CN110139742A - 纤维材料的赋形装置和纤维材料的赋形方法 - Google Patents

纤维材料的赋形装置和纤维材料的赋形方法 Download PDF

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Abstract

赋形装置1将含有沿长度方向延伸的连续纤维束的带状材料T排列，赋形成具有卷筒部81和弯曲的凸缘部82的赋形形状。该赋形装置1具有：开纤单元33，其将带状材料T开纤，能够扩大其宽度；以及层叠辊37，其将经过开纤单元33的带状材料T承载在成型夹具4的表面，其中，通过开纤单元33，连续改变带状材料T的宽度，以使该带状材料T承载在成型夹具4的表面时与相邻的带状材料T之间不会产生间隙；并且，通过层叠辊37，以从卷筒部81到凸缘部82的入射角一致的方式，将带状材料T承载为曲线形，并在成型夹具4的表面上排列成多列。

Description

纤维材料的赋形装置和纤维材料的赋形方法
技术领域
本发明涉及将带状连续纤维材料赋形为具有弯曲边的形状的技术。
背景技术
目前，作为纤维强化复合材料的制造方法，已知有如下方法：将带状的连续纤维材料(以下称为“带状材料”)赋形，制作期望形状的预成型体，在该预成型体中含浸树脂并使其固化，从而得到完成品。
预成型体的制作是利用自动纤维铺放(AFP)装置或自动铺带(ATL)装置等，将带状材料排列成强化纤维成为规定排列方向并进行层叠。
因此，当制作弯曲形状的预成型体时，与该弯曲形状相应地将带状材料贴合成曲线形(例如，参考专利文献1)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：(日本)特开2011-143610号公报
发明内容
发明所要解决的课题
但是，如果单纯地将带状材料贴合成曲线形，则有时无法将带状材料无缝地排列。
例如，如图4(A)和图4(B)所示，有时会制作具有在宽度方向弯曲的平板状卷筒部和从该宽度方向两端的弯曲边在同方向立设(弯曲形成)的凸缘部的预成型体。这种情况下，如果将一定宽度的带状材料单纯地在同方向排列，则导致面向带状材料的凸缘部的入射角会连续变化。其结果，凸缘部会使带状材料之间产生间隙，导致成品强度下降。
本发明是为了解决上述课题而完成的发明，其目的在于将带状材料无缝排列，并适宜地赋形为具有弯曲凸缘部的形状。
解决课题的手段
为了达到上述目的，权利要求1所述的发明是一种纤维材料的赋形装置，将含有沿长度方向延伸的连续纤维束的带状材料排列，赋形成具有弯曲凸缘部的赋形形状，其特征在于，所述纤维材料的赋形装置具有：
开纤单元，其将所述带状材料开纤，能够扩大其宽度；以及
承载单元，其构成为将经过所述开纤单元的所述带状材料承载在成型夹具的表面，并能够改变该承载的所述带状材料的方向，
其中，所述赋形形状为具有卷筒部和所述凸缘部的立体形状；所述卷筒部具有弯曲边，所述凸缘部从该卷筒部的所述弯曲边立设，
通过所述开纤单元，连续改变所述带状材料的宽度，以使该带状材料承载在所述成型夹具的表面时与相邻的带状材料之间不会产生间隙；并且，通过所述承载单元，以从所述卷筒部到所述凸缘部的带状材料的入射角一致的方式，将该带状材料承载为曲线形，并在所述成型夹具的表面上排列成多列。
权利要求2所述的发明，其特征在于，在权利要求1所述的纤维材料的赋形装置中，
所述卷筒部具有所述弯曲边和与该弯曲边相对的另一个弯曲边，
所述承载单元以与所述弯曲边和所述另一个弯曲边的长度之比相对应的曲率，将所述带状材料承载为曲线形。
权利要求3所述的发明是具有与权利要求1所述的纤维材料的赋形装置相同的特征的纤维材料的赋形方法。
发明效果
通过本发明，利用将带状材料开纤的开纤单元，连续改变带状材料的宽度，以使带状材料与相邻的带状材料之间不会产生间隙，并且以从卷筒部到凸缘部的带状材料的入射角一致的方式，将该带状材料承载为曲线形，并在成型夹具上排列成多列。
因此，能够将带状材料无缝排列，并适宜地赋形为具有弯曲凸缘部的形状。
附图说明
图1是实施方式的纤维材料的赋形装置的概念图。
图2A是用于说明实施方式的纤维材料的赋形方法的赋形例的图。
图2B是用于说明实施方式的纤维材料的赋形方法的赋形例的图。
图3A是用于说明实施方式的纤维材料的赋形方法的另一赋形例的图。
图3B是用于说明实施方式的纤维材料的赋形方法的另一赋形例的图。
图4A是用于说明现有赋形例的图。
图4B是用于说明现有赋形例的图。
具体实施方式
下面参照附图，对本发明的实施方式进行说明。
[纤维材料的赋形装置的构成]
首先，对本实施方式的纤维材料的赋形装置(以下简称为“赋形装置”)1的构成进行说明。
图1是赋形装置1的概念图。
如该图所示，赋形装置1用于将具有强化纤维的带状材料T赋形并制作预成型体，在本实施方式中，是赋形为具有弯曲凸缘部的赋形形状。带状材料T是含有沿长度方向延伸的连续纤维(碳纤维等强化纤维)的纤维束的干燥带状的连续纤维束，在本实施方式中用热可塑剂等捆扎。
具体而言，赋形装置1具有带状材料线轴2、层叠装置头3、成型夹具4和控制部5。
其中，带状材料线轴2将带状材料T卷绕保持，将该带状材料T向层叠装置头3供给。
层叠装置头3安装在构成为前端可自由移动的机械臂6的前端，通过该机械臂6移动，并将带状材料T从带状材料线轴2抽出承载(层叠)在成型夹具4的表面。
该层叠装置头3从带状材料T的运送方向上游侧开始，依次具有至少2对辊，即从带状材料线轴2将带状材料拉入的带状材料抽出辊31，以及将带状材料T层叠在成型夹具4的表面的层叠辊37。
带状材料抽出辊31和层叠辊37之间，设置有开纤单元33、粘性材料涂布装置35、以及切割器36。
其中，开纤单元33将带状材料T开纤，由此能够将其宽度在规定范围内自由扩大。该开纤单元33只要能够将带状材料T开纤，将其宽度自由扩大，其具体构成则没有特别限制。例如，可以是与带状材料T物理接触而将其开纤的机械式开纤单元(例如参考日本特开平3-146736号公报)，也可以是使带状材料T在流体(空气或液体)中通过而将其开纤的流体式开纤单元(例如参考日本特开平11-172562号公报)，或利用电气的电力将带状材料T开纤的电气式开纤单元(例如参考日本特开平07-258949号公报)等。
粘性材料涂布装置35在带状材料T的一个主面(层叠时位于下侧的主面)涂布粘性(临时固定)材料。
切割器36将带状材料T切割成需要的长度。
成型夹具4是通过层叠装置头3将带状材料T承载(层叠)在表面的模具台。该成型夹具4在本实施方式中形成为具有平板部(上板部)和侧板部的形状，其中，平板部(上板部)具有至少一个弯曲边，侧板部从该弯曲边向下方立设。
控制部5对赋形装置1各部分的运行进行综合控制。具体而言，控制部5控制机械臂6的动作并控制层叠装置头3的位置和方向、速度等，或是控制开纤单元33对带状材料T的开纤程度(即开纤后的带状材料T的宽度)。
[纤维材料的赋形方法]
下面举出具体例，对使用赋形装置1的纤维材料(带状材料T)的赋形方法进行说明。
在此，对将带状材料T赋形为具有弯曲凸缘部的立体形状的情况进行说明。
图2(A)和图2(B)是用于说明该赋形例的图。
在制作具有在宽度方向弯曲的平板状卷筒部81和从该宽度方向两端的弯曲边向相同方向立设(弯曲形成)的两个凸缘部82的层叠体8时，如果将一定宽度的带状材料T单纯地排列在相同方向，则面向带状材料T的凸缘部82的入射角会连续变化(参考图4(A)、图4(B))。其结果，导致在凸缘部82带状材料T之间产生间隙。
因此，在本实施方式的赋形装置1中，如图2(A)、图2(B)所示，使从卷筒部81向凸缘部82的带状材料T的入射角α一致，并在连续改变该带状材料T的宽度的同时将该带状材料T承载在成型夹具4，由此将带状材料T无缝排列。
具体而言，赋形装置1的控制部5通过机械臂6改变层叠装置头3的方向并使其移动，以从卷筒部81向凸缘部82的带状材料T的入射角α一致的方式，将该带状材料T承载(导向)为曲线形。并且同时，控制部5为了填补与相邻带状材料T的间隙，还一边通过开纤单元33，以从内测(图2(A)的下侧)的弯曲边向外侧(图2(A)的上侧)的弯曲边拓宽的方式连续改变带状材料T的宽度，一边将该带状材料T承载在成型夹具4的表面。此时，与卷筒部81两端的两个弯曲边的曲率或其长度的比例相对应地适当设定因导向而产生的带状材料T的曲率。
另外，图2(B)中只示出了带状材料T相对于图中面前侧的凸缘部82的入射角α，但也同样使面向图中深处侧的凸缘部82的带状材料T的入射角一致。
也就是说，赋形装置1通过导向而使从卷筒部81向凸缘部82的带状材料T的入射角α一致，并连续改变该带状材料T的宽度以填补此时带状材料T之间的间隙。
由此，能够将带状材料T无缝排列，并适宜地赋形为具有弯曲凸缘部82的立体形状。
如此，通过将带状材料T依次排列并层叠，可以制作与成形夹具4的形状相对应的层叠体8。而且，根据需要将该层叠体8进行冲压等，由此可以制成预成型体。之后，通过RTM(Resin Transfer Molding，树脂传递模塑)成型用树脂含浸该预成型体，由此可以制成纤维强化复合材料。
[效果]
如上所述，通过本实施方式，利用将带状材料T开纤的开纤单元33，连续改变带状材料T的宽度，以使带状材料T与相邻的带状材料T之间不会产生间隙，并且以从卷筒部81到凸缘部82的带状材料T的入射角α一致的方式，将该带状材料T承载为曲线形，并在成型夹具4上排列成多列。
也就是说，该带状材料T被导向成从卷筒部81向凸缘部82的带状材料T的入射角α一致，并连续改变该带状材料T的宽度以填补此时带状材料T之间的间隙。
因此，能够将带状材料T无缝排列，并适宜地赋形为具有弯曲凸缘部82的形状。
[变形例]
此外，可适用本发明的实施方式不限于上述实施方式，在不脱离本发明主旨的范围内可以适宜变更。
例如，在上述实施方式中，以从在宽度方向弯曲的平板状的卷筒部81的弯曲边立设有凸缘部82的赋形形状为例进行了说明，但可适用本发明的赋形形状只要是至少一个凸缘部从卷筒部的弯曲边立设的形状，则没有特别限制。
因此，卷筒部的形状例如可以如图3(A)所示，相对的两个弯曲边均为凹形，也可以如图3(B)所示，与弯曲边相对的边是直线形。另外，图3(A)、图3(B)中的细线是用于确定带状材料T的粘贴方式的虚拟线。
另外，本发明的带状材料只要是沿着与卷筒部的弯曲边交叉的方向延伸，就没有特别限制。
工业实用性
如上所述，本发明的纤维材料的赋形装置和纤维材料的赋形方法能够用于适当地将带状材料赋形成具有弯曲凸缘部的形状。
符号说明
1 纤维材料的赋形装置
3 层叠装置头
33 开纤单元
37 层叠辊
4 成型夹具
5 控制部
6 机械臂
8 层叠体
81 卷筒部
82 凸缘部
T 带状材料
α 入射角

Claims (3)

1.一种纤维材料的赋形装置，将含有沿长度方向延伸的连续纤维束的带状材料排列，赋形成具有弯曲凸缘部的赋形形状，其特征在于，所述纤维材料的赋形装置具有：
开纤单元，其将所述带状材料开纤，能够扩大其宽度；以及
承载单元，其构成为将经过所述开纤单元的所述带状材料承载在成型夹具的表面，并能够改变该承载的所述带状材料的方向，
其中，所述赋形形状为具有卷筒部和所述凸缘部的立体形状；所述卷筒部具有弯曲边，所述凸缘部从该卷筒部的所述弯曲边立设，
通过所述开纤单元，连续改变所述带状材料的宽度，以使该带状材料承载在所述成型夹具的表面时与相邻的带状材料之间不会产生间隙；并且，通过所述承载单元，以从所述卷筒部到所述凸缘部的带状材料的入射角一致的方式，将该带状材料承载为曲线形，并在所述成型夹具的表面上排列成多列。
2.根据权利要求1所述的纤维材料的赋形装置，其特征在于，
所述卷筒部具有所述弯曲边和与该弯曲边相对的另一个弯曲边，
所述承载单元以与所述弯曲边和所述另一个弯曲边的长度之比相对应的曲率，将所述带状材料承载为曲线形。
3.一种纤维材料的赋形方法，将含有沿长度方向延伸的连续纤维束的带状材料排列，赋形成具有弯曲凸缘部的赋形形状，其特征在于，
纤维材料的赋形装置执行以下步骤：
开纤步骤，将所述带状材料开纤，能够扩大其宽度；以及
承载步骤，将经过所述开纤步骤的所述带状材料承载在成型夹具的表面，
其中，所述赋形形状为具有卷筒部和所述凸缘部的立体形状；所述卷筒部具有弯曲边，所述凸缘部从该卷筒部的所述弯曲边立设，
通过所述开纤步骤，连续改变所述带状材料的宽度，以使该带状材料承载在所述成型夹具的表面时与相邻的带状材料之间不会产生间隙；并且，通过所述承载步骤，以从所述卷筒部到所述凸缘部的带状材料的入射角一致的方式，将该带状材料承载为曲线形，并在所述成型夹具的表面上排列成多列。
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