CN105711030A - 生产加强塑性材料零件的工艺 - Google Patents

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Abstract

一种用于生产塑性材料零件的方法，包括由至少一个由复合材料制成的纤维嵌件制成的至少一个加强件，使用包括第一部分和第二部分的注塑模具，在第一部分和第二部分之间定义了具有要被生产的塑性材料零件的形状的模具腔，所述方法包括步骤使用操纵工具将加强件传输并放置到注塑模具的第一部分上，将纤维嵌件成型到加强件中；将塑性材料注射到模具中，使得加强件被塑性材料二次成型并生产出塑性材料零件。

Description

生产加强塑性材料零件的工艺
技术领域
本发明涉及一种生产塑性材料零件的方法，包括至少一种加强件，该加强件由至少一种由复合材料制成的纤维嵌件制成，使用包括第一部分和第二部分的注塑模具，在第一部分和第二部分之间定义了注塑腔，注塑腔具有要被生产的塑性材料零件的形状，所述方法包括步骤为：
-使用操纵工具传输和放置加强件到注塑模具的第一部分上，
-将纤维嵌件成型到加强件中；以及
-将塑性材料注射到模具中，使得加强件被塑性材料二次成型(overmold)以及生产出塑性材料零件。
本发明也涉及由该方法生产的塑性材料零件。
这种用于制造加强塑性材料零件的方法是众所周知的，例如用于生产汽车的内部或外部的装饰件。使用由复合材料制成的加强件可以减少生产零件所需的塑性材料的数量，同时保持良好的机械性能，例如刚性。因此，塑性材料零件可以被制得更轻更薄，同时保留所需的特征以满足它们的功能。
背景技术
嵌件通常是在定义了要被生产的加强件的形状的特定模具中首次成型然后被以加强件的形状传输到注塑模具，在注塑模具处他们被保持在注塑该塑性材料前的位置。然而，这个解决方案需要两个模具：一个用于成型加强件以及一个用于成型成品塑性材料零件、尤其是被布置为从第一模具取出加强件以及移动它并将它放置到第二模具中的装置、以及大量的生产步骤，这使得该方法耗时和昂贵。
另一种解决方案是在嵌件被成型之前，将嵌件固定在注塑模具的第一部分上，并且通过闭合模具首次到嵌件上将嵌件成型到加强件中，然后移开模具，使得其定义了注塑腔，其中塑性材料可以随后被注塑到腔中。
虽然这种方法耗时少并且需要较少的生产步骤，然而在生产能力方面它仍然不能令人满意。
此外，当嵌件被成型到加强件中时，嵌件既接触注塑模具的第一部分又接触第二部分，并且第一部分和第二部分是围绕嵌件彼此接触的。结果是，在一定数量的生产周期后注塑模具的两个部分能够替换，这对于可以是细纹理(grained)并且向成品提供美学表面的模具的第二部分来说尤其不利。
在许多行业，如汽车行业，一些加强塑性材料零件被用于汽车外部，并且因此可以外部可见。当注塑模具的两个部分被替换时，所生产的塑性材料零件在内侧和可视侧上都是有缺陷的。因此，塑性材料零件可能因不符合美学标准而被拒绝，尽管它在机械特性方面是无缺点的。
发明内容
本发明的目的之一是提出一种生产加强塑性材料零件的方法，该零件符合技术和美学标准，同时减少了步骤的数量并且仅使用一个模具。
根据本发明，通过操纵工具来实现上述目标，操纵工具包括至少一个具有加强件的一侧的形状的成型区域，该纤维嵌件在被传输至模具的第一部分期间被放置在所述成型区域中、并且当所述嵌件被传输或/和被放置到注塑模具的第一部分上时，通过所述成型区域和模具的所述第一部分被成型到加强件中。
使用操纵工具和模具的第一部分来成型加强件，允许具有单个模具来生产塑性材料零件，减少执行该方法所需的时间，并保护了模具的第二部分，模具的第二部分不必与加强件或与模具的第一部分接触。
根据优选实施例，在所有技术上可能的组合中，所发明的方法包括一个、数个或全部以下特征：
-成型区域是具有与期望的加强件的形状互补的形状的反形(counterform)；
-它包括在将加强件传输至模具的第一部分期间和/或之前，加热纤维嵌件的步骤；
-操纵工具具有吹风设备和/或喷射设备，布置喷射设备以在加强件被成型之后和在注射塑性材料之前，将加强件从成型区域喷射出。
-在加强件成型之时和/或之后以及注射塑性材料之前，加强件被固定在模具的第一部分上；
-纤维嵌件包括复合材料织物，所述复合材料织物由玻璃纤维或碳纤维或其他类型纤维构成，单向或沿着两个相互垂直的方向编织到一起；
-加强件由多个纤维嵌件制成，所述多个纤维嵌件被放置在操纵工具的成型区域上，被一起地成型到加强件中，并且在注射塑性材料期间通过二次成型被粘合到一起；
-塑性材料在其注射期间渗透到加强件中，并与加强件的复合材料融合；
-塑性材料形成加强件的一侧上的塑性材料零件的主表面，以及加强件的另一侧上的至少一条肋条。
本发明还涉及按上述介绍的方法制造的塑性材料零件。
附图说明
将在下面的描述中体现本发明的其他方面和优点，例如，通过举例的方式，并参考附图，其中：
-图1是根据本发明的方法生产的塑性材料零件的剖视图；
-图2是用于生产图1的塑性材料零件的模具的剖面图；
-图3是在操纵工具的成型区域内放置纤维嵌件的步骤期间操纵工具的横截面视图；
-图4是在成型纤维嵌件的步骤期间模具的第一部分和操纵工具的横截面视图；
-图5是在合模步骤期间模具的横截面视图；以及
-图6是在注射塑性材料步骤期间模具的横截面视图。
具体实施方式
图1中示出了通过本发明方法生产的加强塑性材料零件的示例。
该塑性材料零件10包括至少一个被塑性体14二次成型的加强件12。
加强件12呈现出三维形状，例如，如碗形或U型断面/抛物线型断面等，并形成凹槽16。加强件12包括延伸到凹槽侧面的内表面18和与内表面相对的外表面19。加强件12的形状主要取决于要被生产的塑性材料零件10(设计等)，和塑性材料零件10在特定领域所需的机械性能要求。加强件12用于改善塑性材料零件10的机械强度以及提高其刚度，使得塑性材料零件10能承受预定载荷。
加强件12是由至少一个纤维嵌件20制成，纤维嵌件20与塑性材料基体融合。纤维嵌件20例如包括织物或复合材料织物或无纺纤维毡，该纤维复合材料包括单向连续纤维或沿一个方向或相互垂直的两个方向编织在一起的连续玻璃纤维。塑性材料的基体是例如聚丙烯或聚酰胺。
纤维也可以是玻璃纤维或碳纤维或其他纤维。纤维可以被预浸渍也可以不被预浸渍。
塑性体22包括主体部分22，其构成塑性材料零件10的主表面，并且覆盖了加强件12的外表面19。根据图1所示的实施例，主体部分22比加强件12更为扩展，这意味着加强件12仅在主体部分22的特定区域上延伸而不是在整个主体部分22上延伸。根据各种实施例，加强件12可以在主体部分22的或多或少的延伸区域上延伸，甚至在主体部分22的整个表面上延伸。根据其他实施例，可以提供若干加强件12，所述加强件12被分布在塑性材料零件10的特定区域中，并彼此隔开或被连接在一起。
塑性材料体14完全覆盖加强件12的外表面19。
主体部分22的厚度可以是恒定的，并且在加强件12背面的零件10具有更大的厚度。替选地，主体部分22也可以在加强件12背面更薄或更厚。更具体地，背对加强件12的主体部分22的厚度可以被布置为使得零件10具有恒定的厚度。
根据实施例，当主体部分22没有背对加强件12时，其厚度较小，如后续的解释，这可以是有利的。
根据图1所示的实施例，塑性材料体14还包括至少一条从加强件12的内表面18延伸的肋条24。肋条24可以是在加强件12的内表面18上形成的肋条网络的一部分，并且有可能在主体部分22的内面上。替选地，在加强件12的内面18上没有提供任何肋条。
图2代表用于生产塑性材料零件10的注塑模具26，其包括碗状的加强件12、主体部分22和单个肋条24。
模具包括第一部分28和第二部分30，两者都包括内壁32、34。
模具26的第一部分28和/或第二部分30包括塑性材料的入口36。
一般来说，第一部分28和第二部分30在模具26的两个位置：打开和闭合之间是相对于彼此可移动的。
当模具26打开时，模具26的第一部分28的内壁32和模具26的第二部分30的内壁34被彼此间隔地分开，使得第一部分28的内壁32和第二部分30的内壁34是可以进入以将元件放置到模具26或从模具26取出元件。
当模具26闭合时，如图2所示，第一部分28的内壁32和第二部分30的内壁34将接近，使得模具26的第一部分28和第二部分30一起确定密封注塑腔38。腔38具有要被生产的塑性材料零件10的形状。因此，第一部分28的内壁32具有塑性材料零件10的内面的形状，而第二部分30的内壁34具有塑性材料零件10的外部形状。
现在将描述在图1中所示的用于生产加强塑性材料零件10的方法。
首先，一个或数个纤维嵌件20在烤箱中加热，例如，用热空气或红外线，以使其成形。根据另一实施例，嵌件20不被加热，但是是自然可延展的，并不需要被加热。
在一个实施例中，在加热步骤之前或之后，将纤维嵌件20切断。没有必要随后再把它们切断。因此，一旦塑性材料零件完成，就不需要模具外的完成加工步骤。因此，成品件可以直接在模具中获得。
然后，如图3所示，嵌件20由操纵工具40传送。布置操纵工具40以将至少一个纤维嵌件20或(当加强部12是由数个纤维嵌件20制成时)数个纤维嵌件20从烤箱移动到模具26。因此，操纵工具40被布置为，例如通过真空吸附或者通过针夹持，能够拿起一个或数个纤维嵌件20，并在操纵工具40从烤箱移位到模具26期间保持他们，其中操纵工具40被布置在模具26处放下纤维嵌件20。
为了减少传送时间，可以使用不同于操纵工具40的传送工具来从烤箱中或从它们的存储区域中拿起嵌件，例如通过真空附或针夹持。然后，在加热步骤之前或结束时，传送工具将纤维嵌件20放置到操纵工具40的成型区域42上。
操纵工具包括至少一个成型区域42，其具有要被生产的零件10的加强件12的外侧19的形状。
成型面积42因此包括想要的加强件12的反形(counterform)。
替选地或附加地，成型区域42包括形成系统。形成系统由移动的独立元件组成。移动的独立元件被配置有例如针、真空源、辊和/或反模，以在加强件12中形成纤维嵌件20和将加强件20放置到模具26的第一部分28上。
操纵工具40可以被配置有加热设备，用于保持成型区域42和成型区域42上的设备的温度。替选地，操纵工具40本身被布置为能够加热成型区域42和成型区域42上的设备而不需要使用单独的烤箱。
纤维嵌件20被在烤箱中预先加热，并被操纵工具40拿起和放置在成型区42上。成型区域42可以被放置在烤箱中以允许同时加热纤维嵌件20和成型区域42，并且因此通过与成型区域42相接触而限制了在传送到注塑模具26期间纤维嵌件20的冷却速度。成型区域42可以是网格，而不是完整的形状，以限制纤维嵌件20与成型区域42之间的接触，以及因此限制了纤维嵌件20的冷却速度。
纤维嵌件20可以由具有针或真空的操纵工具来保持。
纤维嵌件20是随后可延展的，但不是液体。受益于它们的延展性，在操纵工具40在烤箱和模具26之间的移动过程中，纤维嵌件20形成成型区域42的形状。
替选地或附加地，纤维嵌件20被具有针、辊、反模和/或真空的形成系统成型。
根据另一实施例，嵌件20不被加热，但其是自然可延展的，不需要加热。
纤维嵌件20随后被一起连接到加强件12。
如图4所示，加强件12被操纵工具40放置到打开的注塑模具26上。
更具体地，操纵工具40将成型区域42放置到注塑模具26的第一部分28的内壁32上，在对应于塑性材料零件10的加强件12的位置的所述内壁32的区域中。因此，当在加强件12的内面18上提供肋条24时，加强件12被放置在凹槽43的对面、形成于第一部分28的内壁32中、并被布置以形成塑性材料零件的肋条24。
模具26的第一部分28可以包括至少一个吸入通道44，使得吸入通道44位于加强件12的对面，这可以用于对应(against)模具26的第一部分28来保持和电镀(plate)加强件12和/或吸引出凹部43中的塑性材料。
当操纵工具40施加到反抗模具26的第一部分28的内壁32的成型区域42时，加强件12被压在成型区域42和第一部分28的内壁32之间，其呈现出加强件12的内壁18的形状，其中纤维嵌件20放置在加强件12中。
因此，加强件12被成型并获得其期望的三维形状。
操纵工具40包括吹风设备45和/或喷射设备46，例如以布置至少一个销47以将加强件12推出成型区域42的形式。在加强件12成型后，当喷射单元46将加强件12从成型区域42喷射出来时，吹风设备45将加强件12从操纵工具40释放，使得加强件12停留在模具26的第一部分28上。操纵工具40从模具26移开，使得模具26可以被闭合。
然后，加强件12可以被固定在模具的第一部分上，例如用针48穿过加强件12和/或在吸入通道44的帮助下，通过在模具的第一部分28的内壁32和加强件12的内壁18之间施加真空，和/或通过夹紧加强件的滑块。针、真空和滑块允许将加强件12固定在第一部分28的内壁32上，并且避免在注塑过程中与模具26的第二部分30的任何接触。
滑块具有表面。至少有一个表面呈现为粗糙、例如条纹的凸起(reliefs)和/或底部切削几何体，使得滑块对加强件12的抓取力增加。
根据其它实施例，在注塑期间，加强件12被固定在模具26的第一部分28上的同时被成型。
根据其他实施例，当操纵工具40喷射加强件12时加强件12固定在模具26的第一部分28上。特别地，针沿与喷射轴不同的轴延伸，以确保加强件12被保持在模具26的第一部分28上并且不能从针中脱离。
如图5所示，模具26随后被闭合。加强件12不接触模具26的第二部分30，而是仅接触其第一部分28。加强件12在模具26的第一部分28和第二部分30之间的腔38内延伸。
预加热的塑性材料被通过入口36注入到腔38，如图6所示。
入口36被例如放置在模具26的第二部分30中，使得塑性材料被注塑到塑性材料10的外侧。这使得有可能通过塑性材料的流动将加强件12压在模具26的第一部分28上。在这种情况下，入口36被放置在材料零件10的一点(spot)上，这在成品件中将不可见，以避免由于注入点而产生的任何可见的标记。替选地，入口36放置在材料零件10的可见区，并且产生闸口(gating)，然后剪除或用装饰件覆盖该浇口。
需要注意的是，加强件12由于其材料的性质因此是多孔可渗透的，使得注入的塑性材料可以流经加强件12。如果加强件12的孔隙率不足，则可以提供穿过加强件12的孔以允许塑性材料从加强件12的一侧流到另一侧。另一种解决方法是在主体部分22的注塑过程期间或者之后，单独地注塑塑性肋条24。
腔38被充满并且塑性材料形成了塑性体14。塑性材料的温度也足够用于塑性材料通过加强件12扩散并且填充加强件12的空隙。塑性材料因此与加强件12的复合材料融合，并填充整个腔38。
如果多个嵌件20被用来形成一个加强件12，则嵌件20在该二次成型步骤期间被粘合在一起。
当主体部分22的厚度小于那些不是在加强件12对面的部分时，降低局部厚度起到阻碍塑性材料流动的作用。塑性材料优选地沿加强件12流动，确保整个加强件12的二次成型质量。
最后，模具26随后被打开并且针48被移除，以从模具26取出加强塑性材料零件10。可以在完成填充以前将针48收回以避免在塑性材料零件的外侧出现可见的标记。
所获得的塑性材料零件10，受益于加强件12而具有良好的机械性能和美学特性，同时又轻又薄。此外，受益于塑性材料体14的塑性材料与加强件12的基体的塑性材料之间的融合，加强件12和塑性材料体14之间的粘合非常强大。
上述方法呈现出短的循环周期，因为加强件12部分地成型于在其在烤箱和模具26的运输期间。因此，能够降低在模具26中加强件12完全成型所需的时间。此外，本方法只需要单个模具26，这使得其成本低、占用空间少。

Claims (10)

1.一种用于生产塑性材料零件(10)的方法，包括由至少一个由复合材料制成的纤维嵌件(20)制成的至少一个加强件(12)，使用包括第一部分(28)和第二部分(30)的注塑模具(26)，在第一部分(28)和第二部分(30)之间定义了具有要被生产的塑性材料零件(10)的形状的模具腔(38)，所述方法包括步骤：
-使用操纵工具(40)将加强件(12)传输并放置到注塑模具(26)的第一部分(28)上，
-将纤维嵌件(20)成型到加强件(12)中；
-将塑性材料注射到模具(26)中，使得加强件(12)被塑性材料二次成型并生产出塑性材料零件(10)，
其中，操纵工具(40)包括至少一个具有加强件(12)的一侧的形状的成型区域(42)，纤维嵌件(20)在被传输至模具(26)的第一部分(28)期间被放置在所述成型区域(42)中，并且当所述嵌件(20)被传输或/和被放置到注塑模具(26)的第一部分(28)上时，通过所述成型区域(42)和模具(28)的所述第一部分被成型到加强件(12)中。
2.根据权利要求1所述的方法，其中成型区域(42)是具有与期望的加强件(12)的形状互补的形状的反形。
3.根据权利要求1所述的方法，其中所述方法包括在将加强件(12)传输至模具(26)的第一部分(28)之前和/或期间，加热纤维嵌件(20)的步骤。
4.根据权利要求1所述的方法，其中操纵工具(40)具有吹风设备(45)和/或喷射设备(46)，布置喷射设备以在加强件(12)成型之后和在注射塑性材料之前，从成型区域(42)喷射加强件(12)。
5.根据权利要求1所述的方法，在加强件(12)成型之时和/或之后以及注射塑性材料之前，加强件(12)被固定在模具(26)的第一部分(28)上。
6.根据权利要求1所述的方法，其中纤维嵌件(20)包括复合材料织物，所述复合材料织物包括玻璃纤维或碳纤维或其他类型纤维，单向或沿着两个相互垂直的方向编织到一起。
7.根据权利要求1所述的方法，其中加强件(12)由多个纤维嵌件(20)制成，所述多个纤维嵌件(20)被放置在操纵工具(40)的成型区域(20)上，被一起地成型到加强件(12)中，并且在注射塑性材料期间通过二次成型被粘合到一起。
8.根据权利要求1所述的方法，其中塑性材料在其注射期间渗透到加强件(12)中，并与加强件(12)的复合材料融合。
9.根据权利要求1所述的方法，其中塑性材料形成加强件(12)的一侧(19)上的塑性材料零件(10)的主表面(22)，以及加强件(12)的另一侧(18)上的至少一条肋条(24)。
10.根据权利要求1至9中任意一项所述的方法所生产的一种塑性材料零件(10)。
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