CN107107453A - 借助于可有序致动的贴实装置的塑料片预成型系统 - Google Patents

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艾米利亚·于默尔
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Abstract

一种用于对塑料片(MP)进行预成型的系统(1)，该系统包括形成预成型型腔的第一元件(2)，其特征在于，该系统包括：‑第二元件(3)，该第二元件适于与第一元件(2)相对而置；‑一组贴实装置(4)，这些贴实装置由第二元件(3)承载并能够被有序地致动，以在塑料片(MP)上在局部施加压力，从而使该片(MP)紧贴第一元件(2)；‑至少一个用于贴实装置(4)的有序致动装置(5)。

Description

借助于可有序致动的贴实装置的塑料片预成型系统
技术领域
本发明涉及通过模制、特别是通过压缩模制来制造塑料部件的技术领域。
特别地，本发明涉及一种用于对热固性或热塑性塑料片进行预成型的设备。
背景技术
为了制造塑料部件，已知使用通过闭合模具中加压的热压缩来模制的方法，其中压缩一般通过模具的活动元件(由压机致动)相对于模具的固定元件的移动来实现，这些元件一般由钢制成。
一般地，在压缩模具中布置由塑料片构成的加载面(“plan de chargement”)，其中所述塑料一般为所谓的“SMC”的复合材料。该缩写来自于英语名称“sheet mouldingcompound”或“sheet moulding composite”，即片状模塑料。该材料例如为由热固性树脂构成的片，其中所述热固性树脂一般为聚酯、乙烯基酯或环氧类型的，但也可能是其他类型的热固性树脂，该热固性树脂掺有例如玻璃纤维或其他加强物(例如具有占重量20％至30％的加强物)，并通常带有填充物(charges)和/或催化剂(固化剂)。
然后致动压机的动力缸以闭合模具，以将模制压力传递给塑料。
塑料因此能够流动，并形成模具型腔的形状。在该流动期间，加强纤维优选地根据该流动方向来取向。因此，不再掌握纤维的朝向。
因此产生加强纤维的优先朝向，这会导致部件的非均质性，部件因此会根据受力方向而具有不同的机械性能，这会在最终部件的某些区域中导致牢固程度低于需求。
为了限制该现象，已知在将塑料片(SMC)引入模具以模制成最终部件之前先对这些片进行预成型。
该预成型在于在预成型型腔中布置由塑料片构成的加载面，然后使塑料片紧贴在或铺设(draper)在模具的预成型形状上，其中所述塑料一般为所谓的SMC的复合材料。
尽管通过预成型方法得到的中间形状比片的初始形状更接近于最终部件的形状，但是该中间形状并不精确地对应于通过模制得到的最终形状。特别地，当被预成型的片被布置在模具中时，在被预成型的片与模制室的壁之间在片的厚度方向上存在厚度余量。对应于模制室的形状的部件的最终形状仅在模制完成时才获得。换句话说，被预成型的毛坯件的厚度一般大于由处于模制闭合位置的模具的两个部分(在将成型部件的模腔处)产生的间隙。
当前使用的预成型装置可以是人工的(操作员)、机械的(配重块(contre poids)、维持杆等)或气动的(动力缸)。
如图1所示，这些预成型装置无法使塑料片完美地贴合于预成型形状，该图1示出了贴在预成型形状(PF)上的塑料片(MP)。实际上，这些装置无法对部件的整个表面进行预成型(见图1上部)，这是因为某些区域(由图1中的箭头标出)具有复杂的轮廓(例如不可展表面、形状的突变、相对于开口很深的凹陷等)。良好的预成型应该对应于图1下部的图。
并且，当用热固性塑料片，比如传统的SMC片，来模制机动车车身部件例如后背门时，一般观察到模具被塑料片覆盖的比率仅为50％。
最后，这些预成型装置不适于大批量的生产节奏。实际上，根据情况，这些预成型装置可能需要人工操作，例如塑料片的施加、在实施真空之后的剥离等。
发明内容
本发明的目的在于通过提供一种预成型设备来解决这些缺陷，该预成型设备允许精确、自动、可重复并高节奏地对塑料片进行预成型。在通过压缩模制热固性塑料片(例如SMC片)来制造机动车部件的方法中，借助于由预成型获得的形状，根据本发明的设备允许达到高于70％、优选地高于80％的模具被塑料片覆盖的比率，由此避免过大的流动，该过大的流动特别地与结构部件不兼容。
为此，根据本发明的预成型系统使用一组贴实装置，例如可鼓起的囊等，所述贴实装置能够被有序地致动以在塑料片上局部地施加压力。
由此，本发明的一个主题在于一种用于对热固性塑料片进行预成型的系统，该系统包括形成预成型型腔的第一元件。该系统还包括：
-第二元件，该第二元件适于与第一元件相对而置；
-一组贴实装置，这些贴实装置由第二元件承载，并能够被有序地致动，以在塑料片上在局部地施加压力，从而使该片紧贴第一元件；
-至少一个用于贴实装置的有序致动的管理装置。
借助于该系统，能够通过利用贴实装置的有序致动来完全地预成型所期望的形状。由此，能够自动地并且可重复地复制本来由操作员手动进行并因此在生产活动期间不可重复的铺设序列。
根据一个实施例，贴实装置中的至少一个适于在贴实装置施加压力的作用下变形。该贴实装置可以由弹性体材料或多孔材料制成，或者该贴实装置可以包括比如弹簧的变形机构。
根据一个实施例，贴实装置中的至少一个包括适于在有序致动装置的作用下鼓起的弹性皮。该弹性皮可以由硅酮制成。
根据一个优选的实施例，贴实装置中的至少一个为可鼓起的囊。
根据本发明，贴实装置中的至少一个可以是形成基准支件的部件。该部件优选地包括适于与塑料片接触的、包括特氟龙和/或硅酮的表面。
根据一个实施例，该系统包括由硅酮制成的第一膜，该第一膜用于被布置在贴实装置和所述塑料片之间。该由硅酮制成的第一膜有利地可以经过预成型。
根据一个实施例，该系统包括第二弹性膜，该第二弹性模被布置在所述第一元件上方，并适于支承塑料片。该第二膜有利地可以由硅酮制成。
最后，塑料可以为热固性塑料。
本发明还涉及一种用于对塑料片进行预成型的方法，其中进行以下步骤：
-将塑料片布置在根据上述权利要求之一所述的系统中；
-确定所述贴实装置的致动序列；以及，
-根据所述致动序列来激活贴实装置的有序致动装置。
附图说明
通过阅读示例性而绝非限制性地给出的附图，将更容易理解本发明，在这些附图中：
图1示出了现有的预成型装置难以正确地将SMC片铺设在预成型型腔上。
图2为根据本发明的预成型系统的一个实施例的示意图。上部的图示出了没有贴实装置被致动时的系统，而下部的图则示出了所有贴实装置都已经被致动过时的系统。
图3示出了使用由硅酮制成的、将塑料片夹在中间的这样的两个膜的优点。
具体实施方式
根据本发明的用于对例如为热固性的塑料片MP进行预成型的系统1包括：
-第一元件2和第二元件3，其中所述第一元件形成预成型型腔，所述第二元件适于与第一元件相对而置；
-一组贴实装置4，这些贴实装置由第二元件3承载，并能够被有序地致动，以在塑料片MP上在局部地施加压力，从而使该片MP紧贴预成型型腔2；
-至少一个用于贴实装置4的有序致动装置5。
预成型型腔2为具有待模制部件的形状的元件，其优选地是刚性的。该部件可以通过加工钢材、木材、泡沫和浇铸树脂等来制造。
第二元件3本身可以作为承载贴实装置4的凸模，即第二元件本身也可以是刚性的，并适于在热固性塑料片MP上施加压力。根据该实施例，第二元件3适于沿关闭方向逐渐关闭并抵住第一元件2。
但是，优选地，第二元件3不是凸模。该第二元件为轻质的能够由机器人握持的元件。其作用因此在于将贴实装置4与预成型型腔2面对面地放置，并使贴实装置4接近于塑料片MP。第二元件3和/或机器人优选地适于吸收由被激活的贴实装置4所施加的反作用力。根据一个实施例，第一元件2和第二元件3包括用于使这两个元件2、3相互锁固的装置。
贴实装置4的数量、大小和位置是根据预成型型腔2来确定的。这类参数可由本领域的技术人员容易地确定，本领域的技术人员能够至少通过反复试验法或数字模拟来确定这些参数。以相同的方式可确定各个贴实装置4的致动序列(顺序、所施加的压力)。
预成型件是由一个或多个叠置的SMC层构成的毛坯件，并且可以存在例如形状变化、形状差距、厚度变化。实际上，最终部件仅在模制操作之后才形成其最终形状，尤其是最终厚度。由此，可限定并使用允许获得预成型件的贴实装置4，该预成型件的厚度一般大于最终部件的厚度，这是由于层的叠置仅仅是一层置于另一层之上并轻微地彼此压抵以赋予其毛坯件的形状，而尚未经受模制操作的大压力。然后，在预成型件被放入模具中之后，预成型件的厚度通过模制操作期间的压缩和/或流动而被改变。
根据一个实施例，贴实装置4可以在贴实装置4施加压力的作用下变形。该装置4可以例如由弹性体材料或多孔材料制成，或者，该装置4可以包括能够根据由贴实装置4施加在待预成型的塑料片上的压力的变化而变形的变形机构，比如弹簧。由此，在该材料或该机构的构件可能变形的限度内，贴实装置4能够贴合或更接近形状的几何形状，以在复杂的区域中更好地铺设该片。
现在参照图2，该图示出了根据本发明的系统1的一个有利的实施例。
根据该示例，系统1还包括框架6，该框架由预成型型腔2承载，并位于上述两个元件2、3之间，用于在致动贴实装置4之前将塑料片MP维持在预成型型腔2的上方。
有利地，贴实装置4中的至少一个包括适于在有序致动装置5的作用下鼓起的弹性皮。有利地，该皮由硅酮制成，以免粘在塑料片MP上。该皮的鼓起令其顶在该片MP上，从而施加压力给该片MP。由此，该皮越鼓，施加在该片MP上的压力就越大，并越迫使片贴合型腔的形状。因此该系统允许精确的控制，并允许在片MP上渐进且连续地施加压力。
此外，皮的弹性使该皮能够变形，这允许该皮贴合预成型型腔2上的复杂形状，并因此更精确地赋予片对应的形状，从而使得片MP能够正确地铺设在预成型型腔2上。
根据该配置，有序致动装置5可以包括通过比如管等部件来与贴实装置4连接的泵。该泵适于在每个管中独立地输送加压气体，以使贴实装置4有序地鼓起。因此这些贴实装置4可借助于工业网络的压缩空气(5-7巴)来鼓起。致动序列由比如计算机和构成有序致动装置5的整体的一部分的阀门等设备来管理。
根据包括这种皮的一个实施例，一组贴实装置4构成一组可鼓起的囊，例如如图2中所示。由第二元件3支撑的这些囊位于第一元件2对面。塑料片MP被布置在这两个元件2、3之间。这些囊被布置在预先确定的特定位置处。这些位置是必须在给定时刻施加压力以使片MP铺盖并紧贴预成型型腔2。
如图2所示，囊可以具有不同的形状。这些形状优选地与囊要使片MP贴实在其上的预成型型腔2的区域的形状相适应。特别地，图2示出了一个实施例，在该实施例中，囊具有不同的形状。在图2下部的图中，与上部的图相反地，囊鼓起并使片MP贴实在型腔2上。圆形的囊允许贴合复杂的形状。
根据另一示例，但根据相同的工作方式，该组囊被单个膜替代，该膜覆盖待预成型的表面并包括一组穴袋(“poche”)，每个穴袋都与其他穴袋密封地隔开，以能够独立于其他穴袋并且特别是有序地被致动。还可以由按位置焊接或粘接的两个膜来形成所述穴袋。
根据另一实施例，贴实装置4中的至少一个包括适于在有序致动装置5的作用下紧贴在片MP上的机械装置，其例如是垫块。
有利地，该系统在贴实装置4中包括至少一个形成基准支件的部件7。“基准支件”指的是如下部件：该部件支承塑料片MP抵住预成型型腔2，从而阻止片MP在支承处移动，从而能够固定片MP的位置。因此，该支件能够通过在预成型之前“锁定”部件的某些区域来保证操作的可重复性。然后，通过有序地致动其他贴实装置4，片MP围绕该基准支件被摊开并紧贴在预成型型腔2上。这种支承保证产生比囊造成的贴实力更大的贴实力，以便在对片MP施加随后的有序压力来牵引片MP以使其处于预成型型腔2上正确位置时，片MP不会从其基准位置被拽离或滑脱。显然，可以存在多个基准支件。
有利地，形成基准支件的部件7在其支承在片MP上的表面处包括特氟龙和/或硅酮，以免与片MP发生粘连。
根据一个同样在图2中示出的实施例，该系统包括由硅酮制成的第一膜8，该第一膜形成分隔层，其功能在于在囊4本身不是由防粘连材料制成时避免囊4与塑料片MP发生粘连。实际上，硅酮具有使其能够不与SMC类型的热固性塑料片发生粘连的特性。
该第一膜8还可能够在预成型之前将囊维持在预成型形状的上方。
有利地，如图2所示，由硅酮制成的第一膜8具有适应于预成型型腔的形状，从而允许限制使片MP紧贴预成型型腔2所必需的由囊4施加的压力。
根据一个同样在图2中示出的实施例，该系统包括第二弹性膜9，其功能在于在使用贴实装置4之前将塑料片MP承载在预成型型腔2的上方，从而有利于与片在型腔形状上的滑动移动相伴随的预成型的进行。
为了避免塑料片MP粘在预成型型腔2上，第二膜9优选地由硅酮制成。该膜9可以由框架6来承载。
最后，该第二膜9有利地可被用于退出预成型好的部件。为此，可利用膜9的高弹性：膜9通过恢复其较平的形状来将预成型好的部件从预成型型腔2中退出。
由硅酮制成的两个膜8、9的优点还在于允许热固性塑料片MP沿着预成型型腔2的表面滑动。该滑动不一定意味着片MP的整体运动，这是因为如果施用了基准支件，片MP就在该支件作用下局部地保持在固定位置。但片MP不受基准支件作用的其余部分则滑动并变形，以通过贴实和滑动来铺设在预成型型腔2上。该滑动由此允许片MP不破裂地覆盖在预成型型腔2上，这是因为该片能够跟随预成型型腔的形状。图3示出了该优点：上部的图示出了没有由硅酮制成的膜的预成型，而下部的图则示出了在片MP与第一和第二元件2、3之间使用了由硅酮制成的膜(未示出)的预成型。要注意的是，在没有硅酮时在预成型件的形状的直角处可能出现破裂DE，而在有硅酮时则可能出现滑动GL。
本发明还涉及一种SMC类型的热固性塑料片的预成型方法，该方法使用根据本发明的系统1。
因此，该方法包括以下步骤：
-将热固性塑料片MP布置在根据本发明的系统1中；
-确定所述贴实装置4的致动序列；以及，
-根据所述致动序列来激活贴实装置4的有序致动装置5。
如此被预成型的塑料片于是具有介于片的初始形状(一般是平的)和部件一旦模制之后的最终形状之间的中间形状。
可以通过实现数字模拟来确定贴实装置4的致动序列，该数字模拟借助于专业人员已知的允许对SMC类型的热固性塑料片MP的铺设进行建模的软件来实现。
可以通过实现一组试错类型的测试来确定所述贴实装置4的致动序列，该组测试可例如基于本由操作员手动进行的操作来实现。
根据一个优选实施例，可首先致动系统1的一个或多个基准支件。

Claims (14)

1.一种用于对塑料片(MP)进行预成型的系统(1)，所述系统包括形成预成型型腔的第一元件(2)，其特征在于，所述系统包括：
-第二元件(3)，适于与所述第一元件(2)相对而置；
-一组贴实装置(4)，这些贴实装置由所述第二元件(3)承载并能够有序地致动，以在所述塑料片(MP)上在局部施加压力，从而使所述片(MP)紧贴所述第一元件(2)；
-至少一个用于所述贴实装置(4)的有序致动装置(5)。
2.如权利要求1所述的系统，其中，所述贴实装置(4)中的至少一个适于在所述贴实装置(4)施加压力的作用下变形。
3.如权利要求2所述的系统，其中，所述贴实装置(4)由弹性体材料或多孔材料制成，或者所述贴实装置(4)包括比如弹簧的变形机构。
4.如权利要求2所述的系统，其中，所述贴实装置(4)中的至少一个包括适于在所述有序致动装置(5)作用下鼓起的弹性皮。
5.如权利要求3所述的系统，其中，所述弹性皮由硅酮制成。
6.如上述权利要求中任一项所述的系统，其中，所述贴实装置(4)中的至少一个是可鼓起的囊。
7.如上述权利要求中任一项所述的系统，其中，所述贴实装置(4)中的至少一个是形成基准支件的部件(7)。
8.如权利要求6所述的系统，其中，所述部件(7)包括适于与所述塑料片(MP)相接触的包括特氟龙和/或硅酮的表面。
9.如上述权利要求中任一项所述的系统，其中，所述系统包括由硅酮制成的第一膜(8)，所述第一膜用于被布置在所述贴实装置(4)和所述塑料片(MP)之间。
10.如权利要求8所述的系统，其中，对所述由硅酮制成的第一膜(8)进行预成型。
11.如上述权利要求中任一项所述的系统，其中，所述系统包括被布置在所述第一元件(2)上方的第二膜(9)，所述第二膜有弹性并且适于支承所述塑料片(MP)。
12.如权利要求10所述的系统，其中，所述第二膜(9)由硅酮制成。
13.如上述权利要求中任一项所述的系统，其中，所述塑料为热固性塑料。
14.一种用于对塑料片(MP)进行预成型的方法，其特征在于进行以下步骤：
-将塑料片(MP)布置在根据上述权利要求之一所述的系统(1)中；
-确定所述贴实装置(4)的致动序列；以及，
-根据所述致动序列来激活所述贴实装置(4)的有序致动装置(5)。
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