CN115464825A - 用于制造金属树脂复合体的模具、装置以及方法 - Google Patents
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Abstract
模具(100)是用于冲压成形金属板(10)以及树脂材料(20)而制造金属树脂复合体(1)的模具。模具(100)具有夹入金属板(10)以及树脂材料(20)的上模(110)以及下模(120)。利用上模(110)以及下模(120)设置用于配置树脂材料(20)的腔室(C)。上模(110)具有用于令从腔室(C)漏出的树脂材料(20)流入的凹部。
Description
技术领域
本发明涉及用于制造金属树脂复合体的模具、装置以及方法。
背景技术
公知有用于对金属部件以及具有热硬化性的树脂材料进行冲压成形而制造金属树脂复合体的装置(例如专利文献1)。
【专利文献1】日本特开2020-104411号公报。
发明内容
本发明所要解决的课题
在成形上述金属树脂复合体时,与仅冲压成形树脂时相比,难以封闭上模与下模的间隙。其结果,有可能树脂材料通过模具的上模与下模的间隙而漏出到意图外的部位。这样的树脂材料的漏出会引发例如之后的组装工序中的点焊不良、树脂材料向模具的其他的间隙流入所导致的模具固结、或者树脂材料的填充压不足所导致的未填充等的问题。
本发明的课题在于,在用于制造金属树脂复合体的模具、装置以及方法中,抑制树脂材料向意图外的部位的漏出。
解决课题的手段
本发明的第一方式提供一种模具,是用于冲压成形金属部件以及树脂材料而制造金属树脂复合体的模具,具备夹入前述金属部件以及前述树脂材料的上模以及下模,利用前述上模以及前述下模设置用于配置前述树脂材料的腔室,前述上模具有用于令从前述腔室漏出的前述树脂材料流入的凹部。
根据该构成,即便树脂材料从用于配置树脂材料的腔室漏出时,也能够利用凹部捕集树脂材料,所以能够抑制树脂材料向意图外的部位的漏出。即,上述构成中,并不是完全防止树脂材料从腔室漏出而是允许树脂材料向预先设想的部位(凹部)流动。捕集于凹部的树脂材料在成形后呈现为毛刺,但能够通过去除毛刺而确保作为金属树脂复合体的产品的外观。
也可以前述上模为形成有前述凹部的冲头。此外,也可以前述上模具有形成有前述凹部且用于推压前述金属部件的保持器、及用于成形的冲头。
根据这些构成,在冲头或者保持器形成凹部,所以无需增加部件就能够简单地形成凹部。
前述凹部也可以具有铅直方向比水平方向长的形状。
根据该构成,能够抑制凹部在水平方向中变长。凹部若在水平方向中变长,则捕集于凹部的树脂材料在成形后呈现为水平方向长的毛刺。这样的毛刺、或者将该毛刺除去后的毛刺去除痕有可能成为将金属树脂复合体与其他零件接合时的妨碍。此外,金属部件具有凸缘部时,变得无法压制金属部件的凸缘部,所以有可能成形后的尺寸精度降低。
前述凹部也可以具有能够从下方支承前述树脂材料的座部。
根据该构成,利用座部从下方支承树脂材料,从而能够抑制树脂材料意外地附着在金属树脂复合体的上表面。从而,能够确保金属树脂复合体的外观、表面品质。
前述金属树脂复合体也可以在垂直于长边方向的截面中具有沿水平方向延伸的底壁部、从前述底壁部的两端立起的侧壁部、从前述侧壁部向水平方向外侧延伸的凸缘部,前述上模在前述截面中,具有成形前述底壁部的第一成形上表面、成形前述侧壁部的第二成形上表面、成形前述凸缘部的第三成形上表面,前述下模在前述截面中具有成形前述底壁部的第一成形下表面、成形前述侧壁部的第二成形下表面、成形前述凸缘部的第三成形下表面,在前述第二成形上表面设置有台阶。
根据该构成,树脂材料为了从腔室漏出,需要越过上模的台阶而流动,所以能够抑制树脂材料的漏出。从而,能够提高树脂材料的腔室中的填充压,能够提高品质。
前述第二成形上表面的比前述台阶更上部的长度也可以为5mm以上。
根据该构成,能够一定程度地抑制树脂材料向凸缘部的漏出。金属树脂复合体的凸缘部多用于与其他零件的接合,是需要表面的保护的部分。
在关闭前述上模和前述下模的状态中,前述第二成形上表面与前述第二成形下表面之间的距离也可以设定为至少部分地与前述金属部件的厚度相等。
根据该构成,能够抑制树脂材料在第二成形上表面与第二成形下表面之间流动,所以能够抑制树脂材料从腔室的漏出,并且能够提高树脂材料的填充压。在此,“相等”是设计上的设定,并不意味能够完全防止从腔室的树脂材料的漏出。
本发明的第二方式提供一种用于制造金属树脂复合体的装置,是用于冲压成形金属部件以及树脂材料而制造金属树脂复合体的装置,具备夹入前述金属部件以及前述树脂材料的上模以及下模、令前述上模以及前述下模的至少一方沿铅直方向移动的驱动部,利用前述上模以及前述下模设置用于配置前述树脂材料的腔室,前述上模具有用于令从前述腔室漏出的前述树脂材料流入的凹部。
根据该构成,即便树脂材料从用于配置树脂材料的腔室漏出时,也能够利用凹部捕集树脂材料,所以能够抑制树脂材料向意图外的部位的漏出。
本发明的第三方式提供一种用于制造金属树脂复合体的方法,是用于冲压成形金属部件以及树脂材料而制造金属树脂复合体的方法,包含下述动作,利用设置用于配置前述树脂材料的腔室的上模以及下模夹入前述金属部件以及前述树脂材料,为了利用设置于前述上模的凹部捕集从前述腔室漏出的前述树脂材料,令前述树脂材料向前述凹部流动。
根据该构成,即便树脂材料从用于配置树脂材料的腔室漏出时,也能够利用凹部捕集树脂材料,所以能够抑制树脂材料向意图外的部位的漏出。
发明的效果
根据本发明,在用于制造金属树脂复合体的模具、装置、以及方法中,能够抑制树脂材料向意图外的部位漏出。
附图说明
图1是金属树脂复合体的剖视图。
图2是表示第一实施方式中的用于制造金属树脂复合体的方法的第一工序的剖视图。
图3是表示第一实施方式中的用于制造金属树脂复合体的方法的第二工序的剖视图。
图4是表示第一实施方式中的用于制造金属树脂复合体的方法的第三工序的剖视图。
图5是表示第一实施方式中的用于制造金属树脂复合体的方法的第四工序的剖视图。
图6是表示第一实施方式中的用于制造金属树脂复合体的方法的第五工序的剖视图。
图7是表示第一实施方式中的用于制造金属树脂复合体的方法的第六工序的剖视图。
图8是表示第一实施方式的第一变形例中的用于制造金属树脂复合体的方法的第三工序的剖视图。
图9是表示第一实施方式的第一变形例中的用于制造金属树脂复合体的方法的第四工序的剖视图。
图10是表示第一实施方式的第二变形例中的用于制造金属树脂复合体的方法的第三工序的剖视图。
图11是表示第二实施方式中的用于制造金属树脂复合体的方法的第一工序的剖视图。
图12是表示第二实施方式中的用于制造金属树脂复合体的方法的第二工序的剖视图。
图13是表示第二实施方式中的用于制造金属树脂复合体的方法的第三工序的剖视图。
图14是表示第二实施方式中的用于制造金属树脂复合体的方法的第四工序的剖视图。
图15是表示第二实施方式中的用于制造金属树脂复合体的方法的第五工序的剖视图。
图16是表示第二实施方式中的用于制造金属树脂复合体的方法的第六工序的剖视图。
图17是表示第二实施方式中的用于制造金属树脂复合体的方法的第七工序的剖视图。
图18是表示第二实施方式中的用于制造金属树脂复合体的方法的第八工序的剖视图。
图19是变形例中的金属树脂复合体的剖视图。
图20是变形例中的模具的剖视图。
附图标记说明
1金属树脂复合体
2底壁部
3侧壁部
3a台阶部
4凸缘部
10金属板(金属部件)
20树脂材料
50装置
100模具
110上模
110a冲头
110b保持器
111第一成形上表面
112第二成形上表面
112a台阶
113第三成形上表面
113a凹部
113b座部
114垫片
120下模
121第一成形下表面
122第二成形下表面
123第三成形下表面
130驱动部
140加热部
C腔室。
具体实施方式
以下,参照附图,作为本发明的实施方式,说明用于制造金属树脂复合体的模具,装置以及方法。
(第一实施方式)
参照图1,由本实施方式制造的金属树脂复合体1包含金属板(金属部件)10和树脂材料20。金属树脂复合体1在垂直于长边方向的截面中呈帽形。详细而言,通过在具有帽形状的金属板10的内面(凹面)固结树脂材料20而构成金属树脂复合体1。但是,金属树脂复合体1的形状不限定于帽形,可以是任意的形状。
金属树脂复合体1具有:沿水平方向延伸的底壁部2,从底壁部2的两端立起的侧壁部3,从侧壁部3向水平方向外侧延伸的凸缘部4。底壁部2由金属板10和树脂材料20构成,侧壁部3由金属板10和树脂材料20构成,凸缘部4仅由金属板10构成。侧壁部3中,设置有从底壁部2向凸缘部4树脂材料20的厚度减少的台阶部3a。
参照图2~7说明本实施方式中的用于制造金属树脂复合体1的模具100,装置50以及方法。附图中将水平方向作为X方向示出,将铅直方向(上下方向)作为Y方向示出。此外,对于金属树脂复合体1(金属板10和树脂材料20),带有表示为截面的阴影线,对于其他的部件为了令图示清楚而省略阴影线。
本实施方式中,在顺次执行图2~7所示的第一~第六工序中,执行两次的冲压成形。在图2~4所示的第一~第三工序中执行第一次的冲压,在图4~6所示的第三~第五工序中执行第二次的冲压。此外,在图7所示的第六工序中执行毛刺去除。另外,在本实施方式中,第一次和第二次的冲压由同一模具100执行,但也可以由分别的模具来执行第一次和第二次的冲压。
本实施方式中的用于制造金属树脂复合体1的装置50具有模具100、驱动模具100的驱动部130、加热模具100的加热部140。另外,驱动部130以及加热部140能够使用可执行冲压成形的公知的装置,没有进行详细图示而仅在图2中示出示意图,在图3以后省略图示。
模具100是用于冲压成形金属板10以及树脂材料20而制造金属树脂复合体1的装置。模具100具有夹入金属板10以及树脂材料20的上模110和下模120。本实施方式中,上模110构成为冲头,下模120构成为冲模。上模110能够借助驱动部130沿铅直方向移动,即构成为能够相对于下模120接近以及离开。但是,对于利用驱动部130的模具100的驱动方式没有特别限定,驱动部130能够令上模110以及下模120的至少一方沿铅直方向移动。
上模110具有成形底壁部2(图1参照)的第一成形上表面111、成形侧壁部3(图1参照)的第二成形上表面112、成形凸缘部4(图1参照)的第三成形上表面113。本实施方式中,第一成形上表面111以及第三成形上表面113构成为水平面,第二成形上表面112构成为将第一成形上表面111以及第三成形上表面113连接并且从铅直方向倾斜。
本实施方式中,在第二成形上表面112设置有阶差112a。阶差112a设置为从第一成形上表面111朝向第三成形上表面113升高一级。
本实施方式中,在上模(冲头)110形成有用于捕集树脂材料20的凹部113a。凹部113a在第三成形上表面113中形成为向下方开口。凹部113a在图示的截面中为矩形。
在图2~3所示的第一~第二工序中,以填埋凹部113a的方式配置垫片114。垫片114具有与凹部113a相应的形状,构成为能够相对于凹部113a拆装。此外,在图4~7所示的第三~第六工序中,从凹部113a取下垫片114。
下模120具有成形底壁部2(图1参照)的第一成形下表面121、成形侧壁部3(图1参照)的第二成形下表面122、成形凸缘部4(图1参照)的第三成形下表面123。本实施方式中,第一成形下表面121以及第三成形下表面123构成为水平面,第二成形下表面122将第一成形下表面121以及第三成形下表面123连接并且从铅直方向倾斜地构成。第一成形下表面121与第一成形上表面111对置地配置,第二成形下表面122与第二成形上表面112对置地配置,第三成形下表面123与第三成形上表面113对置地配置。
优选第二成形上表面112以及第二成形下表面122从铅直方向倾斜3~10度。由此,能够一边令树脂材料20从腔室C漏出一边减小上模110和下模120的间隙。从而,能够提高腔室C中的树脂材料20的填充压,并且能够抑制树脂材料20向凸缘部4附着。
在图2所示的第一工序中,利用加热部140加热上模110及下模120,准备成能够进行温轧。此外,将成形前的平板状的金属板10载置在下模120上。
在图3所示的第二工序中,令上模110下降,利用上模110和下模120夹入金属板10而冲压成形为大致帽形。在上模110和下模120关闭的状态中,第一成形上表面111与第一成形下表面121之间的距离d1比金属板10的厚度t大(d1>t),第三成形上表面113和第三成形下表面123之间的距离d3与金属板10的厚度t大致相等(d3=t)。此外,阶差112a的下方中的第二成形上表面112与第二成形下表面122之间的距离d21比金属板10的厚度t大(d21>t),阶差112a的上方中的第二成形上表面112与第二成形下表面122之间的距离d22与金属板10的厚度t大致相等或者稍大(d22=t或者d22>t)。特别地,通过将距离d22相对于金属板10的厚度t设定为相等,能够提高后工序中的树脂材料20的填充压。另外,本工序中,树脂材料20(参照图4~7)还未被填充,仅由上模110和下模120夹入金属板10。在第一~第二成形上表面111~112和第一~第二成形下表面121~122(详细而言金属板10)之间,设置有用于填充树脂材料20的腔室C。
在图4所示的第三工序中,令上模110上升。此时,金属板10成形为接近最终形状(本实施方式中为帽形)的形状。与上模110的上升一起,将垫片114(图3参照)从凹部113a取下。然后,在金属板10上载置被剪裁为必要的尺寸的片状的树脂材料20(也称为预浸料。)。本实施方式中,利用被称为SMC(Sheet Molding Compound)法的成形法,令该树脂材料20在高温高压下硬化(参照后述的第四工序)。本实施方式中,作为树脂材料20,使用在树脂中含浸了玻璃纤维、碳纤维的纤维强化树脂(FRP:Fiber Reinforced Plastic)。此外,本实施方式中,树脂材料20具有热硬化性。本工序中,树脂材料20还未被加热,即还未硬化。另外,树脂材料20不是必须为片状,可以是任意的形状。
图5所示的第四工序中,令上模110下降,通过上模110和下模120夹入金属板10和树脂材料20并冲压成形为帽形。此时,树脂材料20被填充于腔室C。即,利用SMC法,将剪裁为必要的尺寸的树脂材料20投入模具100,在高温高圧下令其硬化。本实施方式中,腔室C是由上模110和下模120(详细而言金属板10)夹入而形成的比阶差112a靠下方的空间。一部分的树脂材料20从腔室C漏出,沿第二成形上表面112向上方流动而被捕集于凹部113a。在凹部113a内,树脂材料20变为块而硬化。
在图6所示的第5工序中,令上模110上升。金属板10成形为最终形状(本实施方式中为帽形),在金属板10的上表面(帽形的凹面)固结树脂材料20,形成金属树脂复合体1。但是,作为毛刺而残存有捕集于凹部113a而变为块而硬化了的树脂材料20。
在图7所示的第六工序中,利用刀具等的去毛刺工具150去除上述毛刺。这样地制造作为产品的的帽形的金属树脂复合体1。
根据本实施方式,即便在树脂材料20从腔室C漏出时,也能够利用凹部113a捕集树脂材料20,所以能够抑制树脂材料20向例如凸缘部4等的意图外的部位漏出。即,本实施方式中,并不是完全地防止树脂材料20从腔室C漏出,而是允许树脂材料20向预先设想的部位(凹部113a)的流动。在此,被捕集在凹部113a的树脂材料20在成形后呈现为毛刺,但通过去除毛刺能够保持作为金属树脂复合体1的产品的外观。
此外,由于在上模(冲头)110形成凹部113a,所以无需增加部件就能够简单地形成凹部113a。
此外,树脂材料20为了从腔室C漏出,需要越过上模110的台阶112a而流动,所以能够抑制树脂材料20的漏出。从而,能够提高树脂材料20的腔室C中的填充压,能够提高品质。
此外,参照图4,第二成形上表面112的比台阶112a更上部的长度D1也可以为5mm以上(D1≥5mm)。由此,能够确保从腔室C到凸缘部4的距离为一定长度以上,能够一定程度地抑制树脂材料20向凸缘部4的漏出。金属树脂复合体1的凸缘部4多用于与其他零件的接合,是需要进行表面的保护的部分。
此外,参照表示图4的变形例的图8,凹部113a也可以具有铅直方向比水平方向长的形状(D2<D3)。由此,能够抑制凹部113a在水平方向中变长。若凹部113a在水平方向中变长,则被捕集在凹部113a的树脂材料20在成形后呈现为在水平方向上长的毛刺。这样的毛刺或者将该毛刺除去后的毛刺去除痕有可能成为金属树脂复合体1与其他零件接合时的妨碍。
此外,参照表示图4,5的变形例的图9,10,凹部113a也可以具有能够从下方支承树脂材料20的座部113b。在图9的虚线圆内,放大表示凹部113a以及座部113b。图示的例子中,座部113b形成为局部地堵塞凹部113a。其结果,凹部113a具有开口窄而在内部扩张的形状。从而,能够利用座部113b从下方支承流入到凹部113a内的树脂材料20,能够抑制树脂材料20意图外地附着在金属树脂复合体1的上表面。从而,能够确保金属树脂复合体1的外观、表面品质。
(第二实施方式)
参照图11~18,说明第二实施方式中的用于制造金属树脂复合体1的模具100、装置50、以及方法。
图11~18所示的本实施方式为,上模110具有分离的冲头110a以及保持器110b。除此以外与第一实施方式实质相同。从而,对于第一实施方式中示出了的部分有时省略说明。
本实施方式中,上模110具有用于推压金属板10的保持器110b、以及用于成形的冲头110a。保持器110b以及冲头110a借助驱动部140(参照图2)而能够独立地沿铅直方向移动。本实施方式中,在保持器110b形成凹部113a。详细而言,凹部113a形成在保持器110b的水平方向内侧与冲头110a邻接的位置。凹部113a的侧面由冲头110a的水平方向外侧面、保持器110b的水平方向内侧面构成。凹部113a的底面(图中上表面)由保持器110b构成。
本实施方式中,在顺次执行图11~18所示的第一~第八工序中,执行两次的冲压成形。在图11~14所示的第一~第四工序中执行第一次的冲压,在图14~17所示的第四~第七工序中执行第二次的冲压。此外,在图18所示的第八工序中执行毛刺去除。
在图11~14所示的第一~第四工序的第一次的冲压中,与第一实施方式不同,保持器110b比冲头110a先下降而推压金属板10。接着,冲头110a下降而冲压成形金属板10。本实施方式的第一~第四工序除了这样地独立驱动冲头110a和保持器110b以外与第一实施方式的第一~第三工序实质相同。
图14~17所示的第四~第七工序的第二次的冲压中也与第一实施方式不同,保持器110b比冲头110a先下降而推压金属板10。接着,冲头110a下降而冲压成形金属板10。本实施方式的第四~第七工序除了这样地独立驱动冲头110a和保持器110b以外与第一实施方式的第三~第五工序实质相同。
关于图18所示的第八工序的毛刺去除,与第一实施方式的第六工序相同。
根据本实施方式,在保持器110b形成凹部113a,所以无需增加部件就能够简单地形成凹部113a。
以上说明了本发明的具体的实施方式以及其变形例,但本发明并不限定于上述实施方式,能够在本发明的范围内进行各种变更而实施。例如,也可以将各个实施方式、变形例的内容适当组合而成的方式作为本发明的一实施方式。
此外,作为树脂材料20也可以使用在热可塑性树脂中含浸了玻璃纤维或者碳纤维而成的材料。此时,将树脂材料20加热而在令其软化了的状态下投入模具100。而且,在模具100内在金属板10上冷却而令其硬化从而制造金属树脂复合体1。
此外,参照图19,在金属树脂复合体1中,树脂材料20也可以在侧壁部3终止(端面3a参照)。这样的金属树脂复合体1通过从图1所示的状态除去比端面3a更上方的树脂材料20(毛刺去除)而制造。
此外,参照图20,也可以第二成形上表面112与第二成形下表面122的间隙d22随着朝向上方而变宽(d222>d221)。图示的例子中,第二成形下表面122的倾斜角度是一定的,令第二成形上表面112的倾斜角度以随着朝向上方而沿铅直方向的方式变化。
金属树脂复合体1中,也可以在金属板10和树脂材料20之间设置粘接层。此时,通过设置粘接层,能够将金属部件10和树脂材料20牢固地一体成形。
Claims (10)
1.一种模具,是用于冲压成形金属部件以及树脂材料而制造金属树脂复合体的模具,
具备夹入前述金属部件以及前述树脂材料的上模以及下模,
利用前述上模以及前述下模设置用于配置前述树脂材料的腔室,
前述上模具有用于令从前述腔室漏出的前述树脂材料流入的凹部。
2.根据权利要求1所述的模具,其特征在于,
前述上模为形成有前述凹部的冲头。
3.根据权利要求1所述的模具,其特征在于,
前述上模具有:
形成有前述凹部且用于推压前述金属部件的保持器、
用于成形的冲头。
4.根据权利要求1至3中任意一项所述的模具,其特征在于,
前述凹部具有铅直方向比水平方向长的形状。
5.根据权利要求1至3中任意一项所述的模具,其特征在于,
前述凹部具有能够从下方支承前述树脂材料的座部。
6.根据权利要求1至3中任意一项所述的模具,其特征在于,
前述金属树脂复合体在垂直于长边方向的截面中具有沿水平方向延伸的底壁部、从前述底壁部的两端立起的侧壁部、从前述侧壁部向水平方向外侧延伸的凸缘部,
前述上模在前述截面中,具有成形前述底壁部的第一成形上表面、成形前述侧壁部的第二成形上表面、成形前述凸缘部的第三成形上表面,
前述下模在前述截面中具有成形前述底壁部的第一成形下表面、成形前述侧壁部的第二成形下表面、成形前述凸缘部的第三成形下表面,
在前述第二成形上表面设置有台阶。
7.根据权利要求6所述的模具,其特征在于,
前述第二成形上表面的比前述台阶更上部的长度为5mm以上。
8.根据权利要求6所述的模具,其特征在于,
在关闭前述上模和前述下模的状态中,前述第二成形上表面与前述第二成形下表面之间的距离设定为至少部分地与前述金属部件的厚度相等。
9.一种装置,是用于冲压成形金属部件以及树脂材料而制造金属树脂复合体的装置,
具备夹入前述金属部件以及前述树脂材料的上模以及下模,
利用前述上模以及前述下模设置用于配置前述树脂材料的腔室,
前述上模具有用于令从前述腔室漏出的前述树脂材料流入的凹部,
具有令前述上模以及前述下模的至少一方沿铅直方向移动的驱动部。
10.一种方法,是用于冲压成形金属部件以及树脂材料而制造金属树脂复合体的方法,
包含下述动作,
利用设置用于配置前述树脂材料的腔室的上模以及下模夹入前述金属部件以及前述树脂材料,
为了利用设置于前述上模的凹部来捕集从前述腔室漏出的前述树脂材料,令从前述腔室漏出的前述树脂材料向前述凹部流动。
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