由复合材料制成的模具及相应的成形单元的制作方法
【专利说明】由复合材料制成的模具及相应的成形单元
[0001]本申请为申请日是2010年6月14日为优先权日，申请号是201180028871.9，发明名称是“由复合材料制成的模具、以及用于其制造的主设备和方法”的发明专利申请的分案申请。
技术领域
[0002]本发明涉及由复合材料制成的模具，以及可以使用该模具的方法。
【背景技术】
[0003]已知的RTM(Resin Transfer Molding，树脂传递模塑成型)方法采用由钢制成的模具用于承受树脂注入所需的高压，甚至高于15巴。
[0004]纤维层的成形和随后将其沉积到模具中可以是自动化的，从而使得采用这种方法生产的部件更加可重复的和经济的，但是，RTM方法的模具是沉重的、昂贵的和庞大的。此夕卜，金属模具需要复杂的设计，必须考虑到它们在树脂的固化过程中的热膨胀，以避免成型产品堵塞在模具内。
[0005]轻型RTM方法，其中半刚性模具设置在刚性模具上，已知用于克服这些技术问题。在低于I巴的压力注入树脂，空气(0.5巴)从中心低点抽吸以利于树脂的流动。两个模具之间的连接通过沿两个模具的边缘形成真空(0.1巴)获得。该方法，虽然它采用轻型和经济的装置简单地进行，但是不允许以与RTM方法相同的速度和相同的质量制造产品，因为注入压力是相对低的，产品朝向半刚性模具的侧面具有粗糙表面。此外，在轻型RTM方法中采用的低压不保证干纤维的正确和完整的浸渍，从而导致低质量部件的制造。
[0006]EP1721719和FR2864801披露了 RTM方法，其中模具由复合材料制成。特别地，披露在FR2864801中的模具反过来由RTM方法制成，其中树脂仅在纤维已经设置在由复合材料制成的模具和主设备或模板之间后注入。这些已知的模具是相对昂贵的，由于采用用于其制造的RTM方法以及在制造第二模具期间需要布置模板在准备好的第一模具和第二模具之间。已知的由复合材料制成的模具还需要复杂的支撑结构和/或必须是比较厚的用于承受RTM方法的压力，因此价格昂贵。
【发明内容】
[0007]因此，本发明的目的是提供一种方法，它没有所有上述缺点，即一种方法，其是快速的、经济的且易于自动化的，并允许采用轻型和紧凑的装置获得高质量的产品。所述目的用模具和方法实现，其主要特征分别披露在权利要求1中，而其它特征披露在其余的权利要求中。
[0008]根据本发明的方法提供用于通过用树脂预浸渍的多层碳纤维(也称为预浸料)层获得的模具并用于通过在烘箱或高压釜中加热这些模具固化最终产品，而不是采用带加热的模具的压力机。因此，与RTM方法相比，树脂可在较低压力下注入，但无论如何足够的，以确保形成最终产品的基体的干纤维的正确的和完全的浸渍。
[0009]与轻型RTM方法相比，所述压力优选更高，特别如果模具通过肋筋或其它加强件变硬。
[0010]模具之间的连接通过特别的机械紧固装置和垫圈获得，其允许在树脂的注入压力下保持模具密封闭合。
[0011]模具优选整合特别的衬套，其允许在模具之间的精确的和抗性的机械紧固，和特别的装置如注入器、吸嘴和/或吸取器的容易及快速的添加。
[0012]至少一个模具包括用于在树脂到达腔体之前均匀分布树脂的特别的渠道和/或狭缝，以便获得无缺陷如中空空间、孔、脱层或干燥区的产品。对应注入器设置的特别的凹陷部分避免由于树脂的注入压力导致的模具的磨损。
[0013]模具的生产优选地以快速和精确的方式通过特别的主设备获得，主设备配备最终产品的立体模板和机械设置，如用于在模具中获得特别的界面的基准表面、用于获得适合于加强模具的相应壁、用于在模具中精确设置衬套的销、用于在模具中获得渠道或凹陷部分的可移除的弹性部分和/或凸起部分。几个相同的模具可以用单一主设备生产，以便以相对简单和经济的方式增加根据本发明的方法的生产率。
[0014]此外，根据本发明的模具是轻型的，并不是非常庞大的，以便在使用之前、期间和之后，例如，当在烘箱中或在高压釜中准备、填充并设置它们时，可以很容易操作它们。
[0015]由于模具由与产品基本上相同的材料制成，它们经受基本上相同的热膨胀，以便补偿由于这些膨胀导致的负面影响，如果有的话。
[0016]如果在方法中采用成形单元，所有上述优点显著增加，在成形单元中所有模具，即至少两个互补的模具，根据本发明制造。
【附图说明】
[0017]从下面的其两个具体实施例的详细的和非限制性的描述并参考附图，根据本发明的方法和设备的进一步的优点和特征对于本领域技术人员将变得清楚，其中:
[0018]图1显示可以用根据本发明的模具制造的产品的立体图。
[0019]图2显示根据第一具体实施例的第一主设备的仰视图。
[0020]图3显示图2的II1-1II截面。
[0021]图4显示根据第一具体实施例的第二主设备的俯视图。
[0022]图5显示图4的V-V截面。
[0023]图6显示图3的局部放大的根据第一具体实施例的第一模具。
[0024]图7显示图6的细节VII。
[0025]图8显示图6的从第一主设备移除的第一模具的俯视图。
[0026]图9显示图8的IX-1X截面。
[0027]图10显示带有根据第一具体实施例的第二模具的图5。
[0028]图11显示图10的从第二主设备移除的第二模具的俯视图。
[0029]图12显示图11的XI1-XII截面。
[0030]图13显示使用时带有图10和12的模具的成形单元。
[0031]图14显示图13的XIV-XIV截面。
[0032]图15显示注入器的放大纵向剖面。
[0033]图16显示吸取器的放大纵向剖面。
[0034]图17显示一对定心装置的放大纵向剖面。
[0035]图18显示成形单元的第二具体实施例的垂直剖面。
【具体实施方式】
[0036]参见图1，可以看出，由复合材料制成的产品I以已知的方式具有立体形状，例如平行六面体，具有高度H、宽度W和深度D。在实践中，根据所需的功能，产品I通常具有更复杂的形状，以及弯曲的和/或不规则的，如例如陆、海、空交通工具的框架、车身、盖子、配件和其它结构的、流体动力学的和/或美观的部件。
[0037]参见图2和图3，可以看出，方法的第一操作步骤包括例如采用CAD/CAM系统制造第一模板2，其具有与产品I的至少一个第一部分基本上相同的立体形状和相同的尺寸。在本具体实施例中，第一模板2基本具有相同的宽度W和相同的深度D，但高度Hl低于产品I的高度H。第一模板2与特别是基本上平行六面体状的第一主设备3的至少一个第一基准表面3a连接或成为一体。第一基准表面3a是基本上平面的，比第一模板2更宽和更深，以便围绕其突出。例如铝、木材或环氧树脂的一个或多个第一壁4，基本上垂直于第一基准表面3a，围绕第一主设备3固定，以便围绕第一基准表面3a。一个或多个第一脊5设置在第一主设备3的第一基准表面3a上围绕第一模板2，而至少一个第二脊6设置在第一基准表面3a上围绕第一脊5。第一脊5连接到特别是具有半球形形状的一个或多个凸起部分7。第一脊5的横截面是凸的，特别是基本上为半圆形或半椭圆形的，而第二脊6的横截面是基本上矩形的，特别是正方形的。多个第一销8依次从第一主设备3的第一基准表面3a围绕第二脊6垂直突出。第一模板2、第一脊5、第二脊6和/或凸起部分7可以采用数控刀具用在第一主设备3的第一基准表面3a上由环氧树脂单一件制成，或可以包括相互连接和/或施加到第一基准表面3a的分离的部件。特别地，第一脊5和/或第二脊6优选由以可拆卸的方式粘在第一基准表面3a上的弹性部分制成。第一模板2可以是由数控刀具成形的环氧树脂块，然后粘到第一基准表面3a上。
[0038]参见图4和图5，可以看出，方法的第二操作步骤包括例如采用CAD/CAM系统制造第二模板9，其具有与产品I的至少一个第二部分基本上相同的立体形状和相同的尺寸。在本具体实施例中，第二模板9基本上具有相同的宽度W和相同的深度D，但高度H2低于产品I的高度H，以便第一模板的高度Hl和第二模板9的高度H2的总和基本上对应于产品I的高度H。第二模板9与特别是基本上平行六面体状的第二主设备10的至少一个第二基准表面1a连接或成为一体。第二基准表面1a是基本上平面的，比第二模板9更宽和更深，以便围绕其突出。例如铝、木材或环氧树脂的一个或多个第二壁11，基本上垂直于第二基准表面10a，围绕第二主设备10固定，以便围绕第二基准表面10a。多个第二销12从第二主设备10的第二基准表面1a围绕第二模板9突出。第一销8在第一主设备3上的位置基本等于第二销12在第二主设备10上的位置。一个或多