臂端工具制造技术

提供了一种臂端工具系统和用于制造的方法。臂端工具系统提供预浸渍碳纤维材料的自动化的材料处理、部件操纵、预成形和输送。自动机械连接至臂端工具以用于进行自动化的材料处理和从至少下预成形工具系统处进行输送操作，在下预成形工具系统处较小的压力被施加至模压机。臂端工具系统包括固化的硅酮膜以及真空装置和空气吹送装置，从而允许使众所周知是粘性的且难以处理的预浸渍碳纤维材料自动地预成形并且自动地拾取及放下。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】相关申请的交叉引用该申请是PCT国际申请并且要求于2014年4月2日提交的美国临时专利申请No.61/974,147的权益。以上申请的公开内容通过参引并入本文中。
本专利技术涉及在自动化过程中的生产设备中所使用的自动机械末端执行器工具，该自动机械末端执行器工具与固定的框架工具相结合以用于使预定的材料成形并输送该预定的材料。
技术介绍
不同聚合物和复合材料的模制是用来形成用于各种应用的部件的常用方法。照惯例，在模制复合材料中使用压热器方法、非压热器方法或压缩模制方法。通常，在这些过程中，材料/部件至不同工位的输送主要是手动的。复合材料能够在压热器过程中通常通过使用单面工具来模制，其中，材料片或预成形件置于单面工具上方并且接着在压热器中在压力或真空下被加热，从而将预成形件模制成所需形状。由于使材料在压热器中成形的步骤，整个过程实施起来很慢且花费较大，并且利用较高的热和压力显著增大了用于形成模制部件的生产时间和能量消耗且不能为大批量生产提供过程的可扩展性。因此，期望研发用于优选地具有A级光洁度的机动车结构部件例如车辆护罩内衬或者任何其他结构部件的大批量生产的其他模制装置。典型的非压热器处理——例如，封闭模具在真空下被加热——并没有取得优于压热器处理的明显结果。材料基本上还能够在压缩模制过程中模制，然而，压缩模制过程效率低，增大花费，并且不能为大批量生产提供过程的可扩展性。另外，过去已使用了用于形成模制部件的预浸渍片材。由于用于形成所需部件的预浸渍片材中存在纤维，因而所使用的预浸渍材料一般具有较高的强度。照惯例，预浸渍材料在前述过程中被模制。然而，诸如预浸渍有环氧树脂材料的碳纤维(可以是诸如凯夫拉尔(Kevlar)、玻璃、玄武岩(bassalt)等的不同的纤维，或者可以是诸如乙烯基酯、聚酯、PA6、PA66等的不同的树脂)的材料的材料处理是困难的，原因在于这种材料因与配合的接触表面的亲和力以及/或者范德华力而“粘附”至许多表面，从而使释放变得困难。因此，期望研发用于预浸渍材料和预成形材料处理的工具系统/模制系统和方法。因此，存在对用于生产部件的方法以及用于材料的材料处理并且置于压缩模制工具中以用于部件的大批量生产的工具装置/模制装置的需求。还期望研发使材料的材料处理自动化并且置于压缩模制工具中的工具系统/模制系统和方法。因此，还期望使通常的手动过程完全自动化。
技术实现思路
本专利技术涉及用于在压缩模制过程中利用双面工具来处理预浸渍碳纤维或任何其他材料的臂端工具系统和方法。与传统方法(压热器方法、非压热器方法)或压缩模制方法(本专利技术在高得多的压力下使用双面压缩工具)相比，本专利技术为大批量生产提供了过程的可扩展性。该过程还使通常的手动过程完全自动化。本专利技术使这种材料的材料处理自动化并且使材料置于压缩模制工具中。与除其他方面以外生产力较低的传统的模制及手动过程相比，这些特征具有明显的益处和优异的结果。预浸渍有环氧树脂材料的碳纤维(或者诸如凯夫拉尔、玻璃、玄武岩等的任何其他纤维，或者诸如乙烯基酯、聚酯、聚酰胺(PA6)、聚酰胺66(PA66)等的任何树脂)利用较小压力预成形以形成二维(2D)材料，使得该二维(2D)材料可以配装在三维(3D)模具中。由于材料一般在成形之后弹性回复，因而连接至臂端工具或末端执行器工具的自动机械执行材料处理和输送操作。臂端工具(EOAT)在成形期间承受预定量的压力。EOAT还承受预定的温度。另外，EOAT的重量小于机器人的有效负荷以增强稳定性。从控制和安全的观点来看，EOAT与进料台、下预成形工具、自动机械、自动机械保持架/自动机械单元、空气装置/真空装置/电气装置、模压机和/或其他工位/部件/零部件等成一体。另外，本专利技术的特征将具有预定厚度和预定硬度的硅酮膜保持至EOAT。固化的硅酮膜与真空装置和空气吹送装置的结合允许众所周知是粘性的且难以处理的预浸渍材料比如碳纤维材料的自动的预成形以及拾取和放下。本专利技术的其他适用领域通过下文中提供的详细描述将变得明显。应当理解的是，尽管详细描述和具体示例指示本专利技术的优选实施方式，但这些详细描述和具体示例仅意在说明的目的而不意在限制本专利技术的范围。附图说明本专利技术将通过详细描述和附图更充分地理解，在附图中：图1是根据本专利技术的实施方式的连接至自动机械的臂端工具的剖切侧视图；图2是根据本专利技术的下预成形工具的剖切侧视图；图3是根据本专利技术的第二实施方式的下预成形工具的立体图；图4是根据本专利技术的任一实施方式的臂端工具的真空箱的内部的立体图；图5A是根据本专利技术的另一实施方式的臂端工具的侧视图，其中，真空装置被关闭；图5B是根据本专利技术的图5A的臂端工具的侧视图，其中，真空装置被启用；图6是根据本专利技术的臂端工具的与主预成形部件相邻的上膜以及与补片台装置的另一膜相邻的用于预成形件的加强补片的侧视图；以及图7是示例性的预成形件成形系统的示意图并且示出了根据本专利技术的用于制造模制部件的方法。具体实施方式优选实施方式的以下描述本质上仅为示例性的并且决不意在限制本专利技术、本专利技术的应用或用途。本专利技术总体上涉及包括臂端工具的工具系统/模制系统以及用于在压缩模制过程中利用双面工具处理预浸渍碳纤维材料的方法。该方法包括对这种材料的自动化材料处理。臂端工具(或“末端执行器工具”)连接有自动机械以进行材料处理和输送操作。臂端工具在预成形时承受预定量的较小压力。固化的硅酮膜与真空装置和空气吹送装置的结合允许对众所周知是粘性的且难以处理的预浸渍碳纤维材料进行自动地预成形以及自动地拾取及放下该预浸渍碳纤维材料。本专利技术还提供了对呈2D或3D形式的预浸渍材料进行拾取和放下，这具有显著的优势。本专利技术还提供了对呈2D或3D形状或轮廓的预浸渍件进行拾取、预成形、输送和放下，这特别地在大批量碳纤维的处理中具有显著的优势。使工具/过程完全自动化具有显著的优势。通常的系统由于工具没有执行必需步骤的能力而效率较低并且不能自动化。总体上参照图1至图7，并且更具体地参照图1至图2以及图4，总体上提供了根据本专利技术的总体上以12示出的臂端工具系统(EOAT)。还提供了用于与EOAT 12一起使用的总体上以14指示的下预成形工具系统(或者“嵌套件”或“固定装置”)。EOAT 12连接至总体上以16指示的自动机械以使EOAT 12在制造过程中铰接并且移动至不同工位——包括铰接并移动成与下预成形工具14操作性接合，从而形成具有上半部或第一工具部(例如，EOAT 12)以及下半部或第二工具部(例如，下预成形工具14)的两部分压制设备。EOAT 12具有总体上以18指示的真空箱，该真空箱通过紧固件——例如，螺钉等——连接至真空箱盖20，并且用粘合剂、密封剂和/或填料密封。真空箱盖20将真空箱18封闭以形成密闭的箱环境。真空箱盖20还连接至自动机械16。通常，盖20具有优选地居中定位的、连接至总体上以22示出的自动机械联接件的配合区域/附接区域。自动机械联接件22将自动机械16的端部附接至EOAT 12。自动机械联接件22是适于将EOAT 12连接至机械臂的任意联接件。附接区域是固定的且不可旋转的。机械臂包括至少一个枢转接头24以使机械臂26的下半部旋转从而使EOAT 12在不同工位处移动就位。自动机械16还本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于在制造期间输送部件的臂端工具系统，所述臂端工具系统包括：真空箱，所述真空箱具有不粘部和至少一个接触表面，所述真空箱连接至用以操纵所述臂端工具系统的自动机械；真空盖，所述真空盖连接至所述真空箱，从而形成密闭的箱环境；以及真空装置和/或空气吹送装置，所述真空装置和/或所述空气吹送装置用于选择性地拾取及放下所述部件。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.04.02 US 61/974,1471.一种用于在制造期间输送部件的臂端工具系统，所述臂端工具系统包括：真空箱，所述真空箱具有不粘部和至少一个接触表面，所述真空箱连接至用以操纵所述臂端工具系统的自动机械；真空盖，所述真空盖连接至所述真空箱，从而形成密闭的箱环境；以及真空装置和/或空气吹送装置，所述真空装置和/或所述空气吹送装置用于选择性地拾取及放下所述部件。2.根据权利要求1所述的臂端工具系统，还包括连接至所述真空箱的上膜，所述上膜提供所述不粘部。3.根据权利要求2所述的臂端工具系统，其中，所述上膜为固化的硅酮膜。4.根据权利要求2所述的臂端工具系统，其中，每个接触表面均具有预定轮廓，并且所述上膜在所述真空装置被启用时压靠每个接触表面，并且所述部件保持抵靠所述上膜。5.根据权利要求2所述的臂端工具系统，其中，当真空被释放并且所述吹送装置被接合时，所述上膜返回至平坦状态以及/或者向外鼓起以辅助所述部件从所述臂端工具系统释放。6.根据权利要求1所述的臂端工具系统，其中，当所述真空装置被关闭时，臂端工具释放所述部件。7.根据权利要求1所述的臂端工具系统，还包括设置在所述至少一个接触表面上的上涂层，所述上涂层提供所述不粘部。8.根据权利要求7所述的臂端工具系统，其中，所述上涂层为选自包括固化的硅酮、镍特氟龙和特氟龙的组中的涂层材料。9.根据权利要求7所述的臂端工具系统，其中，每个接触表面均具有预定轮廓，并且当所述真空装置被启用时，所述部件压靠所述接触表面并且所述部件保持在所述臂端工具组件中。10.根据权利要求1所述的臂端工具系统，其中，所述部件为预浸渍材料部件和/或主预成形部件。11.根据权利要求1所述的臂端工具系统，其中，所述部件为预浸渍有树脂材料的纤维，其中，所述纤维选自包括碳、凯夫拉尔、玻璃、玄武岩和/或金属的组，并且其中，所述树脂选自包括环氧树脂、乙烯基酯、聚酯和/或聚酰胺的组。12.根据权利要求1所述的臂端工具系统，其中，所述部件为预浸渍有环氧树脂材料的碳纤维。13.根据权利要求1所述的臂端工具系统，还包括下预成形工具系统，所述下预成形工具系统包括：下膜附接框架，所述下膜附接框架具有第二不粘部和下预成形工具，所述部件被接纳在所述下膜附接框架上；至少一个第二接触表面，所述至少一个第二接触表面形成在所述下预成形工具上并且具有与所述真空箱的接触表面互补的轮廓。14.根据权利要求13所述的臂端工具系统，其中，所述第二不粘部为下膜，所述下膜为固化的硅酮膜。15.根据权利要求13所述的臂端工具系统，其中，所述臂端工具系统在所述真空装置被启用的情况下接合所述下预成形工具系统，并且所述臂端工具系统施加预定量的压力以使所述部件预成形为预定的形状。16.根据权利要求15所述的臂端工具系统，还包括以可操作的方式连接至所述真空箱的多个外部夹持装置，其中，所述预定量的压力经由所述自动机械和/或所述外部夹持装置施加。17.根据权利要求15所述的臂端工具系统，其中，所述部件的预成形利用较小压力来进行预成形以形成二维的材料部件，使得所述部件能够配装在三维的模具中，并且连接至所述真空箱的所述自动机械执行预定的材料处理和输送操作。18.根据权利要求15所述的臂端工具系统，还包括加强补片工具系统，所述加强补片工具系统包括：固定装置，所述固定装置设置有第三膜和第二样板，其中，所述第三膜为固化的硅酮膜，并且所述第二样板允许将包括粘性材料的至少一个加强补片根据所述第二样板装载...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐纳德·杜克洛，约翰·英格拉姆，王宗勋，
申请(专利权)人：麦格纳国际公司，
类型：发明
国别省市：加拿大;CA