专利名称：一种用于将扁平加工材料定形成复合产品的工艺的制作方法
技术领域：
本发明构想涉及使物件成形或定形的领域，尤其是使用用于至少一个成形或定形步骤的液压成形工艺来成使物件成形或定形。
背景技术：
现有的液压成形工艺使用高压液压流体以抵靠静止模具或移动冲床来压缩加工材料块，以形成特定形状的物件。在本技术领域中已知的是，使用液压成形工艺由金属片块或复合材料(例如，连续纤维复合材料或织造纤维复合材料)来使复杂的结构定形。由于由液压成形工艺供送的液体静压力的均匀施加，故所已知的是，提供了减少在定形的加工材料中出现皱褶和折痕的优点。多层的连续纤维或织造纤维复合材料的成形需要固化步骤，其中将压力和热施加到复合材料层上，以便将复合材料层的树脂基底压缩和熔合在一起，从层之间除去空隙，且最终将复合材料层固化或凝固在一起。然而，当在延长的时间周期内受到高热时，已知的适合于弹道复合片的典型纤维材料(例如，聚乙烯)将退化。此外，使用液压成形工艺以定形复合结构的已知的益处允许使用者避免在成形工艺之前将减压切口(relief cut)放置于扁平的复合材料层的本体中，而这在使用其它已知的定形方法以便在成形工艺期间减少复合材料层的皱褶时是所需的。将减压切口放置于扁平层中的缺点在于，当切断复合层(即，加强纤维)时，降低了复合材料层的强度，尤其是降低了复合材料层的加强纤维的强度。因此，所期望的是，避免切入复合材料层的本体中，以便使这些层的强度最大化。在预成形阶段期间，液压成形工艺的使用使得有可能避免切入扁平复合层的本体中。现有技术还公开了在加压步骤之前，将加工材料机械夹持在液压成形压力机的腔室内，以便防止在液压成形工艺期间加工材料的皱褶。因此，所期望的是，具有一种用于使物件成形或定形的工艺，该工艺改善物件的成形形状，同时减少由加强纤维材料经历的暴露于热的持续时间，且避免对于提供减压切口到复合材料层的本体中的需要，然而所有的这些都没有显著地影响与最终物件的生产相关联的成本。相关的背景参考文献包括美国专利第5，578，158号、第6，631,630号和第7，862，323 号。
发明内容
在第一方面中，本申请公开了一种将扁平加工材料定形成具有最终形状的复合产品的方法，该方法包括:(a)在缺乏附加热的情况下，使用采用刚性的公形工具和非刚性的母形工具的动态液压成形工艺来将加工材料固结和定形成预成形的形状；以及(b)在存在附加热的情况下，使用至少一个附加的刚性成形工具来将加工材料进一步固结和定形成最终形状。在另一个方面中，本申请公开了将加工材料定形成具有最终形状的复合产品的方法，加工材料包括树脂基质材料，该方法包括:(a)使用采用刚性公形工具和非刚性母形工具的深拉液压成形工艺来将加工材料固结和定形成预成形的形状，固结和定形发生在树脂基质材料的临界温度以下；以及(b)使用至少一个附加的刚性成形工具来将加工材料进一步固结和定形成最终形状，进一步固结和定形发生在临界温度处或临界温度以上。在又一个方面中，本申请公开了将扁平加工材料定形成具有最终形状的复合产品的方法，该方法包括:(a)在缺乏附加热的情况下，使用采用刚性工具和非刚性工具的动态的液压成形工艺来将加工材料固结和定形成预成形的形状；以及(b)在存在附加热的情况下，使用至少一个附加的刚性成形工具来将加工材料进一步固结和定形成最终形状。
本文所公开的发明构想将结合以下所附附图来描述，其中相似的数字标号表示相似的元件。图1为在预成形阶段的定形步骤之前的未加压状态中位于液压成形机器中的未定形的加工材料的截面视 图2为在预成形阶段的定形步骤之前的加压状态中的图1的液压成形机器的截面视
图3为在预成形阶段的定形步骤期间的加压状态中的图1的液压成形机器的截面视
图4为在预成形阶段的定形步骤之后的加压状态中的图1的液压成形机器的截面视
图5为在预成形阶段的定形步骤之后的未加压状态中的图1的液压成形机器的截面视
图6为在加工材料的最终成形阶段之前的未加压状态中位于精整机器中的预成形的加工材料的截面视 图7为在最终成形阶段的定形步骤期间的加压状态中的图6的精整机器的截面视以及
图8为在最终成形阶段的定形步骤之后的未加压状态中的图6的精整机器的截面视图。
具体实施例方式以下详细描述仅提供了优选的示例性实施例，且并不旨在限制本文教导的发明构想的范围、适用性或构造。相反，优选的示例性实施例的以下详细描述将向本领域的技术人员提供用于实施发明构想的优选示例性实施例的开放描述。应理解的是，在不脱离如所附权利要求中阐述的本发明构想的精神和范围的情况下，可进行元件的功能和布置上的各种改变。
为了帮助描述本发明构想，可在说明书和权利要求中使用方向性(例如，上、下、左、右等)用语，以描述本发明构想的部分。这些方向性定义仅仅旨在辅助描述和提出本发明构想，而并不旨在以任何方式限制本发明构想。此外，与所附附图相关联的引入到说明书中的参考标号可在一个或多个随后的附图中重复而在说明书中没有附加的描述，以便向其它特征提供背景。在该申请中，〃预成形〃定义为将加工材料块定形成接近所期望的完成的物件的形状。在该申请中，〃加工材料〃定义为一个或多个材料层，制造的物件由该材料层形成，例如，复合材料。如以下进一步描述的那样，复合材料优选为预浸溃片。对于本公开内容的目的，加工材料可为扁平的或任何其它初始形状。本申请公开了用于使复合物件成形或定形的工艺，该工艺包括两个主要阶段:(I)第一阶段包括在缺乏附加的热的情况下，通过施加压力来将加工材料块预成形为接近所期望的完成的物件的形状(即，〃预成形的形状〃)；以及(2)第二阶段包括通过施加压力和附加的热，将加工材料块最终定形或成形为最终形状的物件。与现有技术不同的是，在液压成形阶段期间，本工艺不需要机械夹持装置来将加工材料支承定位在液压成形压力机的腔室内。在本工艺中，在液压成形阶段期间，液压成形压力机的膜片提供施加到加工材料上的所有夹持力。在根据本发明构想的一个实施例中，所期望的完成的物件为例如由飞行员和步兵使用的具有弹道性质的头盔。在该实施例中，加工材料可包括多片复合纤维，复合纤维预浸溃在基质材料或树脂内(以下被称为"预浸溃"片)。预浸溃片的基质用于保持纤维在预浸溃片内的相对定向，提供用于预浸溃片的结构完整性的基础，以及如以下进一步描述的那样，在固化过程期间，将多个预浸溃片粘结到彼此上。在根据本发明构想的一些实施例中，预浸溃片可具有扁平的初始形状。在根据本发明构想的一些实施例中，预浸溃片的复合纤维可包括超高分子量聚乙烯(〃UHMWPE〃)。UHMWPE 的显著商业实例包括由 Honeywell International Inc.制造的SPECTRA 和由Royal DSM N.V.制造的DYNEEMA ，这两者都以具有单向纤维定向的预浸溃片("UD预浸溃材料")的形式出售。在备选实施例中，加工材料可包括金属材料、芳纟仑材料(aramide material)、碳材料、塑料基复合材料(这可为m)预浸溃材料)或任何它们的组合。在一些实施例中，加工材料可包括纤维材料(例如，预浸溃材料、芳纶)和非纤维材料(例如，碳、金属)。在附加的备选实施例中，加工材料可包括至少一个预浸溃片、至少一层芳纶基复合材料，以及至少一层碳基复合材料，其将构造为在内核处具有预浸溃片的〃堆叠层〃或〃层叠层"，至少一层芳纶基复合材料位于预浸溃片的一侧或两侧上，而至少一层碳基复合材料形成堆叠层的最外层。在示例性实施例中，至少一层芳纶基复合材料包括第一芳纶基复合层和第二芳纶基复合层，而至少一层碳基复合材料包括第一碳基复合层和第二碳基复合层，且将加工材料布置成堆叠构造，从堆叠构造的顶层到堆叠构造的底层，堆叠构造具有以下顺序:第一碳基复合层；第一芳纶基复合层；至少一个预浸溃片；第二芳纶基复合层；以及第二碳基复合层。 在其它备选实施例中，加工材料可包括具有第一纤维定向的第一单向的预浸溃层和具有第二纤维定向的第二单向的预浸溃层，其中第一纤维定向和第二纤维定向成直角(即，布置成与彼此成90度)。与由预浸溃片定形或形成物件相关联的一个显著挑战在于将加工材料的性能特性转移至所期望的最终物件，同时使加工材料的性能特性的退化尽可能地最小化。此外，所期望的是，实现该目标同时不会显著地增加与最终物件的生产相关联的成本。当液压成形压力机不用于使复合材料预成形时，或如果省略了预成形阶段，则在成形过程之前，可能需要将减压切口放置于在扁平复合材料层的本体中，以便在预成形过程期间减少复合材料层的皱褶。将这些减压切口放置于扁平复合材料层的本体中的一个缺点在于当修整各层的加强纤维时，降低了复合材料层的强度，尤其是复合材料层的加强纤维的强度。复合材料层的加强纤维在它们保持为其完整的未切割的长度时保持其最大的完整性。因此，所期望的是，避免在复合材料层中产生减压切口，以便使这些层的强度最大化。预成形阶段中液压成形压力机的使用使得不需要将这些减压切口放置于复合材料层中。根据本发明构想，在预成形阶段之前，可能期望的是，将扁平复合材料层预修整成与所期望的预成形的物件的非平面的形状对应的适合的平面形状。例如，如果所期望的预成形的物件具有接近半球形的形状，则在预成形过程之前，可将扁平复合材料层预修整成圆形形状。同样地，如果所期望的预成形的物件具有卵形形状，则在预成形过程之前，可将扁平复合材料层切割成对应的椭圆形形状。应阐明的是，如之前的段落中提到的那样，在一些实施例中，不需要在扁平复合材料层的本体中产生切口。换言之，在一些实施例中，不在扁平复合材料层的预修整的形状的圆周中产生切口。在备选实施例中，可在扁平复合材料层的本体中产生切口，例如，在期望减少由于预成形过程而产生的废材料的量的情况下。现在大体上参看图1至图8，下文将描述用于使物件成形的示例性方法。图1至图5绘出了根据方法的第一(即，预成形)阶段的步骤，而图6至图8绘出了根据方法的第二(即，最终成形)阶段的步骤。图1绘出了在预成形阶段的定形步骤之前，位于液压成形机器20中的加工材料块10的截面视图。在该实施例中，加工材料10包括一个或多个扁平片。在该步骤中，机器20的腔室26处于未加压的状态，S卩，在接近正常大气压力下。沿其底端，腔室26包括膜片23。在该步骤中，腔室26为未加压的，使得膜片23不与加工材料10接触。可采用用于预成形阶段的已知的液压成形压力机，例如，由Pryer Technology Group (Tulsa, Oklahoma, USA)制造的TRIFORM 牌压力机。在腔室26的底端处为冲床开口 33，冲床开口 33由在其中心具有开口 13的拉环11覆盖。拉环11的开口 13定形为以便与冲床32的顶端34的形状对应，且小于冲床开口 33。拉环11的开口 13的尺寸谨慎地确定为以便正好仅大于冲床32的大小，这将在下文中进一步描述。例如，开口 13与冲床32的宽度差异可为大约0.0100英寸至0.0400英寸(0.0254厘米至0.102厘米)。假如之前已经将冲床32放置于用以在冲床开口 33内充分地填充且形成压力密封的位置处，则冲床32与拉环11的开口 13之间的紧密配合在腔室26受到加压时防止加工材料10被下推至冲床开口 33中。应理解的是，拉环11和冲床32的组合是可变的，以便创造不同形状和不同尺寸的预成形的物件。图2绘出了在通过经由流体导管30将液压流体加到腔室26中使腔室26已经部分地加压之后的机器20的截面视图。例如，液压流体可为油，但其它已知的液压流体也是适合的。例如，在预成形阶段期间，可首先将腔室26加压至250p.s.1.到500ρ.s.1.(1.72*106帕斯卡至3.45*106帕斯卡)之间的量，但也可应用较高的或较低的初始压力量。由于腔室26的加压，故膜片23的外表面24与加工材料10的整个内表面12接触，且将压力供送到加工材料10的整个内表面12上。如以下提到的那样，在一些实施例中，腔室26中的压力可随加工材料10由机器20的冲床32定形的而逐渐增加。图3和图4绘出了分别在预成形阶段的定形步骤期间和之后的机器20的截面视图。在定形步骤期间，抵靠加工材料10的外表面14向上压制机器20的液压驱动的冲床32。因此，冲床32用作刚性公形工具。在该实施例中，以一定形状提供冲床32的顶端34，该形状接近将形成的物件(即，头盔)的最终形状的形状。冲床32的顶端34的形状可代表，但不需要代表所期望的完成的物件的准确形状。当冲床32抵靠加工材料10的外表面14向上移动，且移动到腔室26中时，通过膜片23供送到加工材料10的内表面12的液体静压力逐渐增加，例如，增加至I, OOOp.s.1.到15，OOOp.s.1.(6.89*106帕斯卡至1.03氺IO8帕斯卡)之间的最大压力，且因此，如图4中所示，将加工材料10定形成预成形的物件16的形状。因此，膜片23用作非刚性的母形工具。在该实施例中，在缺乏附加的热的情况下执行预成形阶段的压制步骤。如以上所提到的那样，在加工材料10包括加强的聚乙烯纤维如UHMWPE时，在预成形阶段缺乏附加热防止纤维暴露于热且防止在该阶段期间引起损坏。在一些实施例中(未示出)，可能期望的是，润滑冲床32的顶端34，以便帮助冲床32抵靠加工材料10的移动。在一些实施例中，可能不期望容许润滑剂与加工材料10的外表面14直接接触，例如，在不期望润滑剂由加工材料10吸收的情况下。在这些实施例中，可在冲床32的顶端34与加工材料10的外表面14之间放置阻隔层。因此，该阻隔层防止润滑剂与加工材料接触。在备选实施例中，可完全地省略润滑剂和/或阻隔层。在其它备选实施例中，阻隔层自身可用作润滑剂，例如，在阻隔层由较高延伸率的塑料材料或其它适合的材料制成的情况下。预成形过程可以以一系列〃分步骤的〃动态定形阶段来执行，各个动态定形阶段的特征在于加深的冲床32的位置且同时在腔室26中生成增加的压力的量。换言之，对于该申请的目的，"动态液压成形"包括液压成形压力机的腔室内的冲床，该冲床移动(即，并非保持静态)，以便使所期望的物件定形。在根据本发明构想的一些实施例中，一些或所有的定形阶段可通过静态的"停留"定形阶段来分开，在此期间，冲床32的位置不移动且腔室26中的压力保持为恒定值。静态的〃停留〃定形阶段用于从腔室26中抽出空气，从而防止在腔室26中发生空气的迪塞尔效应(即，没有火花的燃烧)，且防止加工材料10或机器20发生损坏。停留周期可用于将加工材料10的层进一步固结在一起且从这些层之间抽出空气。在图1至图5中所示的实施例中，冲床32具有执行〃深拉"(例如，至大约10英寸/25.4厘米的深度)的冲压或〃常规拉〃(例如，至大约7英寸/17.8厘米的深度)的冲压的能力。在该实施例中，使用了深拉能力，但应理解的是，可备选地使用常规拉能力。在备选实施例(未示出)中，在预成形阶段中的液压成形机器可未设有移动的冲床，而可改为包括成所期望的预成形的物件的形状(或互补的形状)的静止的公模或母模。使用静止模具的该过程可被称为静态液压成形，这与如以上参照图1至图5的实施例描述的动态液压成形的过程相反。在公的静态液压成形或母的静态液压成形的备选实施例中，加压的腔室的膜片将作用为抵靠模具压制加工材料且将加工材料定形成所期望的预成形形状。在其它备选实施例中，可采用静态液压成形步骤和动态液压成形步骤的组合。例如，可首先将冲床略微地定位在液压成形压力机的腔室内，使得冲床充当静止模具的角色，从而在机器的腔室加压(即，静态步骤)时，帮助部分地形成物件。之后，冲床可随物件的附加定形(以及可选的腔室的加压的变化)的发生(即，动态步骤)而移动。在又一些备选实施例中，无膜片的液压成形压力机可用于取代具有膜片的液压成形压力机，在此实施例中，液压材料将与加工材料直接接触，除非加工材料被包围在如上所述的阻隔层内。液压成形优于加工材料的传统匹配金属的模制(压模)或拉伸的优点在于液压成形提供较大的大小稳定性、减少加工材料的皱褶，以及降低加工成本和制造成本。在使加工材料定形时，深拉液压成形在减少加工材料的皱褶方面尤其有效。液压成形还消除了在压模过程期间在金属零件移动经过彼此时受到的剪切力。液压成形通过将正常的均衡压力施加到沿位于预压成形机器的腔室内部的加工材料的表面的所有点上而实现这些所期望的结果。图5绘出了在已经执行了预成形阶段的定形步骤之后的机器20的截面视图。在该步骤期间，腔室26已经通过经由流体导管30除去其中的液压流体来减压。结果，膜片23已经向上转移，且不再与预成形的物件16的外表面接触。在该实施例中，预成形阶段随后通过使冲床32缩回到其原始位置(如图1和图2中所示)和从机器20除去预成形的物件16而结束。在根据本发明构想的方法的第二阶段中，将预成形的物件16移动到精整机器中，其中使预成形的物件16进一步固结和定形成最终物件，且通过施加压力和附加的热来最终定形或固化加工材料的树脂成分。可使用各种精整机器来执行该过程的最终成形阶段，例如，高压釜、液压缸、液压成形压力机，或匹配金属的工具。例如，如果预成形的物件16包括多个UD预浸溃层，则所期望的是，进一步固结这些层以除去任何剩余的空隙，以及将相邻的UD预浸溃层的基质粘结或固化在一起，以形成完成的物件。因此，在最终成形阶段中，将压力和热施加到预成形的物件16上，以便将预成形的物件16固结和定形成其最终的形状，且如果需要的话，固化基质材料。在图6至图8中示出的实施例中，静态的液压成形压力机用作精整机器40。如图6中所示，预成形的物件16围绕公模50放置于精整机器40的腔室46中。以所期望的完全成形的物件的形状提供公模50，这在该实施例中物件为头盔。如以下所述的那样，当使腔室46加压时，位于腔室46中的膜片43与预成形的物件16接触，且施加压力到预成形的物件16上。结果，抵靠公模50的外表面52压制预成形的物件，从而将预成形的物件16定形成完成的物件18。在备选实施例中，公模50可由接近所期望的物件的形状的母模或切口来替代。在那些实施例中，膜片43将充当公构件，公构件抵靠母模或切口将预成形的物件16压制成所期望的形状。该过程可被称为袋模制或袋压力模制。图6绘出了在最终成形阶段的最终定形步骤之前位于精整机器40中的预成形的物件16的截面视图。在该步骤中，机器40的腔室46处于未加压状态，即，在接近正常大气压力下。在该步骤中，膜片43未与预成形的物件16接触。可采用用于最终成形阶段的适合的已知液压成形压力机。也有可能的是，在本文所公开的发明构想的范围内，可将相同的液压成形压力机用于预成形阶段和最终成形阶段两者中。图7绘出了在已经通过经由流体导管48将液压流体加到腔室46中来使腔室46加压之后的机器40的截面视图。例如，可将腔室46部分地加压至2，500p.s.1.到5，OOOp.s.1.(1.72*107帕斯卡至3.45*107帕斯卡)之间的压力，但可施加更高的或更低的压力量，例如，取决于所使用的材料的特性。还可在最终成形阶段中采用"分步骤的"加压工艺，其中腔室46中的压力逐渐增加(有或没有间断的"停留"步骤)。回头参看图7的实施例，在这时，也根据需要加热腔室46和/或模具50中的流体，以达到用于UD预浸溃层的基质材料的最终定形或最终固化的临界温度。例如，在基质材料为热塑性塑料的情况下，临界温度可为特定热塑性塑料的熔化温度。在这些(例如，热塑性塑料)实施例中，腔室46和/或模具50中的流体可加热至处于特定热塑性塑料的熔化温度或加热至熔化温度以上，以便其转变成液态，基质材料以液态流动且填充预浸溃层的加强纤维之间的空隙。在使用热塑性塑料的情况下，可需要或可不需要用于塑料材料的附加固化步骤。在备选实施例中，例如，在基质材料为热固性的情况下，临界温度可为用于所选的热固性树脂的固化温度。在这些实施例中，可将腔室46和/或模具50中的流体加热至足以将基质材料固化成所期望的固体形状的温度。对于具有普通技术的本领域的技术人员来说将很容易理解的是，适合的加热(即，临界)温度和受热时间取决于在预浸溃层中使用的材料。回头参看图7，由于机器40的腔室46的加压，故膜片43的外表面44将压力供送到预成形的物件16的外表面47上。由于膜片43将压力供送到预成形的物件16的外表面47上，故预成形的物件16的内表面45抵靠公模50压制。由于膜片43抵靠预成形的物件16的外表面47压制，因此公模50确定由预成形的物件16采用的形状。图8绘出了在已经执行了最终成形阶段的定形步骤之后的机器40的截面视图。在该步骤期间，腔室46已经通过经由流体导管48从其中除去液压流体来减压。因此，膜片43已经向上移动，且不再与预成形的物件16的外表面47接触，预成形的物件16现在已经完全定形成完成的物件18。在该实施例中，最终成形阶段在此时结束。然后可从机器40中除去完成的物件18。尽管以上已经结合优选实施例描述了本文所教导的发明构想的原理，但将清楚地理解的是，该描述仅通过实例的方式来进行，而并不作为本发明构想的范围的限制。本发明构想的附加方面 本发明构想的其它方面包括:
方面1:一种将扁平的加工材料定形成具有最终形状的复合产品的方法，该方法包括:
(a)在缺乏附加热的情况下，使用采用刚性公形工具和非刚性母形工具的动态液压成形工艺来将加工材料固结和定形成预成形的形状；以及(b)在存在附加热的情况下，使用至少一个附加的刚性成形工具来将加工材料进一步固结和定形成最终形状。方面2:方面I的方法，其中步骤(a)包括一系列动态定形步骤，各个动态定形步骤均包括相对于加工材料的第一表面加深刚性公形工具的位置和施加压力到加工材料的第二表面上。方面3:方面2的方法，其中各个动态定形阶段均包括施加增加的压力到加工材料
的第二表面上。方面4:方面I至方面3中任一方面的方法，其中非刚性母形工具在步骤(a)期间提供施加到加工材料上的所有夹持力。
方面5:方面I至方面3中任一方面的方法，其中步骤(a)不采用机械夹持装置。
方面6:方面I至方面5中任一方面的方法，其中在步骤(a)之前，将拉环放置于在刚性公形工具与加工材料上之间。方面7:方面I至方面6中任一方面的方法，其中步骤(a)发生在第一成形机器中，而步骤(b)发生在第二成形机器中。方面8:方面7的方法，其中第二成形机器为液压成形压力机。方面9:方面I至方面8中任一方面的方法，其中至少一个附加的刚性成形工具为公形的。方面10:方面I至方面9中任一方面的方法，其中在步骤(b)期间，至少一个附加的刚性成形工具不移动。方面11:方面I至方面8或方面10中任一方面的方法，其中至少一个附加的刚性成形工具为母形的。方面12:方面I至方面8中任一方面的方法，其中至少一个附加的刚性成形工具包括一对匹配金属的模具。方面13:方面I至方面12中任一方面的方法，其中加工材料包括纤维材料和非纤维材料。方面14:方面I至方面13中任一方面的方法，其中加工材料包括至少一个预浸溃片，至少一个预浸溃片包括多条复合纤维。方面15:方面14的方法，其中多条复合纤维包括超高分子量聚乙烯。方面16:方面13至方面15中任一方面的方法，其中加工材料还包括至少一层芳纶基复合材料和至少一层碳基复合材料。方面17:方面16的方法，其中至少一层芳纶基复合材料包括第一芳纶基复合层和第二芳纶基复合层，而至少一层碳基复合材料包括第一碳基复合层和第二碳基复合层，且加工材料布置成堆叠构造，从堆叠构造的顶层到堆叠构造的底层，堆叠构造具有以下顺序:第一碳基复合层；第一芳纶基复合层；至少一个预浸溃片；第二芳纶基复合层；以及第二碳基复合层。方面18:方面I至方面17中任一方面的方法，其中加工材料包括具有第一纤维定向的第一单向预浸溃层和具有第二纤维定向的第二单向预浸溃层，其中第一纤维定向与第二纤维定向与彼此成直角。方面19:方面I至方面18中任一方面的方法，其中在步骤(a)期间施加的最高压力为在步骤(b)期间施加的最高压力的至少两倍。方面20:—种将加工材料定形成具有最终形状的复合产品的方法，加工材料包括树脂基质材料，该方法包括:(a)使用采用刚性公形工具和非刚性母形工具的深拉液压成形工艺来将加工材料固结和定形成预成形的形状，固结和定形在树脂基质材料的临界温度以下发生；以及(b)使用至少一个附加的刚性成形工具来将加工材料进一步固结和定形成最终形状，进一步固结和定形在临界温度处或临界温度以上发生。方面21:方面20的方法，其中步骤(a)发生在缺乏附加热的情况下。方面22:—种将扁平加工材料定形成具有最终形状的复合产品的方法，该方法包括:(a)在缺乏附加热的情况下，使用采用刚性的工具和非刚性的工具的动态液压成形工艺来将加工材料固结和定形成预成形的形状；以及(b)在存在附加热的情况下，使用至少一个附加的刚性成形工具来将加工材料进一步固结和定形成最终形状。
权利要求
1.一种将扁平加工材料定形成具有最终形状的复合产品的方法，所述方法包括: (a)在缺乏附加热的情况下，使用采用刚性公形工具和非刚性母形工具的动态液压成形工艺来将所述加工材料固结和定形成预成形的形状；以及 (b)在存在附加热的情况下，使用至少一个附加的刚性成形工具来将所述加工材料进一步固结和定形成所述最终形状。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(a)包括一系列动态定形步骤，各个所述动态定形步骤均包括相对于所述加工材料的第一表面加深所述刚性公形工具的位置和施加压力到所述加工材料的第二表面上。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，各个动态定形阶段均包括将增加的压力施加到所述加工材料的第二表面上。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述非刚性母形工具提供在步骤(a)期间施加到所述加工材料上的所有夹持力。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(a)未采用机械夹持装置。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤(a)之前，拉环放置于所述刚性公形工具与所述加工材料之间。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(a)发生在第一成形机器中，而步骤(b)发生在第二成形机器中。
8.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述第二成形机器为液压成形压力机。
9.根据权利要求1所述的 方法，其特征在于，所述至少一个附加刚性成形工具为公形的。
10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤(b)期间，所述至少一个附加的刚性成形工具不移动。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述至少一个附加的刚性成形工具为母形的。
12.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述至少一个附加的刚性成形工具包括一对匹配金属的模具。
13.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述加工材料包括纤维材料和非纤维材料。
14.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述加工材料包括至少一个预浸溃片，所述至少一个预浸溃片包括多条复合纤维。
15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，所述多条复合纤维包括超高分子量聚乙烯。
16.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，所述加工材料还包括至少一层芳纶基复合材料和至少一层碳基复合材料。
17.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，所述至少一层芳纶基复合材料包括第一芳纶基复合层和第二芳纶基复合层，而所述至少一层碳基复合材料包括第一碳基复合层和第二碳基复合层，且所述加工材料布置成堆叠构造，从所述堆叠构造的顶层到所述堆叠构造的底层，所述堆叠构造具有以下顺序:所述第一碳基复合层；所述第一芳纶基复合层；所述至少一个预浸溃片；所述第二芳纶基复合层；以及所述第二碳基复合层。
18.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述加工材料包括具有第一纤维定向的第一单向预浸溃层和具有第二纤维定向的第二单向预浸溃层，其中所述第一纤维定向与所述第二纤维定向与彼此成直角。
19.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤(a)期间施加的最高压力为在步骤(b)期间施加的最高压力的至少两倍。
20.一种将加工材料定形成具有最终形状的复合产品的方法，所述加工材料包括树脂基质材料，所述方法包括: (a)使用采用刚性公形工具和非刚性母形工具的深拉液压成形工艺来将所述加工材料固结和定形成预成形的形状，所述固结和所述定形在树脂基质材料的临界温度以下发生；以及 (b)使用至少一个附加的刚性成形工具来将所述加工材料进一步固结和定形成所述最终形状，所述进一步固结和定形在所述临界温度处或所述临界温度以上发生。
21.根据权利要求20所述的方法，其特征在于，步骤(a)发生在缺乏附加热的情况下。
22.—种将扁平加工材料定形成具有最终形状的复合产品的方法，所述方法包括: (a)在缺乏附加热的情况下，使用采用刚性工具和非刚性工具的动态液压成形工艺来将所述加工材料固结和定形成预成形的形状；以及 (b)在存在附加热的情况下，使用至少一个附加的刚性成形工具来将所述加工材料进一步固结和定形成所述最终形状。
全文摘要
本申请公开了一种将加工材料(12)定形成物件的方法，该方法由两个主要阶段构成(a)在缺乏附加热的情况下，使用采用刚性公形工具(32)和非刚性母形工具(23，24，26)的动态液压成形工艺来将工作材料固结和定形成预成形的形状；以及(b)在存在附加热的情况下，使用至少一个附加的刚性成形工具(50)来将工作材料进一步固结和定形成最终形状。
文档编号B29C70/44GK103153591SQ201180040543
公开日2013年6月12日 申请日期2011年6月23日 优先权日2010年6月23日
发明者G.M.蒙富特二世, D.J.伯克, M.梅登 申请人:金特克斯公司