CN108454134A - 复合部件的制造方法以及该制造方法所使用的夹具 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种适当地制造出具有弯曲部的复合部件的复合部件的制造方法等。在复合部件的制造方法中，该复合部件使用了多根纤维强化树脂材料且具有弯曲部，该制造方法包含按压工序，在该按压工序中，使用具有带有凹部(21a)凹模(21)和带有形状与凹部(21a)的形状相对应的凸部(22b)的凸模(22)的大致楔形的夹具(20)，在使多根纤维强化树脂材料紧邻排列于凹部(21a)的状态下，利用凸部(22b)按压纤维强化树脂材料，其中，上述的夹具(20)具有在俯视观察时比弯曲部的角度小的角度。

Description

复合部件的制造方法以及该制造方法所使用的夹具

技术领域

本发明涉及一种复合部件的制造方法等。

背景技术

为了实现车辆所具有的各部件的轻量化、高强度化，使用碳材等纤维强化树脂材料。作为使用这样的纤维强化树脂材料的技术，例如公知有专利文献1所记载的技术。即、在专利文献1中记载了一种配置装置，该配置装置具有：引导部，其用于使从多个筒管放出的纤维强化树脂材料沿着模具并排配置；以及按压部，其用于将利用该引导部配置好的纤维强化树脂材料向模具按压。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2016-55564号公报

发明内容

然而，在专利文献1记载的技术中，因为纤维强化树脂材料具有粘着性，所以存在相邻的纤维强化树脂材料彼此粘在一起、或者纤维强化树脂材料粘附在按压部上的可能性。此外，当在使纤维强化树脂材料大致一体化而成的未固化的复合部件上设置弯曲部的情况下，因为该弯曲部存在内外圆周差，因此或起皱或松散，无法高效地弯曲纤维强化树脂材料。

因此，本发明的课题是提供一种适当地制造出具有弯曲部的复合部件的复合部件的制造方法等。

作为解决所述课题的方法，本发明是一种复合部件的制造方法，其中，该复合部件使用了多根纤维强化树脂材料且具有弯曲部，该制造方法的特征在于，包含按压工序，在该按压工序中，使用包括带有凹部的凹模和带有形状与所述凹部的形状对应的凸部的凸模的大致楔形的夹具，在使多根所述纤维强化树脂材料彼此紧邻排列于所述凹部的状态下，利用所述凸部进行按压，其中，所述夹具具有在俯视观察时比所述弯曲部的角度小的角度。

此外，本发明是一种复合部件的制造所使用的夹具，该复合部件使用了多根纤维强化树脂材料且具有弯曲部，该夹具具有：凹模，其具有凹部，并且多根所述纤维强化树脂材料以彼此紧邻排列的状态配置于该凹部；凸模，其具有形状与所述凹部的形状相对应的凸部，并且利用所述凸部按压配置于所述凹部的多根所述纤维强化树脂材料，该夹具呈具有俯视观察时比所述弯曲部的角度小的角度的大致楔形。

采用本发明，能够提供一种适当地制造出具有弯曲部的复合部件的复合部件的制造方法等。

附图说明

图1是包含本发明的实施方式的复合部件的制造方法中所使用的穿插部件和夹具的立体图。

图2是本发明的实施方式的复合部件的制造方法所使用的夹具的立体图。

图3A是本发明的实施方式的复合部件的制造方法所使用的夹具的凹模的俯视图。

图3B是本发明的变形例的复合部件的制造方法所使用的夹具的凹模的俯视图。

图4是本发明的实施方式的复合部件的制造工序的说明图。

附图标记说明

10 穿插部件

20、30 夹具

21、31 凹模

21a、21Aa 凹部

22、32 凸模

22a 抵接部

92b 凸部

G 纤维强化树脂材料

H 穿插孔

M 复合部件

具体实施方式

(实施方式)

以下，作为一例，针对制造多层构造体中的最外层(例如纤维取向角为0°的UD层：Unidirectional layer)的复合部件的情况进行说明，该多层构造体是纤维取向角不同的(例如纤维取向角为0°、±45°的)管状复合部件层叠而成。

图1是包含实施方式的复合部件M的制造方法所使用的穿插部件10和夹具20、30的立体图。

图1所示的穿插部件10和夹具20、30是用于使用多根纤维强化树脂材料G制造出具有弯曲部M1(参照图4的(f))的复合部件M的部件。以下，在说明穿插部件10和夹具20、30之前，先简单说明作为复合部件M的构成材料的纤维强化树脂材料G。

纤维强化树脂材料G例如是具有柔软性的预浸材料(prepreg)，并且呈线状(绳状)。所述的预浸材料指的是使热固化树脂含浸于碳纤维等加强材料，进而加热而达到半固化状态的强化塑料。

优选的是，呈线状的纤维强化树脂材料G的纤维取向的方向与自身的轴线方向平行。换言之，优选的是，纤维强化树脂材料G的纤维取向角为大约0°。由此，能够提高使用多根纤维强化树脂材料G制造出的管状的复合部件(使截面为半圆形的两个复合部件M一体化而成的部件：未图示)的弯曲刚性。

此外，纤维强化树脂材料G的纤维取向角并不限于0°，也可以是，以纤维强化树脂材料G的轴线为基准，在-10°以上且+10°以下的范围内(包含0°)。理由在于，纤维强化树脂材料G的纤维取向角只要在所述的范围内，就能够获得规定的弯曲刚性。

图1所示的穿插部件10是供多根纤维强化树脂材料G穿插的、树脂制或者金属制的部件。如图1所示，穿插部件10具有基部11和延伸部12。

基部11呈细长的矩形板状，并且在其两端附近各设置有一个孔(未图示)。而且，将螺栓B穿插于该孔，进而利用螺母(未图示)将螺栓B固定于工作台(未图示)。

延伸部12呈矩形板状，并且从基部11的宽度方向(短边方向)的中央附近向上方延伸。在图1所示的例子中，延伸部12的面方向与基部11的面方向垂直。此外，在延伸部12设置有多个(例如是十几个至几十个)供纤维强化树脂材料G穿插的穿插孔H。这些穿插孔H排列成向下凸的半圆形。因此容易将纤维强化树脂材料G配置于后述的凹模21等的凹部21a(俯视观察表面为半圆形：参照图2)。而且，将一根根的纤维强化树脂材料G逐一穿插到多个穿插孔H中的一个个穿插孔中。

此外，虽然在图1中省略，但是纤维强化树脂材料G的一侧(相对于穿插部件10，与夹具20、30相反一侧)卷绕于筒管。而且，从该筒管放出纤维强化树脂材料G，进而将放出的纤维强化树脂材料G穿插到延伸部12的穿插孔H。

图1所示的夹具20、30是用于进行使用了多根纤维强化树脂材料G的预成型(即、进行完成品上一阶段的复合部件M的制造)的树脂制或者金属制的部件，夹具20、30俯视观察呈大致楔形(也称为扇形、梯形形状)。即、在使用多根纤维强化树脂材料G形成复合部件M的弯曲部M1(参照图4的(d))时，使用夹具20、30。以下，主要针对两个夹具20、30中的一个夹具20进行说明，另一夹具30的构造与一个夹具20相同。

图2是实施方式的复合部件M的制造方法所使用的夹具20的立体图。如图2所示，夹具20具有凹模21和凸模22。凹模21是柱状模具，其具有凹部21a，供多根纤维强化树脂材料G以紧邻排列的状态配置。凹模21的凹部21a俯视观察时呈扇状(参照图3A的俯视图)。此外，凹部21a在纵剖视图中(图3A的包含原点O的纵剖面)，其表面的棱线呈向下凸的半圆形。

图3A是实施方式的复合部件M的制造方法所使用的夹具20的凹模21的俯视图。

在图3A所示的例子中，在俯视观察呈扇形的规定范围内形成有凹部21a。即，在扇状的范围内形成有凹部21a，该扇状的范围是在以原点O为基准的极坐标系中，其以形成规定角度θ的直线L1、L2、极径长度R1的圆弧C1以及极径长度R2(>R1)的圆弧C2作为棱线的范围。此外，圆弧C1的曲率半径既可以比长度R1长，也可以比长度R1短(另一圆弧C2也一样)。

为了容易制作复合部件M的弯曲部M1，图3A所示的夹具20的角度θ在俯视观察时，比复合部件M的弯曲部M1的角度φ(参照图4的(f))小。更具体而言，在俯视观察时，呈大致楔形的夹具20的角度θ为复合部件M的弯曲部M1的角度φ的一半以下。由此，能够沿着复合部件M的轴线方向，使用夹具20、30分段实施具有弯曲部M1的复合部件M的制造工序。此外，“弯曲部M1的角度φ”指的是：在俯视观察中，垂直于弯曲部M1的一端的直线和垂直于弯曲部M1的另一端的直线所构成的角。

图2所示的凸模22具有与凹模21的凹部21a的形状相对应的形状的凸部22b，并且利用凸部22b按压配置于凹部21a的多根纤维强化树脂材料G。即、凸模22是将俯视观察呈扇状的柱状抵接部22a和形状与凹部21a的形状相对应的凸部22b一体成型而构成的。

此外，在未配置纤维强化树脂材料G的状态下，当使凸模22的抵接部22a与凹模21的上表面抵接时，能够在凸模22的凸部22b和凹模21的凹部21a之间形成少许间隙K。该间隙K的铅垂方向的长度设定为使配置于凹模21的凹部21a的纤维强化树脂材料G能够被适度按压。此外，凹模21和凸模22既可以是彼此分离开的构造，也可以是凸模22借助铰链(未图示)可相对于凹模21转动的构造。

图1所示的夹具30具有与所述夹具20相同的构造，并且与该夹具20邻接配置。针对使用了这些夹具20、30的复合部件M的制造工序，使用图4进行说明。此外，执行复合部件M的制造的主体既可以是机器(机器人)，此外，也可以是人(作业员)。

图4是实施方式的复合部件M的制造工序的说明图。

此外，在图4的(a)所示的夹具20的一侧(下游侧)，多根纤维强化树脂材料G已经大致一体化而构成复合部件M的一部分。也就是说，在呈直线状的多根纤维强化树脂材料G紧邻排列的状态下，利用另外的夹具(未图示)按压纤维强化树脂材料G，利用纤维强化树脂材料G的粘着性实现大致一体化。

在图4的(a)所示的例子中，夹具20配置在规定的基准线F上，利用该夹具20夹入纤维强化树脂材料G的一部分。即、在多根纤维强化树脂材料G紧邻排列在凹模21(参照图2)的凹部21a中的状态下，进行利用凸模22(参照图2)的凸部22b按压纤维强化树脂材料G的“按压工序”。此外，图4所示的基准线F是表示机器人或者作业员重复进行后述的“按压工序”、“解除工序”的位置的线。

如上所述，将一根根的纤维强化树脂材料G逐一穿插到穿插部件10(参照图1)的一个个穿插孔H，此外，在纤维强化树脂材料G被从筒管(未图示)放出时的摩擦阻力的作用下，纤维强化树脂材料G通常保持着以直线状张紧的状态。由此，在图4的(a)所示的夹具20的另一侧，处于相邻的纤维强化树脂材料G、G之间设有少许间隙的状态。因此，基本不会出现具有粘着性的纤维强化树脂材料G在穿插部件10和夹具20之间彼此粘附在一起的情况。

而且，通过利用夹具20按压多根纤维强化树脂材料G，被按压的位置由于纤维强化树脂材料G的粘着性而重新大致一体化。在这里。凹部21a(参照图3A)和凸部22b俯视观察时呈扇状，因此，在纤维强化树脂材料G被按压的位置，纤维强化树脂材料G处于俯视观察以规定的曲率弯曲的状态。此外，凹部21a和凸部22b的表面在纵剖视图中呈半圆形，因此，纤维强化树脂材料G被按压的位置在纵剖视图中也是半圆形。

接下来，如图4的(b)所示，当从筒管(未图示)进一步放出纤维强化树脂材料G时，夹具20与纤维强化树脂材料G一起向一侧(下游侧)移动规定距离。所述规定距离是在另一夹具30以与一个夹具20邻接的方式配置的状态下，该夹具30位于基准线F上这种程度的距离。

接下来，如图4的(c)所示，在夹具20的穿插部件10侧配置有与其邻接的另一夹具30。也就是说，一个夹具20具有对另一夹具30进行定位的功能。此外，在从图4的(b)的状态变为图4的(c)的状态时，虽未图示，但复合部件M的局部弯曲规定的角度。在该作业中，越靠近图3A所示的圆弧C2，纤维强化树脂材料G被新放出的长度越长。与靠近圆弧C1的内周侧相比，靠近圆弧C2的外周侧的圆弧的长度长(也就是说，存在内外圆周差)。这样一来，各个纤维强化树脂材料G与弯曲部M1的内外圆周差相匹配地被从筒管(未图示)放出。因此，能够防止在复合部件M的弯曲部M1(参照图4的(d))产生由内外圆周差引起的起皱、松散。

而且，在多根纤维强化树脂材料G紧邻排列的状态下，利用新配置的夹具30按压纤维强化树脂材料G(按压工序)。由此，使利用一个夹具20已经按压过的位置和利用另一夹具30新按压的位置处于连续的状态。

此外，在图4所示的例子中，弯曲部M1的角度φ(参照图4的(f))是90°，大致楔形的夹具20、30分别具有30°左右的角度。在该例子中，虽然90°的弯曲部M1是使用具有角度30°的两个夹具20、30形成的，但是，例如也可以设置三个角度30°的夹具。

接下来，如图4的(d)所示，解除按压工序中的夹具20施加的按压(解除工序)。此时，另一夹具30维持在保持(或者按压)纤维强化树脂材料G的状态。也就是说，在利用一个夹具20实施“解除工序”时，利用另一夹具30保持(或者按压)纤维强化树脂材料G。该夹具30用于在夹具20的下一按压工序中的定位。

接下来，如图4的(e)所示，当从筒管(未图示)进一步放出纤维强化树脂材料G时，夹具30与纤维强化树脂材料G一起向一侧(下游侧)移动规定距离。

接下来，如图4的(f)所示，在夹具30的另一侧邻接配置夹具20，使用该夹具20，再次实施所述的“按压工序”。这样一来，通过交替使用两个夹具20、30，沿着纤维强化树脂材料G的轴线方向分段按压纤维强化树脂材料G，从而制造出具有弯曲部M1的L字状的复合部件M。

此外，在图4中虽然省略了图示，但是，剖视图中呈半圆形的复合部件M和形状与该复合部件M的形状相对应的另一复合部件(未图示)一起设置于模具(未图示)。而且，通过利用固化炉进行热固化，将两个复合部件一体化，从而制造出剖视图中呈圆形的管状的复合部件(未图示)。该管状的复合部件例如作为车辆的稳定器使用。

(作用与效果)

本实施方式的复合部件M的制造方法基本上如以上那样实施。接下来，说明使用了夹具20、30的复合部件M的作用、效果。

如图1～图4所示，复合部件M的制造方法包含按压工序，其中，该复合部件M使用了多根纤维强化树脂材料G且具有弯曲部M1。上述按压工序使用具有带有凹部21a的凹模21(参照图2)和带有形状与凹部21a的形状相对应的凸部22b的大致楔形的夹具20，该夹具20具有俯视观察时比弯曲部M1的角度φ(参照图4的(f))小的角度θ(参照图3A)，在多根纤维强化树脂材料G紧邻排列于凹部21a的状态下，利用凸部22b按压纤维强化树脂材料G。

采用这样的制造方法，利用凸部22b按压多根纤维强化树脂材料G而使其大致一体化。而且，通过一边使夹具20在纤维强化树脂材料G的轴线方向上移动，一边重复按压工序，能够适当地制造出具有弯曲部M1的复合部件M。也就是说，能够以具有内外圆周差的形状的复合部件M不起皱等的状态制造出复合部件M。此外，与在模具(未图示)中一根根地配置纤维强化树脂材料G的方法相比，能够实现制造工序的简单化，大幅缩短复合部件M制造所需的时间。

此外，优选的是，在使用两个夹具20、30的情况下，还包含解除工序，在该解除工序中，解除在按压工序中的凸部22b的按压。在该情况下，在实施两个夹具20、30中的一个夹具的解除工序时，利用与该一个夹具邻接配置的另一夹具保持或者按压多根纤维强化树脂材料G。由此，能够使用另一夹具30对一个夹具20进行定位。因此，能够使多根纤维强化树脂材料G沿着其轴线方向连续地大致一体化。

此外，纤维强化树脂材料G的纤维取向角例如以纤维强化树脂材料G的轴线为基准，在-10°以上且+10°以下的范围内(包含0°)。由此，能够制造出具有所希望的弯曲刚性的复合部件M。

此外，本实施方式的夹具20(参照图2)是制造复合部件M所使用的夹具20，该复合部件M使用了多根纤维强化树脂材料G且具有弯曲部M1，该夹具20具有凹模21和凸模22。凹模21具有凹部21a，并且供多根纤维强化树脂材料G在紧邻排列的状态下配置于该凹部21a。凸模22具有形状与凹部21a的形状相对应的凸部22b，并且利用凸部22b按压配置于凹部21a的多根纤维强化树脂材料G。而且，具有凹模21和凸模22的夹具20呈具有在俯视观察时比弯曲部M1的角度φ(参照图4的(f))小的角度θ(参照图3A)的大致楔形。

采用这样的结构，多根纤维强化树脂材料G被凸部22b按压而大致一体化。而且，通过在使夹具20在纤维强化树脂材料G的轴向上移动的同时，依次重复按压工序和解除工序，能够适当地制造出具有弯曲部M1的复合部件M。

(变形例)

以上，通过实施方式说明了本发明的复合部件M的制造方法等，但是本发明并不限于这些记载，能够进行各种变更。

例如，在实施方式中，针对凹模21(参照图2)所具有的凹部21a和凸模22(参照图2)所具有的凸部22b的俯视观察时的棱线(图3A所示的圆弧C1、C2)为圆弧状的情况进行了说明，但是，如以下说明的那样，并不限于此。

图3B是变形例的复合部件M的制造方法所使用的夹具20A的凹模21A的俯视图。

如图3B所示，凹模21A所具有的凹部21Aa的俯视观察时的棱线(纤维强化树脂材料G的轴线方向的棱线)如线段D1、D2所示，也可以是直线状。此外，凸模(未图示)所具有的凸部(未图示)的俯视观察时的棱线也同样。采用这样的构造，例如，在将纤维取向角为0°的纤维强化树脂材料G配置于凹部21Aa时，该纤维强化树脂材料G不需要弯曲。因此，纤维强化树脂材料G向凹部21Aa的配置变得容易。

此外，在实施方式中，针对交替使用两个夹具20、30(参照图4)，沿着纤维强化树脂材料G的轴线分段按压纤维强化树脂材料G的方法进行了说明，但是并不限于此。例如，也可以是，通过使用一个夹具20，沿着纤维强化树脂材料G的轴线分段按压纤维强化树脂材料G，从而制造出具有弯曲部M1(参照图4的(d))的复合部件M。

此外，也可以是，使用三个以上夹具(未图示)按压纤维强化树脂材料G，使这些夹具之中的距离穿插部件10(参照图1)最远的夹具移动到最靠近穿插部件10的另一夹具的旁边，从而分段按压纤维强化树脂材料G。

此外，在实施方式中，针对使一对剖视图中呈半圆形的复合部件M热固化来将两者一体化而制造出管状的复合部件(未图示)的情况进行了说明，但是也可以使管状的复合部件光固化。

此外，在实施方式中，针对制造出将纤维取向角不同的(例如纤维取向角为0°、±45°)管状的复合部件层叠而成的多层构造体的情况进行了说明，但并不限于此。例如，也可以是，使用纤维取向角为大约0°的纤维强化树脂材料G，制造出呈管状的单层复合部件。

此外，在实施方式中，针对制造出呈L字状的复合部件M(参照图4的(f))的情况进行了说明，但是也可制造出立体弯曲的、规定形状的复合部件。

在实施方式中，针对复合部件M作为车辆的稳定器来使用的情况进行了说明，但也可应用于悬架、框架部件等各种部件中。

Claims (4)

1.一种复合部件的制造方法，该复合部件使用了多根纤维强化树脂材料且具有弯曲部，该制造方法的特征在于，其包含按压工序，在该按压工序中，使用具有带有凹部的凹模和带有形状与所述凹部的形状相对应的凸部的凸模的夹具，在使多根所述纤维强化树脂材料紧邻排列于所述凹部的状态下，利用所述凸部按压所述纤维强化树脂材料，其中，所述夹具在俯视观察时呈具有比所述弯曲部的角度小的角度的大致楔形。

2.根据权利要求1所述的复合部件的制造方法，其特征在于，

在使用两个所述夹具的情况下，还包含解除工序，在该解除工序中，解除所述按压工序中的所述凸部的按压，

在实施两个所述夹具中的一个夹具的所述解除工序时，利用与所述一个夹具邻接配置的另一夹具保持或者按压多根所述纤维强化树脂材料。

3.根据权利要求1或2所述的复合部件的制造方法，其特征在于，

所述纤维强化树脂材料的纤维取向角以所述纤维强化树脂材料的轴线为基准，在-10°以上且+10°以下的范围内，该范围包含0°。

4.一种夹具，其应用于复合部件的制造，该复合部件使用了多根纤维强化树脂材料且具有弯曲部，

该夹具的特征在于，具有：

凹模，其具有凹部，多根所述纤维强化树脂材料以紧邻排列的状态配置于该凹部；凸模，其具有形状与所述凹部的形状相对应的凸部，并且利用所述凸部按压配置于所述凹部的多根所述纤维强化树脂材料，该夹具在俯视观察时呈具有比所述弯曲部的角度小的角度的大致楔形。