模制机动车部件的方法与用途及其模具的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及机动车部件制造领域，更具体地，涉及模制由基体为热固性塑料的复合材料制成的机动车部件的方法与用途，以及依照该方法设计的模具。
【背景技术】
[0002]在机动车部件制造领域中，由复合材料制成的部件，由于具有复杂多变的形状与优良的机械性能，因而被广泛地应用于各种机动车部件中，例如保险杠梁、尾门箱、侧门增强件、车顶拱架、前立柱/中立柱/后立柱等。所述部件通常由基体为热固性塑料的复合材料模制成型而成，且具有曲线型的三维整体轮廓。
[0003]术语“复合材料”是一种常用的制造机动车部件的材料，通常由塑料基体与浸渍在该基体中的增强体(例如:纤维或织物)构成。由于包含增强体，复合材料具有较高的机械强度，经常用于制造局部区域或整个区域需要加强的部件，例如各种面板结构部件。按塑料基体不同，复合材料分成热固性塑料基体复合材料和热塑性塑料基体复合材料；按增强材料不同，复合材料分成碳纤维(织物)复合材料、玻璃纤维(织物)复合材料、芳纶(织物)复合材料等。
[0004]术语“塑料”应理解为表示包括至少一种合成的聚合物树脂的任何材料。任何类型的塑料均可适用于本发明。特别适用的塑料属于热固性塑料的范畴。术语“热固性塑料”是指在受热或其他条件下能固化或具有不溶(熔)特性的塑料，如酚醛塑料、环氧塑料等，应理解为表示包括任何热固性聚合物，这包括热固性弹性体以及它们的共混物。术语“聚合物”应理解为既表示均聚物也表示共聚物(尤其是二元或三元共聚物)。这些共聚物的非限制性实例是:无规共聚物、直链嵌段共聚物、其他嵌段共聚物以及接枝共聚物。热固性塑料又分甲醛交联型和其他交联型两种类型，甲醛交联型塑料包括酚醛塑料、氨基塑料(如脲一甲醛一三聚氰胺一甲醛等)，其他交联型塑料包括不饱和聚酯、环氧树脂、邻苯二甲二烯丙酯树脂等。热固性塑料第一次加热时可以软化流动，加热到一定温度，产生化学反应一交联反应而固化变硬，这种变化是不可逆的，此后，再次加热时，已不能再变软流动了。正是借助这种特性进行成型加工，利用第一次加热时的塑化流动，在压力下充满型腔，进而固化成为确定形状和尺寸的制品。
[0005]在现有技术中，上述复合材料部件通过在模具中同时实施注塑与热压成型的方式，使模具内的热固性塑料基体的复合材料在高压、高温条件下发生交联反应而获得，因而具有模具型腔所限定的最终形状。上述过程通常被称为模制成型过程，之后，该复合材料部件被从模具中取出，自然冷却后再进行后续的处理(例如:上漆、组装、存储或运输等)。由于模制的复合材料部件具有曲线型的三维整体轮廓，在从模具中取出后自然冷却过程中会发生收缩，使曲率发生变化而导致部件变形，从而影响产品的合格率。因而，在现有技术中通常使用有意设计的错模(法语为moules faux)来补偿复合材料部件冷却后的收缩变形，即通过经验估计或数字仿真计算出复合材料部件冷却后相对于理论形状的形变量，并在模具设计时有意地在目标理论形状的基础上反向叠加该形变量(复合材料部件模制成型后，从模具中取出冷却前，具有与目标理论形状不一致的形状)，以期达到补偿复合材料部件冷却收缩后变形的目的。该方法具有模具设计过程复杂，部件实际形变量存在偏差，成本高的缺点。另一种常使用的方法是，在模制成型后，通过将复合材料部件置于特殊的整形装置中冷却，以达到纠正其收缩形变的目的。相对于前一种有意设计的错模的方法，使用整形装置更容易实施，但通常需要添置额外的设备并且需要更长的冷却时间。
[0006]因此，需要提供一种能够在使用常用模具的前提下，无需或减少额外的整形工艺步骤，并能确保复合材料部件冷却后无实质形变的方法。
【发明内容】
[0007]本发明的目的在于解决上述为消除或抵抗模制复合材料部件冷却后形变的现有技术中存在的缺陷，提供一种更为简单实用，并易于操作，效率更高的替代方法。为此，本发明提供了一种模制机动车部件的方法，该部件包括基体为热固性塑料的复合材料，且具有曲线型的三维整体轮廓，在所述方法中，使用一个模具，该模具具有两个部分，每个部分限定该部件的一个面，所述方法包括模制步骤和之后的冷却步骤，其特征在于，在模制步骤中，能够以独立的方式控制模具两个部分的温度，以使得模具的两个部分具有不同的温度，由此在之后的冷却步骤中该部件相对的两个面上的复合材料的收缩比例也不同。
[0008]由于模具的两个部分在模制步骤中被设置为具有不同的温度，从而使得模制的部件在其三维整体轮廓的两个相对的面上的复合材料在不同的温度下凝固聚合而成；当复合材料在模制步骤中凝固聚合的温度不同时，其冷却后收缩的比例也不同，从而在部件的两个面上产生因收缩比例不一致而导致的形变，该形变被进而用于对抗(补偿)因冷却收缩而产生的自然形变，从而使得两种形变趋势相反而相互抵消。由此，根据部件的不同三维整体轮廓形状，通过观察获得部件在模制后冷却收缩过程中形变产生的三维整体轮廓曲线形状的曲率的变化趋势A，进而通过调节模具两个部分的不同温度而使得部件在其三维整体轮廓的两个相对的面上产生不同的收缩比例，该收缩比例的不同而导致部件发生形变的曲率变化趋势B与前一曲率变化趋势A方向相反，大小相同，从而相互抵消。因此，直接冷却后的部件即具有复合标准的理论形状尺寸，而无需整形或错模处理。上述方法仅需对现有的模具进行很少的调整，就能有效地消除部件冷却后的收缩形变，方便易行且节约成本，同时大大提高了产品生产效率与合格率。
[0009]根据本发明的一个实施例，部件具有曲线型的三维整体轮廓，该轮廓从整体上限定该部件的内侧和外侧；模具包括两个部分，分别为:一个限定该部件内侧的面的凸模和一个限定该部件外侧的面的凹模。通常情况下，具有曲线型的三维整体轮廓的部件在冷却收缩时，收缩产生的形变一般沿曲率变大的方向，而使得部件更加弯曲。在模制过程中，复合材料在模具中凝固聚合时的温度越高，后续冷却过程中收缩比例就越大。通过在模制步骤中将凸模的温度设置为低于凹模的温度，这样使得部件在内侧一面凝固聚合时的温度低于在外侧一面凝固聚合时的温度，从而在后续冷却过程中部件在外侧一面的收缩比例要大于在内侧一面，由此产生一个沿曲率变小方向的形变，抵消原正常冷却收缩时的沿曲率变大方向的形变，最终使得冷却后的部件具有复合标准的理论形状尺寸。
[0010]根据本发明的一个实施例，部件包括基体为基于聚酯、乙烯基酯或环氧树脂的片状模塑料(SMC，英文为Sheet Molding Compund)的复合材料。片状模塑料是用不饱和聚酯树脂、增稠剂、引发剂、交联剂、低收缩添加剂、填料、内脱模剂和着色剂等混合成树脂糊浸渍短切纤维粗纱或玻璃纤维毡，并在两面用聚乙烯或聚丙烯薄膜包覆起来形成的片状模压料，属于预浸料的范围，是目前国际上应用最广泛的成型材料之一。
[0011]根据本发明的一个实施例，在模制步骤中，模具的两个部分的温度差异在50C -80°C的范围内调节。通过调节上述温度差异的大小，可以控制部件在后续冷却步骤中因收缩比例不一致而产生的补偿形变的大小，从而可以将其调整为与原始冷却收缩形变的大小一致，而最终相互抵消。
[0012]优选地，在模制步骤中，模具的两个部分的温度差异为大约30°C。
[0013]根据本发明的一个实施例，模具的任一部分在模制步骤中的温度能够在80 0C -200 °C的范围内独立地调节。
[0014]根据本发明的一个实施例，在模具的两个部分上设置有各自的冷却管道，来独立地控制模具不同部分的温度。该冷却管道根据需要控制的温度的范围可以作以下调节:
[0015]-调节循环冷媒的流量；
[0016]-调节循环冷媒的温度；