[发明专利]利用加热的触针渐进成形原型部件的方法和装置

说明书

本公开提供了一种利用加热的触针渐进成形原型部件的方法和装置。公开了一种渐进成形机和工艺，包括选择坯料和选择触针，所述触针具有位于一端处的尖部。在使坯料与触针接触之前触针可被加热到期望温度，以改变坯料或部件的特性。触针装置可包括位于轴的一端上的尖部和设置在尖部内部的电阻加热元件。可选地，触针装置可包括围绕尖部设置的电感加热线圈。触针的尖部可具有可旋转的球，所述球接合坯料或部件。

技术领域

本公开涉及利用加热的触针成形纤维增强塑料部件和金属部件的渐进原型制造方法。

背景技术

原型部件用于在生产设计的最终签署之前的验证设计。在最终签署之后，启动用于制造部件的工具。虽然与生产原型部件相关联的成本和时间相当多，但原型部件可消除昂贵的延迟和重新设计。通过降低原型部件的成本来提高工程效率。

目前，使用渐进成形机利用具有末端执行器的机器人系统来成形金属原型部件，其中，末端执行器保持按照CAD数据以渐进的形式局部地成形板材金属的一个或更多个触针工具。渐进成形具有成本低、原型部件交付快、能效消耗降低的优点。

纤维增强塑料(FRP)、高强度低合金(HSLA)和先进高强度(AHSS)钢以及铝合金(例如，6xxx和7xxx系列铝)因它们高的强度与重量比而具有在生产部件中可期望的独有属性，但会难以以自由的制造工艺(诸如，用于制造原型件的渐进成形工艺)成形。

复合板不适合通过渐进成形来制造原型部件。预浸渍的织物或复合的前体坯料不像金属那样发生剪切变形，而是倾向于表面悬垂。增强纤维毡中的增强纤维在被刚性触针接触时可能被撕裂并移出期望的位置。另外，SMC板在材料流动并成型到一定位置时必须被支撑。目前还不知道材料的剪切运动是否会使树脂体系固结或硬化。

在目前的原型件的自由制造中，利用一个或更多个刚性触针工具接合被保持在框架中的金属坯料的相对两侧来成形金属板。这种方法的一个问题是难以成形先进的高强度金属(由于它们太脆)。

本公开旨在解决上述问题和如下总结的其它问题。

发明内容

所提出的方案在于提供一种用于渐进成形机的加热的触针工具，该触针工具可被电阻加热元件或感应加热线圈加热。可根据将要成形的材料和将要执行的成形工艺来控制触针温度。

复合板可由织物或增强纤维形成，利用树脂对织物或增强纤维进行预浸渍并通过利用触针供应温度和压力而使织物或增强纤维固结。加热的球点型触针可用于复合坯料以提供高的固结力，同时减小会干扰树脂基体内的纤维排布的表面应变。触针尖部的可旋转的承载件(bearing)可用于在形成期望形状的同时使织物的变形最小化，并减小来自成形工艺的摩擦力。可旋转的承载件触针可直接接触复合织物。可选地或另外地，触针工具可直接地接触放置在复合板、织物或增强纤维的相对两侧的一个或更多个金属护套或聚合物护套，以保护表面并提高复合板的成形性。

可以将干纤维包裹在塑料树脂的护套中，来自触针的热使来自护套的树脂局部地液化而穿过未被覆盖的纤维。穿过未被覆盖的纤维的树脂一旦冷却便硬化就位，以成形FRP原型部件。纺织碳纤维织物可以用树脂预浸渍或套在树脂板中，该树脂板可以与加热的触针一起工作，并快速硬化和固结以提供高速复合材料原型制造系统。

加热的触针允许复合材料坯料或织物在正在成形的位置处更软，同时保持工作区域外更硬。加热的触针可用于在复合材料正在成形时使复合材料硬化，减小原型工具或部件中的纤维错位。根据树脂化学性和循环时间需要，可在成形之后使复合材料坯料硬化。然后，还可使用常规的生产技术进行预成型。