成型装置包括上模具及下模具；
6.所述下模具的上端面设置有能够与模压成品形状匹配的成形面，所述下模具的上端面用于放置待模压件；
7.所述上模具包括壳体、压边机构及第一加热机构，所述壳体具有模压腔，所述压边机构及所述第一加热机构设置于所述模压腔内，所述模压腔与供气系统连接；
8.在进行模压时，将所述上模具与所述下模具合模，所述待模压件位于所述上模具与所述下模具之间，所述压边机构用于压紧所述待模压件的边缘，所述第一加热机构用于将所述待模压件加热至软化，所述供气系统用于向所述模压腔内通入高压气体，通过所述高压气体将所述待模压件压制形成所述成形面的形状。
9.可选地，所述上模具的壳体包括上模顶板、第一密封件及上模侧板；
10.所述上模顶板与所述上模侧板连接并围合成所述模压腔，所述第一密封件设置于所述上模顶板与所述上模侧板的连接处。
11.可选地，所述上模顶板上设置有气嘴，所述气嘴与所述供气系统连接；
12.所述上模顶板内设置有气体流道，所述气嘴通过所述气体流道与所述模压腔连通。
13.可选地，所述压边机构环绕所述上模侧板的内壁设置，且所述压边机构的顶部与所述上模顶板之间设置有第一弹性元件；
14.所述上模顶板上设置有凹槽，所述第一弹性元件至少部分设置于所述凹槽之内。
15.可选地，所述上模具还包括隔热件，所述隔热件设置于所述模压腔之内并与所述上模顶板连接；
16.可选地，所述隔热件位于所述上模顶板与所述第一加热机构之间。
17.可选地，所述第一加热机构包括装置外壳及设置于所述装置外壳内的加热管，所
述加热管与感温探测器连接。
18.可选地，所述下模具的上端面上设置有第二密封件，在所述上模具与所述下模具合模之后，所述第二密封件位于所述上模具与所述下模具之间。
19.可选地，所述下模具包括下模底板、支撑侧板及下模顶板，所述支撑侧板连接在所述下模底板和所述下模顶板之间，且所述下模底板、所述支撑侧板和所述下模顶板围合形成收容腔；
20.其中，所述成形面形成在所述下模顶板上。
21.可选地，所述下模具还包括第二加热机构和冷却机构，所述第二加热机构和所述冷却机构均嵌设于所述下模顶板之内。
22.可选地，所述下模具还包括顶起机构，所述顶起机构包括活动板、顶起板、第二弹性元件及顶针；
23.所述活动板及所述顶起板设置于所述收容腔之内，所述活动板设置于所述下模底板上，所述活动板的一端凸出所述下模底板的边缘，所述顶起板设置于所述活动板上；
24.所述下模底板上开设有供所述顶针穿过的通孔，所述第二弹性元件位于所述顶起板与所述顶针之间，所述顶针在所述第二弹性元件的作用下可伸缩地设置于所述通孔内。
25.第二方面，根据本技术的实施例还提供了一种模压成型方法，应用如上所述的模压成型装置，所述方法包括：
26.将待模压件放置于下模具的上端面，所述上端面上具有成形面；其中，所述待模压件为设定尺寸的碳纤维片材；
27.将上模具与下模具合模，使模压腔内的压边机构压紧于所述碳纤维片材的边缘，用以在模压之前对所述碳纤维片材进行定位；
28.利用第一加热机构对所述碳纤维片材进行加热，以使所述碳纤维片材在所述模压腔内受热软化；
29.向所述模压腔内通入高压气体，对软化后的碳纤维片材进行分段施压，所述分段施压包括：
30.排气预压阶段：采用第一压力对所述软化后的碳纤维片材进行第一次施压；
31.模压成型阶段：采用第二压力对所述软化后的碳纤维片材进行第二次施压，用以将所述碳纤维片材压制与所述成形面相匹配的形状；
32.其中，所述第一压力为所述第二压力的30％～40％。
33.可选地，所述高压气体的压力为30kgf/cm2～40kgf/cm2。
34.可选地，在所述使所述碳纤维片材在所述模压腔内受热软化的步骤中，还包括：在利用所述第一加热机构对所述碳纤维片材进行加热的同时，利用下模具中的第二加热机构对所述碳纤维片进行加热。
35.可选地，所述方法还包括：待所述碳纤维片材压制成与成形面相匹配的形状之后，利用下模具中的冷却机构进行冷却处理。
36.本技术的有益效果在于：
37.本技术实施例提供了一种模压成型装置，通过将待模压件的加热与模压工位集成，能够减少模压成型周期；其中，利用高压气体替代传统的钢模模压，能够使待模压件表面受压更加均匀，改善了模压产品的外观质量及机械性能。本技术的模压成型装置中，只在
下模具上做出与模压成品形状匹配的成形面，无需在上模具上做出形状，可以简化装置本身的结构。
38.通过以下参照附图对本技术的示例性实施例的详细描述，本技术的其它特征及其优点将会变得清楚。
附图说明
39.被结合在说明书中并构成说明书的一部分的附图示出了本技术的实施例，并且连同其说明一起用于解释本技术的原理。
40.图1是本技术实施例的模压成型装置的结构示意图之一；
41.图2是本技术实施例的模压成型装置的结构示意图之二；
42.图3是本技术实施例的模压成型装置的结构示意图之三；
43.图4是本技术实施例的模压成型装置的结构示意图之四；
44.图5是本技术实施例的模压成型装置的结构示意图之五；
45.图6是本技术实施例的模压成型装置的结构示意图之六；
46.图7是本技术实施例的模压成型装置的结构示意图之七；
47.图8是本技术实施例的模压成型装置的结构示意图之八。
48.附图标记说明：
49.100、上模具；110、压边机构；120、第一加热机构；121、装置外壳；122、加热管；130、模压腔；140、上模顶板；141、气体流道；142、凹槽；150、第一密封件；160、上模侧板；170、气嘴；180、第一弹性元件；190、隔热件；
50.200、下模具；210、成形面；220、第二密封件；230、下模底板；240、支撑侧板；250、下模顶板；260、第二加热机构；270、冷却机构；280、顶起机构；281、活动板；282、顶起板；283、第二弹性元件；284、顶针；
51.001、待模压件；002、紧固件。
具体实施方式
52.现在将参照附图来详细描述本技术的各种示例性实施例。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本技术的范围。
53.以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本技术及其应用或使用的任何限制。
54.对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。
55.在这里示出和讨论的所有例子中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它例子可以具有不同的值。
56.应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
57.下面结合附图1至图8对本技术实施例提供的模压成型装置进行详细地描述。
58.根据本技术的一个实施例，提供了一种模压成型装置，参见图1至图4，所述模压成
型装置包括上模具100及下模具200；所述下模具200的上端面设置有能够与模压成品形状匹配的成形面210，所述下模具200的上端面用于放置待模压件001；所述上模具100包括壳体、压边机构110及第一加热机构120，所述壳体具有模压腔130，所述压边机构110及所述第一加热机构120设置于所述模压腔130内，所述模压腔130与供气系统连接；
59.在进行模压时，将所述上模具100与所述下模具200合模，所述待模压件001位于所述上模具100与所述下模具200之间，所述压边机构110用于压紧所述待模压件001的边缘，所述第一加热机构120用于将所述待模压件001加热至软化，所述供气系统用于向所述模压腔130内通入高压气体，通过所述高压气体将所述待模压件001压制形成所述成形面210的形状。
60.本技术实施例的模压成型装置结构简单，在使用时可以通过将上模具100和下模具200相互靠近，也即将二者进行合模操作，即可将位于二者之间的待模压件001模压成型。
61.本技术实施例的模压成型装置，例如可应用于热塑性或者热固性碳纤维片材模压成型工艺，解决了传统热塑性或者热固性碳纤维片材在模压成型过程中，需要先在加热工位加热至软化，之后再周转至模压工位进行模压，因存在工位的周转而导致生产周期较长的问题。
62.本技术实施例的模压成型装置，可以在同一工位先对待模压件001加热至软化，再利用高压气体在该工位将软化后的待模压件001直接压制成设定形状，也即模压成与下模具200上的成形面210相匹配的形状。由于模压过程待模压件001无需进行工位周转，因此可以缩短生产周期，改善了传统方案的缺陷问题。
63.并且，本技术实施例的模压成型装置，在对待模压件001加热软化之后是通过高压气体将其模压成型。采用高压气体模压成型的方式相对于传统的钢模模压成型，可以保证模压时的压力更加均匀，可以改善碳纤维模压产品的外观品质及产品新性能。例如使形成的碳纤维模压成品具有较低的层间孔隙率、较强的机械性能以及更优的产品表面外观。这对于3c领域产品加工而言，本技术的方案可以代替热压罐工艺，节约了生产成本。
64.本技术实施例的模压成型装置，仅在下模具200的上端面上设置了成形面210，即模压成品形状，而上模具100上没有设置任何的模压形状，这样，可以简化上模具100的结构设计。本技术的实施例中，上模具100主要用于对待模压件001进行加热使其软化，以及形成高压的密闭空间，该设计与传统的上模具完全不同。
65.其中，所述供气系统可用于提供高压气体，高压气体可以被输送至上模具100的模压腔130之内，可用于使待模压件001模压成型。
66.此外，供气系统例如可以外置的设备，其与上模具100连接。
67.例如，待模压件001为热塑性碳纤维或者热固性碳纤维，此时，高压气体的压力值例如可以为30kgf/cm2～40kgf/cm2。
68.需要说明的是，本技术实施例的模压成型装置包括但不限于应用于上述的热塑性或者热固性碳纤维模压成型工艺，本技术实施例中对待模压件001的具体材质不做限制。
69.也就是说，本技术实施例的模压成型装置，通过将待模压件001的加热与模压工位集成，如此能够减少模压成型周期；其中，利用的是高压气体替代传统的钢模模压，能够使待模压件001表面受压更加均匀，改善了模压产品的外观质量及机械性能。本技术的模压成型装置中，只在下模具200上做出与模压成品形状匹配的成形面210，而无需在上模具100上
做出模压形状，可以简化装置本身的结构设计。
70.在本技术的一些示例中，参见1和图2，所述上模具100的壳体包括上模顶板140、第一密封件150及上模侧板160；其中，所述上模顶板140与所述上模侧板160连接并围合成所述模压腔130，所述第一密封件150设置于所述上模顶板140与所述上模侧板160的连接处。
71.本技术实施例的模压成型装置，参见图2，在上模具100内形成有一模压腔130。具体地，当将上模具100和下模具200合模之后，待模压件001可以在模压腔130内先受热软化，之后再在该模压腔130内接受高压气体施加压力，以压制成型。由于模压腔130内需要形成高压环境，因此在进行模压时，模压腔130需要具备良好的密封性，避免发生漏气的现象。
72.在本技术的实施例中，当将上模具100和下模具200进行合模之后，模压腔130可形成一密闭腔室，为了提升其密封性，因此设计在上模顶板140与上模侧板160的连接处环绕设置了一圈第一密封件150。
73.参见图1，上模顶板140与上模侧板160之间例如可以通多个紧固件002连接在一起，并且，上模顶板140与上模侧板160可以围合形成一个空间，如此便可以形成模压腔130，为通入高压气体进行模压创造了条件。待模压件001就可以在该模压腔130内经高压气体施压之后模压成型。
74.可选的是，上述的紧固件002为螺钉。参见图1可以看出：上模顶板140与上模侧板160之间例如可以通过多个螺钉连接形成一整体结构件。
75.其中，第一密封件150例如可以为橡胶圈。第一密封件150可以封堵住上模顶板140与上模侧板160连接处的缝隙。这样在正式模压时，可以防止通入模压腔130内的高压气体从连接处的缝隙溢出，影响模压效果。
76.在本技术的一些示例中，参见1、图6及图7所示，在所述上模具100中：所述上模顶板140上设置有气嘴170，所述气嘴170与所述供气系统连接；所述上模顶板140内设置有气体流道141，所述气嘴170通过所述气体流道141与所述模压腔130连通。
77.其中，上模顶板140例如可以为设计具有一定的厚度，可在其内部开设气体流道141，该气体流道141分别连接气嘴170、模压腔130，而气嘴170与供气系统连接。如此，供气系统输出的高压气体可以先进入气嘴170，再由气嘴170将高压气体经过气体流道141输送至模压腔130内，用以对待模压件001进行模压成型。
78.其中，气嘴170可以设置为至少一个。
79.气嘴170可以设置在上模顶板140的侧部上。
80.例如，当气嘴170设置为多个时，多个气嘴170可以围绕上模顶板140的侧部均匀设置，如此可以快速向模压腔130内通入高压气体。
81.在本技术的一些示例中，参见图2至图4所示，所述压边机构110环绕所述上模侧板160的内壁设置，且所述压边机构110的顶部与所述上模顶板140之间设置有第一弹性元件180；所述上模顶板140上设置有凹槽142，所述第一弹性元件180至少部分设置于所述凹槽142之内。
82.参见图4，在对待模压件001进行模压的过程中，可由压边机构110先压住待模压件001的边缘，如此可在模压之前对待模压件001进行定位，这样利于后续的模压成型，能避免出现模压偏差，利于提升模压成品良率。
83.其中，压边机构110的横截面例如为具有一定宽度环状结构，这样，在压紧待模压
件001时可以只压紧其边缘区域(该区域不影响模压形状)，不会影响待模压件001主体模压成型的形状。
84.需要说明的是，压边机构110的顶部与上模顶板140之间还设置有第一弹性元件180，如此使得压边机构110在上模具100的高度方向上具有一定的浮动，可以在对待模压件001模压时更好的压紧待模压件001。
85.在本技术的一些示例中，参见图2至图4，以及图7和图8，所述上模具100还包括隔热件190，所述隔热件190设置于所述模压腔130之内，并与所述上模顶板140连接。
86.在对待模压件001进行模压之前，需要先在模压腔130内对待模压件001进行加热处理，以使待模压件001可以软化，以便于后续对其模压塑形。其中，可以在模压腔130内预先设置隔热件190，隔热件190可用于避免热量散发至模压腔130外部，从而可以使模压腔130内部快速聚集热量，以快速将待模压件001进行软化，也即可以缩短待模压件001的软化时间，利于提高生产效率。
87.可选的是，所述隔热件190位于所述上模顶板140所述第一加热机构120之间。如此能避免第一加热机构120产生的热量经上模顶板140外溢。
88.例如，隔热件190为板状结构，其可以设置于上模顶板140的内表面。
89.在本技术的一些示例中，参见图5，所述第一加热机构120包括装置外壳121及设置于所述装置外壳121内的加热管122，所述加热管122与感温探测器连接。
90.在本技术的实施例中，采用上模具100内的第一加热机构120对待模压件001进行加热。第一加热机构120内的加热管122可以与感温探测器连接，如此可以精确控制模压腔130内的加热温度情况，用以避免模压腔130内温度过高或者不足的情况发生。
91.例如，待模压件001的基材为热塑性碳纤维，对其进行加热软化的温度可以设定为280℃～300℃。
92.在本技术的一些示例中，参见图2，所述下模具200的上端面上设置有第二密封件220，在所述上模具100与所述下模具200合模之后，所述第二密封件220位于所述上模具100与所述下模具200之间。
93.本技术实施例的模压成型装置，在上模具100和下模具200合模之后，是通过高压气体将待模压件001模压成型的，为了使上模具100和下模具200合模之后能够具有良好的密封性，还在上模具100与下模具200合模处设置了第二密封件220。
94.其中，第二密封件220例如可以为橡胶圈。第二密封件220可以封堵住上模具100和下模具200合模处的缝隙。这样在正式进行模压时，可以防止通入模压腔130内的高压气体从合模处的缝隙溢出，影响模压效果。
95.在本技术的一些示例中，参见图1至图4，所述下模具200包括下模底板230、支撑侧板240及下模顶板250，所述支撑侧板240连接在所述下模底板230和所述下模顶板250之间，且所述下模底板230、所述支撑侧板240和所述下模顶板250围合形成收容腔；其中，所述成形面210形成在所述下模顶板250上。
96.本技术的实施例中，下模具200的结构简单，其可与上模具100的形状相匹配，从而利于二者的合模。在下模具200上形成有与模压成品形状匹配的成形面210，待模压件001可以水平设置在该成形面210上，且待模压件001的边缘可以被压边机构110压紧，待模压件001的中部区域悬空于成形面210，通过高压气体对待模压件001施加压力之后，待模压件
001可以贴合在成形面210上从而实现模压成型，参见2及图7所示。
97.在本技术的一些示例中，参见图1，所述下模具200还包括第二加热机构260和冷却机构270，所述第二加热机构260和所述冷却机构270均嵌设于所述下模顶板250之内。
98.本技术实施例的模压成型装置，在对待模压件001进行加热软化时，不仅由模压腔130(上模具100)内的第一加热机构120对待模压件001进行加热，与此同时，下模具200内设置的第二加热机构260也开始工作，也即，可以对待模压件001的两个表面均进行加热。这一设计可以使加热效率更高，待模压件001的温度均匀性较好。
99.在本技术的一些示例中，参见图8，所述下模具200还包括顶起机构280，所述顶起机构280包括活动板281、顶起板282、第二弹性元件283及顶针284；所述活动板281及所述顶起板282设置于所述收容腔之内，所述活动板281设置于所述下模底板230上，所述活动板281的一端凸出所述下模底板230的边缘，所述顶起板282设置于所述活动板281上；
100.所述下模底板230上开设有供所述顶针284穿过的通孔，所述第二弹性元件283位于所述顶起板282与所述顶针284之间，所述顶针284在所述第二弹性元件283的作用下可伸缩地设置于所述通孔内。
101.当模压成型完成之后，可以先将模压腔130内的高压进行释放，然后将上模具100与下模具200进行开模。模压成型的成品仍然置于下模具200的上端面上，参见图8，可以由上述的顶起机构280中的顶针284将模压成型的成品整体顶起。之后可以准备进入下一周期的模压成型。
102.需要说明的是，顶出动力可以通过热压机台附带的顶出力，也可以通过外置油缸来实现，本技术实施例中对此不做限制。
103.其中，顶针284设置为多个，多个顶针284可以围绕成形面210的边缘均匀设置，以便于将模压成型的成品整体顶起，这样便于快速、无损伤的取下成品。
104.其中，第二弹性元件283可以为弹簧，其可以使顶针284复位。
105.根据本技术的另一个实施例，提供了一种模压成型方法，应用如上所述的模压成型装置，所述方法包括：
106.步骤s1、将待模压件001放置于下模具200的上端面，所述上端面上具有成形面210；其中，所述待模压件001为设定尺寸的碳纤维片材。
107.参见图3，在进行模压成型之前，将模压成型装置打开(上模具100与下模具200为分开状态)，将设定尺寸的碳纤维片材放置在下模具200的上端面上。
108.其中，可以根据产品形状设计一定形状与尺寸，通过例如cnc、水刀、模切等方式形成的碳纤维片材。
109.可选的是，将碳纤维片材放置在下模具200上的动作可以采用六轴机械手完成，以提高生产效率，而且有助于产品品质稳定。
110.步骤s2、经步骤s1之后，将上模具100与下模具200合模，使模压腔130内的压边机构110压紧于所述碳纤维片材的边缘，用以在模压之前对所述碳纤维片材进行定位。
111.步骤s3、经步骤s2之后，利用第一加热机构120对所述碳纤维片材进行加热，以使所述碳纤维片材在所述模压腔130内受热软化。
112.可选的是，在所述步骤s3中还包括：在利用所述第一加热机构120对所述碳纤维片材进行加热的同时，还利用下模具200中的第二加热机构260对所述碳纤维片进行加热。
113.也就是说，本技术中，对待模压件001也即碳纤维片材在模压腔130内进行加热软化时，第一加热机构120开始工作，通过第一加热机构120与感温探测器精确控制温度。需求温度取决于待模压件001的tg点。如本实施例中选用的是热塑性碳纤维，其温度设定为280℃～300℃。与此同时，下模具200内的第二加热机构260开始工作，温度也设定为280℃～300℃，对碳纤维片材进行双面加热，参见图4。
114.步骤s4、向所述模压腔130内通入高压气体，对软化后的碳纤维片材进行分段施压，所述分段施压包括：
115.排气预压阶段：采用第一压力对所述软化后的碳纤维片材进行第一次施压；
116.模压成型阶段：采用第二压力对所述软化后的碳纤维片材进行第二次施压，用以将所述碳纤维片材压制与所述成形面210相匹配的形状；
117.其中，所述第一压力为所述第二压力的30％～40％。
118.其中，所述第二压力为30kgf/cm2～40kgf/cm2。
119.例如，在第二压力下可以持续保压10s，使得材料内部结构紧实致密，从而获得较好的力学性能，参见图7。
120.在步骤s3中，碳纤维片材经过一定时间的加热(例如60s～90s)，碳纤维片材达到tg点附近，其就开始软化，利于后续的模压成型。
121.在步骤s4中，通过向模压腔130内通入高压气体，并通过分段施压，如图6所示，即可将碳纤维片材模压成型。具体地，在排气预压阶段采用低压，在模压成型过程采用高压。这样，压制成型的效果好，模压成型的产物内部结构紧实致密。
122.特别是，对于热固性碳纤维而言，达到树脂固化速度最快的温度之前可以采用低压，这样可以避免树脂流失较多，避免模压成型的产物出现干纱现象。本技术的方案中采用分段施压，可以提升模压成型产物的外观性能，提升模压成品的良率。
123.步骤s5、待所述碳纤维片材压制成与成形面210相匹配的形状之后，利用下模具200中的冷却机构270进行冷却处理。
124.待将所述碳纤维片材压制成与成形面210相匹配的形状之后，第一加热机构120及第二加热机构260停止工作，此时，下模具200内的冷却机构270开始工作，将产品温度从280℃～300℃降低至80℃～110℃，冷却时间例如为40s～50s。
125.将模压腔130内的高压释放，模具开模，产品顶出，准备进入下一周期。
126.本技术实施例的模压成型方法，碳纤维片材的加热与模压工位集成，能够降低成型周期。通过高压气体进行模压，碳纤维片材表面受压更均匀，改善了产品的外观质量及机械性能。
127.热塑性碳纤维模压工艺过程中导入急冷急热工艺，有利于改善产品质量、节省生产周期。
128.同样的工艺过程也适用于热固性碳纤维，调整加热温度至150℃～170℃用于热压成型，冷却至40℃～50℃固化顶出，碳纤维预紧料的特性，工艺过程中温度的交替变化同样有利于产品的外观及性能。
129.需要说明的是，本技术的模压成型方法包括但不限于碳纤维片材的模压成型工艺，本技术实施例中对此不做限制。
130.上文实施例中重点描述的是各个实施例之间的不同，各个实施例之间不同的优化
特征只要不矛盾，均可以组合形成更优的实施例，考虑到行文简洁，在此则不再赘述。
131.虽然已经通过示例对本技术的一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上示例仅是为了进行说明，而不是为了限制本技术的范围。本领域的技术人员应该理解，可在不脱离本技术的范围和精神的情况下，对以上实施例进行修改。本技术的范围由所附权利要求来限定。
