纤维金属复合板材的成型装置和成型系统、方法与流程

本发明涉及纤维金属复合板材的成型领域，具体地，涉及一种纤维金属复合板材的成型装置和使用该成型装置的成型系统、方法。

背景技术：

纤维金属复合板材通常用于成型手机、平板电脑等电子设备的外壳。其兼具外观和强度的需求。现有技术中，为了成型纤维金属复合板材，通常具有如下两种方案：

方案一：对于形状及结构简单的规则曲面的板材，如，没有拉伸，能够铺平展开的，可以直接将裁剪为合适大小的纤维预浸布和表面处理过的铝合金片材铺层好后热压成型；

方案二：对于形状或结构复杂的不规则曲面的板材，如，存在拉伸，或不能铺平展开的，采用方案一直接热压可能会出现铝合金片材褶皱甚至开裂等问题，因此，需先将铝合金片材冲压成该复杂的结构，再将裁剪为合适大小的纤维预浸布铺叠在经表面处理过的铝合金半成品件之间，然后热压成型。

采用上述方案一，仅能成型规则曲面或没有拉升、能够铺平展开的形状及结构简单的外壳，具有较大的局限性；

采用上述方案二，因产品结构复杂，存在拉伸成型的过程中，而如果使用如图1所示的现有成型装置对已经进行叠合的纤维金属复合胚料5′进行拉伸，则在上模1′和下模2′合模过程中，随着胚料被在凸模和凹模直接拉伸，会使胚料的表层及底部铝合金片材起皱甚至开裂，因此不能对纤维金属复合胚料5′进行直接热压成型，所以需要对铝合金片材等进行预成型，然后再与纤维预浸布一起进行热压，这样不仅增加成本，而且不便于纤维预浸布铺层等后续工艺。

技术实现要素：

本发明的一个目的是提供一种纤维金属复合板材的成型装置，该成型装置能够避免预先叠合的纤维金属叠合胚料在成型过程中的起皱和开裂。

本发明的另一个目的是提供一种使用本发明提供的成型装置的系统和方法，以能够使得纤维金属复合板材的成型过程简单、成本较低。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，本发明提供一种纤维金属复合板材的成型装置，包括具有凸模的第一模座、具有凹模的第二模座，所述成型装置还包括用于可拆卸地固定在所述第二模座上的压料板，该压料板上形成有供所述凸模通过的通孔，并且该压料板朝向所述第二模座的表面上形成有围绕所述通孔的凸起筋，所述第二模座上对应地形成有用于容纳所述凸起筋的凹入槽。

优选地，所述凸起筋至少位于所述凹模入口的拐折部的外侧。

优选地，所述凸起筋形成为围绕所述通孔的环状结构。

优选地，所述凸起筋为多个并围绕所述通孔间隔布置在所述凹模入口的拐折部外侧。

优选地，所述拐折部形成为弧形角。

优选地，所述第二模座上形成有用于容纳所述压料板的安装槽，所述凹模形成在所述安装槽的底部。

优选地，所述压料板的高度与所述安装槽的深度相同，并且所述压料板上形成有多个围绕所述通孔等间隔布置的阶梯型紧固孔，该阶梯型紧固孔内容纳有可拆卸地固定到所述第二模座上的沉头螺钉。

优选地，所述压料板通过紧固件可拆卸地固定在所述第二模座上。

根据本发明的另一方面，提供一种使用本发明提供的成型装置的纤维金属复合板材的成型系统，所述成型系统还包括加热装置。

优选地，所述成型系统为包括所述成型装置的热压机。

根据本发明的再一方面，提供一种纤维金属复合板材的成型方法，该成型方法包括叠层步骤、加热步骤和成型步骤，在所述叠层步骤中，将金属片材和纤维预浸布进行叠层以构成纤维金属复合胚料；在所述加热步骤中，将所述纤维金属复合胚料预热到所述纤维预浸布的凝胶温度；在所述成型步骤中，使用本发明提供的成型装置将所述纤维金属复合胚料成型。

优选地，在所述加热步骤中，通过所述压料板将所述纤维金属复合胚料夹持在所述第二模座上，在所述成型步骤中，使得所述第一模座和第二模座合模。

优选地，在所述叠层步骤中，所述纤维预浸布的两侧均叠层有所述金属片材。

优选地，在所述预热步骤中，将所述纤维金属复合胚料预热到120-130摄氏度。

优选地，所述第一模座和所述第二模座的合模速度为0.05-0.1mm/s。

优选地，在所述第一模座和所述第二模座合模后保压10-12分钟。

通过上述技术方案，由于本发明提供的成型装置能够在合模之前通过压料板将胚料压住，并且结合凸起筋能够避免在合模过程中，纤维金属复合胚料发生起皱和开裂的问题，从而可以实现首先将金属片材和纤维预浸布叠合再同时成型的过程，操作方便。另外，不需单独进行金属片材的成型，也避免了纤维预浸布后进行叠合的不便之处。因此，本发明无论在工艺上和成本上均相比现有技术具有较大的优势。

本发明的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是现有技术中纤维金属复合板材的成型装置在未合模状态下的剖视示意图；

图2是本发明实施方式提供的成型装置在分解状态下的剖视示意图；

图3是本发明实施方式提供的成型装置在压料板固定到第二模座上，且未合模状态下的剖视示意图；

图4是本发明实施方式提供的成型装置在合模状态下的剖视结构示意图；

图5是本发明实施方式提供的纤维金属复合胚料的结构示意图；

图6是本发明一种实施方式提供的压料板的俯视结构示意图；

图7是沿图6中的折线A-A截取的剖视结构示意图；

图8是本发明另一种实施方式提供的压料板的俯视结构示意图；

图9是沿图8中的折线B-B截取的剖视结构示意图。

附图标记说明

1 第一模座 2 第二模座

3 压料板 4 沉头螺钉

5 纤维金属复合胚料

11 凸模 21 凹模

22 凹入槽 23 安装槽

31 通孔 32 凸起筋

33 阶梯型紧固孔

51 金属片材 52 纤维预浸布

1′ 上模座 2′ 下模

5′ 纤维金属复合胚料

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

在本发明中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上、下、左、右”通常是指相应附图中的图面方向，“内、外”是指相应部件轮廓的内和外。

如图2至图9所示，本发明提供一种纤维金属复合板材的成型装置，包括具有凸模11的第一模座1、具有凹模21的第二模座2，其中凸模11和凹模21的形状根据所要成型的板材形状而定。其中凹模21具有入口，以使得在合模时，凸模11能够通过该入口进入凹模21内而使得板材成型。为了实现本发明的目的，在本实施方式中，本发明提供的成型装置还包括用于可拆卸地固定在第二模座2上的压料板3，该压料板3上形成有供凸模11通过的通孔31，并且该压料板3朝向第二模座2的表面上形成有围绕通孔31的凸起筋32，第二模座2上对应地形成有用于容纳凸起筋32的凹入槽22。

即，在本发明上述的技术方案中，与第二模座2固定的压料板3上的凸起筋32围绕凸模11设置，而凹入槽22围绕凹模21设置。这样，在进行成型时，胚料首先能够在合模之前通过压料板3压住。并且当凸模11进入凹模的过程中，胚料发生与压料板3之间的相对滑动并逐渐进入凹模21而发生变形。在这个过程中，由于压料板3的存在不会使得胚料未进入凹模22的部分翘起，而通过凸起筋32和凹入槽22的配合，能够起到对未进入凹模22的胚料的捋顺作用。这样，即使胚料具有起皱和开裂的趋势，也能被凸起筋32和凹入槽22捋直，从而有效的减少了胚料流动时产生的起皱，使纤维金属复合胚料5能够平稳的在第二模板2与压料板3之间滑动或流动，直至第一模座1与第二模座2完全合紧。此时纤维金属复合胚料5便完全填充凸模11和凹模21合紧后形成的型腔，以成型最终的成品板材，例如手机、平板电脑等电子设备的外壳。

并且，由于本发明提供的成型装置能够避免在第一模座1和第二模座2合模过程中，纤维金属复合胚料5发生起皱和开裂的问题，因此，本发明可以首先将金属片材和纤维预浸布叠合为纤维金属复合胚料5，然后再同时成型为成品，而不需单独进行金属片材51的成型再叠合纤维预浸布52，这样不仅工艺执行方便，而且也能够避免将纤维预浸布52叠合到已成型的金属片材51上的不便之处。因此，本发明无论在工艺上和成本上均相比现有技术具有较大的优势。其中，在工艺方面，能够通过预先进行纤维层和金属层的叠合，使之能够成型结构复杂的板材。而在成本方面，由于不需进行金属片材的单独成型，省却至少一套冲压模具，且能够实现了一体成型，节省了模具成本以及金属片材预成型工艺成本。

其中，成型纤维金属复合板材的胚料在本实施方式中可以为三层的三明治结构，如图5所示，纤维预浸布52的两侧均叠层有金属片材51，即，纤维预浸布52由两层金属片材，例如铝合金片材夹持。在其他实施方式中，纤维金属复合胚料还可以为其他叠层结构，例如更多层的纤维预浸布和金属片材。

在本实施方式中，围绕通孔31布置的凸起筋可以为整体的环状结构也可以为多个间隔布置分体结构。为了保证防止起皱和开裂的效果，优选地，凸起筋32至少位于凹模21入口的拐折部的外侧。这里所说的“拐折部”是指入口的边缘中发生拐折的区域，例如多边形入口的拐角边缘部分。这是因为，凹模21的入口至少具有三个拐折部以构成入口截面，通过凹模21入口的拐折部进入凹模21的胚料容易发生起皱的问题，因此通过将凸起筋32设置在拐折部外侧，能够避免在之后经过拐折部的胚料起皱和开裂。

在本发明的一种实施方式中，如图6和图7所示，凸起筋32形成为围绕通孔31的环状结构。即凸起筋32为封闭结构，此时在成型过程中，要进入凹模21的胚料均会经过凸起筋32的捋直。在本发明的另一种实施方式中，如图8和图9所示，凸起筋32为多个并围绕通孔31间隔布置在凹模21入口的拐折部外侧。这样，同样能够起到对从拐折部进入凹模21的胚料进行捋直的目的。另外优选地，拐折部形成为弧形角。弧形角的设计，也能够进一步避免经过的胚料由于形状突变而起皱、开裂。

作为一种实施例，如图8所示，通孔31形成为矩形，该矩形的四角为弧形角，凸起筋32为四个并分别形成为围绕弧形角的弧形凸起筋，从而能够捋直容易发生起皱部分的纤维金属复合胚料，同样能够获得较好的效果。在其他实施方式中，通孔31和凹模21的入口可以为其他各种结构，这根据需要加工的板材形状而定。

在本实施方式中，为了方便在第二模座2上安装压料板3，优选地，第二模座2上形成有用于容纳压料板3的安装槽23，凹模21形成在安装槽23的底部。这样，只需将压料板3置于安装槽23中进行安装即可，具体地，在本发明的实施方式中，可以通过紧固件(如沉头螺钉4)将压料板3可拆卸地固定在第二模座2上。在安装的同时能够起到定位的作用，使得通孔31和凹模21的入口相互对齐。

另外，为了避免置于安装槽23中的压料板干扰凸模11和凹模21的配合，压料板3的高度与安装槽23的深度相同，即压料板3与第二模座的表面构成整体结构而避免对第一模座1和第二模座2的配合产生影响。另外，在本实施方式中为了避免紧固件对上述配合的影响，优选地，压料板3上形成有多个围绕通孔31等间隔布置的阶梯型紧固孔33，该阶梯型紧固孔33内容纳有可拆卸地固定到第二模座2上的沉头螺钉4。其中，阶梯型紧固孔33包括接近第二模座2的小端和远离第二模座2的大端，这样由于沉头螺钉4的头部可以容纳在大端中，从而在固定压料板3的同时，避免紧固件对两个模座配合的影响。

上述介绍了本发明提供的成型装置，为了最终成型纤维金属复合板材，本发明还包括一种纤维金属复合板材的成型系统，该成型系统包括本发明提供的成型装置和加热装置。该加热装置由于对纤维复合金属胚料预热到纤维预浸布的凝胶温度以完成最终的板材的热压成型。作为一种实施例，成型系统为包括本发明提供的成型装置的热压机。即，利用现有的热压机完成对胚料的预热以及两个模座相对运动的驱动力。换言之，本发明可以通过对现有的热压机进行改进而完成本发明提供的成型方法。本发明具体的成型方法如如下：

成型方法包括叠层步骤、加热步骤和成型步骤，其中，在叠层步骤中，将金属片材51和纤维预浸布52进行叠层以构成纤维金属复合胚料5；其中，涉及选择合适后的金属片材，例如铝合金片材，并剪裁出形状大小合适的金属片材，并可以进行表面除油、除脂等表面处理。此外，可以冲裁出与上述金属片材大小形状一致的纤维预浸布，并且将二者进行叠层。例如，可以以图5中的方式形成纤维金属复合胚料5，即纤维预浸布52的两侧均叠层有金属片材51的三明治结构。

在加热步骤中，将纤维金属复合胚料5预热到纤维预浸布52的凝胶温度；具体地，可如图2所示，通过压料板3将纤维金属复合胚料5夹持在第二模座2上，此时可以通过热压机，将纤维金属复合胚料5预热到120-130摄氏度，此时达到纤维预浸布的凝胶温度，以为后续的热压提供温度基础。

在成型步骤中，使用根据本发明提供的成型装置将纤维金属复合胚料5成型。具体地，使得所述第一模座1和第二模座2合模，从而完成板材的热压成型。为了保证更好地成型效果，优选地，第一模座1和第二模座2的合模速度为0.05-0.1mm/s。从而使得胚料以合适的速率完成拉伸变形，进一步降低起皱和开裂的问题。此外，还可以在第一模座1和第二模座2合模后保压10-12分钟，从而保证最终产品的定型。

综上，本发明通过提供一种成型装置，可以使得纤维金属复合板材的成型工艺简单、成本较低，因此具有较高的实用性和推广价值。

以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。