用于模制三維部件的工序的制作方法
【專利說(shuō)明】用于模制三維部件的工序
[0001]相關(guān)技術(shù)的交叉引用
本申請(qǐng)主張?jiān)?012年12月19日提交的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)序列號(hào)N0.61/739，301的權(quán)益，將其全部?jī)?nèi)容并入本文中。
技術(shù)領(lǐng)域
[0002]本發(fā)明涉及用于使用預(yù)測(cè)建模軟件控制的工序，該預(yù)測(cè)建模軟件控制用于使面板定形為三維部件之前對(duì)二維復(fù)合面板中的纖維選擇性地應(yīng)用張緊和泄放切口。
【背景技術(shù)】
[0003]由樹(shù)脂和強(qiáng)化纖維形成的二維復(fù)合面板可使用模制工序定形成三維部件?？深A(yù)熱二維面板來(lái)增加其在模具中的可成形性，但是由于面板順應(yīng)模具的輪廓，故在一些區(qū)域中的纖維被壓縮，并且其他區(qū)域中的纖維被張緊。
[0004]纖維壓縮導(dǎo)致壓縮區(qū)域中的過(guò)量纖維的非期望的材料累積、部件的區(qū)域(例如豎直壁相交處)中的聚束和起皺、和模制部件的模制后變形。纖維張緊導(dǎo)致由纖維應(yīng)力引起的可能的纖維損壞(例如纖維撕裂或纖維擴(kuò)張)，和面板順應(yīng)最終模具形狀而不經(jīng)歷模制后變形的能力的損失。
[0005]合乎需要的是，減少在由二維復(fù)合面板模制三維部件時(shí)通常發(fā)生的纖維壓縮和張緊。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0006]使用預(yù)測(cè)建模軟件工具來(lái)識(shí)別當(dāng)將二維面板模制成三維部件時(shí)將在何處發(fā)生并且發(fā)生多少纖維壓縮和/或張緊。在面板的在模制工序中將被張緊的那些區(qū)域中形成泄放切口，并且將張緊施加至面板的將經(jīng)歷壓縮的那些區(qū)域。
【附圖說(shuō)明】
[0007]圖1示出在用于形成復(fù)合面板的工序中使用的設(shè)備。
[0008]圖2示出具有在板層(ply)的表面中形成的切口的復(fù)合材料板層的表面。
[0009]圖3示出堆疊以形成面板的多個(gè)復(fù)合材料板層。
[0010]圖4是在張緊盒中的二維面板的示意圖。
[0011]圖5示出在用于將二維面板模制成三維部件的工序中使用的設(shè)備。
[0012]圖6示出備選實(shí)施例，其中張緊機(jī)構(gòu)集成到模制沖模中。
[0013]圖7示出由二維復(fù)合面板模制三維部件的工序。
[0014]圖8示出由二維復(fù)合面板模制三維部件的備選工序。
【具體實(shí)施方式】
[0015]現(xiàn)轉(zhuǎn)向至附圖，圖1示出在用于形成由標(biāo)號(hào)10大體指示的復(fù)合材料板層的工序中使用的設(shè)備。纖維或帶敷設(shè)機(jī)器12可用于將復(fù)合纖維或帶14應(yīng)用至接收底板或平臺(tái)16。盡管可使用樹(shù)脂和強(qiáng)化纖維的其他組合，但復(fù)合帶14可包括樹(shù)脂基質(zhì)中的單向纖維。復(fù)合帶14可然后前進(jìn)至可由面板切割軟件24控制的切割站18，在此，其可被切割成具有由外圍輪廓22形成的形狀的二維板層20，該外圍輪廓22將被需要以用于將其形成最終產(chǎn)品。切割站還由預(yù)測(cè)建模軟件25控制，該預(yù)測(cè)建模軟件25可用來(lái)識(shí)別當(dāng)將二維板層或面板模制成三維形狀時(shí)，將在何處發(fā)生并且發(fā)生多少纖維壓縮和/或張緊。預(yù)測(cè)建模軟件25可為可從Dassault Systemes獲得的Abaqus/Explicit有限元分析軟件，其已經(jīng)被修改來(lái)執(zhí)行確定在最終模制產(chǎn)品中的纖維壓縮和/或張緊的區(qū)域的特定功能。切割站18可用來(lái)在板層20表面的在板層的外圍輪廓22內(nèi)的那些部分上形成切口 23 (在圖2中最佳觀察)，那些部分將如由預(yù)測(cè)建模軟件25所確認(rèn)的那樣在模制工序期間經(jīng)歷張緊。板層20中的各個(gè)上的泄放切口 23的定位由預(yù)測(cè)建模軟件25確定。如在下面更詳細(xì)地描述的，張緊可施加至由預(yù)測(cè)建模軟件25識(shí)別的板層或面板的在模制工序中將經(jīng)歷壓縮的那些區(qū)域。泄放切口 23和施加的張緊將允許板層更好地順應(yīng)可稍后在模制工序中使用的三維模具。
[0016]圖2示出可在板層20中形成的典型切口 23。切口 23將切斷板層20中的選定纖維26，這將允許板層順應(yīng)最終模具的形狀，而不撕裂或擴(kuò)張纖維26。
[0017]圖3示出可堆疊來(lái)形成多板層二維復(fù)合面板28的單獨(dú)板層20。復(fù)合面板28的形成可通過(guò)將單獨(dú)的板層堆疊在彼此的頂部上來(lái)實(shí)現(xiàn)，并且某些樹(shù)脂的粘著特性將允許單獨(dú)的板層20粘附至彼此。面板28的形成還可通過(guò)該將在1-300 PSI的范圍內(nèi)的微小壓力施加至板層的堆疊而實(shí)現(xiàn)。待施加的實(shí)際壓力由縮使用的特定聚合物的性質(zhì)、為特定應(yīng)用選擇的配方和纖維體積分率、和最終使用要求來(lái)確定。
[0018]如在圖4中所使用的，在模制之前，面板28可首先安裝于框架30中，框架30將在模制工序期間支撐其。在一個(gè)實(shí)施例中，框架30可包括張緊盒32。張緊盒32可具有抓具34，該抓具34可抓握面板28的外周界，以便如在圖5中最佳觀察的，當(dāng)將其放置到下游預(yù)熱烘箱40和放置到成形壓力機(jī)50中時(shí)其不會(huì)下垂。各抓具34可聯(lián)接至張緊機(jī)構(gòu)36，張緊機(jī)構(gòu)36可用來(lái)在面板28上施加張緊力。張緊盒32各處的張緊機(jī)構(gòu)36可包括線性促動(dòng)器，線性促動(dòng)器可被單獨(dú)選擇性地控制，以在面板28的選定部分上施加張緊力。待施加至面板28的各種區(qū)域的張緊量可由預(yù)測(cè)建模軟件25確定和控制。備選地，各抓具34可聯(lián)接至包括手動(dòng)促動(dòng)器(例如，螺旋扣)的張緊機(jī)構(gòu)36，該手動(dòng)促動(dòng)器可用來(lái)在面板28的選定部分上施加張緊力。可通過(guò)遵循打印的程序或待由各抓具34施加的特定張緊的圖表的操作人員來(lái)將手動(dòng)促動(dòng)器調(diào)節(jié)至所需的張緊。
[0019]圖5示出在用于將二維面板28模制成三維部件的工序中使用的設(shè)備29。一旦已通過(guò)各抓具34設(shè)置正確的張緊，那么可將復(fù)合面板28安裝在其上的張緊盒32放置在連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的或分度傳送裝置33上并前進(jìn)入預(yù)熱烘箱40中。預(yù)熱烘箱40可用來(lái)升高復(fù)合面板28的溫度，以便其在下游成形壓力機(jī)和模具50中需要更少的時(shí)間，并且以便面板將更易于順應(yīng)模具的輪廓。
[0020]在預(yù)熱烘箱40中的預(yù)先選擇的時(shí)間之后，具有復(fù)合面板28的張緊盒32可前進(jìn)到成形壓力機(jī)和模具50中。在成形壓力機(jī)50中的模具半部閉合時(shí)，張緊抓具34可用來(lái)維持復(fù)合面板28上的張緊力。施加至復(fù)合面板28的張緊在其被模制時(shí)最小化或消除在成形部件的區(qū)域(例如豎直壁相交處)中的纖維聚束和起皺。位于復(fù)合面板28中的切口 23切斷面板中的選定纖維26，并且允許面板順應(yīng)最終模具形狀，而在高纖維張緊的區(qū)域中沒(méi)有纖維撕裂或擴(kuò)張。一旦復(fù)合面板28已在成形和固化壓力機(jī)50中以所需量的時(shí)間，那么壓力機(jī)可打開(kāi)并且可移除模制的三維部件。
[0021]在圖6中顯示的備選實(shí)施例中，復(fù)合面板28在模制之間被放置于其中的框架30具有抓具34，但抓具34不聯(lián)接至張緊機(jī)構(gòu)36。為了在模制期間對(duì)面板28施加張緊，張緊器52可集成到成形壓力機(jī)和模具50中的模制沖模中。張緊器52可在由預(yù)測(cè)建模軟件25確定的位置處在面板28的周界各處抓握面板，來(lái)施加正確量的張緊力，以便當(dāng)在最終壓力模制階段期間成形壓力機(jī)和模具50中的成形沖模半部閉合在一起時(shí)材料將受到約束。
[0022]圖7示出使用上述設(shè)備的由二維復(fù)合面板模制三維部件的工序60。在步驟62中，可以以常規(guī)方式使用纖維或帶敷設(shè)頭部來(lái)疊合復(fù)合材料。在步驟64中，復(fù)合材料可被切成二維定形板層。在步驟66中，預(yù)測(cè)建模軟件可用來(lái)識(shí)別在最終產(chǎn)品的最終模制階段中的纖維張緊區(qū)域。在步驟68中，可根據(jù)由預(yù)測(cè)建模軟件確定的圖案在識(shí)別的纖維張緊區(qū)域中對(duì)定形板層應(yīng)用泄放切口。在步驟70中，可堆疊和層壓?jiǎn)为?dú)的板層，以形成多板層二維復(fù)合面板。在步驟72中，復(fù)合面板可裝載到張緊盒中，張緊盒具有在面板周界的各處間隔的單獨(dú)的抓具。在步驟74中，預(yù)測(cè)建模軟件可用來(lái)識(shí)別最終模制產(chǎn)品中的纖維壓縮區(qū)域。在步驟76中，可對(duì)選定抓