用于模制三維部件的工序的制作方法
【專利說明】用于模制三維部件的工序
[0001]相關技術的交叉引用
本申請主張在2012年12月19日提交的美國臨時申請序列號N0.61/739，301的權益，將其全部內容并入本文中。
技術領域
[0002]本發明涉及用于使用預測建模軟件控制的工序，該預測建模軟件控制用于使面板定形為三維部件之前對二維復合面板中的纖維選擇性地應用張緊和泄放切口。
【背景技術】
[0003]由樹脂和強化纖維形成的二維復合面板可使用模制工序定形成三維部件。可預熱二維面板來增加其在模具中的可成形性，但是由于面板順應模具的輪廓，故在一些區域中的纖維被壓縮，并且其他區域中的纖維被張緊。
[0004]纖維壓縮導致壓縮區域中的過量纖維的非期望的材料累積、部件的區域(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。纖維張緊導致由纖維應力引起的可能的纖維損壞(例如纖維撕裂或纖維擴張)，和面板順應最終模具形狀而不經歷模制后變形的能力的損失。
[0005]合乎需要的是，減少在由二維復合面板模制三維部件時通常發生的纖維壓縮和張緊。

【發明內容】

[0006]使用預測建模軟件工具來識別當將二維面板模制成三維部件時將在何處發生并且發生多少纖維壓縮和/或張緊。在面板的在模制工序中將被張緊的那些區域中形成泄放切口，并且將張緊施加至面板的將經歷壓縮的那些區域。
【附圖說明】
[0007]圖1示出在用于形成復合面板的工序中使用的設備。
[0008]圖2示出具有在板層(ply)的表面中形成的切口的復合材料板層的表面。
[0009]圖3示出堆疊以形成面板的多個復合材料板層。
[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備。
[0012]圖6示出備選實施例，其中張緊機構集成到模制沖模中。
[0013]圖7示出由二維復合面板模制三維部件的工序。
[0014]圖8示出由二維復合面板模制三維部件的備選工序。
【具體實施方式】
[0015]現轉向至附圖，圖1示出在用于形成由標號10大體指示的復合材料板層的工序中使用的設備。纖維或帶敷設機器12可用于將復合纖維或帶14應用至接收底板或平臺16。盡管可使用樹脂和強化纖維的其他組合，但復合帶14可包括樹脂基質中的單向纖維。復合帶14可然后前進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品。切割站還由預測建模軟件25控制，該預測建模軟件25可用來識別當將二維板層或面板模制成三維形狀時，將在何處發生并且發生多少纖維壓縮和/或張緊。預測建模軟件25可為可從Dassault Systemes獲得的Abaqus/Explicit有限元分析軟件，其已經被修改來執行確定在最終模制產品中的纖維壓縮和/或張緊的區域的特定功能。切割站18可用來在板層20表面的在板層的外圍輪廓22內的那些部分上形成切口 23 (在圖2中最佳觀察)，那些部分將如由預測建模軟件25所確認的那樣在模制工序期間經歷張緊。板層20中的各個上的泄放切口 23的定位由預測建模軟件25確定。如在下面更詳細地描述的，張緊可施加至由預測建模軟件25識別的板層或面板的在模制工序中將經歷壓縮的那些區域。泄放切口 23和施加的張緊將允許板層更好地順應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，這將允許板層順應最終模具的形狀，而不撕裂或擴張纖維26。
[0017]圖3示出可堆疊來形成多板層二維復合面板28的單獨板層20。復合面板28的形成可通過將單獨的板層堆疊在彼此的頂部上來實現，并且某些樹脂的粘著特性將允許單獨的板層20粘附至彼此。面板28的形成還可通過該將在1-300 PSI的范圍內的微小壓力施加至板層的堆疊而實現。待施加的實際壓力由縮使用的特定聚合物的性質、為特定應用選擇的配方和纖維體積分率、和最終使用要求來確定。
[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。在一個實施例中，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，當將其放置到下游預熱烘箱40和放置到成形壓力機50中時其不會下垂。各抓具34可聯接至張緊機構36，張緊機構36可用來在面板28上施加張緊力。張緊盒32各處的張緊機構36可包括線性促動器，線性促動器可被單獨選擇性地控制，以在面板28的選定部分上施加張緊力。待施加至面板28的各種區域的張緊量可由預測建模軟件25確定和控制。備選地，各抓具34可聯接至包括手動促動器(例如，螺旋扣)的張緊機構36，該手動促動器可用來在面板28的選定部分上施加張緊力。可通過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將手動促動器調節至所需的張緊。
[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備29。一旦已通過各抓具34設置正確的張緊，那么可將復合面板28安裝在其上的張緊盒32放置在連續運轉的或分度傳送裝置33上并前進入預熱烘箱40中。預熱烘箱40可用來升高復合面板28的溫度，以便其在下游成形壓力機和模具50中需要更少的時間，并且以便面板將更易于順應模具的輪廓。
[0020]在預熱烘箱40中的預先選擇的時間之后，具有復合面板28的張緊盒32可前進到成形壓力機和模具50中。在成形壓力機50中的模具半部閉合時，張緊抓具34可用來維持復合面板28上的張緊力。施加至復合面板28的張緊在其被模制時最小化或消除在成形部件的區域(例如豎直壁相交處)中的纖維聚束和起皺。位于復合面板28中的切口 23切斷面板中的選定纖維26，并且允許面板順應最終模具形狀，而在高纖維張緊的區域中沒有纖維撕裂或擴張。一旦復合面板28已在成形和固化壓力機50中以所需量的時間，那么壓力機可打開并且可移除模制的三維部件。
[0021]在圖6中顯示的備選實施例中，復合面板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不聯接至張緊機構36。為了在模制期間對面板28施加張緊，張緊器52可集成到成形壓力機和模具50中的模制沖模中。張緊器52可在由預測建模軟件25確定的位置處在面板28的周界各處抓握面板，來施加正確量的張緊力，以便當在最終壓力模制階段期間成形壓力機和模具50中的成形沖模半部閉合在一起時材料將受到約束。
[0022]圖7示出使用上述設備的由二維復合面板模制三維部件的工序60。在步驟62中，可以以常規方式使用纖維或帶敷設頭部來疊合復合材料。在步驟64中，復合材料可被切成二維定形板層。在步驟66中，預測建模軟件可用來識別在最終產品的最終模制階段中的纖維張緊區域。在步驟68中，可根據由預測建模軟件確定的圖案在識別的纖維張緊區域中對定形板層應用泄放切口。在步驟70中，可堆疊和層壓單獨的板層，以形成多板層二維復合面板。在步驟72中，復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的抓具。在步驟74中，預測建模軟件可用來識別最終模制產品中的纖維壓縮區域。在步驟76中，可對選定抓