由有機(jī)板制造部件的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明涉及一種由有機(jī)板制造部件的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]有機(jī)板是由纖維復(fù)合材料制造的半成品。其具有熱塑性的塑料基體，一個(gè)或多個(gè)纖維組織和/或一個(gè)或多個(gè)纖維織物嵌入該塑料基體中。制造有機(jī)板所使用的纖維通常是作為連續(xù)纖維或長纖維引入熱塑性的塑料基體中的玻璃纖維、芳綸纖維和碳纖維。長纖維的纖維長度在此為I到50_的范圍，而長于50_的纖維則稱為連續(xù)纖維。與具有更短的纖維的有機(jī)板相比，具有連續(xù)纖維的有機(jī)板具有最高的剛性和強(qiáng)度值。
[0003]嵌入熱塑性的塑料基體的纖維組織和纖維織體的纖維也可以橫向地，例如以基本上互相呈直角的方式延伸，從而使有機(jī)板的剛性和強(qiáng)度可以調(diào)節(jié)到甚至比許多金屬的平板產(chǎn)品更高。有機(jī)板具有顯著的輕量化特性并且因此在汽車和飛機(jī)制造中，特別是在電動(dòng)汽車制造中使用越來越多。
[0004]為了變形有機(jī)板需要至少部分地，也即至少局部地熔接(熔化)熱塑性的塑料基體。然而這里問題是，纖維、特是連續(xù)纖維由于其小的斷裂伸長率顯著妨礙了有機(jī)板的可變形性。這樣在變形程度小的情況下會(huì)導(dǎo)致纖維斷裂并因此在待制造的部件上發(fā)生損壞。因而通常在待變形的有機(jī)板中或待變形的預(yù)成型部件中設(shè)置切口，從而實(shí)現(xiàn)有機(jī)板在變形過程中能夠滑離。然而，以這種方式會(huì)發(fā)生材料弱化，例如通過設(shè)置額外的下料，也即通過多個(gè)不同的下料的分層可以減少材料弱化。替代這種措施，后來的部件同樣可以由多個(gè)、幾何形狀簡單的單個(gè)部件通過互相粘合組裝。然而這種替代的方式需要額外的方法步驟，例如準(zhǔn)備結(jié)合區(qū)的表面，涂覆粘合劑，互相固定單個(gè)部件和加固(時(shí)效硬化)粘合劑。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]以此為出發(fā)點(diǎn)，本發(fā)明的目的在于提出一種開始提到的類型的方法，通過該方法由具有高的、優(yōu)選非常高的剛性值和強(qiáng)度值的有機(jī)板經(jīng)濟(jì)地制造相對大的，三維成型的部件。
[0006]該目的通過具有權(quán)利要求1給出的特征的方法實(shí)現(xiàn)。根據(jù)本發(fā)明的方法的優(yōu)選的和有利的設(shè)計(jì)方案在從屬權(quán)利要求中給出。
[0007]根據(jù)本發(fā)明的方法的特征在于下列方法步驟:
[0008]-將至少兩個(gè)有機(jī)板相互緊靠形成預(yù)成形部件，
[0009]-形成至少一個(gè)重疊的接合區(qū)，在該接合區(qū)中使用至少一個(gè)成型為有機(jī)板的連接部件將相互緊靠的有機(jī)板互相固定，
[0010]-將由互相固定的有機(jī)板形成的預(yù)成形部件轉(zhuǎn)移到或進(jìn)入接合工具，
[0011]-借助接合工具通過至少局部的熔化和擠壓有機(jī)板之間的接合區(qū)使預(yù)成型部件的有機(jī)板連接，并且
[0012]-通過至少加固接合區(qū)加固已接合的部件。
[0013]通過根據(jù)本發(fā)明的方案，由具有高的、優(yōu)選非常高的剛性值和強(qiáng)度值的有機(jī)板經(jīng)濟(jì)地制造相對大的，三維成型的部件。
[0014]根據(jù)本發(fā)明制造的部件中，雖然纖維構(gòu)造、即纖維在接合區(qū)中延伸中斷，但是通過各個(gè)例如成型為帶狀或角狀輪廓形狀的、作為有機(jī)板的連接部件的纖維結(jié)構(gòu)中的力的再分配，也實(shí)現(xiàn)了顯著較高的承載能力。連接部件的邊緣，特是其長邊優(yōu)選為傾斜的，從而帶狀或角狀輪廓形狀的連接部件具有梯形的橫截面輪廓，其中該輪廓的較寬的面用作接合面。
[0015]根據(jù)本發(fā)明由單個(gè)板狀的、不彎曲或僅稍許彎曲的有機(jī)板組裝部件，有機(jī)板使用至少一個(gè)成型為有機(jī)板的，重疊設(shè)置的連接件首先局部地互相固定。為此，待連接的部件(有機(jī)板)優(yōu)選局部加熱并且通過待施加的力局部地連接(固定)。該過程步驟可以在接合工具之外借助該接合工具進(jìn)行有機(jī)板之間的接合區(qū)的進(jìn)一步的至少局部熔接(熔化)和壓緊并這樣有助于生產(chǎn)率提高。為了互相固定有機(jī)板的局部的加熱優(yōu)選通過以摩擦焊接、接觸焊接、超聲波焊接或激光焊接的方式局部的焊接進(jìn)行。特別是當(dāng)根據(jù)本發(fā)明的另一設(shè)計(jì)方案在有機(jī)板的互相固定之前和/或之中將有機(jī)板加熱到低于或高于其熔化溫度的溫度時(shí)實(shí)現(xiàn)可靠的部分連接(固定連接)。
[0016]有機(jī)板的互相固定可以替代地或補(bǔ)充地使用機(jī)械連接裝置，例如金屬夾進(jìn)行。分別產(chǎn)生了足夠自穩(wěn)的預(yù)成型部件，該部件已經(jīng)能夠轉(zhuǎn)移。
[0017]在預(yù)成型部件轉(zhuǎn)移到或進(jìn)入接合工具中后，有機(jī)板的真正的連接由接合工具通過至少局部的熔化和壓緊有機(jī)板間的接合區(qū)域進(jìn)行。在用于連接預(yù)成型部件的有機(jī)板的接合區(qū)中的有機(jī)板在此例如通過使用熱氣流、超聲波焊接、紅外輻射加熱器、感應(yīng)加熱設(shè)備或接觸加熱器進(jìn)行熔化。在本發(fā)明的另一設(shè)計(jì)方案中，用于壓緊接合區(qū)的接合力優(yōu)選通過擠壓工具施加，該擠壓工具是液壓擠壓裝置的一部分、機(jī)器人的一部分或通過液壓缸控制的用于局部壓緊的裝置的一部分。
[0018]在接合工具或擠壓工具中加固已接合的部件或者接合區(qū)。為了加固將已接合的部件或者接合區(qū)冷卻到低于有機(jī)板的熔化溫度或重結(jié)晶溫度的溫度。
[0019]為了得到具有非常高的剛性以及強(qiáng)度的輕的、三維成型的部件，在根據(jù)本發(fā)明的方法中優(yōu)選使用有機(jī)板，其熱塑性的基體含有連續(xù)纖維。還可以替代地或補(bǔ)充地使用其熱塑性基體含有長纖維的有機(jī)板。
[0020]根據(jù)本發(fā)明的方法的另一有利的設(shè)計(jì)方案的特征在于，接合區(qū)或至少一個(gè)接合區(qū)兩側(cè)都設(shè)有成型為有機(jī)板的連接部件。以這種方式在相關(guān)的接合區(qū)中通過兩個(gè)連接部件的纖維結(jié)構(gòu)中的力的再分配實(shí)現(xiàn)了特別高的承載能力，連接部件例如成型為帶狀或優(yōu)選為角狀輪廓形狀。纖維增強(qiáng)的熱塑性連接部件在此具有不同的條板厚度或腹板厚度，以便于待制造的部件在輕質(zhì)結(jié)構(gòu)的意義上理想地適應(yīng)于未來應(yīng)用中所預(yù)期的材料要求。兩個(gè)纖維增強(qiáng)的連接部件為此可以替代地或補(bǔ)充地具有不同的纖維取向、纖維長度和/或纖維含量。
[0021]本發(fā)明的另一有利的設(shè)計(jì)方案是，有機(jī)板的互相固定之前和/或之中將加強(qiáng)材料引入到接合區(qū)域中和/或施加到至少一個(gè)有機(jī)板上。這里同樣改善了相關(guān)的接合區(qū)區(qū)域中的承載能力。在此可以例如至少一個(gè)板，優(yōu)選穿孔板、至少一個(gè)由金屬或者纖維增強(qiáng)的材料制成的型材、至少一個(gè)長纖維增強(qiáng)的熱塑性的造型材料和/或至少一個(gè)由纖維增強(qiáng)的熱塑性塑料制成的下料用作加強(qiáng)材料。
[0022]對于高的自動(dòng)化程度以及高的生產(chǎn)率有利的是，根據(jù)本發(fā)明的另一有利的設(shè)計(jì)方案使用傳送裝置進(jìn)行有機(jī)板的互相固定，該傳送裝置通過夾具、優(yōu)選針頭夾具和/或吸入夾具容納待互相緊靠形成預(yù)成型部件的有機(jī)板。
[0023]為了補(bǔ)充的、真正的有機(jī)板的連接，有機(jī)板的熔接(熔化)根據(jù)本發(fā)明以這種方式進(jìn)行，即預(yù)成型部件完全熔化。這當(dāng)在方法的設(shè)計(jì)方案中預(yù)成型部件在壓緊接合區(qū)時(shí)應(yīng)當(dāng)或?qū)⒁辽俨糠值刈冃螢槠渌麕缀谓Y(jié)構(gòu)時(shí)是特別合適。
[0024]根據(jù)本發(fā)明的方法具有下列優(yōu)點(diǎn):
[0025].有機(jī)板(有機(jī)板部分)的安裝和使用不復(fù)雜；
[0026].在使用連續(xù)纖維增強(qiáng)的有機(jī)板部分時(shí)實(shí)現(xiàn)了具有高以及非常高的剛性值和強(qiáng)度值的復(fù)雜的三維部件幾何形狀；
[0027].可以不使用昂貴的粘合劑；
[0028]?在單獨(dú)的過程步驟中的加固相比多個(gè)有機(jī)板部分的粘合降低了后續(xù)加工費(fèi)用；
[0029].實(shí)現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明的方法得到了更高的自動(dòng)化程度；
[0030].—個(gè)或多個(gè)成型為有機(jī)板的連接部件可以在擠壓過程中以平面型材或者角狀型材連續(xù)地和相對廉價(jià)地生產(chǎn)；
[0031].不同的條板橫截面或輪廓橫截面在此可以通過在相同的擠壓工具中更換相對更廉價(jià)的模具而生產(chǎn)；
[0032].使用簡單的、特別是平面的有機(jī)板部分，可使三維的部件幾何形狀以基本上沒有邊角料的方式制造；
[0033].因?yàn)橛袡C(jī)板和成型為有機(jī)板的連接部件的接合和只是局部地進(jìn)行，僅在該局部位置必須使用力和熱能。因此在擠壓和變形一件式的、大面積的有機(jī)板時(shí)該過程能效更高。此外，由此也可以使用比在通過相應(yīng)更高和更重的擠壓工具進(jìn)行一件式的、大面積的有機(jī)板的變形的情況下更簡單，更輕并因而更廉價(jià)的工具或者固定系統(tǒng)；
[0034]?對于待制造的部件的每個(gè)部分表面可以使用具有預(yù)期的、特別是不同的纖維取向和/或不同的厚度的有機(jī)板，反之在具有規(guī)定的纖維取向的一件式(單片的)有機(jī)板變形時(shí)則幾乎是不可能。
[0035].還可以通過相對簡單設(shè)計(jì)的固定系統(tǒng)制造底切的部件幾何形狀，而單片的有機(jī)板在壓緊過程中變形的情況下不能或者只能以高的技術(shù)費(fèi)用實(shí)現(xiàn)。
【附圖說明】
[0036]下面借助由附圖示出的多個(gè)實(shí)施例詳細(xì)闡述本發(fā)明。附圖中示出了:
[0037]附圖1到4以截面圖示出了根據(jù)本發(fā)明連接的有機(jī)板的不同的實(shí)施例；
[0038]附圖5a到5c以截面圖示出了一種用于熔接(熔化)和壓緊有機(jī)板的擠壓裝置，該有機(jī)板在使用連接條的條件下連接，并且
[0039]附圖6a到6b以立體圖示出了具有三維幾何形狀的根據(jù)本發(fā)明制造的部件或者以俯視圖示出了有機(jī)板部分，由這些有機(jī)板部分組裝成該部件。
【具體實(shí)施方式】
[0040]附圖1到4所示的實(shí)施例基于由兩個(gè)板狀的有機(jī)板部分la，lb組裝的彎曲負(fù)荷的懸臂。兩個(gè)有機(jī)板部分Ia，Ib通過帶狀或角狀輪廓形狀的連接部件2a，2b互相連接，該連接部件同樣由有機(jī)板組成。由于連接條2a，2b的熱塑性的纖維復(fù)合材料產(chǎn)生在拉伸和擠壓方向上的不同的機(jī)械性能。連接條2a，2b優(yōu)選具有傾斜的縱向邊緣2.1或梯形的橫截面輪廓，其中該輪廓的較寬的面用做接合面。有機(jī)板部分la，Ib可以具有基本上相同的性能或者在其厚度、纖維取向、纖維長度和/或其纖維含量方面互相不同。
[0041]根據(jù)附圖1的實(shí)施例中，板狀的有機(jī)板部分la，lb沿著其對接邊緣互相緊靠并且通過兩個(gè)由有機(jī)板制造的連接條2a，2b材料配合地相互連接，該連接條設(shè)