專利名稱：用于成型結(jié)構(gòu)片材的工藝和模具的制作方法
用于成型結(jié)構(gòu)片材的工藝和模具
本發(fā)明涉及用來(lái)成型結(jié)構(gòu)片材的一種工藝和一種模具。術(shù)語(yǔ)"結(jié) 構(gòu)片材"應(yīng)被理解為意味著一種零件，該零件基本上具有兩個(gè)維度，
并且因此可由平面零件的連續(xù)變形產(chǎn)生，其厚度大大小于(以至少100
倍)其寬度和長(zhǎng)度，但是其包括數(shù)個(gè)具有三維結(jié)構(gòu)的附加物。這可以 是例如與該片材成型為一個(gè)零件的緊固肋條或系統(tǒng)。機(jī)動(dòng)車輛的內(nèi)襯 常常包括由熱塑性材料制成的這種結(jié)構(gòu)片材。
一種已知的生產(chǎn)這種結(jié)構(gòu)片材的手段是熔融材料在模具中的成 型。塑料的任何注射成型和鋁的鑄造的例子是熟知的。在塑料注射成 型工藝中，塑料在進(jìn)料螺桿中被加熱并混合，并且貯存在貯料器中。 當(dāng)貯料器充滿時(shí)，其容納物被注射到溫度受調(diào)節(jié)的閉合的模具中，在 該模具中，材料被冷卻。當(dāng)材料達(dá)到足夠低的溫度以具有適當(dāng)?shù)臋C(jī)械
強(qiáng)度時(shí)，打開(kāi)模具并且彈出零件。然而，特別地，當(dāng)結(jié)構(gòu)片材是薄的 時(shí)候，熔融材料的注入需要高的壓力，并且因此需要重的且昂貴的機(jī)械。
同樣公知的是，將壓力成型與注射成型組合，例如在EP 1 153 725 中描述的情況。在這種工藝中，二維零件通過(guò)壓力成型而成型，而三 維零件被注射成型。然而，能夠承受高壓的注射成型機(jī)械和模具仍是 必需的，由此增加了該工藝的成本。
本發(fā)明的目的在于提供一種簡(jiǎn)化的工藝，用于生產(chǎn)低成本的結(jié)構(gòu) 片材。
因此，本發(fā)明涉及一種用來(lái)成型片材的工藝，該片材局部地具有 三維突出或凹陷結(jié)構(gòu)，其中坯料片材置于模具的兩個(gè)部分之間，其表 面與所述三維結(jié)構(gòu)的負(fù)結(jié)構(gòu)(negative) —致，并且模具閉合以便壓縮 坯料片材并迫使它流入到三維結(jié)構(gòu)中。根據(jù)本發(fā)明，依賴于三維結(jié)構(gòu) 是突出的還是凹陷的，圍繞所述負(fù)結(jié)構(gòu)的模具的表面的至少一部分分 別具有突出或凹陷特征，該突出或凹陷特征分別用于排出或容納該三 維結(jié)構(gòu)的材料。
措辭"突出的三維結(jié)構(gòu)"應(yīng)被理解為意味著由與片材相同的材料 制成的任何附加物或附屬物，希望的是，該附加物或附屬物與該片材 成一體。典型地，這些是加強(qiáng)肋條，或者例如緊固系統(tǒng)。它們還可以 是超厚的，用于減少成型壓力。凹陷結(jié)構(gòu)是在成型期間在片材中制出 的凹陷，允許隨后將任何有用的附屬物引入到它中。
已經(jīng)觀察到，構(gòu)成小"]t料池"的這種特征的存在限制了在成型 期間材料必須流過(guò)的路徑的長(zhǎng)度，并且因此減少成型壓力。這導(dǎo)致了 較低的鎖模力，并且因此導(dǎo)致了較輕的且不太昂貴的機(jī)械。而且，當(dāng) 三維結(jié)構(gòu)是突出的時(shí)候，獲得了負(fù)結(jié)構(gòu)的較好的填充。當(dāng)該結(jié)構(gòu)是凹 陷的時(shí)候，避免了不受控的超厚度或表面缺陷(縮痕)。
在根據(jù)本發(fā)明的工藝的第一優(yōu)選方案中，三維結(jié)構(gòu)是突出的并且 模具的特征是凸起，該凸起用于在模具閉合時(shí)局部地減少在模具的兩
個(gè)部分之間提供的空間，以便迫使材料滲入負(fù)結(jié)構(gòu)中并且形成該三維 結(jié)構(gòu)。因此結(jié)構(gòu)片材將在該結(jié)構(gòu)周圍略薄。凸起的厚度和面積依賴于 三維結(jié)構(gòu)的體積，它們的乘積必須接近該體積并且在可能的情況下略 微大于該體積(因此，該貯料池的體積對(duì)應(yīng)于形成該結(jié)構(gòu)所需的材料 的體積)。有利地，該厚度比片材的厚度大1%，優(yōu)選地5%，更優(yōu)選 地10%。所推薦的是，該減少量保持小于片材厚度的50%，優(yōu)選地30%， 更優(yōu)選地20%。對(duì)于厚度為2mm的片材，凸起的厚度將理想地是在0.2 和0.4mm之間，局部地給出了 1.6和1.8mm之間的片材厚度。根據(jù)本 發(fā)明的工藝適用于成型厚度廣泛變化(例如在0.5和10mm之間)的片 材。然而，該工藝特別有利于成型具有小于5mm、優(yōu)選地小于4mm的
厚度的薄的片材。它特別適用于具有2和3mm之間的總厚度的片材。
該負(fù)結(jié)構(gòu)以已知的方式配備有通氣系統(tǒng)。
在根據(jù)本發(fā)明的工藝的第二優(yōu)選方案中，該三維結(jié)構(gòu)是突出的， 并且模具的表面具有在模具閉合時(shí)可縮回的凸起，該凸起局部地增加 坯料片材的面積，從而提供用于產(chǎn)生突出結(jié)構(gòu)的材料。該可縮回的凸 起可以例如安裝在彈簧上。當(dāng)模具打開(kāi)時(shí)，凸起使負(fù)結(jié)構(gòu)附近的坯料 片材升起。這導(dǎo)致了對(duì)應(yīng)于升起的區(qū)域的側(cè)面的坯料片材的超額的面 積。當(dāng)模具閉合時(shí)，彈簧被壓縮并且凸起縮回到模具中。超額的量的 坯料片材用于填充負(fù)結(jié)構(gòu)，而不需要材料流過(guò)長(zhǎng)的距離，可縮回的凸 起被安置在負(fù)結(jié)構(gòu)附近。凸起的高度被確定為近似地且略微超額地提
哲(:形成三維結(jié)構(gòu)所需的材料的量。
根據(jù)本發(fā)明的工藝可以應(yīng)用于具有足夠的流動(dòng)性的任何材料，以 通過(guò)在壓力下流動(dòng)而允許三維結(jié)構(gòu)的成型和形成。如果需要，通過(guò)加 熱材料可以獲得該流動(dòng)性。
在實(shí)施該工藝的一個(gè)有利方法中，坯料片材由流體塑料(fluid plastic)制成。當(dāng)塑料包括纖維時(shí)，根據(jù)本發(fā)明的工藝是特別有利的， 這是因?yàn)椋谠撉闆r中，在已知的工藝中，材料難于流動(dòng)到三維結(jié)構(gòu) 上。這些可以是玻璃纖維或者任何無(wú)機(jī)材料的纖維，也可以是有機(jī)纖 維，諸如棉或木質(zhì)纖維。該塑料可以是熱固性塑料或熱塑性塑料。優(yōu) 選地，它是熱塑性塑料，例如，諸如聚丙烯的聚烯烴。材料的精確選 擇將依賴于適當(dāng)?shù)匦纬扇S結(jié)構(gòu)所需的流動(dòng)性，并且例如，還依賴于 片材的最終覆層，以便于適當(dāng)?shù)嘏c其粘結(jié)。在這種情況中，通過(guò)將材 料加熱到高于其軟化溫度可以容易地獲得所需的流動(dòng)性。在這種實(shí)施 方法中，將模具冷卻到低于該軟化溫度的溫度，以便使具有良好的機(jī) 械屬性的零件脫模。所推薦的是，在模具閉合之前，使用用來(lái)防止坯 料片材的不均勻的和過(guò)早的冷卻的任何手段，例如，借助于輻射或熱
根據(jù)本發(fā)明的工藝可用于成型在其兩面上均具有三維結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu) 片材。然而，在一個(gè)特別有利的方案中，片材僅在其一個(gè)面上具有三 維結(jié)構(gòu)。在這個(gè)方案中，當(dāng)坯料片材由流體塑料制成時(shí)，有利的是， 預(yù)期保持平滑的面由纖維層覆蓋，以便提高其機(jī)械完整性，并且因此 使其更易于處理并減少塑料粘附到設(shè)備的風(fēng)險(xiǎn)。而且，在這個(gè)方案中， 根據(jù)本發(fā)明的工藝可以獲得沒(méi)有表面缺陷的平滑的面。當(dāng)三維結(jié)構(gòu)是 深的時(shí)候，這是特別有利的，這是因?yàn)?，在該情況中，已知的工藝不 允許獲得沒(méi)有縮痕的平滑的片材"背面"。當(dāng)材料是晶體聚合物時(shí)， 根據(jù)本發(fā)明的工藝的這個(gè)優(yōu)點(diǎn)更加顯著，晶體聚合物在結(jié)晶時(shí)的收縮 以已知的方式在大的肋條或超厚度的反面上引起縮痕。在這個(gè)方案中， 不具有三維結(jié)構(gòu)的面的優(yōu)良的表面光潔度允許它覆有符合片材的表面 光潔度的薄的柔性層，該覆層例如用于裝飾性目的。該覆層可以是例 如織物、塑料的片材，諸如柔性PVC、或者皮革。該覆層可以有利地 在片材的成型期間生產(chǎn)。
因此，在實(shí)施這個(gè)方案的一個(gè)方法中，在模具閉合之前，使柔性 覆層疊加在預(yù)期保持平滑的坯料片材的那個(gè)面上。
在這個(gè)實(shí)施方法中，有利的是，將纖維層放置在坯料片材和覆層 之間，以便避免在成型期間覆層的表面光潔度的任何變形。所推薦的 是，該纖維層是由棉纖維或玻璃纖維形成的纖維織物。
在根據(jù)本發(fā)明的工藝中，使用具有特定的內(nèi)部表面特征的、在三 維結(jié)構(gòu)的負(fù)結(jié)構(gòu)周圍提供材料貯料池功能的模具。
因此，本發(fā)明還涉及一種用于成型片材的模具，它局部地具有三 維突出或凹陷結(jié)構(gòu)，所述模具包括所述三維結(jié)構(gòu)的負(fù)結(jié)構(gòu)，圍繞所述 負(fù)結(jié)構(gòu)的該模具的表面的至少一部分具有用于形成局部貯料池的特 征，該貯料池能夠依賴于三維結(jié)構(gòu)是突出的還是凹陷的，分別提供或
容納該三維結(jié)構(gòu)的材料。
根據(jù)本發(fā)明的模具的推薦方案，三維結(jié)構(gòu)是突出的并且模具的特 征是凸起，該凸起用于在模具閉合時(shí)局部地減少留在模具的兩個(gè)部分 之間的空間，以便迫使材料滲入負(fù)結(jié)構(gòu)中并且形成三維結(jié)構(gòu)。
同樣有利的是，在根據(jù)本發(fā)明的模具中，三維結(jié)構(gòu)是突出的并且 模具的表面具有在模具閉合時(shí)可縮回的凸起，該凸起局部地增加了坯 料片材的面積，由此提供了用于產(chǎn)生突出結(jié)構(gòu)的材料。
通過(guò)附圖的以下描述，本發(fā)明的特定的方面將顯現(xiàn)。


圖1到4是示出了根據(jù)本發(fā)明的工藝和模具的多個(gè)方面的簡(jiǎn)圖。
圖5在5a示出了已知的成型工藝，并且在5b示出了根據(jù)本發(fā)明
的工藝和模具的優(yōu)選方案。
圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的模具的負(fù)結(jié)構(gòu)(2)和工藝，以及優(yōu)選方 案的凸起(1)。
在圖2到4中，可以看到放置在由填充木質(zhì)纖維的聚丙烯制成的 坯料片材和柔性PVC覆層(4)之間的玻璃纖維織物，不包含三維結(jié)構(gòu) 的平滑面(5)和位于另一面上的三維結(jié)構(gòu)(6)。
圖5示出了覆層(4)、坯料片材(7)、可縮回的凸起(10)和 三維結(jié)構(gòu)的負(fù)結(jié)構(gòu)(2)。圖5b示出了由彈簧(8)致動(dòng)的可縮回的凸 起引起在坯料片材(7)上出現(xiàn)側(cè)面(9),由此構(gòu)成用于填充負(fù)結(jié)構(gòu) (2)的材料供應(yīng)。
下面的例子用于說(shuō)明本發(fā)明
例子
填充有30%的木質(zhì)纖維、覆蓋有厚度為1.5mm且相對(duì)密度為1.06 的聚丙烯和洋麻纖維的織物的聚丙烯的片材(尺寸為2.5X250X250mm 的BP、 HCW、 MFI20)被放置在圖1中示出的模具上。在負(fù)結(jié)構(gòu)(2) 周圍，模具具有厚度為0.5mm的凸起(1)。密度為1200g/n^的由柔
性PVC組成的覆層被布置在玻璃纖維織物的頂部上。將坯料片材預(yù)熱 到21(TC的溫度。借助于調(diào)節(jié)流體的循環(huán)將模具保持在5(TC的溫度。 然后閉合模具，施加60噸的力持續(xù)30秒的時(shí)間。在模具打開(kāi)后，獲 得了圖4中示出的具有三維結(jié)構(gòu)(6)的片材。
權(quán)利要求
1.用來(lái)成型片材的工藝，所述片材局部地具有三維突出或凹陷結(jié)構(gòu)(6)，其中坯料片材(7)放置于模具的兩個(gè)部分之間，所述模具的表面對(duì)應(yīng)于所述三維結(jié)構(gòu)的負(fù)結(jié)構(gòu)(2)，并且所述模具閉合以便壓縮所述坯料片材(7)并迫使其流入所述三維結(jié)構(gòu)，其特征在于，依賴于所述三維結(jié)構(gòu)是突出的還是凹陷的，圍繞所述負(fù)結(jié)構(gòu)的所述模具的所述表面的至少一部分分別具有突出或凹陷特征，所述突出或凹陷特征分別用于排出或容納所述三維結(jié)構(gòu)的材料。
2. 如前一項(xiàng)權(quán)利要求所述的工藝，其中所述三維結(jié)構(gòu)是突出的并 且所述模具的所述特征是凸起(l),所述凸起用于在所述模具閉合時(shí)局部地減少在所述模具的所述兩個(gè)部分之間提供的空間，以便迫使所 述材料滲入所述負(fù)結(jié)構(gòu)(2)中并且形成所述三維結(jié)構(gòu)(6)。
3. 如前面權(quán)利要求的任一項(xiàng)所述的工藝，其中所述三維結(jié)構(gòu)是突 出的并且所述模具的所述表面具有在所述模具閉合時(shí)可以縮回的凸起(10)，所述凸起通過(guò)側(cè)面(9)的出現(xiàn)局部地增加所述坯料片材的面 積，由此提供用于產(chǎn)生所述突出結(jié)構(gòu)的材料。
4. 如前面權(quán)利要求的任一項(xiàng)所述的工藝，其中所述坯料片材由流 體塑料制成。
5. 如前一項(xiàng)權(quán)利要求所述的工藝，其中所述流體塑料是已被預(yù)熱 到高于其軟化點(diǎn)的熱塑性塑料，并且其中所述模具被調(diào)節(jié)在低于所述 軟化點(diǎn)的溫度。
6. 如前面權(quán)利要求的任一項(xiàng)所述的工藝，其中所述片材僅在其一 個(gè)面上具有三維結(jié)構(gòu)。
7. 如前一項(xiàng)權(quán)利要求所述的工藝，其中，在所述模具閉合之前， 柔性覆層被疊加在預(yù)期保持平滑的所述坯料片材的那個(gè)面上。
8. 如前一項(xiàng)權(quán)利要求所述的工藝，其中纖維層被放置在所述片材 和所述覆層之間
9. 如前一項(xiàng)權(quán)利要求所述的工藝，其中所述纖維層是纖維織物。
10. 用于成型局部地具有三維突出或凹陷結(jié)構(gòu)的片材的模具，其 包括所述三維結(jié)構(gòu)的負(fù)結(jié)構(gòu)，圍繞所述負(fù)結(jié)構(gòu)的所述模具的所述表面 的至少一部分具有用于形成局部貯料池的特征，所述貯料池能夠依賴 于所述三維結(jié)構(gòu)是突出的還是凹陷的，分別提供或容納所述三維結(jié)構(gòu) 的材料。
11. 如前一項(xiàng)權(quán)利要求所述的模具，其中所述三維結(jié)構(gòu)是突出的 并且所述模具的所述特征是凸起，所述凸起用于在所述模具閉合時(shí)局 部地減少留在所述模具的所述兩個(gè)部分之間的空間，以便迫使所述材 料滲入所述負(fù)結(jié)構(gòu)中并且形成所述三維結(jié)構(gòu)。
12. 如權(quán)利要求10和11中的任一權(quán)利要求所述的模具，其中所述三維結(jié)構(gòu)是突出的并且所述模具的所述表面具有在所述模具閉合時(shí) 可縮回的凸起，所述凸起局部地增加所述坯料片材的面積，由此提供 用于產(chǎn)生所述突出結(jié)構(gòu)的材料。
全文摘要
用來(lái)成型片材的工藝，該片材局部具有三維突出或凹陷結(jié)構(gòu)(6)，其中坯料片材(7)置于模具的兩個(gè)部分之間，該模具的表面對(duì)應(yīng)于所述三維結(jié)構(gòu)的負(fù)結(jié)構(gòu)(2)。依賴于三維結(jié)構(gòu)是突出的還是凹陷的，圍繞所述負(fù)結(jié)構(gòu)的模具的表面的至少一部分具有用于形成局部貯料池的特征，所述貯料池能夠提供或容納該三維結(jié)構(gòu)的材料。
文檔編號(hào)B29C43/02GK101180169SQ200680017540
公開(kāi)日2008年5月14日 申請(qǐng)日期2006年5月18日 優(yōu)先權(quán)日2005年5月20日
發(fā)明者喬治·韋內(nèi)爾, 阿德里亞諾·奧迪諾 申請(qǐng)人:雷諾立特股份公司