层状复合装料的成形方法
【技术领域】
[0001 ]本发明涉及层状纤维增强复合装料的成形方法以及相关联的装置。
【背景技术】
[0002]使层状的纤维增强复合装料弯曲可能会在装料中形成皱褶或其他不期望的人工痕迹，特别是在装料较大和/或具有变化的厚度和/或复杂的外轮廓的情况下，更是如此。
[0003]在US-A-2013/0266431中描述了使层状纤维增强复合装料弯曲的已知方法。通过使模具的可动块行进从而形成围绕阴模具的第一弯曲部以及围绕可动块的第二弯曲部而形成凸缘。该凸缘具有位于第一弯曲部与第二弯曲部之间的近端部以及位于第二弯曲部与自由边缘之间的远端部。远端部被由作用在抽真空袋膜上的大气压力所产生的力压靠在可动块上。
【发明内容】
[0004]本发明的第一方面提供了一种使装料成形的方法，该装料包括由纤维增强复合材料制成的多个层，该方法包括:通过夹持件夹持装料的第一部分，装料的自由部分从夹持件突出至自由边缘;使装料的自由部分与成形辊接触；以及使成形辊行进经过模具使得成形辊使装料的自由部分在模具的凸角部上弯曲，其中，在成形辊行进经过模具时，成形辊绕同样行进经过模具的旋转轴线旋转。
[0005]优选地，与装料的近端部没有压靠阴模具的US-A-2013/0266431中不同，当成形辊行进经过模具时，成形辊使装料的自由部分压靠模具的模制表面。这种压力使装料的自由部分能够被模制成依循模制表面的轮廓的复杂形状。成形辊(而非如US-A-2013/0266431中的滑动块)的使用意味着存在与装料的滚动式相互作用而非滑动运动。这种滚动式相互作用使成形辊能够通过下述压力使装料压靠模制表面:该压力比在装料上滑动的按压装置(例如US-A-2013/0266431中的滑动块)更大并且/或者更严密地受控。
[0006]装料可以仅形成有单个弯曲部(在模具的凸角部上)，但更通常地，装料包括外层和内层，由纤维增强材料制成的所述多个层定位在内层与外层之间，成形辊在成形辊使装料的自由部分在模具的凸角部上弯曲时形成第一弯曲部，其中，外层位于第一弯曲部的外侦U，并且该方法还包括:使内层与引导件接触;使装料的自由部分弯曲成远离模具的模制表面以形成第二弯曲部，其中，内层位于第二弯曲部的外侧；以及使成形辊和引导件同时行进经过模具，使得成形辊和引导件逐渐地拉动装料的自由部分经过模制表面，成形辊使装料的内层压靠模制表面以及第二弯曲部朝向自由边缘移动。在装料中形成两个相反的弯曲部意味着:外层在其经过第一弯曲部时的张紧状态与在其经过第二弯曲部时的压缩状态之间交替(内层在其经过第一弯曲部时的压缩状态与在其经过第二弯曲部时的张紧状态之间交替)。
[0007]引导件可以是低摩擦垫(或通过滑动式相互作用与装料接触的其他非旋转结构)，或者引导件可以是导辊。在导辊行进经过模具时，导辊绕同样行进经过模具的旋转轴线旋转。
[0008]成形辊可以在其到达装料的自由边缘之前从装料缩回，但更通常地，成形辊使装料的自由部分从模具的凸角部直至装料的自由边缘都压靠模具的模制表面。
[0009]在一些实施方式中，使用仅单个成形辊来使装料的自由部分在模具的凸角部上弯曲。在其他实施方式中，该方法包括:使装料的自由部分与多个成形辊接触；以及使成形辊同时行进，使得成形辊使装料的自由部分在模具的凸角部上弯曲并且使装料的自由部分压靠模具的模制表面，其中，在每个成形辊行进经过模具时，所述每个成形辊均绕同样行进经过模具的旋转轴线旋转，并且成形辊中的至少一个成形辊在成形辊使装料的自由部分压靠模具的模制表面时相对于其他成形辊移动。成形辊之间的这种相对运动使成形辊能够使装料在具有复杂轮廓的模具上成形。例如，成形辊中的一个成形辊可以以与其他成形辊不同的速率绕旋转轴线旋转，以及/或者成形辊中的一个成形辊的旋转轴线可以相对于其他成形辊的旋转轴线移动(例如，平移和/或倾斜)。
[0010]装料可以在室温处成形，但更通常地，装料在成形辊行进经过模具时例如由被结合到模具的模制表面中的加热元件和/或被结合到成形辊中的加热元件进行加热。
[0011 ]可选地，装料的自由部分在装料的自由部分弯曲经过模具的凸角部之前例如通过接触加热器、一个或更多个辐射加热器(例如红外加热器)或对流加热器(将热空气吹到装料中)而被预加热。
[0012]装料包括由纤维增强复合材料制成的多个层。通常，每个层均包括浸渍有未固化的基质材料的一组纤维。每个层中的纤维均可以是单向的，或者可以是例如编织的。基质材料可以是诸如例如环氧树脂之类的热固基质。纤维可以由碳或任何其他适当的增强材料制成。
[0013]通常，该方法还包括:在装料的自由部分已在模具的凸角部上弯曲之后将装料加热至固化温度，使得纤维增强复合材料固化。固化温度通常大于装料的在装料的自由部分在模具的凸角部上弯曲时的温度。通常，固化温度大于150°C。通常，装料在其被加热至固化温度时保持与模具接触。
[0014]本发明的第二方面提供了一种使装料成形的方法，该方法包括:通过夹持件夹持装料的第一部分，装料的自由部分从夹持件突出至装料的自由边缘，其中，装料的自由部分包括内层、外层以及位于内层与外层之间的由纤维增强复合材料制成的多个内层;使外层与成形辊接触;使内层与引导件接触;通过成形辊使装料的自由部分在模具的凸角部上弯曲以形成第一弯曲部，其中，外层位于第一弯曲部的外侧;通过引导件使装料的自由部分弯曲成远离模具的模制表面以形成第二弯曲部，其中，内层位于第二弯曲部的外侧；以及使成形辊和引导件同时行进经过模制表面，使得成形辊和引导件逐渐地拉动装料经过模制表面，成形辊使装料的内层压靠模制表面以及第二弯曲部朝向装料的自由边缘移动，其中，在成形辊行进经过模具时，成形辊绕同样行进经过模具的旋转轴线旋转。
[0015]本发明的第三方面提供了一种用于通过第二方面的方法使装料成形的装置，该装置包括:用于夹持装料的第一部分的夹持件;支承件;成形辊，该成形辊由支承件承载;成形辊致动器，该成形辊致动器设置成使成形辊相对于支承件移动，以使成形辊与装料的外层接触；引导件，该引导件由支承件承载；引导件致动器，该引导件致动器设置成使引导件相对于支承件移动，以使引导件与装料的内层接触;具有凸角部和模制表面的模具；以及支承件致动器，该支承件致动器设置成使支承件移动经过模具以使装料成形，使得装料的自由部分通过成形辊在模具的凸角部上弯曲以形成第一弯曲部，其中，外层位于第一弯曲部的外侧，装料的自由部分通过引导件弯曲成远离模具的模制表面以形成第二弯曲部，其中，内层位于第二弯曲部的外侧，成形辊和导引件逐渐地拉动装料经过模制表面，成形辊使装料的内层压靠模制表面，并且第二弯曲部朝向装料的自由边缘移动。
[0016]支承件可以承载单个成形辊或多个成形辊。在设置多个辊的情况下，所述多个辊可以通过相应的多个成形辊致动器独立地移动，或者更优选地，所述多个辊安装至由支承件承载的辊承载件，并且成形辊致动器设置成使辊承载件相对于支承件移动，以使成形辊与装料的外层接触。
[0017]每个成形辊均可以通过柔性安装件(例如弹簧)安装至辊承载件，该柔性安装件使成形辊的旋转轴线相对于辊承载件以及相对于其他成形辊移动。
[0018]通常，每个成形辊均可以独立于其他成形辊旋转。
[0019]优选地，由纤维增强复合材料制成的层中的至少一些层在装料成形时相对于彼此滑动。该方法已经被证实允许这种滑动而没有形成显著的褶皱或其他不期望的人工痕迹。
[0020]成形辊致动器可以包括例如线性液压致动器、线性电动致动器或任何其他适当类型的致动器。
[0021 ]引导件致动器可以包括例如线性液压致动器、线性电动致动器或任何其他适当类型的致动器。
[0022]支承件致动器可以包括例如机械臂或任何其他类型的致动器。
【附图说明】
[0023]现在将参照附图对本发明的实施方式进行描述，在附图中:
[0024]图1是用于使复合装料弯曲的装置的示意图；
[0025]图2示出了对复合装料进行预加热的装置；
[0026]图3示出了与装料接触的辊；
[0027]图4示出了成形操作的第一阶段；
[0028]图5示出了成形操作的第二阶段；
[0029]图6示出了成形操作的第三阶段；
[0030]图7示出了已完成的工件；
[0031]图8是根据本发明的第二实施方式的用于形成复合装料的装置的示意图；
[0032]图9示出了具有多个成形辊的替代性端部执行器；
[0033]图10示出了U形的辊承载件；
[0034]图11示出了辊单元；
[0035]图12是示出了具有将装料按压到模制表面的水平部分上的三个成形辊的端部执行器的示意图；
[0036]图13示出