制造工件的方法与流程

本发明总地涉及一种制造纤维增强型热塑性工件的方法，以及用于该方法的烤炉。

纤维增强型热塑性部件通常通过将原始纤维增强型热塑性材料的板放置在烤炉中来制造，由该烤炉将板加热至近乎热塑性材料的熔点，此时，经加热的板传递至诸如模具或模型的最终成形站。板在模具中形成，且从板移除过量材料。此种过程产生大量废料，并且将可能制造的形状限制为可能由板料形成的那些形状。

技术实现要素：

提供一种制造工件的方法。该方法包括在烤炉中加热第一纤维增强型热塑性材料的预成形坯件。在挤出机中加热第二纤维增强型热塑性材料。第二纤维增强型热塑性材料从挤出机中挤出以形成挤出物。挤出物定位在第一纤维增强型热塑性材料的预成形坯件以形成复合坯件。复合坯件然后传递至最终成形站。

在制造工件的方法的一个方面中，第二纤维增强型热塑性材料挤出在烤炉中。

在方法的另一方面中，挤出物在烤炉内定位在预成形坯件上。

在方法的一个实施例中，第二纤维增强型热塑性材料的挤出物从挤出机直接地挤出到第一纤维增强型热塑性材料的预成形坯件上。在方法的另一实施例中，第二纤维增强型热塑性材料的挤出物在放置到第一纤维增强型热塑性材料的预成形坯件上之前形成为一定形状。

在制造工件的方法的一个方面中，第二纤维增强型热塑性材料的挤出物在烤炉内形成为预成形件。。

在一个实施例中，挤出物可在挤出物定位在第一纤维增强型热塑性材料的预成形坯件上之前形成为预成形件。在另一个实施例中，挤出物可在挤出物定位在第一纤维增强型热塑性材料的预成形坯件上之后形成为预成形件。

该方法的另一方面，将挤出物形成为预成形件包括将挤出物形成为具有基本上均匀厚度的板。该板然后可修整为预限定形状。该方法的另一方面包括将预限定形状的挤出物定位在第一纤维增强型热塑性材料的预成形坯件上。

在该方法的一个方面中，第一纤维增强型热塑性材料和第二纤维增强型热塑性材料各自包括玻璃纤维或碳纤维的一种。

在该方法的另一方面中，第一纤维增强型热塑性材料和第二纤维增强型热塑性材料可各自包括利用能与相应热塑性材料兼容的纤维或粉末增强的无定形或结晶热塑性材料的一种。

在该方法的一个实施例中，第二纤维增强型热塑性材料可包括原始材料。在该方法的另一个实施例中，第二纤维增强型热塑性材料是再循环材料。

还提供一种用于制造纤维增强型热塑性工件的烤炉。该烤炉包括限定加热腔室的结构。传送器系统通过加热腔室。传送器系统可操作，以使得第一纤维增强型热塑性材料的预成形坯件移动通过加热腔室。挤出机具有加热料斗，该加热料斗可操作以加热第二纤维增强型热塑性材料。挤出机进一步包括设置在加热腔室内的模具。模具可操作，以将第二纤维增强型热塑性材料在加热腔室内挤出到第一纤维增强型热塑性材料的预成形坯件上。

在这里描述的烤炉的一个方面中，成形站设置在加热腔室内。成形腔室可操作，以将从模具挤出的挤出物形成为预限定形状。

在这里描述的烤炉的另一个方面中，传递站设置在加热腔室内。传递站可操作，以将一定形状的挤出物定位到第一纤维增强型热塑性材料的预成形坯件上。

因此，再循环材料或废料可馈送到挤出机中，并且用于部分地形成工件，由此减少浪费。因此，由于所挤出的第二纤维增强型材料的特性，更复杂的特征可形成到工件的最终形状中，而否则仅仅使用平坦的原料板则是不可能的。因此，可组合不同的材料类型，从而为某些情形提供更佳的材料优化。

当结合附图时，从用于执行本教示的最佳模式的以下具体实施方式中，本教示的上述特征和优点以及其它特征和优点会显而易见。

附图说明

图1是烤炉的第一实施例的示意侧视图。

图2是烤炉的第二实施例的示意侧视图。

图3是烤炉的第三实施例的示意侧视图。

图4是表示制造工件的方法的流程图。

具体实施方式

本领域普通技术人员会认识到的是，诸如“之上”、“之下”、“向上”、“向下”、“顶部”、“底部”之类的术语描述性地用于附图，且并不表示对由所附权利要求所限定的本发明范围的限制。此外，在这里，这些教示可在功能性和/或逻辑性块部件和/或各个处理步骤的方面进行描述。应认识到的是，这些块部件可由构造成执行特定功能的若干硬件、软件和/或固件部件构成。

参照附图，其中类似的附图标记指代整个若干视图中的类似部件，烤炉总地以20示出。烤炉20用在制造纤维增强型热塑性工件的过程中，这会在下文进行更详细地描述。

参照图1-3，在每个相应附图中总地示出烤炉20的不同实施例。烤炉20的对于烤炉20的各实施例通用的特征在附图中示出并且在每个附图内通过相同的附图标记来识别。专用于并非所有实施例的特征被特别地指明，并且相对于其相应实施例和附图进行描述。

参照图1-3，烤炉20包括限定加热腔室24的结构22。结构22可包括多个壁、顶部、底板等等，它们界定并形成加热腔室24。烤炉20的结构22能以合适的方式制造，并且形成能够承受一定热量的合适材料，该热量用于将热塑性材料加热至它们的相应熔融温度。结构22的特定构造、尺寸、配置等等与本发明的教示并不相关，因此在这里并不进行详细地描述。加热腔室24包括加热元件26，该加热元件可操作以将第一纤维增强型热塑性材料的预成形坯件28加热至其熔融温度。预成形坯件28可形成为简单板54，或者可预成形为三维物体。

烤炉20包括传送器系统30，该传送器系统用于使得部件移动通过烤炉20的加热腔室24。应意识到的是，结构22可包括进入加热腔室24的一个或多个门或开口，传送器系统30通过这些门或开口。传送器系统30可包括辊子、履带、支架、马达、条带等等，它们能够支承部件并且将这些部件传输通过加热腔室24。传送器系统30的特定构造、尺寸、配置等等与本发明的教示并不相关，且因此在这里并不进行详细地描述。

烤炉20进一步包括挤出机32。挤出机32包括加热料斗34。加热料斗34可定位在加热腔室24外部、加热腔室24内部或者部分地在加热腔室24内部。加热料斗34可操作，以将第二纤维增强型热塑性材料加热至其熔融温度。挤出机32进一步包括喷嘴或模具36，该喷嘴或模具可操作，以作为挤出物38来排出经加热的第二纤维增强型热塑性材料。如这里所使用的是，术语挤出物38限定为已通过挤出机32的模具36挤出的材料。在一个实施例(未示出)中，模具36定位在加热腔室24外部。在其它实施例中，例如在图1-3中所示，模具36定位在加热腔室24内部。模具36与加热料斗34连通，以使得加热料斗34将经加热的第二纤维增强型热塑性材料供给至模具36，用于从中挤出。用在制造纤维增强型热塑性部件中的挤出机是可易于获得的，且挤出机32的构造和操作由此在这里并不进行更详细地描述。

烤炉20可进一步包括成形站40。例如在附图中所示，成形站40设置在加热腔室24内。成形站40可操作，以使得从模具36挤出的挤出物38形成为预限定形状48。成形站40可包括能够对第二纤维增强型热塑性材料的挤出物38进行形成、定形、修整、切削等的装置。例如，成形站40可包括一个或多个辊子或刮擦器，以将挤出物38整平为具有均匀厚度的板54。预限定形状48可例如包括基本上均匀厚度的板54或者非均匀厚度的三维形状。

参照图1，挤出机32排出挤出物38或者将挤出物直接地定位到第一纤维增强型热塑性材料的预成形坯件28上。成形站40包括单个辊子42，该单个辊子在挤出物38定位于第一纤维增强型热塑性材料的预成形坯件28上之后将挤出物38整平为直接地处于预成形坯件28顶部的板54。可注意到的是，挤出物38在烤炉20的加热腔室24内形成并且定位在第一纤维增强型热塑性材料的预成形坯件28上。

参照图2，挤出机32排出挤出物38或者将挤出物直接地定位到第一纤维增强型热塑性材料的预成形坯件28上。成形站40包括两个辊子42，这两个辊子在挤出物38定位于第一纤维增强型热塑性材料的预成形坯件28上之前将挤出物38整平为这两个辊子和预成形坯件之间的板54。可注意到的是，挤出物38在烤炉20的加热腔室24内形成并且定位在第一纤维增强型热塑性材料的预成形坯件28上。

参照图3，挤出机32将挤出物38排出到第二传送器系统44上。第二传送器系统44使得挤出物38移动至成形站40，该成形站包括辊子42或刮擦器，用以将第二纤维增强型热塑性材料的挤出物38形成为具有恒定厚度的板54。第二传送器系统44然后将挤出物38的成形板54移动至修整站46，该修整站将挤出物38的板54切削、定形、修整等为预限定形状48。传递装置50然后使得预限定形状48的挤出物38从第二传送器系统44移动到第一纤维增强型热塑性材料的预成形坯件28上。可注意到的是，挤出物38在烤炉20的加热腔室24内形成并且定位在第一纤维增强型热塑性材料的预成形坯件28上。

如上所述，烤炉20可用作制造工件的方法的一部分。参照图4，该方法包括在烤炉20的加热腔室24中加热第一纤维增强型热塑性材料的预成形坯件28。加热预成形坯件28的步骤大体由图4中的框100所指示。第一纤维增强型热塑性材料可包括但不限于利用能与相应热塑性材料兼容的纤维或粉末增强的无定形或结晶热塑性材料的一种。合适热塑性材料的示例包括但不限于聚酰胺和聚丙烯。增强材料的示例包括但不限于碳纤维、玻璃纤维以及矿物填料。如上所述，加热腔室24包括加热元件26，该加热元件可操作以将第一纤维增强型热塑性材料的预成形坯件28加热至或者接近其熔融温度。

第二纤维增强型热塑性材料在挤出机32的加热料斗34中加热。加热第二纤维增强型热塑性材料的步骤总地由图4中的框102所指示。第二纤维增强型热塑性材料可包括但不限于利用能与相应热塑性材料兼容的纤维或粉末增强的无定形或结晶热塑性材料的一种。合适热塑性材料的示例包括但不限于聚酰胺和聚丙烯。增强材料的示例包括但不限于碳纤维、玻璃纤维以及矿物填料。在一个实施例中，第一纤维增强型热塑性材料和第二纤维增强型热塑性材料两者均包括相同的热塑性材料和相同的纤维增强型材料。在一个实施例中，第一纤维增强型热塑性材料和第二纤维增强型热塑性材料两者均包括相同的热塑性材料和相同的纤维增强型材料。

第二纤维增强型热塑性材料可在布置到挤出机32的加热料斗34之前短切或处理为小部件。这样，第二纤维增强型热塑性材料针对该过程无需呈板54的形式。在一个实施例中，第二纤维增强型热塑性材料是原始材料，即还未被回收利用或预处理的新材料。然而，在另一实施例中，第二纤维增强型热塑性材料是再循环或回收利用的材料。因此，这里描述的过程可将否则会处置的刮擦材料用作第二纤维增强型热塑性材料，因为第二纤维增强型热塑性材料在布置于加热料斗34之前被处理为小部件。

第二纤维增强型热塑性材料从挤出机32中挤出以形成挤出物38。挤出第二材料以形成挤出物38的步骤总地由图4中的框104所指示。在一个实施例中，第二纤维增强型热塑性材料在烤炉20的加热腔室24外部挤出到第一纤维增强型热塑性材料的预成形坯件28上。然而，在另一实施例中，例如图1-3中所示，第二纤维增强型热塑性材料在烤炉20的加热腔室24内从挤出机32的模具36中挤出。

挤出物38定位在第一纤维增强型热塑性材料的预成形坯件28上以形成复合坯件52。将挤出物38定位在预成形坯件28上的步骤总地由图4中的框106所指示。在一个实施例中，挤出物38可在烤炉20外部定位在预成形坯件28上。然而，在另一实施例中，例如图1-3中所示，挤出物38在烤炉20的加热腔室24内定位在第一纤维增强型热塑性材料的预成形坯件28上。

在一个实施例中，例如图1和2中所示，第二纤维增强型热塑性材料的挤出物38从挤出机32的模具36中直接地挤出到第一纤维增强型热塑性材料的预成形坯件28上。在另一实施例中，例如图3中所示，第二纤维增强型热塑性材料的挤出物38从挤出机32的模具36挤出到第二传送器系统44上，且然后在之后传递到第一纤维增强型热塑性材料的预成形坯件28上。

在第二纤维增强型热塑性材料的挤出物38定位在第一纤维增强型热塑性材料的预成形坯件28上之前或之后，挤出物38可在烤炉20的加热腔室24内形成为预成形件。形成挤出物38的步骤总地由图4中的框108所指示。虽然图4的流程图示出在形成挤出物38的步骤(框108)之前将挤出物38定位在预成形坯件28上的步骤(框106)，但应意识到的是，这些步骤可颠倒，以使得挤出物38在定位于预成形坯件28上之前形成。将挤出物38形成为预成形件可包括但不限于将挤出物38形成为具有基本上均匀厚度的板54。附加地，将挤出物38形成为预成形件可包括但不限于将板54修整为预限定形状48。在一个实施例中，预限定形状48可基本上与第一纤维增强型热塑性材料的预成形坯件28的形状相同，以使得预限定形状48基本上覆盖第一纤维增强型热塑性材料的预成形坯件28的整体。在另一个实施例中，预限定形状48可基本上与第一纤维增强型热塑性材料的预成形坯件28的形状不同，以使得预限定形状48基本上覆盖第一纤维增强型热塑性材料的预成形坯件28的一部分。此外，应意识到的是，第二纤维增强型热塑性材料的预限定形状48可特定地定位或布置在第一纤维增强型热塑性材料的预成形坯件28上，以实现期望的设计配置和/或构造。

一旦第二纤维增强型热塑性材料的挤出物38已定位在第一纤维增强型热塑性材料的预成形坯件28上以形成复合坯件52，复合坯件52就可传递至最终成形站。将复合坯件52传递至最终成形站的步骤总地由图4中的框110所指示。复合坯件52能以合适的方式传递至最终成形站，例如但不限于手动地传递复合坯件52，使用机器人臂来传递复合坯件52等等。该最终成形站可包括能够将复合坯件52形成为最终形状工件的机器或装置。例如，最终成形站可包括但不限于模压机、模具等等。合适的最终成形站的特定类型、构造以及操作与本发明的教示并不相关，且因此在这里并不进行详细地描述。

由于第二纤维增强型热塑性材料定位在第一纤维增强型热塑性材料的预成形坯件28上，因而即使两者仍处于烤炉20的加热腔室24中，但将两者从加热腔室24传递到最终成形站花费的时间量缩短，由此使得复合坯件52维持尽可能多的热量，这会改进最终工件在最终成形站中的成形。

具体实施方式和视图或附图是对本发明的支持和描述，但本发明的范围仅仅由权利要求所限定。虽然已详细地描述了用于执行所要求的教示的其中一些最佳模式和其它实施例，但存在各种替代设计和实施例来用于实践所附权利要求中限定的本发明。