CN110027165A - 热塑性复合材料注塑件的制造装置及制造方法 - Google Patents

热塑性复合材料注塑件的制造装置及制造方法 Download PDF

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王智文
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Abstract

本公开涉及一种热塑性复合材料注塑件的制造装置及制造方法。制造装置包括动模具、静模具、红外加热板和注塑机构，动模具和静模具相对设置并能相互靠近或者远离，动模具与静模具结合以形成位于动模具与静模具之间的模腔，注塑机构设置在静模具远离动模具的一侧并用于向模腔内注入注塑料；制造装置具有加热位置和非加热位置，当制造装置处于加热位置时，红外加热板移动至动模具和静模具之间，当制造装置处于非加热位置时，红外加热板从动模具和静模具之间移出。该制造装置有效解决了相关技术中纤维增强复合材料注塑件的生产设备大、制造成本高、性能差以及产品的制成率低的问题。

Description

热塑性复合材料注塑件的制造装置及制造方法
技术领域
本公开涉及热塑性复合材料技术领域，具体地，涉及一种热塑性复合材料注塑件的制造装置及制造方法。
背景技术
传统纤维增强复合材料注塑件因其强度、模量均远低于模压件，使其长期以来一直难以广泛应用于车身结构件领域。而近年来逐渐兴起的模压-注塑混合工艺，将模压板材作为零部件基层，并通过注塑实现复杂结构的成型，增强基层局部刚度，使得热塑性复合材料的应用越来越广泛。
相关技术中，通常采用红外加热炉、机械臂和注塑机来完成纤维增强复合材料注塑件的制造，整个生产设备占地面积大、生产设备投入大，对生产线的布置有着较高要求，严重影响了产品的制造成本，同时，经上述设备制造的产品还存在性能差、产品的制成率低的问题。
发明内容
本公开的目的是提供一种热塑性复合材料注塑件的制造装置及制造方法，该制造装置有效解决了相关技术中纤维增强复合材料注塑件的生产设备大、制造成本高、性能差以及产品的制成率低的问题。
为了实现上述目的，本公开提供一种热塑性复合材料注塑件的制造装置，所述制造装置包括动模具、静模具、红外加热板和注塑机构，所述动模具和所述静模具相对设置并能相互靠近或者远离，所述动模具与所述静模具结合以形成位于所述动模具与所述静模具之间的模腔，所述注塑机构设置在所述静模具远离所述动模具的一侧并用于向所述模腔内注入注塑料；
所述制造装置具有加热位置和非加热位置，当所述制造装置处于所述加热位置时，所述红外加热板移动至所述动模具和所述静模具之间，当所述制造装置处于所述非加热位置时，所述红外加热板从所述动模具和所述静模具之间移出。
可选地，所述制造装置还包括模压机构，所述模压机构包括动模具安装台、静模具安装台、顶出件、第一导轨和模具压机，所述静模具安装在所述静模具安装台上，所述动模具安装在所述动模具安装台上，所述动模具安装台可滑动地设置于所述第一导轨上，所述模具压机的输出端与所述动模具安装台连接以驱动所述动模具安装台在所述第一导轨上滑动，所述顶出件设置在所述动模具安装台与所述动模具之间以顶出成型的产品。
可选地，所述制造装置还包括升降组件，所述升降组件安装在所述动模具安装台上，所述升降组件呈U型，所述红外加热板与所述升降组件相连以由所述升降组件驱动升降。
可选地，所述升降组件包括直线驱动件和呈L型的连接件，所述直线驱动件安装在所述动模具安装台上，所述直线驱动件的输出端与所述连接件的一端相连，所述连接件的另一端与所述红外加热板连接。
可选地，所述升降组件包括直线驱动件、伸缩件和连接杆，所述伸缩件和所述连接杆共同构成L型，所述直线驱动件安装在所述动模具安装台上，所述直线驱动件的输出端与所述伸缩件的一端相连，所述伸缩件通过所述连接杆与所述红外加热板相连。
可选地，所述制造装置还包括限位部，所述限位部固定在所述第一导轨上并位于所述动模具安装台和所述静模具安装台之间，所述限位部用于限制所述红外加热板向所述动模具移动。
可选地，所述静模具内设置有加热管路和冷却管路。
可选地，所述注塑机构包括注塑压机、注塑料斗、注塑筒和第二导轨，所述注塑筒可滑动地设置于所述第二导轨，所述注塑料斗安装在所述注塑筒上并与所述注塑筒连通，所述注塑压机的输出端与所述注塑筒相连以驱动所述注塑筒的至少部分伸入所述模腔内。
可选地，所述制造装置还包括背台，所述第一导轨设置在所述背台和所述静模具安装台之间。
本公开还提供一种热塑性复合材料注塑件的制造方法，所述制造方法包括：
将热塑性复合材料板材置于动模具中并固定；
移动红外加热板至所述动模具与静模具之间，并对该热塑性复合材料板材进行加热；
待所述热塑性复合材料板材加热至第一预设温度时，移开位于所述动模具和所述静模具之间的所述红外加热板，移动所述动模具以与所述静模具结合；
加热所述静模具至第二预设温度，通过注塑机构向所述动模具和所述静模具之间的模腔内注入注塑料，完成注塑成型。
通过上述技术方案，热塑性复合材料板材可固定在动模具中，并通过移动红外加热板至动模具和静模具之间对热塑性复合材料板材进行加热，由于预热后的热塑性复合材料板材仍然位于动模具内，有利于保持热塑性复合材料板材的温度，有效解决了热塑性复合材料板材因移动距离过远造成温度下降过快的问题，从而增强了注塑料与热塑性复合材料板材的界面结合性能，提升了产品的总体性能和制成率。该制造装置的结构合理、占地面积小、设备投入成本低，有效降低了产品的生产成本。
本公开的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
附图是用来提供对本公开的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本公开，但并不构成对本公开的限制。在附图中：
图1为本公开示例性一种实施方式提供的热塑性复合材料注塑件的制造装置示意图；
图2为本公开示例性另一种实施方式提供的热塑性复合材料注塑件的制造装置示意图。
附图标记说明
1 注塑压机 2 第二导轨
3 注塑料斗 4 注塑筒
5 静模具安装台 6 静模具
7 动模具 8 动模具安装台
9 红外加热板 10 升降组件
10a 直线驱动件 10b 连接件
10c 伸缩件 10d 连接杆
11 限位部 12 第一导轨
13 背台 14 顶出件
15 模具压机 16 工作台
51 加热管路 52 冷却管路
具体实施方式
以下结合附图对本公开的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本公开，并不用于限制本公开。
本公开中，在未做相反说明的情况下，术语名词“上、下”是指产品处于使用时惯常摆放的方位或位置关系，可以理解为沿重力方向的上、下，也与附图中图面的“上、下”相对应；“内”是指相对于部件或结构本身轮廓的“内”。此外，需要说明的是，所使用的术语如“第一”、“第二”等是为了区别一个要素和另一个要素，不具有顺序性和重要性。
发明人在研究中发现，相关技术中，纤维增强复合材料注塑件预热后，需从红外加热炉将其移送至注塑机中，整个过程采用机械臂抓取、移动完成，在移送过程中，纤维增强复合材料注塑件温度会下降，使得其表面温度过低，这样就会造成后期注塑料与纤维增强复合材料板材的界面结合性能较差，如果纤维增强复合材料板材的预热温度过高，容易导致纤维增强复合材料注塑件的降解及界面分离，上述两种情况均将极大降低纤维增强复合材料注塑件的总体性能，导致生产工艺窗口较窄，会严重影响产品的制成率。
基于此，本公开的实施方式提供一种热塑性复合材料注塑件的制造装置，参阅图1，该制造装置包括动模具7、静模具6、红外加热板9和注塑机构，动模具7和静模具6相对设置并能相互靠近或者远离，当动模具7和静模具6相互靠近时，动模具7与静模具6结合以形成位于动模具7与静模具6之间的模腔，注塑机构设置在静模具6远离动模具7的一侧并用于向模腔内注入注塑料，制造装置具有加热位置和非加热位置，当制造装置处于加热位置时，红外加热板9移动至动模具7和静模具6之间，当制造装置处于非加热位置时，红外加热板9从动模具7和静模具6之间移出。
通过上述技术方案，热塑性复合材料板材可固定在动模具7中，并通过移动红外加热板9至动模具7和静模具6之间对热塑性复合材料板材进行加热，由于预热后的热塑性复合材料板材仍然位于动模具7内，有利于保持热塑性复合材料板材的温度，有效解决了热塑性复合材料板材因移动距离过远造成温度下降过快的问题，从而增强了注塑料与热塑性复合材料板材的界面结合性能，提升了产品的总体性能和制成率。该制造装置的结构合理、占地面积小、设备投入成本低，有效降低了产品的生产成本。
本公开中的热塑性复合材料板材可以是连续纤维增强复合材料板材，也可以是SMC、DMC、BMC成型板材，并优选连续纤维增强热塑性复合材料板材。热塑性复合材料板材包括纤维和热塑性树脂，纤维和树脂可以以预浸料形式存在，也可以各自独立存在。其中，纤维包括碳纤维、超高分子量聚乙烯纤维、芳纶纤维、玄武岩纤维和玻璃纤维中的一种或多种，可为单轴向布、多轴向布、编织布、针织布等，纤维可由1-50层组成，各层之间的角度可为0°、15°、30°、45°、60°、75°、90°等。热塑性树脂可以包括聚乙烯、聚丙烯、聚酰胺(尼龙)、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚甲醛、聚碳酸酯、聚四氟乙烯、聚苯硫醚、聚砜等。
热塑性复合材料板材为平板结构，通过压板模具将裁切好的各层纤维和树脂压实在一起，裁切的形状可以通过FiberSim等分析软件进行模拟，裁切工艺可通过手工裁切，也可以通过激光裁切实现。平板结构可使用同一压板模具压制成型，避免了多次开不同模具的高昂成本。
参阅图1，本公开的实施方式中，该制造装置还包括模压机构，模压机构包括动模具安装台8、静模具安装台5、顶出件14、第一导轨12和模具压机15，其中，静模具6安装在静模具安装台5的一侧，动模具7安装在动模具安装台8的朝向静模具安装台5的一侧，以使静模具6和动模具7相对，此处的相对是指，动模具7和静模具6的高度一致，以使动模具7和静模具6能够结合，第一导轨12的数量可以布置两个，两个第一导轨12平行设置，并将动模具安装台8滑动安装在两个第一导轨12上，这样，动模具安装台8可在第一导轨12上移动，模具压机15的输出端与动模具安装台8连接以驱动动模具安装台8在第一导轨12上移动，顶出件14设置在动模具安装台8与动模具7之间以顶出成型的产品，顶出件14可以为气缸或者液压油缸，顶出件14的输出端能够穿过动模具7，从而当顶出件14的输出端朝向静模具6方向移动时，可以将位于动模具7内的热塑性复合材料注塑件顶出，方便产品的取出。
参阅图1，可选地，该制造装置还包括升降组件10，升降组件10安装在动模具安装台8上，升降组件10呈U型，红外加热板9与升降组件10相连以由升降组件10驱动升降，该升降组件10通过改变红外加热板9在上下方向上的移动，有效规避了制造模具的其他结构在红外加热板9的升降过程中对其产生干涉，有利于红外加热板9快速进入动模具7与静模具6之间或者从动模具7与静模具6之间移出，有利于缩短热塑性复合材料注塑件的成型周期。
本公开的实施方式中，该升降组件10可以构造成任意合适的结构。
参阅图1，作为一种选择，该升降组件10可以包括直线驱动件10a和呈L型的连接件10b，直线驱动件10a安装在动模具安装台8上，直线驱动件10a的输出端与连接件10b的一端相连，连接件10b的另一端与红外加热板9连接，由此，直线驱动件10a即可带动红外加热板9升降，以快速升降红外加热板9。需要说明的是，直线驱动件10a可以为液压油缸、气缸、电动推杆或者丝杆螺母组件。
参阅图2，作为另一种选择，该升降组件10包括直线驱动件10a、伸缩件10c和连接杆10d，伸缩件10c和连接杆10d共同构成L型，直线驱动件10a安装在动模具安装台8上，直线驱动件10a的输出端与伸缩件10c的一端连接，伸缩件10c通过连接杆10d与红外加热板9相连，该伸缩件10c的设置，使得红外加热板9可以在水平方向移动，换言之，伸缩件10c可以改变红外加热板9与动模具7之间的距离，从而便于对热塑性复合材料板材的加热温度进行调节。例如，当热塑性复合材料板材的预热温度较高时，可通过伸缩件10c将红外加热板9向静模具6方向移动，当热塑性复合材料板材的预热温度较低时，可通过伸缩件10c将红外加热板9向动模具7方向移动，以使热塑性复合材料板材处于合适的预热温度。需要说明的是，直线驱动件10a可以为液压油缸、气缸、电动推杆或者丝杆螺母组件。本公开的实施方式中，伸缩件10c可以采用也可以采用液压油缸、气缸、电动推杆或者丝杆螺母组件。
参阅图1，本公开的实施方式中，该制造装置还包括限位部11，限位部11固定在第一导轨12上并位于动模具安装台8和静模具安装台5之间，限位部11用于限制红外加热板9向动模具7移动，限位部11的设置，可以避免红外加热板9与动模具7之间的距离过小，造成热塑性复合材料板材的温度过高，并造成热塑性复合材料板材的降解。在一些实施方式中，该限位部11可以为光电接近开关，从而通过检测光电接近开关与红外加热板9之间的距离是否处于合适范围内，当二者之间的距离处于合适范围内时，光电接近开关可触发伸缩件停止动作，以使红外加热板9与动模具7之间的距离适宜，其中，红外加热板9与动模具7中的热塑性复合材料板材之间的距离在5-20cm范围内为宜。
参阅图1，本公开的实施方式中，静模具6内设置有加热管路51和冷却管路52，加热管路51用于通入加热介质，以使得静模具6能够快速加热至较高温度，加热介质可以为高温高压的水蒸气，此外，也可以采用高温油。通过设置加热管路51，有利于快速升高静模具6的温度，使得注塑料在高温下能够填充模腔，以形成致密的表面，能够有效消除产品表面的熔接线、银纹、浮纤等现象，对于产品的外观质量有着极大的提升。静模具6的温度以100-150℃为宜，冷却管路52用于通入冷却介质，以在注塑完成后对静模具6和产品进行降温，冷却介质可以为冷却水，也可以为其他冷却液体。
参阅图1，本公开的实施方式中，注塑机构包括注塑压机1、注塑料斗3、注塑筒4和第二导轨2，注塑筒4可滑动地设置于第二导轨2，注塑料斗3安装在注塑筒4上并与注塑筒4连通，注塑压机1的输出端与注塑筒4相连以驱动注塑筒4的至少部分伸入模腔内。
参阅图1，本公开的实施方式中，该制造装置还包括背台13，第一导轨12设置在背台13和静模具安装台5之间，此外，该制造装置还包括工作台16，动模具安装台8、静模具安装台5、注塑机构均安装在工作台16上。
本公开的实施方式还提供一种热塑性复合材料注塑件的制造方法，该制造方法包括如下步骤：
步骤S100，将热塑性复合材料板材置于动模具7中并固定；
步骤S110，移动红外加热板9至动模具7与静模具6之间，并对该热塑性复合材料板材进行加热；
步骤S120，待热塑性复合材料板材加热至第一预设温度时，移开位于动模具7和静模具6之间的红外加热板9，移动动模具7以与静模具6闭合；
步骤S130，加热静模具6至第二预设温度，通过注塑机构向动模具7和静模具6之间的模腔内注入注塑料，完成注塑成型。
将热塑性复合材料板材安装在动模具7中并固定，通过升级组件移动红外加热板9至动模具7与静模具6之间并对热塑性复合材料板材加热至第一预设温度，其中，第一预设温度低于树脂熔点10-80℃，优选30-50℃，以防止树脂降解，待加热后，快速移开红外加热板9并将动模具7和静模具6结合，采用静模具6内的加热管路51对其加热，其中，第二预设温度可以为100-150℃，然后对模腔内进行注塑作业，待注塑完成后，停止向加热管路51内加入加热介质，并向冷却管路52中通入冷却介质以使静模具6快速冷却，待模具冷却后，停止加入冷却介质，分开动模具7和静模具6，通过顶出件14将产品顶出，即可得到高强度的热塑性复合材料注塑件。根据最终产品的需求对热塑性复合材料注塑件进行切削、打磨、钻孔等处理后即可装配到车辆上，该热塑性复合材料注塑件的强度高，有利于车辆的轻量化。
其中，注塑料可以长纤维增强树脂、短纤维增强树脂或纯树脂，并优选长纤维增强热塑性树脂，塑料中的纤维可以是碳纤维、超高分子量聚乙烯纤维、芳纶纤维、玄武岩纤维和玻璃纤维中的一种或几种，优选与连续纤维织物相同的纤维材质；树脂为热塑性树脂，可以是聚乙烯、聚丙烯、聚酰胺(尼龙)、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚甲醛、聚碳酸酯、聚四氟乙烯、聚苯硫醚、聚砜中的一种或几种，优选与树脂薄膜相同的材质。
以上结合附图详细描述了本公开的优选实施方式，但是，本公开并不限于上述实施方式中的具体细节，在本公开的技术构思范围内，可以对本公开的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本公开的保护范围。另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本公开对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本公开的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本公开的思想，其同样应当视为本公开所公开的内容。

Claims (10)

1.一种热塑性复合材料注塑件的制造装置，其特征在于，所述制造装置包括动模具(7)、静模具(6)、红外加热板(9)和注塑机构，所述动模具(7)和所述静模具(6)相对设置并能相互靠近或者远离，所述动模具(7)与所述静模具(6)结合以形成位于所述动模具(7)与所述静模具(6)之间的模腔，所述注塑机构设置在所述静模具(6)远离所述动模具(7)的一侧并用于向所述模腔内注入注塑料；
所述制造装置具有加热位置和非加热位置，当所述制造装置处于所述加热位置时，所述红外加热板(9)移动至所述动模具(7)和所述静模具(6)之间，当所述制造装置处于所述非加热位置时，所述红外加热板(9)从所述动模具(7)和所述静模具(6)之间移出。
2.根据权利要求1所述的制造装置，其特征在于，所述制造装置还包括模压机构，所述模压机构包括动模具安装台(8)、静模具安装台(5)、顶出件(14)、第一导轨(12)和模具压机(15)，所述静模具(6)安装在所述静模具安装台(5)上，所述动模具(7)安装在所述动模具安装台(8)上，所述动模具安装台(8)可滑动地设置于所述第一导轨(12)上，所述模具压机(15)的输出端与所述动模具安装台(8)连接以驱动所述动模具安装台(8)在所述第一导轨(12)上滑动，所述顶出件(14)设置在所述动模具安装台(8)与所述动模具(7)之间以顶出成型的产品。
3.根据权利要求2所述的制造装置，其特征在于，所述制造装置还包括升降组件(10)，所述升降组件(10)安装在所述动模具安装台(8)上，所述升降组件(10)呈U型，所述红外加热板(9)与所述升降组件(10)相连以由所述升降组件(10)驱动升降。
4.根据权利要求3所述的制造装置，其特征在于，所述升降组件(10)包括直线驱动件(10a)和呈L型的连接件(10b)，所述直线驱动件(10a)安装在所述动模具安装台(8)上，所述直线驱动件(10a)的输出端与所述连接件(10b)的一端相连，所述连接件(10b)的另一端与所述红外加热板(9)连接。
5.根据权利要求3所述的制造装置，其特征在于，所述升降组件(10)包括直线驱动件(10a)、伸缩件(10c)和连接杆(10d)，所述伸缩件(10c)和所述连接杆(10d)共同构成L型，所述直线驱动件(10a)安装在所述动模具安装台(8)上，所述直线驱动件(10a)的输出端与所述伸缩件(10c)的一端相连，所述伸缩件(10c)通过所述连接杆(10d)与所述红外加热板(9)相连。
6.根据权利要求5所述的制造装置，其特征在于，所述制造装置还包括限位部(11)，所述限位部(11)固定在所述第一导轨(12)上并位于所述动模具安装台(8)和所述静模具安装台(5)之间，所述限位部(11)用于限制所述红外加热板(9)向所述动模具(7)移动。
7.根据权利要求1所述的制造装置，其特征在于，所述静模具(6)内设置有加热管路(51)和冷却管路(52)。
8.根据权利要求1所述的制造装置，其特征在于，所述注塑机构包括注塑压机(1)、注塑料斗(3)、注塑筒(4)和第二导轨(2)，所述注塑筒(4)可滑动地设置于所述第二导轨(2)，所述注塑料斗(3)安装在所述注塑筒(4)上并与所述注塑筒(4)连通，所述注塑压机(1)的输出端与所述注塑筒(4)相连以驱动所述注塑筒(4)的至少部分伸入所述模腔内。
9.根据权利要求2所述的制造装置，其特征在于，所述制造装置还包括背台(13)，所述第一导轨(12)设置在所述背台(13)和所述静模具安装台(5)之间。
10.一种热塑性复合材料注塑件的制造方法，其特征在于，所述制造方法包括：
将热塑性复合材料板材置于动模具(7)中并固定；
移动红外加热板(9)至所述动模具(7)与静模具(6)之间，并对该热塑性复合材料板材进行加热；
待所述热塑性复合材料板材加热至第一预设温度时，移开位于所述动模具(7)和所述静模具(6)之间的所述红外加热板(9)，移动所述动模具(7)以与所述静模具(6)结合；
加热所述静模具(6)至第二预设温度，通过注塑机构向所述动模具(7)和所述静模具(6)之间的模腔内注入注塑料，完成注塑成型。
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