专利摘要

本发明公开了一种智能分区域温控复合材料铺放模具及控制方法，包括模具本体，将复合材料铺放到所述模具本体表层，模具本体的表层包括多个温控区域，多个温控区域之间通过隔热层进行分隔用于降低各温控区域之间传热速率；循环液，其用于升高或降低模具表面温度；循环管道，其用于装载所述循环液且设置在所述模具本体中；温控调节组件，其用于所述循环液升高或降低温度后进行分流或者合流输入不同所述温控区域调节不同温控区域中模具本体表层温度；温度传感器，其用于检测模具表面温度。本发明能够满足热塑性复合材料构件在铺放阶段和原位固化成型阶段的温度工艺曲线，可以保证最终制品的质量和性能。

权利要求

1.一种智能分区域温控复合材料铺放模具的控制方法，其特征在于，包括智能分区域温控模具，所述智能分区域温控模具包括：

模具本体，将复合材料铺放到所述模具本体表层，所述模具本体的表层包括多个温控区域，所述多个温控区域之间通过隔热层进行分隔用于降低各温控区域之间传热速率，所述模具本体包括模具表层和设置在所述模具表层下方的隔热层，所述模具表层通过隔热框架将所述模具表层分为多个温控区域，循环管道设置在模具表层和隔热层之间，循环管道通过模具循环液进口和模具循环液出口进出所述模具本体；

循环液，其用于升高或降低模具表面温度；

循环管道，其用于装载所述循环液且设置在所述模具本体中；

温控调节组件，其用于所述循环液升高或降低温度后进行分流或者合流输入不同所述温控区域调节不同温控区域中模具本体表层温度；所述温控调节组件包括用于降低循环液温度的冷却机、用于升高循环液温度的加热器、用于输送循环液的循环泵、用于分流循环液的分流阀、用于合流循环液的合流阀、用于装载循环液的循环管道，其中冷却机两端分别连接送液总管道和回液总管道；冷却机送液端依次连接送液总管道、循环水泵和分流阀；所述分流阀连接多个循环支路，将送液总管道中的循环液分流至多个循环支路；循环支路上设有加热器、所述循环液经循环支路上的加热器后流经送液支路将经过加热器加热至目标温度的循环液送至模具的多个温控区域，循环液在模具的多个温控区域的循环管道中流动使模具表层到达目标温度，再通过回液支路将循环液送至合流阀；回液支路中的循环液合流后送至回液总管道，再通过回液总管道将循环液送至冷却机；

温度传感器，其用于检测模具表面温度，每个温控区域上面均安装有多个温度传感器，温度传感器测量温度的均值作为温控区域的温度信息，利于减少温控区域的温度测量误差；

所述控制方法包括如下步骤：

S1.智能分区域温控模具启动；

S2.判断铺放的热塑性复合材料类型，获取该材料预先录入的铺放温度工艺曲线信息；

S3.确定初始铺放区域，并使该区域进入铺放温度控制程序，所述铺放温度控制程序包括升温铺放阶段、恒温铺放阶段、原位固化成型冷却阶段、成型后保温阶段；

S4.根据铺放轨迹规划信息，确定等待铺放区域；

S5.判断初始铺放区域是否铺放结束，铺放结束时等待铺放区域立刻进入铺放温度控制程序，初始铺放区域进入铺放温度控制程序的原位固化成型冷却阶段；

S6.循环进入S4、S5、S6步骤，直至热塑性复合材料构件铺放完毕；

S7.智能分区域温控模具关闭；

所述升温铺放阶段温度控制包括如下步骤：

S1.根据铺放区域信息以及铺放轨迹规划信息，温度控制器解算出即将铺放区域，然后获取该区域温度传感器检测的温度值、激光测厚仪检测的该区域复合材料铺层厚度值、红外测温仪检测的该区域复合材料铺层表面温度值，根据此区域温度传感器检测的温度信息、激光测厚仪检测的复合材料铺层厚度信息和红外测温仪检测的温度信息结合温度工艺曲线升温铺放阶段的升温速率确定该区域循环液所需的升温工作温度T液升，根据此区域温度传感器检测的温度信息、激光测厚仪检测的复合材料铺层厚度信息和红外测温仪检测的温度信息结合温度工艺曲线升温铺放阶段的升温速率计算出循环液所需的升温循环速度V液升；

其中，c复为复合材料的比热容，单位：J/(kg·K)；s复为该区域复合材料铺层的面积，单位：m2；q复为复合材料的密度，单位：Kg/m3；为复合材料的温度工艺曲线升温铺放阶段的升温速率；L为激光测厚仪检测的该区域复合材料铺层厚度值，单位：m；c液为循环液的比热容，单位：J/(kg·K)；S液为该区域循环管道的截面积，单位：m2；q液为循环液的密度，单位：Kg/m3；T温为该区域温度传感器检测的温度值，单位：K；ΔT固为温度控制器读取温度传感器检测的温度信息的固定时间间隔，单位：s；c模表为模具表层的比热容，单位：J/(kg·K)；q模表为模具表层的密度，单位：Kg/m3；λ模表为模具表层的导热系数，单位：W/(m·K)；L模表为模具表层的厚度值，单位：m；λ复为复合材料铺层的导热系数，单位：W/(m·K)；T红外为红外测温仪检测的该区域复合材料铺层表面温度值，单位：K；

S2.温度控制器将工作指令分别发送至冷却机及加热器、循环泵，通过冷却机和加热器共同工作把循环液加热或冷却至计算出的升温工作温度，通过循环泵使循环液达到计算出的升温循环速度，使该区域按照温度工艺曲线升温铺放阶段而改变温度；

S3.红外测温仪、温度传感器按照相同的频率分别不断检测该区域复合材料铺层表面和模具表层的温度值，并按照相同的规定时间间隔ΔT固将温度信息发送给温度控制器；

S4.温度控制器更新温度工艺曲线升温铺放阶段的升温速率的值，再次进入S1步骤，重新计算循环液的升温工作温度和升温循环速度，然后进入S2、S3、S4步骤，使该即将铺放区域严格按照温度工艺曲线升温铺放阶段而改变温度。

2.根据权利要求1所述的一种智能分区域温控复合材料铺放模具的控制方法，其特征在于，所述恒温铺放阶段温度控制包括如下步骤：

S1.当红外测温仪检测的温度值与T1相同时，温度控制器将新的工作指令重新发送至冷却机及加热器、循环泵，使冷却机和加热器进入新的工作状态把循环液的工作温度维持在T1，通过循环泵使循环液维持在恒温铺放阶段温度控制设定的固定循环速度，使该区域时刻维持温度工艺曲线恒温铺放阶段的T1温度不变；

S2.压力传感器按照规定时间间隔不断检测该区域压力值，将压力信息发送给温度控制器；

S3.温度控制器根据压力传感器检测的压力信息判断该区域是否开始铺放、具体铺放位置、铺放结束时刻，一旦温度控制器判断出该区域铺放结束时，马上进入原位固化成型冷却阶段控制状态。

3.根据权利要求1所述的一种智能分区域温控复合材料铺放模具的控制方法，其特征在于，所述原位固化成型冷却阶段温度控制包括如下步骤：

S1.温度控制器获取该区域温度传感器检测的温度值、激光测厚仪检测的该区域复合材料铺层厚度值、红外测温仪检测的该区域复合材料铺层表面温度值，根据此区域温度传感器检测的温度信息、激光测厚仪检测的复合材料铺层厚度信息和红外测温仪检测的温度信息结合温度工艺曲线原位固化成型冷却阶段的和冷却速率确定该区域循环液所需的冷却工作温度T液冷，根据此区域温度传感器检测的温度信息、激光测厚仪检测的复合材料铺层厚度信息和红外测温仪检测的温度信息结合温度工艺曲线原位固化成型冷却阶段的冷却速率计算出循环液所需的冷却循环速度V液冷；

其中，为复合材料的温度工艺曲线原位固化成型冷却阶段的冷却速率；

S2.温度控制器将更新的工作指令分别发送至冷却机及加热器、循环泵，通过冷却机和加热器共同工作把循环液冷却至计算出的冷却工作温度，通过循环泵使循环液达到计算出的冷却循环速度，使该区域按照温度工艺曲线原位固化成型冷却阶段而改变温度；

S3.红外测温仪、温度传感器按照相同的频率分别不断检测该区域复合材料铺层表面和模具表层的温度值，并按照相同的规定时间间隔ΔT固将温度信息发送给温度控制器；

S4.温度控制器更新温度工艺曲线原位固化成型冷却阶段的冷却速率的值，再次进入S1步骤，重新计算循环液的冷却工作温度和冷却循环速度，然后进入S2、S3、S4步骤，使该即将铺放区域严格按照温度工艺曲线原位固化成型冷却阶段而改变温度。

4.根据权利要求1所述的一种智能分区域温控复合材料铺放模具的控制方法，其特征在于，所述成型后保温阶段温度控制包括如下步骤：

S1.当红外测温仪检测的温度值与T2相同时，温度控制器将保温工作指令发送至冷却机及加热器、循环泵，使冷却机和加热器进入保温工作状态把循环液的工作温度维持在T2，通过循环泵使循环液维持在成型后保温阶段温度控制设定的固定循环速度，使该区域时刻维持温度工艺曲线成型后保温阶段的T2温度不变；

S2.温度控制器判断该区域保温时间是否达到温度工艺曲线成型后保温阶段所需的保温时间，若达到，温度控制器将关闭此区域阀口指令发送至分流阀，让该区域循环液停止循环，使该区域新的热塑性复合材料铺层自然冷却至T0温度；

S3.该区域铺放过程温度控制结束。

说明书

技术领域

本发明属于复合材料铺放模具领域，特别涉及一种智能分区域温控复合材料铺放模具及控制方法。

背景技术

复合材料由于具有比强度高、比模量大、抗疲劳、耐腐蚀等优点，同时适用于大尺寸和复杂构件的制造，提高了成品质量和能量利用率，被广泛应用于航空航天、船舶汽车等领域。根据纤维增强复合材料形态，复合材料铺放技术主要可分为铺带与铺丝两类，通过复合材料铺放成型的构件都需要在具有目标构件外形的模具上进行铺放。复合材料在模具表面一层一层的铺贴，最终形成目标构件，在铺放和固化过程中复合材料对模具表面温度有一定的要求，有必要对模具表面温度控制方进行设计研究。

热塑性树脂基复合材料采用原位固化技术铺放成型，固化成型温度高，要经历一系列的微结构方面的变化，包括熔化、结晶、残余应力消除、降解、空隙率变化、熔合等。由于热塑性复合材料对温度的敏感性，在铺放过程中其内部的温度历程非常复杂，在铺放阶段，适宜的铺放温度可以减少可能存在的曲皱、气泡、层间孔隙、无法贴合等缺陷，以及不同的温度梯度会引起复合材料内部热应力和热变形；在原位固化成型阶段，冷却速率不均匀时可能导致残余热应力和热变形增加，温度过高会导致热塑性树脂基体的降解，当基体为半结晶树脂时，冷却速率会影响最终构件的结晶度。为保证最终制品的质量和性能，在热塑性复合材料铺放成型各个阶段通过调节模具温度变化速率时刻控制热塑性复合材料构件温度变化速率是十分重要的。可见，对热塑性复合材料铺放模具的分区域温度控制的研究是保证热塑性复合材料构件质量和性能的关键。

目前公开的复合材料铺放模具专利主要是针对模具的形状、材料、和制作方法方面进行研究创新，然而在模具分区域温度控制方面的研究很少。

中国发明专利CN 110920101 A公开一种复合材料成型模具，该发明主要是为防止树脂进入真空系统，其中模具本体顶部设置有一圈外延法兰，外延法兰上表面从里到外依次开设有一圈导气槽、真空连通槽和密封槽，导气槽和真空连通槽连通，真空连通槽与密封槽之间具有间距，真空连通槽深度低于导气槽深度。中国发明专利CN 111152474 A公开一种大尺寸无内衬复合材料贮箱的模具及其使用方法与应用，其中模具采用耐高温、尺寸稳定的金属材料作为主承力骨架，采用可伸缩的波纹板夹层结构作为形状保持面，通过模块化组装制备，可减轻模具的重量。上诉两个发明专利均没有考虑到在复合材料铺放过程中为提高复合材料铺放适宜性避免铺放缺陷而对模具表面温度有一定要求，以及构件铺放成型后在模具上的冷却速率对最终制品的质量和性能的影响。

中国发明专利CN 111136937 A公开一种复合材料模具的导热方法，该发明专利将复合材料导热模具分三个步骤制造，首先制备一层复合材料，然后按区域布置加热系统，加热元件为电热丝，最后在加热系统上制备最后一层复合材料，将加热系统镶嵌在两层复合材料中间，在复合材料构件铺放时加热升温，可提高复合材料铺放适宜性，减少铺放缺陷的产生。虽然该复合材料导热模具可以在复合材料铺放时加热升温使模具表面达到合适的铺放温度，但在复合材料构件原位固化成型冷却阶段，其不具备通过调节模具表面温度时刻控制构件冷却速率的功能，构件冷却速率主要由模具材料的导热性能和环境温度所决定，不能控制树脂结晶度而完全保证最终制品的质量和性能达到要求。

发明内容

针对背景技术存在的问题，本发明提供一种智能分区域温控复合材料铺放模具及控制方法，以解决热塑性复合材料在铺放阶段模具表面没有达到铺放适宜温度导致曲皱、气泡、层间孔隙、无法贴合等缺陷以及内部热应力和热变形的产生的问题和在固化成型阶段不能精确控制冷却速率导致树脂结晶度低而无法保证最终制品的质量和性能的问题。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种智能分区域温控复合材料铺放模具，其特征在于：包括，

模具本体，将复合材料铺放到所述模具本体表层，所述模具本体的表层包括多个温控区域，所述多个温控区域之间通过隔热层进行分隔用于降低各温控区域之间传热速率；

循环液，其用于升高或降低模具表面温度；

循环管道，其用于装载所述循环液且设置在所述模具本体中；

温控调节组件，其用于所述循环液升高或降低温度后进行分流或者合流输入不同所述温控区域调节不同温控区域中模具本体表层温度；

温度传感器，其用于检测模具表面温度。

进一步，所述温控调节组件包括用于降低循环液温度的冷却机、用于升高循环液温度的加热器、用于输送循环液的循环泵、用于分流循环液的分流阀、用于合流循环液的合流阀、用于装载循环液的循环管道，其中冷却机两端分别连接送液总管道和回液总管道；冷却机送液端依次连接送液总管道、循环水泵和分流阀；所述分流阀连接多个循环支路，将送液总管道中的循环液分流至多个循环支路；循环支路上设有加热器、所述循环液经循环支路上的加热器后流经送液支路将经过加热器加热至目标温度的循环液送至模具的多个温控区域，循环液在模具的多个温控区域的循环管道中流动使模具表层到达目标温度，再通过回液支路将循环液送至合流阀；回液之路中的循环液合流后送至回液总管道，再通过回液总管道将循环液送至冷却机。

进一步，所述模具本体包括模具表层和设置在所述模具表层下方的隔热层，所述模具表层通过隔热框架将所述模具表层分为多个温控区域，循环管道设置在模具表层和隔热层之间，循环管道通过模具循环液进口和模具循环液出口进出所述模具本体。

进一步，每个温控区域上面均安装有多个温度传感器，温度传感器测量温度的均值作为温控区域的温度信息，利于减少温控区域的温度测量误差。

本发明还提供一种智能分区域温控复合材料铺放模具的控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1.智能分区域温控模具启动；

S2.判断铺放的热塑性复合材料类型，获取该材料预先录入的铺放温度工艺曲线信息；

S3.确定初始铺放区域，并使该区域进入铺放温度控制程序；

S4.根据铺放轨迹规划信息，确定等待铺放区域；

S5.判断初始铺放区域是否铺放结束，铺放结束时等待铺放区域立刻进入铺放温度控制程序，初始铺放区域进入铺放温度控制程序的原位固化成型冷却阶段；

S6.循环进入S4、S5、S6步骤，直至热塑性复合材料构件铺放完毕；

S7.智能分区域温控模具关闭。

进一步，步骤S3中，所述铺放温度控制程序包括升温阶段、铺放阶段、原位固化成型冷却阶段、成型后保温阶段。

进一步，上述铺放温度控制程序中，所述升温阶段温度控制包括如下步骤：

S1.根据铺放区域信息以及铺放轨迹规划信息，温度控制器解算出即将铺放区域，然后获取该区域温度传感器检测的温度值、激光测厚仪检测的该区域复合材料铺层厚度值、红外测温仪检测的该区域复合材料铺层表面温度值，根据此区域温度传感器检测的温度信息、激光测厚仪检测的复合材料铺层厚度信息和红外测温仪检测的温度信息结合温度工艺曲线升温阶段的升温速率 确定该区域循环液所需的升温工作温度T液升，根据此区域温度传感器检测的温度信息、激光测厚仪检测的复合材料铺层厚度信息和红外测温仪检测的温度信息结合温度工艺曲线升温阶段的升温速率 计算出循环液所需的升温循环速度V液升；

其中，c复为复合材料的比热容，单位：J/(kg·K)；s复为该区域复合材料铺层的面积，单位：m2；q复为复合材料的密度，单位：Kg/m3； 为复合材料的温度工艺曲线升温阶段的升温速率；L为激光测厚仪检测的该区域复合材料铺层厚度值，单位：m；c液为循环液的比热容，单位：J/(kg·K)；S液为该区域循环管道的截面积，单位：m2；q液为循环液的密度，单位：Kg/m3；T温为该区域温度传感器检测的温度值，单位：K；ΔT固为温度控制器读取温度传感器检测的温度信息的固定时间间隔，单位：s；c模表为模具表层的比热容，单位：J/(kg·K)；q模表为模具表层的密度，单位：Kg/m3；λ模表为模具表层的导热系数，单位：W/(m·K)；L模表为模具表层的厚度值，单位：m；λ复为复合材料铺层的导热系数，单位：W/(m·K)；T红外为红外测温仪检测的该区域复合材料铺层表面温度值，单位：K；

S2.温度控制器将工作指令分别发送至冷却机及加热器、循环泵，通过冷却机和加热器共同工作把循环液加热或冷却至计算出的升温工作温度，通过循环泵使循环液达到计算出的升温循环速度，使该区域按照温度工艺曲线升温阶段而改变温度；

S3.红外测温仪、温度传感器按照相同的频率分别不断检测该区域复合材料铺层表面和模具表层的温度值，并按照相同的规定时间间隔ΔT固将温度信息发送给温度控制器；

S4.温度控制器更新温度工艺曲线升温阶段的升温速率 的值，再次进入S1步骤，重新计算循环液的升温工作温度和升温循环速度，然后进入S2、S3、S4步骤，使该即将铺放区域严格按照温度工艺曲线升温阶段而改变温度。

进一步，所述铺放阶段温度控制包括如下步骤：

S1.当红外测温仪检测的温度值与T1相同时，温度控制器将新的工作指令重新发送至冷却机及加热器、循环泵，使冷却机和加热器进入新的工作状态把循环液的工作温度维持在T1，通过循环泵使循环液维持在铺放阶段温度控制设定的的固定循环速度，使该区域时刻维持温度工艺曲线铺放阶段的T1温度不变；

S2.压力传感器按照规定时间间隔不断检测该区域压力值，将压力信息发送给温度控制器；

S3.温度控制器根据压力传感器检测的压力信息判断该区域是否开始铺放、具体铺放位置、铺放结束时刻，一旦温度控制器判断出该区域铺放结束时，马上进入原位固化成型冷却阶段控制状态。

进一步，所述原位固化成型冷却阶段温度控制包括如下步骤：

S1.温度控制器获获取该区域温度传感器检测的温度值、激光测厚仪检测的该区域复合材料铺层厚度值、红外测温仪检测的该区域复合材料铺层表面温度值，根据此区域温度传感器检测的温度信息、激光测厚仪检测的复合材料铺层厚度信息和红外测温仪检测的温度信息结合温度工艺曲线原位固化成型冷却阶段的和冷却速率 确定该区域循环液所需的冷却工作温度T液冷，根据此区域温度传感器检测的温度信息、激光测厚仪检测的复合材料铺层厚度信息和红外测温仪检测的温度信息结合温度工艺曲线原位固化成型冷却阶段的冷却速率 计算出循环液所需的冷却循环速度V液冷；

其中， 为复合材料的温度工艺曲线原位固化成型冷却阶段的冷却速率；

S2.温度控制器将更新的工作指令分别发送至冷却机及加热器、循环泵，通过冷却机和加热器共同工作把循环液冷却至计算出的冷却工作温度，通过循环泵使循环液达到计算出的冷却循环速度，使该区域按照温度工艺曲线原位固化成型冷却阶段而改变温度；

S3.红外测温仪、温度传感器按照相同的频率分别不断检测该区域复合材料铺层表面和模具表层的温度值，并按照相同的规定时间间隔ΔT固将温度信息发送给温度控制器；

S4.温度控制器更新温度工艺曲线原位固化成型冷却阶段的冷却速率 的值，再次进入S1步骤，重新计算循环液的冷却工作温度和冷却循环速度，然后进入S2、S3、S4步骤，使该即将铺放区域严格按照温度工艺曲线升温阶段而改变温度。

进一步，所述成型后保温阶段温度控制包括如下步骤：

S1.当红外测温仪检测的温度值与T2相同时，温度控制器将保温工作指令发送至冷却机及加热器、循环泵，使冷却机和加热器进入保温工作状态把循环液的工作温度维持在T2，通过循环泵使循环液维持在成型后保温阶段温度控制设定的固定循环速度，使该区域时刻维持温度工艺曲线成型后保温阶段的T2温度不变；

S2.温度控制器判断该区域保温时间是否达到温度工艺曲线成型后保温阶段所需的保温时间，若达到，温度控制器将关闭此区域阀口指令发送至分流阀，让该区域循环液停止循环，使该区域新的热塑性复合材料铺层自然冷却至T0温度；

S3.该区域铺放过程温度控制结束。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

1.模具各温控区域、隔热框架、隔热层采用导热性能不同的材料，能够有效地阻隔各区域间的热量传递，提高循环液与模具表层热量交换效率，利于分别控制不同区域的温度，利于减少复合材料构件温度变化的时间，利于减少温度控制的迟滞时间。

2.采用冷却机和加热器联合使用，可以使循环液拥有较大的温度变化范围，利于满足热塑性复合材料在温度工艺曲线各个阶段对温度的不同要求。

3.采用分区域安装循环管道和加热器，利于分别控制不同区域的温度，利于满足各个区域不同铺放阶段以及温度工艺曲线不同阶段对温度控制的不同要求。

4.每个温控区域上面均安装有多个温度传感器，多个温度传感器测量温度的均值作为温控区域的温度信息，利于减少温控区域的温度测量误差。

5.根据热塑性复合材料的温度工艺曲线进行单个铺放区域温度控制，通过红外测温仪时刻对温控区域进行测温作为温度反馈值，利于使该区域按照温度工艺曲线的温度变化速率而改变温度，利于保证构件性能和质量。

附图说明

图1是本发明整体结构示意图；

图2是本发明模具整体结构示意图；

图3是本发明模具表层结构示意图；

图4是本发明模具隔温层各区域循环管道结构示意图；

图5是本发明模具隔温层单个区域循环管道结构示意图；

图6是本发明铺放温度控制程序的控制方法图。

图7是本发明热塑性复合材料铺放温度工艺曲线示意图。

其中，1-冷却机；2-送液总管道；3-循环水泵；4-分流阀；5-循环支路；6-加热器；7-送液支路；8-模具本体，8.1-模具表层，8.2-隔热框架，8.3-隔温层，8.4-循环管道，8.5-模具循环液进口，8.6-模具循环液出口，9-温度传感器；10-回液支路，11-合流阀，12-回液总管道。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，下述实施方案中所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法，所述试剂和材料，如无特殊说明，均可从商业途径获得；在本发明的描述中，术语“横向”、“纵向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，并不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“水平”、“竖直”、“悬垂”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

在本申请的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

如图1所示，本实施例智能分区域温控复合材料铺放模具，包括：用于升高或降低模具表面温度的循环液、用于降低循环液温度的冷却机1、用于升高循环液温度的加热器6、用于输送循环液的循环泵3、用于分流循环液的分流阀4、用于合流循环液的合流阀11、用于装载循环液的循环管道8.4、用于检测模具表面温度的温度传感器9、用于复合材料铺放的模具本体8。进一步，具体来说，冷却机1两端分别连接送液总管道2和回液总管道12，将循环液冷却至目标温度；循环水泵3连接送液总管道2将循环液输送至分流阀4；分流阀4连接多个循环支路5，将送液总管道2中的循环液分流至多个循环支路5；循环支路5上设有加热器6，循环液经循环支路上的加热器6后流经送液支路将经过加热器加热至目标温度的循环液送至模具的多个温控区域，循环液在模具本体相应温控区域的循环管道8.4中流动使模具表层8.1到达目标温度，再通过回液支路10将循环液送至合流阀11；回液支路中的循环液合流后送至回液总管道12，再通过回液总管道12将循环液送至冷却机1。

如图2-5所示，模具本体包括模具表层8.1和隔温层8.3，在模具表层8.1上进行复合材料铺放，模具表层8.1和隔温层8.3中间有循环管道8.4，循环管道8.4中的循环液将模具表层8.1冷却或加热至目标温度；温度传感器9安装在模具表层8，将测量到的模具表层8的温度信息发送给温度控制器。其中各温控区域中模具表层8.1采用如钢、铝合金、铸铁等导热性能好的材料制成，上面安装有多个温度传感器9，温度传感器9测量的温度均值作为温控区域的温度信息，各温控区域间通过隔热框架8.2隔离，阻隔各温控区域间的热量传递。隔热层8.3采用如泡沫材料、纤维材料、玻璃纤维、石棉等隔热性能好的材料制成，有效地隔绝循环液与外界环境的热量交换。模具表层8.1和隔温层8.3的两部分循环管道8.4合并处采用密封胶密封，防止渗透循环液，模具循环液进口8.5和模具循环液出口8.6处均采用密封圈密封。来自送液支路7的循环液在各区域循环管道8.4流动，将模具表层8.1冷却或加热至目标温度。

如图6所示，温度控制系统，包括模具、循环液、压力传感器、温度传感器、温度控制器、激光测厚仪、红外传感器。温度传感器、激光测厚仪和红外测温仪分别检测该区域模具表面温度、复合材料铺层厚度和复合材料铺层表面温度，发送至温度控制器；温度控制器将相应工作指令分别发送至冷却机及加热器、循环泵；红外测温仪、温度传感器按照相同的规定时间间隔将温度信息发送给温度控制器；温度控制器给冷却机及加热器、循环泵重新发送指令。此过程以温度传感器和红外测温仪的温度测量值作为反馈，以循环液的工作温度和循环速度作为输入，使模具温度控制形成闭环。压力传感器检测该区域的压力信息，发送至温度控制器。

如图7所示，热塑性复合材料铺放阶段和原位固化成型阶段的温度工艺曲线，包括升温阶段、铺放阶段、原位固化成型冷却阶段、成型后保温阶段。其中，T0、T1、T2分别为环境温度、热塑性复合材料铺放阶段温度、成型后保温阶段温度，t0、t1、t2、t3、t4分别为升温阶段开始时间、铺放阶段开始时间、原位固化成型冷却阶段开始时间、成型后保温阶段开始时间、成型后保温阶段开始时间。升温阶段，时间历程为t0至t1，温度梯度从T0上升至T1，其中时间历程和温度梯度由热塑性复合材料铺放速度、铺放压力和树脂基材料的流动性、粘弹性、铺覆性等特性共同决定，适宜的升温时间历程和温度梯度可以减少铺放阶段可能存在的曲皱、气泡、层间孔隙、无法贴合等缺陷，还可以减少热塑性复合材料内部热应力和热变形的产生。铺放阶段，时间历程为t1至t2，铺放温度维持在T1不变，其中时间历程由热塑性复合材料铺放速度所决定，一般铺放速度越快此阶段时间历程就越短。原位固化成型冷却阶段，时间历程为t2至t3，温度梯度从T1下降至T2，其中时间历程和温度梯度由热塑性复合材料树脂基材料的结晶度特性所决定，尤其是需要对冷却速率 进行严格控制，不仅可以很大程度地消除在升温阶段和铺放阶段热塑性复合材料铺层产生的残余热应力、热变形和增大树脂的结晶度，所以原位固化成型冷却阶段是保证构件性能和质量的重要环节。成型后保温阶段，时间历程为t3至t4，温度维持在T2不变，此阶段能够进一步消除残余热应力和热变形。

应用上述实施例中铺放模具进行复合材料铺放，其控制方法包括如下步骤：

S1.智能分区域温控模具启动；

S2.判断铺放的热塑性复合材料类型，获取该材料预先录入的铺放温度工艺曲线信息；

S3.确定初始铺放区域，并使该区域进入铺放温度控制程序；

S4.根据铺放轨迹规划信息，确定等待铺放区域；

S5.判断初始铺放区域是否铺放结束，铺放结束时等待铺放区域立刻进入铺放温度控制程序，初始铺放区域进入铺放温度控制程序的原位固化成型冷却阶段；

S6.循环进入S4、S5、S6步骤，直至热塑性复合材料构件铺放完毕；

S7.智能分区域温控模具关闭。

针对热塑性复合材料任意铺放位置，具体的单个区域温度控制方法，包括升温阶段控制步骤、铺放阶段控制步骤、原位固化成型冷却阶段控制步骤、成型后保温阶段控制步骤，如下：

升温阶段温度控制包括如下步骤：

S1.根据铺放区域信息以及铺放轨迹规划信息，温度控制器解算出即将铺放区域，然后获取该区域温度传感器检测的温度值、激光测厚仪检测的该区域复合材料铺层厚度值、红外测温仪检测的该区域复合材料铺层表面温度值，根据此区域温度传感器检测的温度信息、激光测厚仪检测的复合材料铺层厚度信息和红外测温仪检测的温度信息结合温度工艺曲线升温阶段的升温速率 确定该区域循环液所需的升温工作温度T液升，根据此区域温度传感器检测的温度信息、激光测厚仪检测的复合材料铺层厚度信息和红外测温仪检测的温度信息结合温度工艺曲线升温阶段的升温速率 计算出循环液所需的升温循环速度V液升；

该区域复合材料铺层的传热速率：

其中，Q*复为该区域复合材料铺层的传热速率(单位：W)，T模表为该区域模具表层的计算温度(单位：K),T红外为红外测温仪检测的该区域复合材料铺层表面温度值(单位：K),λ复为复合材料铺层的导热系数(单位：W/(m·K))，s复为该区域复合材料铺层的面积(单位：m2)，L为激光测厚仪检测的该区域复合材料铺层厚度值(单位：m)。

该区域复合材料铺层在Δt1时间内温度升高ΔT1需要的热量：

Q复＝c复S复Lq复ΔT1 (1.2)

其中，Q复为该区域复合材料铺层在Δt1时间内温度升高ΔT1需要的热量(单位：J)，c复为复合材料的比热容(单位：J/(kg·K)),q复为复合材料的密度(单位：Kg/m3),ΔT1为复合材料的温度工艺曲线升温阶段的升温速率 的温度微元(单位：K)。

根据能量守恒，有：

Q复＝Q*复Δt1，即

其中，Δt1为复合材料的温度工艺曲线升温阶段的升温速率 的时间微元(单位：s)

可得：

该区域模具表层的传热速率：

其中，Q*模表为该区域模具表层的传热速率(单位：W)，T液升为该区域循环液所需的升温工作温度(单位：K),T温为该区域温度传感器检测的温度值(单位：K),λ模表为模具表层的导热系数(单位：W/(m·K)，L模表为模具表层的厚度值(单位：m)。

该区域模具表层在Δt1时间内温度升高ΔT1需要的热量：

Q模表＝c模表S复L模表q模表(T模表-T温)(1.6)

其中，Q模表为该区域模具表层在Δt1时间内温度升高ΔT1需要的热量(单位：J)，c模表为模具表层的比热容(单位：J/(kg·K)),q模表为模具表层的密度(单位：Kg/m3)。

根据能量守恒，有：Q模表＝Q*模表ΔT固，即

其中，ΔT固为温度控制器读取温度传感器检测的温度信息的固定时间间隔(单位：s)。

可得：

由(1.4)有：

循环液在Δt1时间内温度损失的热量：Q液＝c液S液V液升Δt1q液(T液升-T温)

其中，Q液为该区域循环液在Δt1时间内温度损失的热量(单位：J)，c液为循环液的比热容(单位：J/(kg·K)),S液为该区域循环管道的截面积(单位：m2),V液升为该区域循环液所需的升温循环速度(单位：m·s-1)，q液为循环液的密度(单位：Kg/m3)。

根据能量守恒，可知复合材料铺层吸收的热量与循环液损失的热量相等，则有:

c液S液V液升Δt1q液(T液升-T温)＝c复S复Lq复ΔT1(1.10)

可得：

由(1.9)和(1.11)有：

S2.温度控制器将工作指令分别发送至冷却机及加热器、循环泵，通过冷却机和加热器共同工作把循环液加热或冷却至计算出的升温工作温度，通过循环泵使循环液达到计算出的升温循环速度，使该区域按照温度工艺曲线升温阶段而改变温度；

S3.红外测温仪、温度传感器按照相同的频率分别不断检测该区域复合材料铺层表面和模具表层的温度值，并按照相同的规定时间间隔ΔT固将温度信息发送给温度控制器；

S4.温度控制器更新温度工艺曲线升温阶段的升温速率 的值，再次进入S1步骤，重新计算循环液的升温工作温度和升温循环速度，然后进入S2、S3、S4步骤，使该即将铺放区域严格按照温度工艺曲线升温阶段而改变温度。

铺放阶段温度控制包括如下步骤：

S1.当红外测温仪检测的温度值与T1相同时，温度控制器将新的工作指令重新发送至冷却机及加热器、循环泵，使冷却机和加热器进入新的工作状态把循环液的工作温度维持在T1，通过循环泵使循环液维持在铺放阶段温度控制设定的的固定循环速度，使该区域时刻维持温度工艺曲线铺放阶段的T1温度不变；

S2.压力传感器按照规定时间间隔不断检测该区域压力值，将压力信息发送给温度控制器；

S3.温度控制器根据压力传感器检测的压力信息判断该区域是否开始铺放、具体铺放位置、铺放结束时刻，一旦温度控制器判断出该区域铺放结束时，马上进入原位固化成型冷却阶段控制状态。

原位固化成型冷却阶段温度控制包括如下步骤：

S1.温度控制器获获取该区域温度传感器检测的温度值、激光测厚仪检测的该区域复合材料铺层厚度值、红外测温仪检测的该区域复合材料铺层表面温度值，根据此区域温度传感器检测的温度信息、激光测厚仪检测的复合材料铺层厚度信息和红外测温仪检测的温度信息结合温度工艺曲线原位固化成型冷却阶段的和冷却速率 确定该区域循环液所需的冷却工作温度T液冷，根据此区域温度传感器检测的温度信息、激光测厚仪检测的复合材料铺层厚度信息和红外测温仪检测的温度信息结合温度工艺曲线原位固化成型冷却阶段的冷却速率 计算出循环液所需的冷却循环速度V液冷；

根据式(1.1)～(1.9)，同理可得：

其中，T液冷为该区域循环液所需的冷却工作温度(单位：K)， 为复合材料的温度工艺曲线原位固化成型冷却阶段的冷却速率(单位：K·s-1)。

根据式(1.10)～(1.11)，同理可得：

其中，V液冷为该区域循环液所需的冷却循环速度(单位：m·s-1)。

由(1.13)和(1.14)有：

S2.温度控制器将更新的工作指令分别发送至冷却机及加热器、循环泵，通过冷却机和加热器共同工作把循环液冷却至计算出的冷却工作温度，通过循环泵使循环液达到计算出的冷却循环速度，使该区域按照温度工艺曲线原位固化成型冷却阶段而改变温度；

S3.红外测温仪、温度传感器按照相同的频率分别不断检测该区域复合材料铺层表面和模具表层的温度值，并按照相同的规定时间间隔ΔT固将温度信息发送给温度控制器；

S4.温度控制器更新温度工艺曲线原位固化成型冷却阶段的冷却速率 的值，再次进入S1步骤，重新计算循环液的冷却工作温度和冷却循环速度，然后进入S2、S3、S4步骤，使该即将铺放区域严格按照温度工艺曲线升温阶段而改变温度。

成型后保温阶段温度控制包括如下步骤：

S1.当红外测温仪检测的温度值与T2相同时，温度控制器将保温工作指令发送至冷却机及加热器、循环泵，使冷却机和加热器进入保温工作状态把循环液的工作温度维持在T2，通过循环泵使循环液维持在成型后保温阶段温度控制设定的固定循环速度，使该区域时刻维持温度工艺曲线成型后保温阶段的T2温度不变；

S2.温度控制器判断该区域保温时间是否达到温度工艺曲线成型后保温阶段所需的保温时间，若达到，温度控制器将关闭此区域阀口指令发送至分流阀，让该区域循环液停止循环，使该区域新的热塑性复合材料铺层自然冷却至T0温度；

S3.该区域铺放过程温度控制结束。

上述实施例只是用于对本发明的举例和说明，而非意在将本发明限制于所描述的实施例范围内。此外本领域技术人员可以理解的是，本发明不局限于上述实施例，根据本发明教导还可以做出更多种的变型和修改，这些变型和修改均落在本发明所要求保护的范围内。

一种智能分区域温控复合材料铺放模具的控制方法专利购买费用说明

Q：办理专利转让的流程及所需资料

A：专利权人变更需要办理著录项目变更手续，有代理机构的，变更手续应当由代理机构办理。

1：专利变更应当使用专利局统一制作的“著录项目变更申报书”提出。

2：按规定缴纳著录项目变更手续费。

3：同时提交相关证明文件原件。

4：专利权转移的，变更后的专利权人委托新专利代理机构的，应当提交变更后的全体专利申请人签字或者盖章的委托书。

Q:专利著录项目变更费用如何缴交

A：（1）直接到国家知识产权局受理大厅收费窗口缴纳,（2）通过代办处缴纳，（3）通过邮局或者银行汇款,更多缴纳方式

Q：专利转让变更，多久能出结果

A：著录项目变更请求书递交后，一般1-2个月左右就会收到通知，国家知识产权局会下达《转让手续合格通知书》。