СИСТЕМА И СПОСОБ ФОРМОВКИ FRP Российский патент 2022 года по МПК B29C70/34 

Область техники, к которой относится изобретение

[0001]

Настоящее изобретение относится к системе формовки FRP и способу формовки FRP для формования крупного компонента из FRP в форме дуги.

Уровень техники

[0002]

Армированный волокном композиционный материал, такой как CFRP (carbon fiber reinforced plastic - пластик, армированный углеродным волокном) имеет более низкую плотность, чем металлические материалы, такие как железо и алюминий, но имеет превосходные механические свойства, и, как правило, имеет высокую удельную прочность, легкий вес и ударную вязкость.

Следовательно, армированный волокном композиционный материал в последнее время используется вместо алюминиевых сплавов в качестве элемента конструкции в самолетах, компактных кораблях, автомобилях и т.п. В дальнейшем армированный волокном композитный материал будет называться просто «FRP».

[0003]

Например, компоненты структуры самолета (такие как фюзеляж, люки и крылья) формировались путем соединения алюминиевых сплавов с помощью заклепок. Однако соединение с помощью заклепок плохо обрабатывается, а заклепки, применяемые к армированному волокном композитному материалу, разрезают внутренние волокна, что значительно снижает прочность при растяжении.

Чтобы решить эту проблему, например, методика, раскрытая в Патентном документе 1, может использоваться для производства большого формованного изделия из FRP.

[0004]

В «способе производства формованного продукта из FRP» в соответствии с Патентным документом 1 материал из FRP в форме листа, содержащий термопластичную смолу и армирующие волокна, ламинируется на поверхностном мате, и все это нагревается нагревателем. Затем материал FRP на поверхностном мате переносится и помещается в форму пресса. Затем материал FRP на поверхностном мате прессуется прессом для получения формованного изделия из FRP, в котором армированные волокна и поверхностный мат объединены с термопластичной смолой.

Список цитируемых документов

Патентные документы

[0005]

Патентный документ 1: Японская отложенная патентная заявка № 2015-009396

Сущность изобретения

Техническая проблема

[0006]

Патентный документ 1 имеет следующие проблемы, когда формируется большой компонент из FRP (компонент из FRP в форме дуги, имеющий радиус 1 м или более), такой как фюзеляж самолета.

(1) Требуются большая пресс-форма и большой пресс, способный прессовать большой компонент из FRP.

(2) Для формования дугообразного компонента из FRP компонент должен прессоваться в радиальном направлении, ортогональном к дуге компонента из FRP, для однородности формованного продукта.

В этом случае пресс-форма для прессования в радиальном направлении дуги компонента из FRP имеет сложную конструкцию.

[0007]

Настоящее изобретение было сделано для того, чтобы решить вышеописанные проблемы. Таким образом, настоящее изобретение предназначено для создания системы формовки FRP и способа формовки FRP, способных полностью однородно формовать дугообразный компонент из FRP (например, большой компонент из FRP) путем прессования в радиальном направлении дуги без использования большой или сложной пресс-формы.

Решение проблемы

[0008]

Настоящее изобретение предлагает систему формовки FRP, предназначенную для формовки пластинчатого материала FRP, при которой множество препрегов укладываются друг на друга, чтобы получить дугообразный компонент из FRP, при этом система формовки FRP включает в себя

дугообразную внутреннюю зажимную пластину, имеющую наружную поверхность, которая соответствует форме внутренней поверхности компонента из FRP,

дугообразную внешнюю зажимную пластину, имеющую внутреннюю поверхность, которая соответствует форме внешней поверхности компонента из FRP,

устройство частичного прессования, выполненное с возможностью периодически сжимать часть интегрированной зажимной пластины, в которой материал FRP располагается между внутренней зажимной пластиной и внешней зажимной пластиной, в радиальном направлении, ортогональном к дуге компонента из FRP, чтобы частично сформовать компонент из FRP, и

передаточное устройство, выполненное с возможностью периодически передавать сжатую часть интегрированной зажимной пластины с помощью устройства частичного прессования.

[0009]

Настоящее изобретение также предлагает способ формовки FRP, предназначенный для формовки пластинчатого материала FRP, в котором множество препрегов укладываются друг на друга, чтобы получить дугообразный компонент из FRP, при этом способ формовки FRP включает в себя

стадию подготовки дугообразной внутренней зажимной пластины, имеющей наружную поверхность, которая соответствует форме внутренней поверхности компонента из FRP, и подготовки дугообразной внешней зажимной пластины, имеющей внутреннюю поверхность, которая соответствует форме наружной поверхности компонента из FRP,

стадию интегрирования, заключающуюся в помещении материала FRP между внутренней зажимной пластиной и внешней зажимной пластиной, чтобы сформировать интегрированную зажимную пластину,

стадию частичного прессования, заключающуюся в периодическом сжатии части интегрированной зажимной пластины в радиальном направлении, ортогональном к дуге компонента из FRP, чтобы частично формовать компонент из FRP, и

стадию передачи, заключающуюся в периодической передаче части интегрированной зажимной пластины, сжатой на стадии частичного прессования, в котором

стадия частичного прессования и стадия передачи повторяются.

Полезные эффекты изобретения

[0010]

В соответствии с настоящим изобретением на стадии частичного прессования часть интегрированной зажимной пластины, в которой материал FRP находится между внутренней зажимной пластиной и внешней зажимной пластиной, периодически сжимается, чтобы частично формовать компонент из FRP, и на стадии передачи сжатая часть интегрированной зажимной пластины периодически передается. За счет повторения стадии частичного прессования и стадии передачи компонент из FRP в форме дуги (например, большой компонент из FRP) может быть произведен путем формовки с помощью компактной пресс-формы.

[0011]

На стадии частичного прессования часть интегрированной зажимной пластины сжимается (прессуется) в радиальном направлении, ортогональном к дуге компонента из FRP, и это устраняет необходимость использования сложной пресс-формы и обеспечивает полностью однородную формовку компонента из FRP.

Краткое описание чертежей

[0012]

Фиг.1A представляет собой вид в перспективе типичного компонента из FRP, производимого с помощью настоящего изобретения.

Фиг.1B представляет собой вид сбоку компонента из FRP, имеющего деформированную часть в середине в направлении оси.

Фиг.1C представляет собой вид с торца компонента из FRP, имеющего деформированные части на краях в направлении окружности.

Фиг.2A представляет собой вид в перспективе типичной внутренней зажимной пластины и типичной внешней зажимной пластины.

Фиг.2B представляет собой вид сбоку внутренней зажимной пластины, имеющей деформированную часть, соответствующую деформированной части компонента из FRP в середине в направлении оси, и внешней зажимной пластины.

Фиг.2C представляет собой вид с торца внутренней зажимной пластины, имеющей деформированные части, соответствующие деформированным частям компонента из FRP на краях в направлении окружности, и внешней зажимной пластины.

Фиг.3A представляет собой вид в перспективе типичной интегрированной зажимной пластины, в которой материал FRP располагается между внутренней зажимной пластиной и внешней зажимной пластиной, показанными на Фиг.2A.

Фиг.3B представляет собой вид сбоку интегрированной зажимной пластины, в которой материал FRP располагается между внутренней зажимной пластиной и внешней зажимной пластиной, показанными на Фиг.2B.

Фиг.3С представляет собой вид с торца интегрированной зажимной пластины, в которой материал FRP располагается между внутренней зажимной пластиной и внешней зажимной пластиной, показанными на Фиг.2С.

Фиг.4A показывает деформированную часть материала FRP.

Фиг.4B показывает деформированную часть компонента из FRP.

Фиг.5A представляет собой вид спереди системы формовки FRP в соответствии с настоящим изобретением.

Фиг.5B представляет собой вид сбоку системы, показанной на Фиг.5A.

Фиг.6A представляет собой диаграмму, иллюстрирующую распределение температур в верхней пресс-форме.

Фиг.6B представляет собой диаграмму, иллюстрирующую распределение температур в нижней пресс-форме.

Фиг.7 представляет собой блок-схему способа формовки FRP в соответствии с настоящим изобретением.

Описание вариантов осуществления

[0013]

Варианты осуществления настоящего изобретения будут теперь подробно описаны на основе приложенных чертежей. Одинаковые компоненты на чертежах обозначаются одинаковыми ссылочными цифрами, и повторно не описываются.

[0014]

Фиг.1A - иллюстрируют компонент 3 из FRP, производимый с помощью настоящего изобретения.

Компонент 3 из FRP, производимый с помощью настоящего изобретения, является дугообразным компонентом 3 из FRP, имеющим радиус 1 м или больше. В качестве примеров, Фиг.1A представляет собой вид в перспективе типичного компонента 3 из FRP, Фиг.1B представляет собой вид сбоку компонента 3 из FRP, имеющего деформированную часть 4a в середине в направлении оси, и Фиг.1C представляет собой вид с торца компонента 3 из FRP, имеющего деформированные части 4b на краях в направлении окружности.

[0015]

«Дугообразный компонент 3 из FRP, имеющий радиус 1 м или больше» означает большой компонент из FRP, такой как фюзеляж самолета. Его радиус составляет, например, 2 м, и может составлять от 1 до 10 м. Длина оси (длина в направлении оси) составляет, например, 8 м и может составлять от 10 см до 20 м.

[0016]

«Дугообразный» означает, например, имеющий форму дуги с постоянным радиусом, как показано на Фиг.1A, но радиус может не быть строго постоянным, и может частично или непрерывно изменяться. Угол дуги в направлении окружности (угол дуги) предпочтительно составляет 180 градусов или меньше, но может быть больше 180 градусов, если такой элемент не задевает раму 24 пресса, описываемую ниже.

[0017]

Толщина компонента 3 из FRP в радиальном направлении предпочтительно является постоянной, но может частично или непрерывно изменяться. Например, компонент может включать в себя оконные рамы и части дверей фюзеляжа самолета.

[0018]

Форма деформированной части 4a, 4b проектируется так, чтобы не мешать внутренней зажимной пластине 10 и внешней зажимной пластине 12, описываемым ниже, когда внутренняя зажимная пластина 10 и внешняя зажимная пластина 12 движутся в радиальном направлении, ортогональном к дуге компонента 3 из FRP.

[0019]

Система 100 формовки FRP настоящего изобретения использует внутреннюю зажимную пластину 10 и внешнюю зажимную пластину 12.

[0020]

Фиг.2A - 2C иллюстрируют внутреннюю зажимную пластину 10 и внешнюю зажимную пластину 12. В качестве примера Фиг.2A представляет собой вид в перспективе типичной внутренней зажимной пластины 10 и типичной внешней зажимной пластины 12. Фиг.2B представляет собой вид сбоку внутренней зажимной пластины 10 и внешней зажимной пластины 12. Внутренняя зажимная пластина 10 имеет деформированную часть 11a соответствующую деформированной части 4a компонента 3 из FRP в середине в направлении оси. Фиг.2C представляет собой вид с торца внутренней зажимной пластины 10, имеющей деформированные части 11b, соответствующие деформированным частям 4b компонента 3 из FRP на краях в направлении окружности, и внешней зажимной пластины 12.

[0021]

Каждая из внутренней зажимной пластины 10 и внешней зажимной пластины 12 является дугообразным элементом. Внутренняя зажимная пластина 10 и внешняя зажимная пластина 12 делаются из металла или термостойкой смолы (например, полиимида), и обладают таким свойством, что не деформируются пластически во время формовки компонента 3 из FRP. Внутренняя зажимная пластина 10 и внешняя зажимная пластина 12 могут упруго деформироваться во время формовки компонента 3 из FRP.

[0022]

Как показано на Фиг.2A, внутренняя зажимная пластина 10 имеет наружную поверхность 10b, которая соответствует форме внутренней поверхности 3a компонента 3 из FRP. Внешняя зажимная пластина 12 имеет внутреннюю поверхность 12a, которая соответствует форме наружной поверхности 3b компонента 3 из FRP.

«Соответствие» означает, что элементы имеют соответствующие охватываемые и охватывающие формы, и между ними не образуется зазор, когда эти элементы находятся в тесном контакте друг с другом.

[0023]

Каждая из внутренней зажимной пластины 10 и внешней зажимной пластины 12 имеет форму поверхности, соответствующую изменению толщины пластины или изменению кривизны компонента 3 из FRP, находящегося между ними.

В качестве примера, внутренняя зажимная пластина 10 на Фиг.2B имеет деформированную часть 11a, соответствующую деформированной части 4a компонента 3 из FRP в середине в направлении оси. Внутренняя зажимная пластина 10 на Фиг.2C имеет деформированные части 11b, соответствующие деформированным частям 4b компонента 3 из FRP на краях в направлении окружности.

[0024]

Система 100 формовки FRP согласно настоящему изобретения представляет собой устройство для формовки листового материала 2 FRP, в котором множество препрегов 1 укладываются друг на друга, чтобы получить компонент 3 из FRP в форме дуги, имеющий радиус 1 м или больше.

[0025]

«Препрег 1» является промежуточным материалом, формируемым путем пропитки смолой основного материала, сделанного из армирующих волокон (например, стекловолокна или углеродных волокон). В настоящем изобретении смола предпочтительно является термопластичной смолой, но может быть термореактивной смолой.

Перед формовкой термопластичная смола отверждается, тогда как термореактивная смола размягчается.

[0026]

Система 100 формовки FRP настоящего изобретения использует интегрированный элемент (в дальнейшем называемый «интегрированная зажимная пластина 14»), в котором материал 2 FRP располагается между внутренней зажимной пластиной 10 и внешней зажимной пластиной 12.

[0027]

Фиг.3A - 3C иллюстрируют интегрированную зажимную пластину 14. На этих чертежах материал 2 FRP располагается между внутренней зажимной пластиной 10 и внешней зажимной пластиной 12 в положении компонента 3 из FRP, показанного на Фиг.2A - 2C.

[0028]

Фиг.3A представляет собой вид в перспективе типичной интегрированной зажимной пластины 14, в которой материал 2 FRP располагается между внутренней зажимной пластиной 10 и внешней зажимной пластиной 12, показанными на Фиг.2A. Фиг.3B представляет собой вид сбоку интегрированной зажимной пластины 14, в которой материал 2 FRP располагается между внутренней зажимной пластиной 10 и внешней зажимной пластиной 12, показанными на Фиг.2B. Фиг.3С представляет собой вид с торца интегрированной зажимной пластины 14, в которой материал 2 FRP располагается между внутренней зажимной пластиной 10 и внешней зажимной пластиной 12, показанными на Фиг.2С.

На Фиг.3B материал 2 FRP имеет деформированную часть 2a, соответствующую деформированной части 4a компонента 3 из FRP. То же самое относится и к Фиг.3C.

Для изготовления компонента 3 из FRP, не имеющего ни изменения толщины, ни изменения кривизны, можно не использовать внутреннюю зажимную пластину 10 или внешнюю зажимную пластину 12.

[0029]

Внутренняя зажимная пластина 10 и внешняя зажимная пластина 12 крепятся друг к другу с помощью крепления (не показано), чтобы они не отделялись друг от друга, когда между ними находится материал 2 FRP.

Это крепление проектируется так, чтобы оно не мешало верхней пресс-форме 16 и нижней пресс-форме 18, которые будут описаны позже, когда нижняя пресс-форма 18 прижимается к верхней пресс-форме 16, а также разрабатывается таким образом, чтобы внешняя зажимная пластина 12 была подвижной относительно внутренней зажимной пластины 10 в радиальном направлении, ортогональном к дуге компонента 3 из FRP.

[0030]

«Материал 2 FRP» является материалом, который формируется путем укладывания друг на друга множества препрегов 1 и должен давать компонент 3 из FRP после формовки. Материал 2 FRP предпочтительно является листовым элементом.

[0031]

Материал 2 FRP представляет собой ламинат с контуром, соответствующим распределению толщины пластины компонента 3 из FRP. Материал 2 FRP может быть плоским ламинатом или ламинатом, имеющим форму дуги, соответствующую формованному продукту.

[0032]

Толщина материала 2 FRP соответствует толщине компонента 3 из FRP в радиальном направлении, и устанавливается с учетом изменения толщины во время формовки. Количество укладываемых препрегов 1 предпочтительно изменяется с изменением толщины компонента 3 из FRP.

Ширина материала 2 FRP соответствует длине дуги компонента 3 из FRP в направлении окружности. Длина материала 2 FRP соответствует длине компонента 3 из FRP в направлении оси.

[0033]

Внутренняя поверхность 14a и наружная поверхность 14b интегрированной зажимной пластины 14 имеют концентрические дуговые поверхности, имеющие постоянный радиус.

[0034]

В этом примере внутренняя поверхность 14a интегрированной зажимной пластины 14 является внутренней поверхностью 10a внутренней зажимной пластины 10, а наружная поверхность 14b интегрированной зажимной пластины 14 является наружной поверхностью 12b внешней зажимной пластины 12. Следовательно, внутренняя поверхность 10a внутренней зажимной пластины 10 и наружная поверхность 12b внешней зажимной пластины 12 имеют по существу концентрические дуговые поверхности, имеющие постоянный радиус, когда пластины интегрируются, в то время как материал 2 FRP располагается между ними.

В данном описании «по существу концентрические» означает, что дуговые поверхности не являются строго концентрическими благодаря толщине материала 2 FRP перед формовкой, но становятся концентрическими после формовки.

[0035]

Фиг.4A показывает деформированную часть 2a материала 2 FRP, а Фиг.4B показывает деформированную часть 4a компонента 3 из FRP.

[0036]

Как показано на Фиг.4A, деформированная часть 2a материала 2 FRP формируется, например, путем изменения количества укладываемых препрегов 1. Направления волокон препрегов 1 предпочтительно отличаются друг от друга, но некоторые или все направления волокон могут быть одинаковыми. В этом случае толщина укладываемых друг на друга препрегов устанавливается больше на величину деформации, чем толщина компонента 3 из FRP, с учетом изменения толщины во время формовки.

[0037]

В этом случае деформированная часть 2a материала 2 FRP имеет ступенчатую форму благодаря толщине каждого препрега 1. Например, в конечном положении препрега 1 смола и волокна текут в направлении плоскости во время формовки благодаря изменению толщины (уменьшению толщины) материала 2 FRP. Следовательно, деформированная часть 2a материала 2 FRP предпочтительно проектируется так, чтобы она располагалась в области деформированной части 11a внутренней зажимной пластины 10, но конструктивное решение не ограничивается этим.

[0038]

На Фиг.4B, когда интегрированная зажимная пластина 14 сжимается в вертикальном направлении на чертеже, зазор между внутренней зажимной пластиной 10 и внешней зажимной пластиной 12 уменьшается, и материал 2 FRP между ними формуется для получения компонента 3 из FRP.

Во время формовки, когда смола является термопластичной смолой, она нагревается, а затем охлаждается, а когда смола является термореактивной смолой, она нагревается для ее вулканизации.

Во время формовки материала 2 FRP часть смолы и волокон течет и перемещается, и деформированная часть 4a компонента 3 из FRP, находящаяся в плотном контакте с деформированной частью 11a внутренней зажимной пластины 10, формируется как показано на Фиг.4B.

[0039]

Фиг.5A представляет собой вид спереди системы формовки FRP в соответствии с настоящим изобретением, а Фиг.5B представляет собой ее вид сбоку. Фиг.5B показывают систему во время формовки.

[0040]

На Фиг.5A и Фиг.5B система 100 формовки FRP дополнительно включает в себя верхнюю пресс-форму 16 и нижнюю пресс-форму 18.

[0041]

Между верхней пресс-формой 16 и нижней пресс-формой 18 часть (прессуемая часть 15) интегрированной зажимной пластины 14 располагается в вертикальном направлении.

Верхняя пресс-форма 16 имеет внутреннюю дуговую поверхность 16a, находящуюся в плотном контакте с внутренней поверхностью 14a интегрированной зажимной пластины 14. Нижняя пресс-форма 18 имеет внешнюю дуговую поверхность 18b, находящуюся в плотном контакте с наружной поверхностью 14b интегрированной зажимной пластины 14.

[0042]

В этом примере верхняя пресс-форма 16 и нижняя пресс-форма 18 одновременно сжимают всю длину оси (длину в направлении оси) интегрированной зажимной пластины 14.

[0043]

На Фиг.5A и 5B система 100 формовки FRP дополнительно включает в себя устройство 20 частичного прессования и передаточные устройства 30.

[0044]

Устройство 20 частичного прессования периодически сжимает часть (прессуемую часть 15) интегрированной зажимной пластины 14 в радиальном направлении, ортогональном к дуге компонента 3 из FRP (в вертикальном направлении на чертеже), чтобы частично формовать компонент 3 из FRP.

«Периодическое сжатие» означает, что сжатие и перемещение интегрированной зажимной пластины 14 повторяются устройством 20 частичного прессования и передаточными устройствами 30.

[0045]

Устройство 20 частичного прессования сжимает часть интегрированной зажимной пластины 14 с помощью верхней пресс-формы 16 и нижней пресс-формы 18.

В этом примере устройство 20 частичного прессования включает в себя верхний штамподержатель 21, который фиксирует верхнюю пресс-форму 16 на нижней поверхности, ползун 22, который фиксирует нижнюю пресс-форму 18 на верхней поверхности, гидроцилиндр 23, который совершает вертикальные возвратно-поступательные движения ползуна 22, и раму 24 пресса, к которой крепятся верхний штамподержатель 21 и гидроцилиндр 23.

[0046]

В этом примере устройство 20 частичного прессования поднимает нижнюю пресс-форму 18 к верхней пресс-форме 16 для того, чтобы сжать прессуемую часть 15 интегрированной зажимной пластины 14. В этом случае устройство 20 частичного прессования сжимает прессуемую часть 15 в направлении диаметра внутренней дуговой поверхности 16a или внешней дуговой поверхности 18b.

Верхняя структура рамы 24 пресса проектируется так, чтобы не сталкиваться с интегрированной зажимной пластиной 14, когда сжатая часть интегрированной зажимной пластины 14 периодически перемещается.

Если верхняя структура не мешает интегрированной зажимной пластине 14, вертикальное соотношение между штамподержателем и ползуном 22 и гидроцилиндром 23 может быть изменено на обратное. Другими словами, ползун 22 и гидроцилиндр 23 могут быть расположены в верхней части, а штамподержатель может быть расположен в нижней части.

[0047]

Передаточные устройства 30 периодически перемещают сжатую часть (прессуемую часть 15) интегрированной зажимной пластины 14 с помощью устройства 20 частичного прессования.

Каждое передаточное устройство 30 имеет держатель 32 и переносчик 34.

Держатель 32 частично удерживает интегрированную зажимную пластину 14. Переносчик 34 переносит держатель 32 в направлении передачи X интегрированной зажимной пластины 14.

[0048]

В этом примере направление передачи X интегрированной зажимной пластины 14 является направлением вдоль дуги компонента 3 из FRP. Переносчик 34 является, например, шарнирным роботом, а держатель 32 является рукой робота.

[0049]

В этом примере пара передаточных устройств 30 предусматривается на входной стороне и выходной стороне устройства 20 частичного прессования, но передаточное устройство может быть предусмотрено только на одной из этих сторон.

Держатель 32 удерживает несжатую часть интегрированной зажимной пластины 14. В этом случае, например, удерживаемая часть может быть изменена во время сжатия устройством 20 частичного прессования.

[0050]

На Фиг.5A и 5B система 100 формовки FRP дополнительно включает в себя нагреватель 40 для нагревания верхней пресс-формы 16 или нижней пресс-формы 18.

Нагреватель 40 имеет предопределенное распределение температуры в направлении X передачи интегрированной зажимной пластины 14.

[0051]

Фиг.6A представляет собой диаграмму, иллюстрирующую распределение температуры верхней пресс-формы 16, а Фиг.6B представляет собой диаграмму, иллюстрирующую распределение температуры нижней пресс-формы 18.

В этом примере препреги 1 содержат термопластичную смолу. Фиг.6A показывает внутреннюю дуговую поверхность 16a верхней пресс-формы 16, а Фиг.6B показывает внешнюю дуговую поверхность 18b нижней пресс-формы 18. На каждом чертеже обозначения a, b, и c указывают зону подогрева, главную формовочную зону и зону охлаждения, соответственно.

[0052]

В этом примере в распределениях температуры верхней пресс-формы 16 и нижней пресс-формы 18 центральная часть (главная формовочная зона b) в направлении X передачи интегрированной зажимной пластины 14 имеет температуру не ниже температуры плавления, при которой термопластичная смола течет (например, 400°C или больше). Входная сторона (зона подогрева a) и выходная сторона (зона охлаждения c) центральной части в направлении X передачи имеют температуры не выше температуры затвердевания, при которой термопластичная смола затвердевает (например, от 200°C до менее чем 400°C).

[0053]

Причина, по которой зона подогрева a и зона охлаждения c устанавливаются на температуры, не превышающие температуру затвердевания, заключается в следующем: если вся поверхность нагревается до температуры не ниже температуры плавления, теплопередача размягчает несжатую часть, например из CFRP, имеющего высокую теплопроводность, то, например, однократно сжатые чрезвычайно маленькие пузырьки расширяются в направлении от пластины, что затрудняет полностью однородное формование компонента 3 из FRP.

Вышеупомянутое температурное распределение представляет собой распределение температуры во время формования компонента 3 из FRP, а во время передачи внутренняя дуговая поверхность 16a и внешняя дуговая поверхность 18b предпочтительно полностью имеют температуру 200°C или меньше.

[0054]

В то же время, когда препреги 1 содержат термореактивную смолу, центральная часть температурного распределения (главная формовочная зона b) в направлении X передачи интегрированной зажимной пластины 14 имеет температуру не ниже температуры вулканизации, при которой термореактивная смола вулканизируется. Термореактивная смола, например, имеет температуру вулканизации приблизительно 180°C. Входная сторона (зона подогрева a) от центральной части в направлении X передачи нагревается до температуры меньшей, чем температура вулканизации. Для термореактивной смолы зона охлаждения c является ненужной и может быть исключена.

[0055]

Фиг.7 представляет собой блок-схему способа формовки FRP в соответствии с настоящим изобретением.

Способ формовки FRP в соответствии с настоящим изобретением является способом формовки листового материала 2 FRP, в котором множество препрегов 1 укладываются друг на друга, чтобы получить дугообразный компонент 3 из FRP, имеющий радиус 1 м или больше.

[0056]

На этом чертеже способ формовки FRP включает в себя стадии S1 - S5.

[0057]

На стадии S1 подготовки готовятся дугообразная внутренняя зажимная пластина 10, имеющая наружную поверхность 10b, которая соответствует форме внутренней поверхности 3a компонента 3 из FRP, и дугообразная внешняя зажимная пластина 12, имеющая внутреннюю поверхность 12a, которая соответствует форме наружной поверхности 3b компонента 3 из FRP.

[0058]

На стадии S2 интегрирования материал 2 FRP помещается между внутренней зажимной пластиной 10 и внешней зажимной пластиной 12 для того, чтобы сформировать интегрированную зажимную пластину 14. На стадии S2 интегрирования на наружную поверхность 10b внутренней зажимной пластины 10 и внутреннюю поверхность 12a внешней зажимной пластины 12 предпочтительно наносится смазка для форм (например, фтористая смазка для форм).

[0059]

На стадии S3 частичного прессования часть интегрированной зажимной пластины 14 периодически сжимается в радиальном направлении, ортогональном к дуге компонента 3 из FRP, чтобы частично сформовать компонент 3 из FRP.

На стадии S4 передачи сжатая часть (прессуемая часть 15) интегрированной зажимной пластины 14, полученная на стадии S3 частичного прессования, периодически перемещается.

Стадия S3 частичного прессования и стадия S4 передачи повторяются, чтобы полностью сжать интегрированную зажимную пластину 14, и в результате полностью формуется компонент 3 из FRP.

[0060]

На стадии S5 освобождения пресс-формы внутренняя зажимная пластина 10 и внешняя зажимная пластина 12 отделяются от интегрированной зажимной пластины 14, и сформованный компонент 3 из FRP освобождается.

[0061]

В соответствии с вышеописанным вариантом осуществления настоящего изобретения на стадии S3 частичного прессования часть интегрированной зажимной пластины 14, в которой материал 2 FRP находится между внутренней зажимной пластиной 10 и внешней зажимной пластиной 12, периодически сжимается, чтобы частично сформовать компонент 3 из FRP. На стадии S4 передачи сжатая часть (прессуемая часть 15) интегрированной зажимной пластины 14 периодически перемещается. За счет повторения стадии S3 частичного прессования и стадии S4 передачи дугообразный компонент 3 из FRP (например, большой компонент из FRP, имеющий радиус 1 м или больше) может быть произведен путем формования с помощью компактной пресс-формы.

[0062]

На стадии S3 частичного прессования часть интегрированной зажимной пластины 14 сжимается (прессуется) в радиальном направлении, ортогональном к дуге компонента 3 из FRP, и таким образом компонент 3 из FRP может быть полностью однородно сформован без использования сложной пресс-формы.

[0063]

Настоящее изобретение не ограничивается вышеописанными вариантами осуществления, и само собой разумеется, что различные модификации могут быть сделаны без отступлений от области охвата настоящего изобретения.

Например, в вышеописанном примере компонент 3 из FRP имеет форму дуги, но настоящее изобретение также применимо к плоскому компоненту из FRP.

Список ссылочных обозначений

[0064]

a - зона подогрева,

b - главная формовочная зона,

c - зона охлаждения,

X - направление передачи,

1 - препрег,

2 - материал FRP,

2a, 2b - деформированная часть,

3 - компонент из FRP

3a - внутренняя поверхность,

3b - наружная поверхность,

4a, 4b - деформированная часть,

10 - внутренняя зажимная пластина,

10a - внутренняя поверхность,

10b - наружная поверхность,

11a, 11b - деформированная часть,

12 - внешняя зажимная пластина,

12a - внутренняя поверхность,

12b - наружная поверхность,

14 - интегрированная зажимная пластина,

14a - внутренняя поверхность,

14b - наружная поверхность,

15 - прессуемая часть (сжатая часть),

16 - верхняя пресс-форма,

16a - внутренняя поверхность дуги,

18 - нижняя пресс-форма,

18b - внешняя поверхность дуги,

20 - устройство частичного прессования,

21 - верхний штамподержатель,

22 - ползун,

23 - гидроцилиндр,

24 - рама пресса,

30 - передаточное устройство,

32 - держатель (рука робота),

34 - переносчик (шарнирный робот),

40 - нагреватель,

100 - система формовки FRP.

Изобретение относится к системе формовки FRP. Техническим результатом является упрощение и уменьшение размеров пресс-формы. Технический результат достигается системой формовки FRP, предназначенной для формовки пластинчатого материала FRP, при которой множество препрегов укладываются друг на друга, чтобы получить дугообразный компонент из FRP. Система содержит дугообразную внутреннюю зажимную пластину, имеющую наружную поверхность, которая соответствует форме внутренней поверхности компонента из FRP. Дугообразную внешнюю зажимную пластину, имеющую внутреннюю поверхность, которая соответствует форме внешней поверхности компонента из FRP. Устройство частичного прессования, выполненное с возможностью периодически сжимать часть интегрированной зажимной пластины, в которой материал FRP располагается между внутренней зажимной пластиной и внешней зажимной пластиной, в радиальном направлении, ортогональном к дуге компонента из FRP, чтобы частично сформовать компонент из FRP. Передаточное устройство, выполненное с возможностью периодически передавать сжатую часть интегрированной зажимной пластины с помощью устройства частичного прессования. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 16 ил.

1. Система формовки FRP, предназначенная для формовки пластинчатого материала FRP, при которой множество препрегов укладываются друг на друга, чтобы получить дугообразный компонент из FRP, содержащая:

дугообразную внутреннюю зажимную пластину, имеющую наружную поверхность, которая соответствует форме внутренней поверхности компонента из FRP;

дугообразную внешнюю зажимную пластину, имеющую внутреннюю поверхность, которая соответствует форме внешней поверхности компонента из FRP;

устройство частичного прессования, выполненное с возможностью периодически сжимать часть интегрированной зажимной пластины, в которой материал FRP располагается между внутренней зажимной пластиной и внешней зажимной пластиной, в радиальном направлении, ортогональном к дуге компонента из FRP, чтобы частично сформовать компонент из FRP; и

передаточное устройство, выполненное с возможностью периодически передавать сжатую часть интегрированной зажимной пластины с помощью устройства частичного прессования.

2. Система формовки FRP по п. 1, в которой

внутренняя зажимная пластина и внешняя зажимная пластина имеют между ними форму поверхности, соответствующую изменению толщины пластины или изменению кривизны компонента из FRP, и

интегрированная зажимная пластина имеет внутреннюю поверхность и наружную поверхность, которые имеют концентрические дуговые поверхности, имеющие, каждая, постоянный радиус.

3. Система формовки FRP по п. 2, дополнительно содержащая верхнюю пресс-форму и нижнюю пресс-форму, причем часть интегрированной зажимной пластины вставляется между верхней пресс-формой и нижней пресс-формой, при этом

верхняя пресс-форма имеет внутреннюю дуговую поверхность, чтобы находиться в плотном контакте с внутренней поверхностью интегрированной зажимной пластины,

нижняя пресс-форма имеет внешнюю дуговую поверхность, чтобы находиться в плотном контакте с наружной поверхностью интегрированной зажимной пластины, и

устройство частичного прессования обеспечивает сжатие упомянутой части с помощью верхней пресс-формы и нижней пресс-формы.

4. Система формовки FRP по п. 3, дополнительно содержащая нагреватель, выполненный с возможностью нагревания верхней пресс-формы или нижней пресс-формы, при этом

нагреватель имеет заданное распределение температуры в направлении передачи интегрированной зажимной пластины.

5. Система формовки FRP по п. 4, в которой

препреги содержат термопластичную смолу, и

в упомянутом температурном распределении центральная часть в направлении передачи имеет температуру не ниже температуры плавления, при которой термопластичная смола течет, а входная и выходная стороны от центральной части имеют температуру, не превышающую температуру затвердевания, при которой термопластичная смола затвердевает.

6. Система формовки FRP по п. 4, в которой

препреги содержат термореактивную смолу, и

в упомянутом температурном распределении центральная часть в направлении передачи имеет температуру не ниже температуры вулканизации, при которой термореактивная смола вулканизируется.

7. Система формовки FRP по п. 1, в которой передаточное устройство имеет держатель, выполненный с возможностью частично удерживать интегрированную зажимную пластину, а также имеет переносчик, выполненный с возможностью переноса держателя в направлении передачи интегрированной зажимной пластины.

8. Способ формовки FRP, предназначенный для формовки пластинчатого материала FRP, в которой множество препрегов укладываются друг на друга для получения дугообразного компонента из FRP, содержащий:

стадию подготовки дугообразной внутренней зажимной пластины, имеющей наружную поверхность, которая соответствует форме внутренней поверхности компонента из FRP, и подготовки дугообразной внешней зажимной пластины, имеющей внутреннюю поверхность, которая соответствует форме наружной поверхности компонента из FRP;

стадию интегрирования, заключающуюся в помещении материала FRP между внутренней зажимной пластиной и внешней зажимной пластиной, чтобы сформировать интегрированную зажимную пластину;

стадию частичного прессования, заключающуюся в периодическом сжатии части интегрированной зажимной пластины в радиальном направлении, ортогональном к дуге компонента из FRP, чтобы частично сформовать компонент из FRP; и

стадию передачи, заключающуюся в периодической передаче части интегрированной зажимной пластины, сжатой на стадии частичного прессования, причем

стадия частичного прессования и стадия передачи повторяются.

9. Способ формовки FRP по п. 8, дополнительно содержащий стадию освобождения пресс-формы, на которой выполняется отделение внутренней зажимной пластины и внешней зажимной пластины от интегрированной зажимной пластины для освобождения сформованного компонента из FRP.

10. Способ формовки FRP по п. 8, в котором на стадии интегрирования на наружную поверхность внутренней зажимной пластины и внутреннюю поверхность внешней зажимной пластины наносится разделительная смазка для пресс-форм.