组合模制方法及其相关的模具 【技术领域】
本发明涉及一种模制方法以及相关的模具组合件，具体说，涉及一种模制复合模制件的方法，它采用一些可分离的模部件，这些部件组合在一起形成一个模具组。
背景技术
在传统的组合模制工艺中，每生产一种不同的模制件，都需要使用一种专用的标准匹配模具，这就造成了大量模具的过剩，这些模具地差别很小，但需要很大的储存空间来放置它们。此外，每生产一种模制件，都需要一个独立的专用的制造工位与这种单独的模具相匹配，这种方式效率很低，因为所需的各种工具以及工作位的总量庞大，同时其灵活性也受到限制。
例如，为了生产一种纤维加强的复合模制件，通常要设计一种专用的配合模具，它具有规定形状和尺寸的模制腔。由于这些模制件将来要组合成一种构件，例如飞机的机翼，所以其精密性是十分重要的，制成的模制件的所有尺寸必须都十分精密。
生产这种模制件的一种优选的的方法是采用树脂转移模制法。在该方法中，在树脂注入之前，需将干燥的纤维层组合成型，并将之放入模制腔中。采用这种方法，可形成完全的树脂渗入及均匀的固化。
但是，采用现行的制造工艺，模制件的生产率受到限制，因为模具要与注入设备在一起保持很长一段时间，而且为了生产多个模制件，必须准备多个相匹配的模具。目前，每一个注入位能处理的模具变型都是有限的，这样就需要若干注入位来生产各种不同的模制件。
发明概述
本发明的一个目的是提供一种新的模制方法，与使用专用的标准匹配模具的传统模制方法相比，它可以提高模制件的产量和效率，同时改进生产率及设备的利用率。
本发明的另一个目的在于提供一种模制方法，采用该方法可以在同一个工位上加工不同的部件，并非需要在一个专用的工位上来生产每一个部件。
本发明的另一个目的在于提供一种模制方法，该方法使用的是模部件组，从部件组中可以挑选出一些模部件将它们组合起来形成适合于生产许多不同部件的模制腔。
本发明的另一个目的在于提供一种模制方法，采用该方法可以改进树脂转移模制复合产品的制造过程，所述的产品含有纤维增强制品。
本发明还有一个目的在于提供一种模制方法，采用该方法可以提高生产的灵活性并改进对整个模制过程的控制。
本发明的上述及其它目的是借助于一种模部件组得以实现的，模部件组建立起来之后，可以用来形成各种不同的模制腔，以生产不同的模制件。这些模部件可以相互改变，并可以放置在一个通用的框架内。可以选用各种模部件，将之组合在一起形成一个模具，以生产许多不同的部件，而并非采用标准配合的模具，它只能生产一种部件。这样，可以在工作线之外将选定的模部件组合起来，将之放置到一块载板上并转移到一个灵活的模制工位上，在此，将一个用来加强模制件的干燥的纤维预制件放入一通用的模框架内，并加以负荷，以供树脂注入。采用一个通用框架，其主要设备可以针对组合工艺进行设计，每一个处理阶段都设计成与该通用框架相适应。接下来，不同的部件可以在几个通用工位中的一个工位上进行制造，而无须每一个部件都在一个专用的工位上制造。这样便可以灵活的制造各种不同的部件，而且模制件的产量得以提高，注入位的操作效率大大提高。
本发明的方法利用了一种模部件组，它包括若干模部件，每一个模部件都具有相应的模制表面，这些模制表面限定出相应的轮廓线。从模部件组中选出第一组模部件用来生产第一模制件，按第一预定关系将它们相互靠近放置在一起，使所选定的模部件的模制表面连接在一起，形成第一模制腔，用来生产第一模制件。将选定的模部件放置到一个模框架中，该框架将这些模部件保持在一起。在将选定的模部件放在一个模框架中之后，再将一个盖子放置到模框架上。将一种聚合物材料注入到模制腔内，形成第一模制件并使之固化。
在本发明的一个实施例中，将一部分选定的模部件在框架的外部相互组合在一起形成一个分组件，它们作为一个独立的型芯用来帮助组装纤维预制件，在注入之前，将该预制件及分组件一起放入框架中。
本发明的模具组件包括一个模框架以及若干个模部件，这些部件具有相应的模制表面，它们限定出一个相应的模制件轮廓。模部件活动地放置在框架内，使每一个模部件的模制表面与至少一个其它模部件的模制表面相互连接，从而限定一个模制腔，以生产一种所需的模部件。该模制组件还包括一个盖子，它活动地装配在模框架上。
根据本发明，一个模制或注入位可以包括多个位于相应夹持区的夹子，夹持区与不同长度的模框架相匹配。一般说来，模框架越长，使用的夹持区越多。这样，无须任何重新装配，每一个工位都可以用来处理不同长度的框架，工位可以维持很高的在线时间，使模制件的产量实现最大化。
本发明的这种灵活模制方法在生产多种不同模制件，例如飞机的框架或机身元件时具有突出的优点，这些元件对应于不同的飞机结构。例如，两种相关型号的飞机的尾部可能具有相同的基本外形，但其中的一种可能比另一种长些。
本发明的这种灵活模制方法特别可以改进树脂转移模制复合产品的制造。该方法所使用的生产模具设计成适用于一种通用的框架，在组装起来之后，可以提高产量及生产效率。该方法可以加工各种不同的模制件，它们的生产速度或产量可以同时改变，从而提高了制造的灵活性并改进了对整个模制工艺的控制。使用一种部件组的加工方法，与采用单个模具的方法相比，可以减少各种单独工具的总量以及所需加工位的总量，同时增加了灵活性。这种采用模框架、模部件以及运载器而不采用标准化的匹配模具的灵活模制方法，使模框架的尺寸可以与一模部件组的尺寸相匹配。模具组内的每一模部件都具有其自己的特殊铸模，即一些特定的模部件按照预定的轮廓线组合形成相应的模制腔。本发明的这种采用模制单元的灵活模制技术，其另一个优点在于可以使预制件组合作业、模制作业、冷却作业以及拆除和脱模作业异步进行。而且，这种多目的、非专用模具的花费，要低于那种采用专用大型/单一模制件模具及其相应设备的花费。
附图的简要说明
图1是本发明的模制方法中所使用的一种模具的剖面示意图；
图2是一示意图，它描述了本发明的模制方法中各种不同步骤顺序的一个典型例子；
图2a是本发明的另一种步骤；
图3是本发明中一种模具组件的分解透视图；
图4是图3中所示的模具组件在组合好之后的剖面图；
图5是沿图4中Ⅴ-Ⅴ线作的剖面图；
图6是执行本发明模制方法的一个制造设施的透视图；
图7是图6中所示的制造设施中的模具夹持及树脂注入位的侧视图；
图8是图7中所示的模具夹持及树脂注入位的前视图。
发明的详细描述
现参照图1，模制组件10包括一个模框架或外壳12以及多个组合式的模部件14-19，这些模部件分别具有其模制表面22-27，这些模制表面形成不同的轮廓。模部件14-19活动地安置在框架12内，从而使模制表面22-27由多个部分连接而成，也就是说，每一个模制表面22-27至少与一个其它的模制表面22-27相连接，由此构成一个可以用来生产一种所需模制件32的模制腔30(图2)。模制组件10还包括一个盖34，它与模框架12活动地配合。
模部件14-19只是一个部件组中的一部分元件，该部件组还包括其它一些模部件，例如部件36和38。模部件14-19,36,38也可以以另外一种结合方式放置，以形成一种不同形状的，或者不同尺寸的模制腔，用来生产不同的模制件。例如，模部件36和38可以分别用来替代模部件19和17，由此来生产一种不同的模制件(未示出)，该部件具有一种与模制件32相同的基本形状。
图2描述了生产本发明的模制件时的一种典型的顺序。
在起始步骤40中，将包括模部件14-17在内的第一组模部件，从包括部件14-19,26和28在内的大量可供选择的模部件中挑选出来。在步骤44中，利用螺栓或销钉46和48将部件14-16相互连接起来，形成一个刚性的分组件50。然后将分组件50和模制组件17一起放置到模框架12内，如箭头所示52。将选定的模部件14-17以一种预定的空间关系相互靠近的放置在一起，使模制表面22-25相互连接在一起，由此形成用来生产模制件32的一部分模制腔30。
将模部件14-17放置到模框架12中之后，将一个纤维预制件54放置到模制表面22-25的上方，如图2中箭头56所示。接下来，再将模部件18和19放置到预制件54的上方，如箭头58所示。这些部件限定出模制腔30的上部，这时，便完成了对模制腔的形状限定，在模制腔30内放置着纤维预制件54(图1)。
将盖34放置到框架12的上方，如步骤60所示。盖34夹紧在模框架12上，从而可以将一种压力施加到预制件54上，使该预制件的形状与模制腔30相一致。通常，在最终部件需要高纤维密度的地方，在将预制件54压紧到模制腔30内之前，预制件54的尺寸略大于模制腔30的尺寸。
虽然本发明是相对于一种采用纤维预制件的情况进行描述的，但是应当明白，这种预制件并非对所有的复合件都是必须的，只不过本发明很适合生产采用RTM工艺的模制件，该工艺需要很高的纤维密度。对此，模部件的分组件可以提供一种附加的功能，即为纤维层形成正确的形状提供一个型芯面，而无须使用一个独立的型芯来使纤维层予成型。所以，纤维层可以在部件14-17的上方形成，以制成预制件54，然后将它们一起放置到模框架12内。
当盖34夹紧到框架12上之后，将一种可固化的聚合物材料从一储罐62中灌入模制腔30内。灌满之后，注入的聚合物材料便产生固化，形成所需的模制件32，随后可将其从模制腔30中取出。可以将一些模部件从框架12中取出，以便于模制件32的取出。
一旦模制件32被取出之后，可以挑选第二部件组。第二组与第一组有所不同，但可以包含第一组中的一个或多个模部件。如图1所示，第二部件组可以包括原来的模部件14,15和18，而虚线所示的模部件36,38和66则分别用来取代部件19,17和16。
如图2a所示，第二组模部件可以包括部件14-16，另一个部件70取代了部件17。将它们组合起来之后放入模框架12内，以取代图2中的步骤50a。将一个纤维预制件72放置到框架内的模部件上方，以生产一个不同的模制件。其余的加工步骤保持不变。
第一组中所选定的模部件14-19的拆除工作可以包括将第一组中所有的选定的模部件14-19从模框架12中撤出，虽然在某些情况下，在模部件32取出之前，仅仅需要将某些模部件，例如部件18和19(图1)从框架12中撤出。当然，第一组选定的模部件14-19的拆除可以包括通过拆除螺栓46和48来使部件分离的步骤。
用来支承第二组模部件的框架可以与支承第一组模部件的框架相同或者不同，当然，最好使用一个通用的框架。框架最好具有通用的宽度，但具有三种不同的长度。这时，当模部件所形成的模制腔小于框架中的有效空间时，可以使用一个或多个“填充”模部件(未示出)，由此使模部件对框架的填充实现最佳化。由于它们具有相同的尺寸，例如相同的宽度，这样所有的加工设备以及每一个加工位都可以被设计成相同的尺寸。每一个加工位都可以用来生产多种模制件。
应当明白，本发明也可以采用其它的步骤顺序。例如，选定的模部件14-19的相互靠近的定位可以这样实现：将模部件14-19放置到模框架12内，在框架内组装好之后再用销钉、螺栓或其它连接件将这些模部件相互连接在一起。
作为另一种替换方式，也可以在固化后的模制件从模框架12中取出以及将至少一个选定的模部件14-19从框架12中撤出之后，通过替换一个不同的模部件或者直接将部件撤出的方式便可形成一个新的模制腔，其形状与另一个欲制备的模制件的形状相匹配。当然，也可以将所有的部件都撤出，再选用一组完全不同的模部件，来生产一种不同的模制件。
如图3-5所示，其中描述了一种可以在一种组合模制技术中使用的具体的模制组件。其中选定了一个下模部件74，一个上模部件76，两个侧模部件78和80，以及一个端部模部件82。下模部件74具有一个下凹的平台区，它构成了一个与模制腔88的主体86相对应的模制表面84。下模部件74还具有一个突出区域90及一个可靠的终止部92。侧模部件78和80分别具有一个凹槽94，以便形成模制腔88的对应侧缘96和98。端部模部件82也具有一个凹槽区域100，它形成了模制腔88的一个端缘102。如图4所示，下模部件74具有一个衬套104，它与一个带有O形槽108的栓塞106相邻近。衬套104限定了一个注入通道110，以便向腔室88提供聚合物树脂。
如上所述，侧模部件78和80中的一个或两个可以被其它的具有不同尺寸凹槽的模部件所代替，以形成一个用来生产不同尺寸模制件的模制腔。
图6描述了一种制造设备，它可以进行上述的模制过程。在组装位112将选定的模部件组合起来，并将之放入框架12a或12b中。轨道车114用来将单个的或相互连接的模部件输送到框架12a的下一个位置。将选定的模部件组放置到模框架12a内，以形成所希望的模制腔。将一个纤维预制件72放置到模制腔内，然后再将框架12a连同其盖子一起送至一个旋转位116，在此将模制组件进行翻转。随后，将翻转后的组件送往一个预热位。这样可以缩短模具与灌装位的接触时间，从而最大限度的提高设备的利用率及产品的生产率。当一个灌装位118a或118b可供使用时，该模制组件便被移向可供使用的该夹持及树脂灌装位118a或118b，在此将模制组件夹持住，并将一种可固化的聚合物树脂注入模制腔内。流体树脂材料可以从一个小型的灌装车120a或120b中注入。
当树脂材料被注入模制腔，而且树脂材料部分固化之后，便可将模制组件从所选定的夹持及灌装位118a,118b中移出，将其放置到一个可移动的冷却车122上，让出灌装位以生产其它模制件。接下来，在冷却之后，便可在分解台124a,124b上将模制组件分离开来。
图6所示的制造设备中还包括安装导轨126a,126b，它们带有实用的连接件(未示出)和预热线圈(未示出)，还有一辆电动车128，一个控制位130，以及吊车132。安装导轨126a,126b的构型与长度可变的模框架相匹配。例如，安装导轨126a,126b带有多个可独立操作的夹子(未示出)，以将不同长度的框架固定到一个平台上。
由于各模部件组与具有相同宽度的一组通用框架一起使用，所以，所有的这些设备可以按照任意顺序来生产成百种不同的模制件。不需要对任何工位进行重组便可生产出一种不同的模制件，大大的增加了可供用来生产模制件的时间，明显的节省了设备投资和加工的时间。
如图6,7和8所示，每一个夹持及树脂灌装位都包括若干个液压夹持汽缸134。液压缸134独立操作，选择性的将不同长度的模框架夹持住。具体说，汽缸134可以成组进行工作，从而形成不同的夹持区136a-136b。注入嘴138与导管140相连接，以便将流体树脂材料送往一个被夹持的模制组件的模制腔内。
虽然以上以具体实施例及具体应用的方式对本发明作了说明，作为本领域的普通技术人员来说，借助于上述说明，在不脱离本发明的保护范围的前提下，还可以设计出另外的实施例以及作出各种改进。例如，本发明的一种模制组件可以形成多个模制腔。所以应当明白，附图以及在此所作的说明只是以举例的方式用来帮助理解本发明，它们并不对本发明的保护范围构成限定。