預成型預浸漬復合材料片時的鋪設方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及預成型預浸漬復合材料片時的鋪設方法。一種通過預成型模具(10)來自動化預成型預浸漬復合材料片(16)的方法，所述方法包括：在所述預成型模具(10)上放置所述片(16)；以及，通過使用具有施加件(18)的施加設備在所述片(16)上施加壓力來對所述片(16)進行鋪設，所述施加件(18)具有與所述預成型模具的局部形狀相適應的形狀，所述施加設備沿預定的軌跡移動。
【專利說明】
預成型預浸潰復合材料片時的鋪設方法
技術領域
[0001]本發(fā)明涉及對預浸漬復合材料片進行預成型以用于模制汽車部件的技術領域。
【背景技術】
[0002]預浸漬復合材料片是主要由基于熱塑性聚合物或熱固性聚合物的樹脂構(gòu)成的半成品，其中使用例如玻璃纖維或碳素纖維等纖維對樹脂進行了強化。這種預浸漬復合材料片通常用于制造汽車的結(jié)構(gòu)部件。
[0003]在使用基于熱塑性聚合物的樹脂的情況下，預浸漬復合材料片呈薄板狀，其在常溫下常常是剛性的，從而不能被直接放置在模具內(nèi)進行模制。因此需要高溫預成型的預備步驟，用于使預浸漬復合材料片獲得最接近于模具模腔的中間形狀，該形狀通常是復雜的。
[0004]在使用基于熱固性聚合物的樹脂的情況下，尤其是在使用片狀模塑料(英語為Sheet Moulding Compound，縮寫為SMC)的情況下，通常從冷藏的材料卷上切割出希望尺寸的片。這些片是可變形的，且在常溫下不是剛性的。如果待模制的部件形狀簡單，可以將這些片疊放，并且直接將它們一起置于模具內(nèi)以便在更高溫度下進行壓制。片的疊放因此形成加載面(plan de chargement)。如果部件的形狀和/或待壓制的用于構(gòu)造加載面的片的疊放具有復雜的輪廓(例如不可展曲面、形狀的突變、相對于開口很深的凹陷)，則很難直接對這些預浸漬復合材料片進行模制。因此，同樣需要對這些片進行預成型的預備步驟，用于使它們獲得最接近于模具模腔的中間形狀，該形狀通常是復雜的。
[0005]在必須進行預成型步驟的情況下，預浸漬復合材料片被放置在具有待模制部件形狀的預成型模具上或者模具具有形狀的部分上，以在此鋪設(draper)預浸漬復合材料片，使得這些片從基本平的形狀過渡到最接近模具模腔的中間形狀。由于待模制部件的形狀通常是復雜的，通常用真空槽或手工進行鋪設。該方法存在很多缺點。首先，由于該方法不是自動化的，對于汽車產(chǎn)業(yè)來說制造成本過高且制造周期過長，并且其過程不能被大規(guī)模地復制。另外，使用真空槽來預成型需要較多的準備工作來安裝該真空槽。此外，真空槽在所有區(qū)域同時且均勻地施加壓力，使片不能逐步成型，這使得片具有被撕裂或產(chǎn)生褶痕殘留氣泡的風險。相較真空預成型，手工預成型更加循序漸進，因此適于處理復雜的形狀。但是，手工預成型不能以完全相同的方式來大量地重復。此外，手工預成型不適于形成大尺寸的部件。這些不同的缺點會造成部件在該方法結(jié)束后具有缺陷，從而增加了廢品數(shù)量。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的尤其在于提供一種改進的預浸漬復合材料片的預成型方法，該方法克服上述缺點中的至少一個。
[0007]為此，本發(fā)明的目的尤其在于一種通過預成型模具來自動化預成型預浸漬復合材料片的方法，該方法包括:在該模具上放置該片；以及，通過使用帶有施加件的施加設備在該片上施加壓力來對該片進行鋪設，該施加件具有與預成型模具的局部形狀相適應的形狀，該施加設備沿主要依據(jù)預成型模具的形狀預定的軌跡移動。
[0008]該施加設備是自動系統(tǒng)，例如是機器人，其設置有具有施加件的臂，該施加件例如為球形，包括適合在預成型模具的一部分上對片進行鋪設的形狀，并且可以在片上移動。為了對預放置在預成型模具具有形狀的部分上的片進行鋪設，該施加設備使施加件在片上滾動或滑動或者既不是滾動也不是滑動地不連續(xù)移動，同時對片施加壓力，使片夾在施加件與預成型模具的壁之間。該方法是自動化的，并且該施加設備通常沿依據(jù)預成型模具的形狀預定的軌跡移動。因此，減少了人工的介入并且提高了生產(chǎn)率?？梢栽诳s短的周期時間內(nèi)大批量地生產(chǎn)。
[0009]此外，由于施加件具有與預成型模具的局部形狀相適應的特殊形狀，這允許以優(yōu)化的方式在不同且復雜的形狀上進行鋪設。
[0010]該方法還可以單獨地或以組合方式包含下列一個或多個特征。
[0011]優(yōu)選地，施加件根據(jù)預定順序?qū)ζ┘涌勺兊膲毫?，該順序主要依?jù)預成型模具的形狀和片的材料來預定。這特別允許考慮到在施加件前進過程中預成型模具的起伏以及片的機械強度。因此，避免了壓力過大造成材料片被撕裂或損壞的風險。例如，使多少有點尖銳的施加件施加的力小于較平面的施加件施加的力，以便降低材料片損壞的風險。同樣，也降低了由于壓力不足造成材料片未形成與預成型模具一致的形狀的風險。
[0012]優(yōu)選地，施加設備的軌跡是利用操作者通過手工鋪設來制造類似部件的經(jīng)驗或者借助建模軟件，通過例如反復試驗類型的實驗方法來確定的。事實上，每個部件的預成型模具的形狀都不相同。其形狀有時可以很復雜，帶有例如角或凹陷的不同起伏。因此，在預成型兩個不同部件時，施加設備不能或極少能以相同的方式沿相同的軌跡移動。施加設備可以從起伏的下部或上部位置起，或快或慢地移動，連續(xù)或不連續(xù)地前進，或者還可以往返數(shù)次以強調(diào)一個區(qū)域或一些特定的點。為了確定施加設備的軌跡，需要考慮到所有這些因素。因此，存在可以針對給定的形狀來優(yōu)化施加設備軌跡的建模軟件。還可以對預成型模具進行實驗性嘗試，以收斂得到優(yōu)化的軌跡。這些嘗試可以手動進行，也可以通過該施加設備進行。
[0013]優(yōu)選地，施加設備的軌跡始于難于鋪設的區(qū)域，例如包括顯著起伏或不可展曲面的區(qū)域。經(jīng)過實驗，從難于鋪設的區(qū)域開始鋪設取得了更好的結(jié)果。尤其是對不可展曲面，這可以優(yōu)化從平面片得到的形狀。此外，在難于鋪設的區(qū)域最可能出現(xiàn)誤差、問題和缺陷。因此，如果這樣的問題突然發(fā)生且不可彌補，可以在生產(chǎn)周期相對早期時停止對部件的鋪設并且將其廢棄，而且是在有缺陷的部件被完全鋪好之前，因而減少了無用的開銷和時間。
[0014]優(yōu)選地，軌跡始于預成型模具的中間區(qū)域并終于其周緣區(qū)域。這尤其有利于具有對稱結(jié)構(gòu)的預成型模具的情況，因為其允許相對于存在的對稱建立對照點，并且逐漸將氣泡和褶皺向材料片周緣排開，從而將其排出。
[0015]優(yōu)選地，施加件的移動速度、相對預成型模具的表面施加壓力的角度這些參數(shù)是預先確定的。這些參數(shù)也可以在預成型過程中被持續(xù)地控制，從而允許在鋪設過程中逐漸地、沒有延遲地檢測缺陷。
[0016]優(yōu)選地，施加件具有例如球形、圓柱形等旋轉(zhuǎn)體的形狀，以適合在材料片上滾動。術語“滾動”意味著沒有滑動的滾動運動。因此，施加件可以對材料片以連續(xù)且不間斷的方式施加壓力，而不存在將其損壞或撕裂的風險。此外，球形的施加件利于模制不同且復雜的形狀。圓柱形的施加件允許對較平且較延展的面進行鋪蓋。
[0017]施加件可以在材料片上滑動。優(yōu)選地，這樣的施加件是墊塊。術語“滑動”意味著沒有滾動的滑動運動?；瑒涌梢允故┘蛹愿行У姆绞脚懦牧掀瑑?nèi)部或下方的褶痕及氣泡。
[0018]優(yōu)選地，施加件在不移動或不連續(xù)移動時在片上施加點壓力。特別地，在預成型模具包括深度較深的起伏且尺寸較小的情況下，施加件具有合適的形狀以便施加設備將其推至起伏的深處，從而使片與預成型模具相接觸。施加設備也可以通過一下接一下地施加點壓力來使施加件在片上不連續(xù)地移動。
[0019]優(yōu)選地，施加件的尺寸主要根據(jù)模具的形狀而變化。事實上，模具的形狀可以由不同的幾何形狀構(gòu)成。因此，可以通過在鋪設過程中更換施加件來使施加件的尺寸適合于待鋪蓋的區(qū)域。例如，施加設備配備有大尺寸施加件以對大平面進行鋪蓋，或者針對更顯著或細微的起伏而將該施加件替換為另一個尺寸更小的施加件。因此，在優(yōu)化了生產(chǎn)率的同時保證鋪蓋效果令人滿意。
[0020]施加件的形狀可以主要根據(jù)模具的形狀和片的材料而變化。事實上，施加件可以根據(jù)預成型模具的形狀來變化其形狀。例如，施加設備首先配備有球形的施加件用于對復雜的形狀進行鋪蓋，隨后使用圓柱形或平的施加件對更延展的區(qū)域進行鋪蓋。此外，施加件可以是可變形的，例如用彈性材料或有孔材料制成，或者包括可以根據(jù)所施加的壓力變化而變形的變形機構(gòu)，比如彈簧等。因此，在材料或機構(gòu)組件可能發(fā)生的變形范圍內(nèi)，施加件可以貼合于或接近于模具具有形狀的部分的形狀，以更好地在此區(qū)域?qū)ζM行鋪設。因此可以使用單個施加件對預成型模具的不同形狀進行鋪蓋。
[0021]施加件的硬度可以主要根據(jù)模具的形狀和片的材料而變化。有利地，根據(jù)模具具有形狀的部分的形狀和片的組成來變換施加件的硬度，以降低損壞片的風險。例如，當施加件經(jīng)過尖銳的起伏時，施加件優(yōu)選地具有低硬度以便不扎破片。反之，對于平坦區(qū)域，可以提高硬度以更好地將片壓向并鋪設在預成型模具上。同樣有利地，施加件的硬度可以根據(jù)片的材料而變化，以便有利地壓制復合材料，或者得以照顧到易損材料。因此，在鋪蓋過程中施加設備可以更換施加件，以選擇具有最合適的硬度的施加件。
[0022]因此，根據(jù)待制造部件整體以及局部的形狀特點和待鋪設片的例如材料、厚度、柔韌性、抗撕裂性等特征，能夠確定待鋪蓋區(qū)域上的最優(yōu)順序及最合適使用的施加件。
[0023]本發(fā)明當然可以應用于彼此疊放形成加載面的多個片。這允許在同一預成型模具上一次鋪設多個片，因此提高了生產(chǎn)率，并且使得通常尺寸較小的位于上方的片能夠緊貼位于下方的片，從而形成準備好被放入模具的加載面。
【附圖說明】
[0024]下面將參照附圖對本發(fā)明做進一步的詳細說明。本領域技術人員容易理解的是，這些附圖僅僅用于說明的目的，而并非意在對本發(fā)明的保護范圍構(gòu)成限制。圖中相同的附圖標記表示相同或相似的部件。為了說明的目的，這些圖并非完全按比例繪制，其中:
[0025]-圖1為預成型模具的縱剖面透視圖；
[0026]-圖2為圖1的預成型模具的A區(qū)域和根據(jù)本發(fā)明一種實施方式的施加件的縱剖面不意圖；以及
[0027]-圖3為圖1的預成型模具的A區(qū)域和根據(jù)圖2的實施方式的一種變型的施加件的縱剖面示意圖。
【具體實施方式】
[0028]預成型模具10包括如下所述的具有形狀的部分，該具有形狀的部分包括在其中心的低陷部12和分別在低陷部12兩側(cè)的兩個高出部14a和14b。高出部14a和14b包括相對平坦的面，例如面15a和15b ;還包括更復雜的形狀，例如凸起15c和15d。預成型模具10允許對預浸漬片16進行預成型，該過程僅在圖2和圖3中可見。為此，將片16放置在預成型模具10上，并且通過帶有施加件18的施加設備向片16施加壓力來將片16壓向并鋪蓋在預成型模具10上，該施加件18的局部形狀與預成型模具10的局部形狀相適應。根據(jù)本發(fā)明，該施加設備沿主要根據(jù)預成型模具10的具有形狀的部分的形狀預定的軌跡移動。
[0029]施加設備的軌跡可以通過建模程序或者通過反復試驗類型的實驗方法來確定。因此，可以想象，在高出部14a或14b處開始鋪設片16，隨后推進至低陷部12 ;或者相反地，在低陷部12處開始鋪設片16，隨后推進至高出部14a或14b ;再或者，在低陷部12與高出部14a和14b之間往返。
[0030]經(jīng)過試驗，當施加設備的軌跡始于難以鋪蓋的區(qū)域時獲得了良好的結(jié)果，該區(qū)域例如是包含不規(guī)則形狀的具有高出部14a或14b的區(qū)域，或者是具有例如凹陷20或凸起15c和15d的不可展曲面的區(qū)域。
[0031]當施加設備的軌跡始于預成型模具10的中心區(qū)域并且終于預成型模具10的周緣區(qū)域時也獲得了良好的實驗結(jié)果。
[0032]上述兩類軌跡并非全部。其它類型的軌跡也存在并且根據(jù)預成型模具10的形狀以及片16的性質(zhì)來選擇。也可以把本文兩種軌跡的標準結(jié)合起來。例如，在預成型模具10的情況下，施加設備的軌跡優(yōu)選地由凹陷20或低陷部12開始鋪蓋，前進至包含比如凸起15c和15d等復雜形狀的高出部14a和14b，隨后在高出部14a和14b的平面15a和15b處結(jié)束。
[0033]施加件18在片16上施加根據(jù)預定的順序變化的壓力，該順序主要根據(jù)預成型模具10的形狀和片16的材料來預定。例如，施加件18可以在凹陷20處施加較大的壓力以使片16被很好地抵壓在預成型模具10的表面上，還可以在包含較少顯著起伏的大的延展表面(例如面15a和15b)上施加較小的壓力。因此，根據(jù)預定的軌跡，該壓力根據(jù)施加件18的前進順序變化。
[0034]在鋪蓋片16時，可以根據(jù)預成型模具10的局部或整體的特征以及片16的材料來預定或控制其他參數(shù)。這些參數(shù)例如是施加件18的移動速度或相對于預成型模具10的表面施加壓力的角度。因此，可以選擇在施加件18經(jīng)過平面15a和15b時將速度設得比較大，而在凸起15c、15d或凹陷20這種需要更精細鋪蓋的地方降低速度。
[0035]鋪蓋是由施加設備借助施加件進行的，該施加件具有比如球形或圓柱形等適合在片上滾動的旋轉(zhuǎn)體的形狀。在圖2和圖3中示出的施加件18是球狀的球形施加件。也可以使用管狀的實心或空心的圓柱形施加件。旋轉(zhuǎn)體的形狀使得施加件18能夠在片16上無摩擦地滾動并且沒有將其損壞的風險。因此，可以在作為預成型模具10的A區(qū)域的放大示意圖的圖2中看到，施加件18在片16上滾動，該片很好地貼合于預成型模具10的壁22的形狀。施加件18在其經(jīng)過的路上排除氣泡。施加件18沿箭頭24的方向施加與預成型模具10的具有形狀的部分的形狀以及片16的構(gòu)成材料相適應的可變的壓力。
[0036]在另一實施方式中，例如是墊塊的施加件18也可以在片16上無滾動地滑動。這使得能夠更有效地排除氣泡和褶痕。
[0037]施加件18可以在不移動或不連續(xù)移動時在片16上施加點壓力。圖2的球形施加件18可以例如在壓力下被靜止地或滾動地保持在拐角25上一段時間，以使片16很好地緊貼預成型模具10的拐角25的形狀。相同的操作可以由以端部相對尖銳的形式呈現(xiàn)的施加件進行。在施加件是不能在片16上滾動或滑動的推桿的一種實施方式中，施加件的移動由一下接一下的點壓力組成。
[0038]此外，可以在鋪蓋過程中改變施加設備的施加件18以便隨時使用參數(shù)與預成型模具10或片16的局部特征相適應的施加件。例如，施加件18的尺寸可以主要根據(jù)預成型模具10的形狀來變化。為了優(yōu)化鋪蓋的速度和質(zhì)量，可以在施加件通過平面15a和15b時使用大尺寸的施加件，而對于凹陷20則使用更小尺寸的施加件。
[0039]還可以通過以下兩個方式來變化施加件18的形狀:要么在鋪蓋過程中更換施加件，要么使用可變形的或具有比如彈簧等變形機構(gòu)的施加件。因此，施加件18的形狀可以與預成型模具10的形狀相適應。圖3中，施加件18在通過角26時發(fā)生變形，從而使得其隨后能夠?qū)⑵?6壓向此處的壁22。施加件18在隨后的下降過程中變回初始的形狀。在另一實施方式中，在通過角26的上游時，可以將球形施加件18更換為具有角26的形狀的施加件，并且在下游用回球形施加件。
[0040]施加件18的硬度也可以主要根據(jù)預成型模具10的形狀和片16的材料而變化。因此，通過在像角26這樣的多棱角區(qū)域使用例如柔軟的或彈性的施加件，來降低片16損壞的風險，而在面15a和15b處使用較硬的施加件以便進一步提高鋪蓋質(zhì)量。
[0041 ] 可以同時使用多個施加件以便加快鋪蓋速度，尤其是對于包含對稱結(jié)構(gòu)的模具。因此，可以使用兩個施加件在低陷部12的兩側(cè)鋪設片16。
[0042]本發(fā)明不局限于本文描述的示例，其它實施方式對本領域技術人員而言是顯而易見的。
[0043]本發(fā)明不局限于預浸漬片的鋪設，而是可以延伸至所有類型的鋪設。
【主權項】
1.一種通過預成型模具(10)來自動化預成型預浸漬復合材料片(16)的方法，所述方法包括: -在所述預成型模具(10)上放置所述片(16);以及 -通過使用具有施加件(18)的施加設備在所述片(16)上施加壓力來對所述片(16)進行鋪設，所述施加件(18)具有與所述預成型模具的局部形狀相適應的形狀，所述施加設備沿預定的軌跡移動。2.根據(jù)權利要求1所述的方法，其中所述軌跡根據(jù)所述預成型模具(10)的形狀來確定。3.根據(jù)上述任意一項權利要求所述的方法，其中所述施加件在所述片(16)上根據(jù)預定的順序來施加可變的壓力。4.根據(jù)權利要求3所述的方法，其中所述順序依據(jù)所述預成型模具的形狀和所述片(16)的材料來確定。5.根據(jù)權利要求1或2所述的方法，其中所述軌跡是通過例如反復試驗類型的實驗方法來確定的。6.根據(jù)權利要求1或2所述的方法，其中所述軌跡是通過建模軟件來確定的。7.根據(jù)權利要求1或2所述的方法，其中所述軌跡始于難以鋪設的區(qū)域。8.根據(jù)權利要求7所述的方法，其中所述難以鋪設的區(qū)域是包括顯著起伏的區(qū)域(12)。9.根據(jù)述權利要求7所述的方法，其中所述難以鋪設的區(qū)域是包括不可展曲面(20)的區(qū)域。10.根據(jù)權利要求1或2所述的方法，其中所述軌跡始于所述預成型模具的中心區(qū)域并且終于所述預成型模具的周緣區(qū)域。11.根據(jù)權利要求1或2所述的方法，其中所述施加件(18)具有旋轉(zhuǎn)體的形狀，適于在所述片(16)上滾動。12.根據(jù)權利要求11所述的方法，其中所述施加件(18)具有球形或圓柱形的形狀。13.根據(jù)權利要求1或2所述的方法，其中所述施加件(18)可以在所述片(16)上滑動。14.根據(jù)權利要求13所述的方法，其中所述施加件(18)是墊塊。15.根據(jù)權利要求1或2所述的方法，其中所述施加件(18)的形狀可以根據(jù)所述預成型模具(10)的形狀和所述片(16)的材料來變化。16.根據(jù)權利要求1或2所述的方法，其中所述施加件(18)的尺寸可以根據(jù)所述預成型模具(10)的形狀來變化。17.根據(jù)權利要求1或2所述的方法，其中所述施加件(18)的硬度可以根據(jù)所述預成型模具(10)的形狀和所述片(16)的材料來變化。
【文檔編號】B29C70/38GK105984153SQ201510077298
【公開日】2016年10月5日
【申請日】2015年2月13日
【發(fā)明人】弗雷德里克·史泰布羅
【申請人】全耐塑料公司