CN104339665B - 用于制造两个彼此镜像对称地形成的纤维半成品的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种用于制造两个彼此镜像对称地形成的纤维半成品的方法。针对用于制造两个基本上彼此镜像对称地形成的纤维半成品的方法，其包括下列步骤：提供具有两个能相互压靠的金属半模以及两个定型区域的成型模具，其中，所述两个定型区域在对称轴上彼此镜像对称地设置并且设置为近净形构造的空腔；将具有至少一个纤维层的共同的坯件嵌置到所述两个定型区域上；将所述至少一个纤维层在对称轴上定向，其中，使纤维层中一个或多个纤维层的定向指向所期望的方向；以及，在成型模具中挤压所述坯件以制成两个纤维半成品，其中，选择所述至少一个纤维层的相应定向以使由纤维半成品之一制成的构件实现合乎负载的配置，其中，坯件的所述至少一个纤维层如此地进行定向，以这种方式考虑针对两个要制成的纤维半成品之一和针对要由此制成的构件的机械要求，其中，“较弱的”构件被用作最低配置。

Description

用于制造两个彼此镜像对称地形成的纤维半成品的方法

技术领域

本发明涉及一种用于制造两个彼此镜像对称地形成的纤维半成品的方法，特别是用于制造两个彼此镜像对称地形成的机动车构件。

背景技术

众所周知，纤维增强塑料能够实现制造特别轻型的以及同时特别可满足负荷要求的构件。这种构件在不同技术领域中得到应用，例如在航空领域中但也越来越多地在汽车工业中应用。后者基于要达到的件数之故在生产循环时间很少的同时对于尽可能简单和可自动化的制造性能提出了非常高的要求。

简单地说，例如通过所谓的湿压法来制造纤维复合构件，其中，用母质预浸渍的纤维垫被置入到挤压模具中并且被挤压成基本上具有后来的构件形状的纤维半成品。或者作为可选方案，例如在所谓的“预成形”或者“挤压预成形”中，将一个干燥的、事先未经浸渍的纤维垫置入到挤压模具的相应形成的定型空腔中并且由平坦的形状成型为三维形成的纤维半成品，亦称预成形坯。一种设置于纤维垫内的、通常在成型过程前被加热的粘合剂在成型之后固化，并用来为后续加工步骤、特别是为注射步骤诸如在所谓“树脂传递模塑”法(缩写：RTM)的范围内实现纤维半成品或者说预成形坯的一种形状稳定且可操控的三维轮廓，其中，预成形坯用母质浸透并接着被硬化。

这些方法的共同点是：纤维垫—不管是预浸渍的还是处于干燥状态的—为了制成三维的纤维半成品都要在挤压模具中经历三维形变。由于对于每个制成的纤维半成品或者说每个预成形坯来说都需要一个单独的挤压冲程并且该挤压冲程要求一定的工艺时间，因此每件构件的生产循环时间和相应的制造成本比较高。

发明内容

因此本发明的目的是，提供一种用于制造成型(变形加工)的纤维半成品的方法，该方法既能够缩短每件构件的生产循环时间也能够降低制造成本。

该目的借助如下所述的用于制造两个基本上彼此镜像对称地形成的纤维半成品的方法得以实现。有利的实施方式可由下文的具体描述得出。

据此提出了一种用于制造两个基本上彼此镜像对称地形成的纤维半成品的方法，其具有下列步骤：

-提供具有两个能相互压靠的金属半模以及两个定型区域的成型模具，其中，所述两个定型区域关于对称轴(Spiegelachse，反射轴)彼此镜像对称地设置并且设置为近净形构造的空腔，

-将具有至少一个纤维层的共同的坯件嵌置到所述两个定型区域上，

-将所述至少一个纤维层在对称轴上定向，其中，使纤维层中一个或多个纤维层的定向指向所期望的方向，以及

-在成型模具中挤压所述共同的坯件以制成两个纤维半成品。

其中，选择所述至少一个纤维层的相应定向以使由纤维半成品之一制成的构件实现合乎负载的配置，其中，坯件的所述至少一个纤维层如此地进行定向，以这种方式考虑针对两个要制成的纤维半成品之一和针对要由此制成的构件的机械要求，其中，“较弱的”构件被用作最低配置。

因而，该方法能够在唯一一个挤压过程中制造两个纤维半成品，所述纤维半成品是基本上彼此镜像对称地成形出来的。这意味着：它们的形状是彼此镜像对称的，亦即例如构件的基本形状是基本上相当的，从而一个纤维半成品构成另一半成品的镜像，或者在其外形上很接近这个半成品。这种纤维半成品例如应用在汽车制造业中，用于制造机动车构件，特别是应用在机动车车身的范围内，其中大量的构件要采用相应镜像对称的构件。比如，在车辆侧框的部件或者其他侧面元件中经常有车辆左侧的一个构件和车辆右侧的一个相同的、然而成镜像对称地构造的构件。

不言而喻，依然可以在一个或者另一个纤维半成品上设定一些细部特征，尤其是关于侧向方位特定的差异变化，而不影响至少纤维半成品基本形状的大体对称性。

这种镜像对称的纤维半成品通常需要相同的制造工艺和工艺条件。对此，例如成型模具的必要的挤压力以及相应的挤压速度和挤压时间是同样的。借助所提出的本方法利用了这些一致性，以便在同一成型模具中、在相同的时间、在仅仅一个挤压冲程中并列地加工制造两个纤维半成品。

为此，在成型模具中设置相应的定型区域，比如近净形(endkonturnah)构造的空腔，其中，这些定型区域关于对称轴镜像对称地设置。所述对称轴优选可以设置在模具的分型面之内或者与其平行。

该定型区域的设置使得将坯件作为共用的纤维垫放置到两个定型区域上、以及因此在唯一一个共同的步骤中放置用于两个纤维半成品的坯件成为可能。这便导致：通过挤压制成的纤维半成品首先还是相应地连在一起。但通过这种方式可以摒弃两个独立的成型模具以及摒弃两个独立的坯件的嵌置，因为通常情况下后来的剪切总归是必要的，随此总归会将两个纤维半成品分离开来。

尽管通过这种方式，如在下文中还将详细说明的那样，在某些情况在两个纤维半成品中并未实现纤维的类似的取向，但通过使用共同的坯件，由于共同的和因此较小的边缘区域以及由此伴随而生的较低的制造成本以及较少的模具需求和装备费用而获得了材料需求较少的可能性。

所采用的成型模具例如可以包括两个能相互压靠的金属半模。作为可选方案，可以只有一个半模由金属制成并且它可以压靠到柔性的第二半模上。这样的模具例如应用在所谓“隔膜预成形”中或者所谓“双隔膜预成形”中。

所使用的坯件包括一个用母质预浸渍的预浸料坯或者一个未经浸渍的纤维垫。这意味着：所述方法既可以应用在湿压过程的范畴中也可以用于通过使“干燥的”、亦即未浸渍的纺织纤维垫成型来制造三维纤维半成品(预成形坯)。预成形坯可以在后来的工艺步骤中在浸渍方法中诸如RTM法、所谓“真空辅助树脂注射(Vacuum assisted ResinInjection)”处理法(缩略语：VARI)或者所谓“真空辅助工艺(Vacuum Assisted Process)”(缩略语：VAP)与母质接合。

换言之，纤维垫在两种情况下都作为层合结构可以由一个或者多个具有分别相同或不同纤维取向的纤维层构成。例如，每个纤维层构造成纤维取向为统一一致之方向的单向散编织物(单向垫层)。当然，相应的纤维层也可以构造成多向的，其中，作为本说明书范围内的纤维取向可选择纤维方向之一。

例如，所述坯件的至少一个纤维层可以包括碳纤维、玻璃纤维和/或芳族聚酰胺纤维。当然也可以使用适合于所述挤压过程的其他加强纤维。

坯件可以附加地在嵌置步骤之前被加热。这一点特别是在未经浸渍的纤维垫的情况中能够使粘合剂熔化，粘合剂在成型之后硬化以及用来使所成型的纤维垫、亦即所产生的纤维半成品的通过变形加工成型而产生的三维形状具备形状稳定性，从而纤维垫能够相应地保持成型。

根据本方法的另一实施方式，所述坯件的嵌置步骤可以包括嵌置一个具有多个纤维层的堆叠或者多次嵌置多个单独的纤维层。据此，多层的堆叠要么被预先制备并作为整体被置入到成型模具中。或者作为可选方案，堆叠可以在成型模具本身之中构造而成，方式是将纤维层逐个单独地或者至少作为预先制备的、包括部分量的纤维层的分堆叠置入。

根据一个优选的实施方式，本方法另外还可以包括将至少一个纤维层在对称轴上定向的步骤。这意味着：坯件在嵌置时可以这样地定向，即，使其纤维层中一个或多个纤维层的定向指向所期望的方向。通过相应纤维层的对应定向，后来构件的机械特性可以众所周知地受到影响和发生变化。

由于两个纤维半成品通过安置/放置共同的坯件而产生并且定型区域关于对称轴镜像对称地定向，因此这便导致后来的纤维半成品的各轮廓相同的表面指向成型模具的同样的方向。而同时获得了下述结果：所述共同的坯件就相应纤维半成品的纵向延伸而言相对于另一纤维半成品具有一种转过的纤维取向，只要纤维取向不平行或者垂直于对称轴延伸的话。这样可以导致两个纤维半成品的不同的机械特性，从而产生一个“较强的”和一个“较弱的”构件。

为了防止以后不希望有的构件失效，可选择所述至少一个纤维层的相应定向以使由纤维半成品之一制成的构件实现合乎负载的配置。也就是说，坯件的一个或多个纤维层如此地进行定向配置，以这种方式兼顾考虑针对两个要制成的纤维半成品之一或者针对要由此制成的构件的机械要求。在此，优选相应“较弱的”构件被用作最低配置(Mindestauslegung)，因而“较强的”构件可能得到一个轻微的超过限度但较弱的构件可以满足所要求的最小负荷。

因此，相对借助迄今为止已知的制造方法彼此独立地制造的纤维半成品，这些纤维半成品具有一种带有相应对应的纤维取向的、基本上镜像对称的分层结构，产生了结构上的差别。

优选地，所述定向步骤包括使纤维层的纤维取向相对于对称轴转过角α的定向，其中，角α选自-90°至+90°、优选-45°至+45°的范围。

此外，本方法另外还可以包括下列步骤中的至少一个：

-将制成的纤维半成品从成型模具中取出，

-用母质对纤维半成品进行浸渍，和/或

-对纤维半成品进行修剪。

附图说明

下文将参照附图借助实施例进一步详细阐述本发明。附图中：

图1为用于实施所述方法的成型模具的半模的俯视图；

图2为两个相应制造的、彼此镜像对称地形成的构件示意图；和

图3为两个相应制造的、彼此镜像对称地形成的机动车构件，形式上为A柱。

具体实施方式

图1示出了用于实施制造两个基本上彼此镜像对称地形成的纤维半成品21、22的方法的成型模具11的半模的俯视图。成型模具11包括两个定型区域12，它们关于对称轴S彼此镜像对称地设置。在这两个定型区域12上放置一个具有至少一个纤维层14(为了清楚起见仅仅示意性地示出纤维取向)的共同坯件13，为的是在成型模具11内对坯件13进行挤压以制成两个纤维半成品21、22。

坯件13可以包括用母质预浸渍的预浸料坯或者未经浸渍的纺织纤维垫，其中，坯件13的至少一个纤维层14由碳纤维、玻璃纤维和/或芳族聚酰胺纤维构成。

坯件13可以要么作为具有多个纤维层的预制堆叠被置入到成型模具11中，要么通过将多个单独的纤维层14多次置入到成型模具11内构造而成。

如在图1中仅仅示意性地示出的那样，纤维层14的每一层都可以在对称轴S上定向。同时可以看到，如果纤维取向不平行或垂直于对称轴S延伸的话，由于共同的坯件13之故，相应纤维半成品21、22相对于另一纤维半成品22或21就相应纤维半成品的纵向延伸而言具有一种转过的纤维取向。这一点特别是在图2和3中也能够看出并且可以导致相应纤维半成品21、22的不同机械性能，从而产生一个“较强的”和“较弱的”构件。

为了防止以后构件在失效方面的缺点，可以对至少一个纤维层14的相应定向进行选择，以实现由纤维半成品之一制成的构件的合乎负载的配置。也就是说，坯件的一个或多个纤维层这样地进行定向配置，以此方式兼顾考虑针对要制造的两个纤维半成品之一或者要由此制造的构件的机械要求。优选地，相应“较弱的”构件被用作最低配置，因而“较强的”构件可能得到一个轻微的超过限度，但较弱的构件可以满足所要求的最小负荷。

例如，可以对每个纤维层14个别地进行定向。这样，纤维层14的纤维取向相对于对称轴S转过的定向可以包括转过角α的定向，该角尤其选自-90°至+90°、优选-45°至+45°的范围。在所示的实施方式中，该角度数据是针对对称轴S的定向而言的并且被理解为在由坯件所构成的平面之内的定向。

图2示出了两个相应制造的、彼此镜像对称地形成的纤维半成品21、22。同时可以看到同一纤维层14的不同的角度定向。不言而喻，所示出的角度定向应该理解为仅仅是示例性的并且在所述角度范围内相应偏移的定向也是可能的。

图3示出了两个相应制造的、彼此镜像对称地形成的构件31、32的示例性视图。如果据此相应的构件31、32在车辆中(未示出)例如沿着垂直位置以及沿着车辆纵向L定向的话，那么由所示出的纤维走向F1、F2相对机动车纵轴L而言在左侧构件32与右侧构件31之间在分别相同的位置内在纤维取向中便产生一个例如约90°的差(在F1与F2之间)，因而，如果需要的话可以设置一个附加的纤维层，以便实现“较弱的”构件的足够承载能力。

Claims (8)

1.用于制造两个基本上彼此镜像对称地形成的纤维半成品的方法，包括下列步骤：

-提供具有两个能相互压靠的金属半模以及两个定型区域的成型模具，其中，所述两个定型区域关于对称轴彼此镜像对称地设置并且设置为近净形构造的空腔，

-将具有至少一个纤维层的共同的坯件嵌置到所述两个定型区域上，

-将所述至少一个纤维层在对称轴上定向，其中，使纤维层中一个或多个纤维层的定向指向所期望的方向，和

-在成型模具中挤压所述坯件以制成两个纤维半成品，

其中，选择所述至少一个纤维层的相应定向以使由纤维半成品之一制成的构件实现合乎负载的配置，其中，坯件的所述至少一个纤维层如此地进行定向，以这种方式考虑针对两个要制成的纤维半成品之一和针对要由此制成的构件的机械要求，其中，“较弱的”构件被用作最低配置。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述坯件包括用母质预浸渍的预浸料坯或者未经浸渍的纤维垫。

3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述坯件的所述至少一个纤维层包括碳纤维、玻璃纤维和/或芳族聚酰胺纤维。

4.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述坯件在嵌置步骤之前被加热。

5.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述坯件的嵌置步骤包括嵌置一个具有多个纤维层的堆叠或者多次嵌置多个单独的纤维层。

6.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，定向步骤包括使纤维层的纤维取向相对于对称轴转过角α的定向，其中，所述角α选自-90°至+90°的范围。

7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述角α选自-45°至+45°的范围。

8.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，该方法另外还包括下列步骤中的至少一个：

-将制成的纤维半成品从成型模具中取出，

-用母质对纤维半成品进行浸渍，和/或

-对纤维半成品进行修剪。