用于模制三维部件的工序的制作方法
【专利说明】用于模制三维部件的工序
[0001]相关技术的交叉引用
本申请主张在2012年12月19日提交的美国临时申请序列号N0.61/739，301的权益，将其全部内容并入本文中。
技术领域
[0002]本发明涉及用于使用预测建模软件控制的工序，该预测建模软件控制用于使面板定形为三维部件之前对二维复合面板中的纤维选择性地应用张紧和泄放切口。
【背景技术】
[0003]由树脂和强化纤维形成的二维复合面板可使用模制工序定形成三维部件。可预热二维面板来增加其在模具中的可成形性，但是由于面板顺应模具的轮廓，故在一些区域中的纤维被压缩，并且其他区域中的纤维被张紧。
[0004]纤维压缩导致压缩区域中的过量纤维的非期望的材料累积、部件的区域(例如竖直壁相交处)中的聚束和起皱、和模制部件的模制后变形。纤维张紧导致由纤维应力引起的可能的纤维损坏(例如纤维撕裂或纤维扩张)，和面板顺应最终模具形状而不经历模制后变形的能力的损失。
[0005]合乎需要的是，减少在由二维复合面板模制三维部件时通常发生的纤维压缩和张紧。
【发明内容】
[0006]使用预测建模软件工具来识别当将二维面板模制成三维部件时将在何处发生并且发生多少纤维压缩和/或张紧。在面板的在模制工序中将被张紧的那些区域中形成泄放切口，并且将张紧施加至面板的将经历压缩的那些区域。
【附图说明】
[0007]图1示出在用于形成复合面板的工序中使用的设备。
[0008]图2示出具有在板层(ply)的表面中形成的切口的复合材料板层的表面。
[0009]图3示出堆叠以形成面板的多个复合材料板层。
[0010]图4是在张紧盒中的二维面板的示意图。
[0011]图5示出在用于将二维面板模制成三维部件的工序中使用的设备。
[0012]图6示出备选实施例，其中张紧机构集成到模制冲模中。
[0013]图7示出由二维复合面板模制三维部件的工序。
[0014]图8示出由二维复合面板模制三维部件的备选工序。
【具体实施方式】
[0015]现转向至附图，图1示出在用于形成由标号10大体指示的复合材料板层的工序中使用的设备。纤维或带敷设机器12可用于将复合纤维或带14应用至接收底板或平台16。尽管可使用树脂和强化纤维的其他组合，但复合带14可包括树脂基质中的单向纤维。复合带14可然后前进至可由面板切割软件24控制的切割站18，在此，其可被切割成具有由外围轮廓22形成的形状的二维板层20，该外围轮廓22将被需要以用于将其形成最终产品。切割站还由预测建模软件25控制，该预测建模软件25可用来识别当将二维板层或面板模制成三维形状时，将在何处发生并且发生多少纤维压缩和/或张紧。预测建模软件25可为可从Dassault Systemes获得的Abaqus/Explicit有限元分析软件，其已经被修改来执行确定在最终模制产品中的纤维压缩和/或张紧的区域的特定功能。切割站18可用来在板层20表面的在板层的外围轮廓22内的那些部分上形成切口 23 (在图2中最佳观察)，那些部分将如由预测建模软件25所确认的那样在模制工序期间经历张紧。板层20中的各个上的泄放切口 23的定位由预测建模软件25确定。如在下面更详细地描述的，张紧可施加至由预测建模软件25识别的板层或面板的在模制工序中将经历压缩的那些区域。泄放切口 23和施加的张紧将允许板层更好地顺应可稍后在模制工序中使用的三维模具。
[0016]图2示出可在板层20中形成的典型切口 23。切口 23将切断板层20中的选定纤维26，这将允许板层顺应最终模具的形状，而不撕裂或扩张纤维26。
[0017]图3示出可堆叠来形成多板层二维复合面板28的单独板层20。复合面板28的形成可通过将单独的板层堆叠在彼此的顶部上来实现，并且某些树脂的粘着特性将允许单独的板层20粘附至彼此。面板28的形成还可通过该将在1-300 PSI的范围内的微小压力施加至板层的堆叠而实现。待施加的实际压力由缩使用的特定聚合物的性质、为特定应用选择的配方和纤维体积分率、和最终使用要求来确定。
[0018]如在图4中所使用的，在模制之前，面板28可首先安装于框架30中，框架30将在模制工序期间支撑其。在一个实施例中，框架30可包括张紧盒32。张紧盒32可具有抓具34，该抓具34可抓握面板28的外周界，以便如在图5中最佳观察的，当将其放置到下游预热烘箱40和放置到成形压力机50中时其不会下垂。各抓具34可联接至张紧机构36，张紧机构36可用来在面板28上施加张紧力。张紧盒32各处的张紧机构36可包括线性促动器，线性促动器可被单独选择性地控制，以在面板28的选定部分上施加张紧力。待施加至面板28的各种区域的张紧量可由预测建模软件25确定和控制。备选地，各抓具34可联接至包括手动促动器(例如，螺旋扣)的张紧机构36，该手动促动器可用来在面板28的选定部分上施加张紧力。可通过遵循打印的程序或待由各抓具34施加的特定张紧的图表的操作人员来将手动促动器调节至所需的张紧。
[0019]图5示出在用于将二维面板28模制成三维部件的工序中使用的设备29。一旦已通过各抓具34设置正确的张紧，那么可将复合面板28安装在其上的张紧盒32放置在连续运转的或分度传送装置33上并前进入预热烘箱40中。预热烘箱40可用来升高复合面板28的温度，以便其在下游成形压力机和模具50中需要更少的时间，并且以便面板将更易于顺应模具的轮廓。
[0020]在预热烘箱40中的预先选择的时间之后，具有复合面板28的张紧盒32可前进到成形压力机和模具50中。在成形压力机50中的模具半部闭合时，张紧抓具34可用来维持复合面板28上的张紧力。施加至复合面板28的张紧在其被模制时最小化或消除在成形部件的区域(例如竖直壁相交处)中的纤维聚束和起皱。位于复合面板28中的切口 23切断面板中的选定纤维26，并且允许面板顺应最终模具形状，而在高纤维张紧的区域中没有纤维撕裂或扩张。一旦复合面板28已在成形和固化压力机50中以所需量的时间，那么压力机可打开并且可移除模制的三维部件。
[0021]在图6中显示的备选实施例中，复合面板28在模制之间被放置于其中的框架30具有抓具34，但抓具34不联接至张紧机构36。为了在模制期间对面板28施加张紧，张紧器52可集成到成形压力机和模具50中的模制冲模中。张紧器52可在由预测建模软件25确定的位置处在面板28的周界各处抓握面板，来施加正确量的张紧力，以便当在最终压力模制阶段期间成形压力机和模具50中的成形冲模半部闭合在一起时材料将受到约束。
[0022]图7示出使用上述设备的由二维复合面板模制三维部件的工序60。在步骤62中，可以以常规方式使用纤维或带敷设头部来叠合复合材料。在步骤64中，复合材料可被切成二维定形板层。在步骤66中，预测建模软件可用来识别在最终产品的最终模制阶段中的纤维张紧区域。在步骤68中，可根据由预测建模软件确定的图案在识别的纤维张紧区域中对定形板层应用泄放切口。在步骤70中，可堆叠和层压单独的板层，以形成多板层二维复合面板。在步骤72中，复合面板可装载到张紧盒中，张紧盒具有在面板周界的各处间隔的单独的抓具。在步骤74中，预测建模软件可用来识别最终模制产品中的纤维压缩区域。在步骤76中，可对选定抓