CN1911639A - 制造承载纤维织物支撑结构的方法和设备 - Google Patents

Abstract

一种用来制造承载纤维织物结构的方法和设备，其承载纤维织物的外围边缘用浇模空腔终止。设备包括用来拉伸纤维织物的拉伸装置、用来将纤维织物保持在拉伸状态下的纤维织物保持装置和用来围绕纤维织物外围浇模框架的浇模装置。方法包括的步骤为在拉伸装置中夹紧纤维织物的外围边缘、在邻接浇模装置的位置启动拉伸装置来拉伸纤维织物、贴着浇模装置的面夹住已拉伸的纤维织物、从拉伸装置释放纤维织物的外围边缘、从浇模装置的轨迹移动拉伸装置、在纤维织物上闭合浇模装置并使同纤维织物的外围边缘终止在浇模空腔中和将熔化的材料注射到浇模空腔中以在纤维织物的外边缘直接形成框架。

Description

制造承载纤维织物支撑结构的方法和设备

本申请要求2005年8月12号提交的美国临时专利申请60/707879的优先权。

技术领域

本发明涉及一种支撑结构，并且特别涉及与合并承载纤维织物作为承载表面的支撑结构相关的方法和设备。

背景技术

承载纤维织物作为承载表面而持续获得增长的市场份额。承载纤维织物有多种期望特征。例如，承载纤维织物提供有吸引力且易于维护的耐用和高强度承载表面。在其它方面承载纤维织物的特征可被调整来提供非常适合于使用在机座和其它机体支撑应用的表面。

经验揭示通过直接浇模到支撑结构来制造承载纤维织物结构很困难。典型地，用来承受作用到承载结构上的载荷所需的材料类型不适合同承载纤维织物直接浇模。例如，浇模框架材料所需的浇模状态将损坏承载纤维织物。问题是，在很多应用中承载纤维织物使用“载体”安装于支撑框架上。载体是从更适合同承载纤维织物直接浇模的材料制造的中介零件。因此，载体可被浇模在纤维织物的适当位置来提供能够安装于支撑框架上的结构。使用分体的载体增加结构的制造和装配成本。例如，使用分体的载体要求另外的浇模，在制造期间要求时间和工作来制造载体并将其连接到框架上。

由于涉及承载纤维织物和相关结构对应体的技术不断提高，所以可一致地，统一地在纤维织物的适当位置上直接浇模框架。这类型传统制造系统中，纤维织物完全扩展穿过浇模腔，并且通过例如浇模自身或伸长位于浇模外部的装置外围边缘而保持在浇模腔的外部。虽然这些制造系统克服与使用分体的载体相关的一些问题，但用于保持纤维织物的额外纤维织物必须从承载结构修剪。结果浪费纤维织物并可在承载结构周围留有可见的修剪线。

因此，需要改进的方法和设备以用来制造框架在适当位置直接浇模到纤维织物上的承载纤维织物结构。

发明内容

本发明提供的一种用来制造承载纤维织物直接连接到支撑框架上的承载纤维织物结构的设备以克服上述问题。设备通常包括用来形成支撑框架的浇模、用来拉伸承载纤维织物的拉伸装置和放置在浇模内部以用来在浇模期间将纤维织物保持在拉伸状态下的纤维织物保持装置。

在一个实施例中，浇模包括两个浇模零件和安装到浇模附近来在浇模零件之间的空间拉伸纤维织物的拉伸装置。在一个实施例中，拉伸装置包括一个或多个闭合在纤维织物边缘然后可移动以在纤维织物上施加拉伸的可动夹具。

在一个实施例中，纤维织物保持装置包括在浇模期间将纤维织物保持于拉伸状态下的纤维织物头。在一个实施例中，纤维织物头同浇模零件合作来夹持拉伸的承载纤维织物并因此使其保持在拉伸状态下。在另一个实施例中，纤维织物头可包括穿过承载纤维织物的空隙来将纤维织物保持在拉伸状态下的多个销。

在一个实施例中，浇模包括固定浇模零件和移动浇模零件。在该实施例中，拉伸装置安装到固定浇模零件附近，在那里拉伸装置拉伸邻近固定浇模零件表面的承载纤维织物。在该实施例中，移动浇模零件通常为外围并且形成包容纤维织物保持装置的头部的内部空间，因此当它被纤维织物保持装置保持时许可移动浇模零件来在拉伸纤维织物上闭合。

本发明提供一种用来制造承载支撑结构的方法，其包括通常步骤：(1)用拉伸装置拉伸承载纤维织物，(2)用纤维织物保持装置将承载纤维织物保持在拉伸状态下，(3)当用纤维织物保持装置继续将纤维织物的至少部分保持在拉伸状态下时，从拉伸装置释放纤维织物来提供自由边缘，(4)用在浇模空腔中包容的纤维织物的自由边缘的至少部分来围绕纤维织物闭合浇模，(5)注射支撑框架材料到浇模空腔中，和(6)允许支撑框架材料固化，并且因此同承载纤维织物一体化结合。承载纤维织物的尺寸和形状已被选择，所以在它被拉伸装置释放后，承载纤维织物的至少部分在浇模空腔中截止。

本发明提供一种高效率的、有效的和相对便宜的用来制造承载纤维织物结构的设备，其框架围绕承载纤维织物在适当位置浇模。纤维织物保持装置允许承载纤维织物的外围边缘在浇模空腔中截止，因此不需修剪纤维织物。拉伸装置提供恒定的，可控制的纤维织物拉伸。在浇模操作期间纤维织物保持装置将纤维织物的期望部分保持在拉伸状态下，因此在浇模期间允许将拉伸装置移出，所以不与浇模操作干涉。结果，本发明提供具有有效循环时间一致的，可重复的制造过程。

本发明的这些和其它目标、优点和特征将通过参考当前实施例和附图的详细描述而容易理解和认识。

附图说明

图1是表示根据本发明的实施例的制造系统的局部侧剖视图；

图2是拉伸装置的俯视图；

图3是夹具装置的侧视图；

图4是以虚线显示的移动浇模部件的纤维织物保持装置的侧视图；

图5是浇模装置局部侧剖视图；

图6A是准备加载的制造系统部分的侧视图；

图6B是具有加载的纤维织物的制造系统部分的侧视图；

图6C是具有拉伸的纤维织物的制造系统部分的侧视图；

图6D是具有在拉伸的纤维织物上的适当位置的纤维织物保持系统的头的制造系统部分的侧视图；

图6E是具有从拉伸装置释放的纤维织物的制造系统部分的侧视图；

图6F是具有缩回以用来浇模的拉伸装置的制造系统部分的侧视图；

图6G是具有闭合的浇模的制造系统部分的侧视图；

图6H是框架已浇模后的制造系统部分的侧视图；

图7A是浇模前浇模装置部分的放大侧剖视图；

图7B是浇模后浇模装置部分的放大侧剖视图。

具体实施方式

用来制造承载纤维织物结构的系统在图1中示出并通常由标记10表示。制造系统10被设计为将结构框架直接浇模到预拉伸的承载纤维织物14的截面的外围上。系统10通常包括用来拉伸承载纤维织物14的拉伸装置20、在纤维织物14被拉伸装置20释放后用来使纤维织物14保持在拉伸状态下的纤维织物保持装置22和当纤维织物14被保持装置22保持时用来围绕纤维织物14浇模框架12的浇模装置24。本发明结合适合使用在用于机座应用的承载纤维织物机座装置和后部装置制造的系统一起描述。然而，本发明适合和可容易地实施在用于其它类型的承载纤维织物结构的制造系统中。

对于公开目的，本发明结合相对简单的垂直压力浇模来进行描述。本发明也适用于水平压力浇模和其它结构的浇模。

本申请中所使用的术语“承载纤维织物”指有足够强度来形成可支撑载荷的表面的弹性纤维织物。虽然术语“承载纤维织物”基本上用于指任何机织或非机织弹性纤维织物，但是弹性纤维织物可包括具有复丝和其它填充丝的弹性单丝机织纤维织物。弹性单丝可由热塑性的弹性共聚物制造。这种类型的一种适合材料来自于注册商标Hytrel下的DuPont。然而，本发明不限于任何特别的弹性，相反可基本上包括任何弹性绞合线或丝(单丝或多丝)。由于选择性地使用充填丝，纤维织物可包括在两个方向扩展的弹性体丝。如果需要，则弹性纤维织物的经线和纬线可在它们的交叉点处被焊接。承载纤维织物的精确构造可部分地根据预期的载荷和期望的支撑特征而在不同应用中变化。

拉伸装置

由上述可知，制造系统10包括用来拉伸承载纤维织物14的拉伸装置20。拉伸装置20通常包括由扩展装置32支撑的夹具装置30。夹具装置30形成来抓住纤维织物14的外围边缘，且在所示的实施例中，包括其可进行操作以有选择性地闭合在纤维织物14上的四个夹具34a-d(见图2)。夹具34a-d的设计和构造可因应用不同而变化；然而，在所示的实施例中，每个夹具34a-d包括底座35a-d、夹具头36a-d和夹具液压缸38a-d(见图3)。夹具头36a-d枢轴转动地安装到对应的底座35a-d上。夹具液压缸38a-d安装在底座35a-d和夹具头36a-d之间。例如，液压缸体可被安装到底座35a-d上，并且杆可被安装到夹具头36a-d上。该构造允许夹具头36a-d通过夹具液压缸38a-d有选择性的扩展和缩回来有选择性地打开和闭合。

虽然所示实施例的拉伸装置20包括用来夹住纤维织物14边缘的夹具34a-d，但在拉伸操作过程中夹具34a-d可由其它能够保持纤维织物外围边缘的机构替换。例如，可在一些应用中使用销，钩或其它相似结构来代替夹具。这些可选择的机构可更适合使用于焊接承载纤维织物，因为焊接将帮助阻止纤维织物在拉伸操作的应力下损坏。

扩展装置32被形成用来使夹具34a-d相对于浇模装置24而向内和向外移动以有选择性地对纤维织物14实施拉伸。扩展装置32的设计和构造可因应用不同而变化；然而，在所示实施例中，扩展装置32包括将每个夹具34a-d的底座35a-d有效地连接到支撑结构(没有显示)上的多个拉伸液压缸46a-d。结果，拉伸液压缸46a-d的伸展和缩回导致夹具34a-d相对于支撑结构40运动。该移动反过来导致纤维织物14的拉伸。如果需要，则每个夹具34a-d的底座35a-d可以可滑动地安装在能够支撑和/或引导底座35a-d移动的轨(没有显示)或其它相似结构。

在所示实施例中，拉伸装置20包括进行协作以从四侧同时拉伸纤维织物14的四个夹具34a-d和四个拉伸液压缸46a-d。拉伸装置20还可被设计成从较多或较少侧面拉伸纤维织物。例如，如果仅需要在一个方向上拉伸，则拉伸装置20可仅包括位于纤维织物的相对两侧以同时在相反方向上拉伸纤维织物的两个夹具。在一些应用中，可能仅一个夹具移动来施加期望的拉伸。此外，在所示的实施例中，拉伸装置20包括沿着纤维织物的每侧的单个滑动和夹具装置。如果需要，则可沿纤维织物的每侧来放置多个滑动和夹具装置以允许沿着纤维织物(没有显示那)侧来改变拉伸量。

纤维织物保持装置

纤维织物保持装置22被设计成在浇模过程中有选择性地将拉伸纤维织物14的至少一部分保持在拉伸状态下。现参考图4，纤维织物保持装置22包括头50和一对保持液压缸52a-b。头50安装在移动浇模零件64的空腔63中，它不干涉浇模装置24的移动。当拉伸装置20在拉伸位置时，头50的尺寸从夹具34a-d向内部安装，所以头50不干涉夹具34a-d的操作。头50包括在操作期间趋向于直接与纤维织物14结合的纤维织物表面51。在所示的实施例中，纤维织物表面51在纤维织物14的整个区域内与纤维织物14结合以由纤维织物保持装置22保持于拉伸状态下。或者，头50可被设计成仅与纤维织物14的选择部分结合。例如，纤维织物表面51基本上可以是环状的以将纤维织物14的圆形部分保持在拉伸状态下(没有显示)。

头50通过保持液压缸52a-b的操作而伸出和缩回。当伸出时，头50贴着固定浇模零件62(在下面详细描述)的面夹住纤维织物14。保持液压缸52a-b与头50和外部支撑结构(没有显示)相连。例如，每个保持液压缸52a-b的液压缸体可被安装于支撑结构上，并且每个保持液压缸52a-b的杆可被安装于头50上。在所示的实施例中，保持液压缸52a-b自由延伸穿过在浇模背板65的开口。保持液压缸52a-b可由其它能够移动头50使其与纤维织物14结合或使其与纤维织物14脱离结合的机构替换。

在所示的实施例中，纤维织物保持装置22通过贴着固定浇模零件62的面夹住的纤维织物14来进行操作。保持装置22可有选择性地贴着其它结构(没有显示)夹住纤维织物，如内含在浇模零件62里面或邻近固定浇模零件62放置的压盘。另外的选择为，保持装置22可用销或其它结构来保持纤维织物14而不是压缩。例如，头50可包括延展穿过纤维织物空隙(如在纤维织物的交叉线之间的开口空间)的多个销(没有显示)。

浇模装置

当纤维织物14由纤维织物保持装置22而被保持在拉伸状态时，浇模装置24被设计成将框架直接浇模到承载纤维织物14的外围。除了这里的描述，浇模装置通常是传统的。现参考图5，浇模装置24通常包括固定浇模零件62和移动浇模零件64。固定浇模零件62通常为传统的，并且基本上可被安装到任何适合的支撑结构(没有显示)上。固定浇模零件62形成了在形状上对应于框架12部分的轮廓80。

移动浇模零件64被安装用于与固定浇模零件62结合和与固定浇模零件62脱离结合的交替移动。移动浇模零件64形成了在形状上对应于框架12部分的轮廓82。在所示的实施例中，移动浇模零件64被安装到背板65上。所示实施例的浇模装置24包括用来将移动浇模零件64移动以与固定浇模零件62结合及与固定浇模零件62脱离结合的一对浇模液压缸72a-b。浇模液压缸72a-b可被其它能够使移动浇模零件64移动的机构替换。如果需要，则可沿着传统引导管(没有显示)来引导使移动浇模零件64的移动。

由上所述，移动浇模零件64形成了被设计成用来容纳纤维织物保持装置22的头50的中央空腔63。移动浇模零件64形成了被设计成允许保持液压缸52a-b自由延伸穿过背板65以与到头50结合(接合)的一对开口67a-b(见图1)。在所示的实施例中，保持液压缸52a-b的杆延伸过开口67a-b，并且有效地连接到头50上。

在所示的实施例中，当浇模装置24被闭合时，两个浇模零件62和64的轮廓80和82被设计成相对接。当闭合时，轮廓80和82根据期望的框架12(见图6G)的形状来协作地形成浇模空腔66。

浇模装置24也包括用来注射熔化的材料到浇模空腔66中的传统材料注射装置(没有显示)。如图7A和7B所示，浇口86可位于固定浇模零件62上，在那里它引导熔化的材料流向上进入浇模空腔66。注入口、流道和浇口可被设计成仅从纤维织物一侧供应熔化的材料到浇模空腔(如从形成的框架12的可视表面的浇模一侧)。仅在纤维织物14一侧进入浇模空腔66中的熔化材料流将把纤维织物14推到浇模空腔66的相对侧。在使用承载纤维织物结构过程中，该方法可被用于将纤维织物14推到不可见的(或将较看不见的)框架12的表面。或者，注入口、流道和浇口可被设计成在纤维织物14的两侧供应熔化材料到浇模空腔66中。控制熔化材料向浇模空腔66的供应可将浇模空腔66的中心保持在纤维织物14附近，因此防止纤维织物14被推到框架12的表面，在那里纤维织物14为可见。

操作

现在将联系图6A-6H来描述制造系统10的操作。为公开目的，将描述制造系统10操作的单个循环。过程可按需要来进行重复以生产所需数量的承载纤维织物结构。

为准备用于操作的系统10，浇模液压缸72a-b被缩回以使移动浇模零件62从固定浇模零件64升起，并且保持液压缸52a-b被缩回以使头50从固定浇模零件64升起。另外，通过使拉伸液压缸46a-d拉伸以使夹具34a-d相互之间向内移动来使拉伸装置移动到装载位置。使夹具液压缸38a-d缩回以打开夹具34a-d(见图6A)。

承载纤维织物14被装载到拉伸装置20上，例如，通过手动放置承载纤维织物14，从而其外围边缘被放置在夹具头36a-d的作用范围内。纤维织物14基本上可以是任何形式的承载纤维织物，包括合并在至少一个方向上延伸的弹性线的无限承载纤维织物。选择纤维织物14的尺寸和形状，从而被拉伸纤维织物14的自由边缘在浇模空腔66中终止，这在下文详细描述。在一些应用中，期望纤维织物14的外围边缘的一个或多个部分在浇模空腔66的外部终止。虽然纤维织物14被手动装载在所示的实施例中，但可使用多种传统自动装载系统来将纤维织物14装载到拉伸装置20上。

在承载纤维织物14被装载后，使夹具液压缸38a-d延伸，从而引起夹具头36a-d向下闭合到底座35a-d上(见图6B)。以这种方式，夹具34a-d夹在承载纤维织物14的外围边缘上。当夹具34a-d被拉伸时，以足够的力闭合夹具34a-d以维持对纤维织物14的保持。

在将夹具34a-d闭合后，拉伸装置被移向拉伸位置。更特别地，使拉伸液压缸46a-d缩回适当的量以对纤维织物14施加期望的拉伸(见图6C)。确定作用到纤维织物14上的拉伸量以作为完成品中期望的张力函数。

纤维织物保持装置22接着在拉伸的纤维织物上被闭合(见图6D)。保持液压缸52a-b被扩展来驱动头50与拉伸的纤维织物14接触。由于保持的液压缸52a-b被进一步延伸，头50向下推纤维织物14以同固定浇模零件62的表面接合。以这种方式，纤维织物14夹在头50和固定浇模零件62之间。即使在纤维织物14由拉伸装置20释放后，保持液压缸52a-b仍以足够的力被延伸以将纤维织物14保持在拉伸状态。

一旦使头50延伸且纤维织物14紧靠固定浇模零件62的面而被固定地保持，则使夹具液压缸38a-d缩回以打开夹具34a-d并释放纤维织物14的边缘(见图6E)。确定纤维织物14的尺寸和形状，从而一旦夹具34a-d被释放则纤维织物14的外围边缘在浇模空腔66中终止。

然后，拉伸装置20移动到图6F所示的缩回位置。特别是，拉伸液压缸46a-d缩回足够的量来使夹具34a-d从移动浇模零件64的轨迹移动出。

在将夹具34a-d从移动浇模零件64的轨迹移出之后，浇模装置24移到浇模位置。如图6G所示，使浇模液压缸72a-b延伸以将移动浇模零件64移动到与固定浇模零件64接触之处，这就闭合了浇模装置24。一旦闭合，轮廓80和82相互之间对齐以共同形成浇模空腔66。

在浇模装置24闭合后，将熔化的材料M引导进浇模空腔66以形成框架12(见图6H)。如图7A所示，浇口86向上延伸到浇模空腔66中。通过浇口86处于该位置中，被引导到浇模空腔66中的熔化材料M向上推纤维织物14以使其与浇模空腔66的上表面接合。图7B显示了在浇模空腔66被熔化的材料M填满后，纤维织物14贴在浇模空腔的上表面。

浇模装置24被给予充足的时间以用于熔化材料M硬化，并且接着打开浇模装置24以释放框架12。因为承载纤维织物14的外围边缘在浇模空腔66中终止，所以不需要从浇模的产品来剪除任何多余的材料。

通过上述内容可以看到，在不脱离本发明新概念的真实精神和范围下，可以进行多种改动和变型。应当理解，相对于所示具体实施方式，不打算或不应推断得出任何限制。本公开内容打算由所附权利要求来覆盖落入权利要求范围内的所有这种改动。任何对于权利要求单个单元的参考，例如，使用“一个”、“这个”或“所述”不可直译为限制单元为单个。

Claims (20)

1.一种用来制造承载纤维织物结构的设备，其包含：

浇模装置；

拉伸装置，其安装在浇模装置附近，所述拉伸装置可在装载位置、拉伸位置和缩回位置之间移动，当所述拉伸装置在所述缩回位置时，其位于所述浇模装置的操作轨迹的外部，因此所述拉伸装置不与所述浇模的操作干涉；和

纤维织物保持装置，其安装在浇模附近，所述纤维织物保持装置可移动到所述纤维织物保持装置被设计成与拉伸装置内部的纤维织物结合的纤维织物保持位置。

2.根据权利要求1所述的设备，其中所述拉伸装置包括夹具装置和扩展装置。

3.根据权利要求2所述的设备，其中所述夹具装置包括多个夹具，每个夹具皆被设计成在纤维织物的外围边缘闭合。

4.根据权利要求1所述的设备，其中所述扩展装置包括至少一个液压缸来在所述装载位置、所述拉伸位置和所述缩回位置之间移动所述拉伸装置。

5.根据权利要求1所述的设备，其中所述浇模包括形成空腔的移动浇模零件；所述纤维织物保持装置包括位于所述空腔中的头。

6.根据权利要求5所述的设备，其中所述浇模装置形成同外围框架形状对应的浇模空腔。

7.根据权利要求6所述的设备，其中所述拉伸装置包括一对间隔的夹具，每个所述夹具安装到液压缸上，因此所述液压缸可以扩展和缩回来在所述装载位置、所述拉伸位置和所述缩回位置之间移动所述拉伸装置。

8.一种用来制造承载纤维织物结构的方法，其包括步骤为：

用拉伸装置拉伸承载纤维织物；

用纤维织物保持装置结合拉伸承载纤维织物；

当通过纤维织物保持装置将纤维织物的至少一部分保持在拉伸状态下时，从拉伸装置释放承载纤维织物；

围绕承载纤维织物闭合浇模且承载纤维织物的至少一部分位于浇模空腔中；和

将熔化的材料注射到浇模空腔中以在承载纤维织物上直接形成框架。

9.根据权利要求8所述的方法，其中所述拉伸步骤还定义为：

用拉伸装置保持纤维织物的外围边缘；和

扩展拉伸装置以在纤维织物上施加张力。

10.根据权利要求8所述的方法，其中所述拉伸步骤还定义为：

闭合夹具到纤维织物的外围边缘上；和

移动夹具以在纤维织物上施加张力。

11.根据权利要求8所述的方法，其中所述拉伸步骤还定义为：

在纤维织物的外围边缘闭合多个夹具；和

移动夹具使其互相分离以在纤维织物上施加张力。

12.根据权利要求8所述的方法，其中所述结合步骤还定义为移动头同拉伸纤维织物结合。

13.根据权利要求8所述的方法，其中所述结合步骤还定义为移动头同已拉伸纤维织物结合并与浇模结合，因此纤维织物夹在头和浇模之间。

14.根据权利要求8所述的方法，还包括步骤为：

选择纤维织物的尺寸和形状，从而在所述闭合步骤之后使纤维织物的整个外围边缘位于浇模的空腔中。

15.一种制造承载纤维织物结构的方法，其包括步骤为：

提供具有两个浇模零件的浇模以协作形成浇模空腔；

用拉伸装置结合承载装置的外围边缘；

用拉伸装置拉伸承载纤维织物；

用保持装置从外围边缘在内部结合拉伸纤维织物的部分；

当用保持装置继续结合承载纤维织物的部分时，从拉伸装置释放承载纤维织物，因此承载纤维织物的至少一部分被保持在拉伸状态下；

在承载纤维织物上闭合浇模且承载纤维织物的外围边缘的至少一部分位于浇模空腔中；

将熔化的材料注射到浇模空腔中；和

使熔化的材料硬化以在承载纤维织物上直接形成结构部件。

16.根据权利要求15所述的方法，其中所述第一结合步骤包括闭合多个夹具到承载纤维织物的外围边缘上。

17.根据权利要求16所述的方法，其中所述拉伸步骤包括移动多个夹具以在承载纤维织物上施加期望的拉伸。

18.根据权利要求17所述的方法，其中所述第二结合步骤包括将承载纤维织物夹持在保持装置和浇模零件之间。

19.根据权利要求18所述的方法，其中所述释放步骤包括打开多个夹具以释放承载纤维织物的外围边缘。

20.根据权利要求19所述的方法，其中确定承载纤维织物尺寸和形状从而在所述注射步骤过程中承载纤维织物的整个外围位于浇模空腔中。

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