用于制造纤维增强复合材料零件的树脂传递模塑系统和控制逻辑技术方案

本文提出了用于制造复合材料结构的制造控制系统，制造/操作这种系统的方法，以及用于改善纤维增强聚合物板中的跑道效果的树脂传递模塑技术。一种用于形成复合材料结构的方法包括通过系统电子控制单元(ECU)确认基于纤维的预制件放置在模腔中并且将模塑装置的相对的模具部分密封在一起。在基于纤维的预制件和一个模具部分的工具面之间的空隙中引入填料，例如可压缩气囊、一组弹簧偏压销或喷射短切纤维床，从而消除不期望的树脂跑道。系统ECU命令树脂泵通过模塑装置的主浇口注入树脂并进入模腔，从而用树脂浸渍基于纤维的预制件。一个或多个通风口用于从模具中排出空气。

【技术实现步骤摘要】
用于制造纤维增强复合材料零件的树脂传递模塑系统和控制逻辑引言本公开总体涉及纤维增强复合结构的制造。更具体地，本公开的方面涉及用于在纤维增强聚合物复合材料板的模塑期间减轻缺陷的系统、方法和设备。复合材料用于制造大量现代产品。例如，许多现有生产的汽车、船只和飞机最初配备有承重车身板、美学装饰板、支撑框架构件以及由复合材料全部或部分制造的各种其他部件。纤维增强塑料(FRP)是用于大规模生产制造应用的复合材料的一个示例，其有利于其高强度重量比、增加的弹性和轻质性能。FRP通常通过将高拉伸强度纤维材料(例如玻璃纤维或碳纤维)悬浮在固化聚合物(例如环氧树脂/树脂基质)内而形成。用于制造纤维增强塑料结构的可用技术是树脂传递模塑(RTM)。许多RTM工艺使用静液压注射系统将高压、低粘度树脂引入闭合模具中。在引入树脂之前，可以是预制纤维垫(或“预制件”)形式的干纤维放置在模具内部。在定位纤维预制件并闭合模具后，注入树脂以填充模具内部并浸渍预制件。可以将模具加热并置于真空下，如在真空辅助树脂传递模塑(VARTM)中，以帮助树脂流动。对于一些传递模塑技术，当树脂固化时，模具的温度可以循环或保持恒定；一旦固化，就将零件从RTM装置中取出。RTM工艺可以经济地生产具有高强度特性、严格的尺寸公差、复杂的几何形状和一致的零件质量的复合材料零件。
技术实现思路
本文公开了具有用于生产复合材料构造的伴随控制逻辑的制造系统、制造方法和用于操作这种系统的方法，以及用于改善纤维增强聚合物(FRP)板中的跑道效应的树脂传递模塑(RTM)技术。举例来说，提出了RTM方法，其减轻由于模腔内的纤维预制件的不正确尺寸或错位导致的无意的空隙或预制件压缩引起的部件缺陷。在模具和预制件之间存在这种空隙可能在传递模塑期间导致捕获的空气、增加的孔隙率、无意的树脂流动路径、或不均匀的纤维密度。通过最小化或防止这种空隙区域来改善该问题，并因此确保在预制件的不同厚度的区域之间存在平滑过渡。计量注入短切纤维和/或将可变体积垫片引入纤维预制件和工具面之间的间隙区域有助于消除预制件周围不需要的空隙空间。在树脂传递模塑期间使用前述方案有助于防止树脂跑道，从而增强所得结构的可变厚度部分，同时允许结构的无应力区域更轻。对于至少一些所公开的概念的附带益处包括改进RTM制造过程的整体部件质量，最小化最终部件中的截留空气并增加部件之间的均匀性和一致性。所公开的RTM技术还可有助于降低模塑操作对增强贴片的放置的敏感性，消除了对纤维预制件的精确制造或预制件放置的精确自动化的需要。所公开的技术还有助于防止缺陷的出现(空隙形成)，并因此减少缺陷零件的总数。额外的好处可能包括减少废料，同时减少材料成本。所公开的技术还可以有助于减轻复合材料构造的制造中的任何地方性不确定性，这通常由原材料的变化，不可避免的跑道和加工条件中的不一致引起。本公开内容的方面涉及具有质量控制特征的传递模塑方法，用于减轻纤维增强聚合物板中的跑道承载的缺陷。在一个示例中，提出了一种使用模塑系统形成复合材料结构的方法。该模塑系统包括相对的模具部分，当它们密封在一起时，共同限定一个封闭的模腔。一个或多个浇口和一个或多个通气口流体连接到模腔，以分别引入树脂和从腔排出空气。可编程电子控制单元(ECU)调节模塑系统的操作。上述代表性方法包括以任何顺序并且与以上和以下任何选项和特征的任何组合：例如通过系统ECU从合适的传感器或人机界面(HMI)接收指示基于纤维的预制件放置在模腔中的电子信号；例如，通过系统ECU从合适的传感器或HMI接收指示模具部分闭合并密封在一起的电子信号；在闭合模具之前或之后，将填料引入基于纤维的预制件和两个模具部分之一的工具面之间的一个或多个空隙中，从而消除任何不需要的树脂跑道；通过系统ECU向主通风口传送一个或多个指令信号，以从模腔中排出空气；通过系统ECU向树脂泵传送一个或多个指令信号，以通过主浇口注入树脂并进入模腔，从而浸渍基于纤维的预制件；并且，在预定的固化时间之后，传送打开信号以打开工具，使得可以移除固化部分。本公开的其他方面涉及用于减轻树脂跑道对纤维增强聚合物板的影响的制造控制系统。作为一个示例，提出了一种用于形成纤维增强聚合物结构的树脂传递模塑系统。RTM系统包括具有相对的上模具部分和下模具部分的流体静力学模塑装置，当上模具部分和下模具部分密封在一起时，在它们之间限定闭合的模具。一个或多个腔浇口将树脂引入模腔，而一个或多个腔通风口从模腔中排出空气。系统ECU可以包括驻留在模塑系统和/或远离模塑系统的一个或多个控制器，其通信地连接到模塑装置并且被编程为实现存储在主、辅助和/或远程存储器设备中的处理器可执行指令。模塑系统还可以配备有安装在模塑装置上的分布式传感器阵列。每个传感器可单独操作以监测离散位置处的系统参数并输出指示系统参数的一个或多个信号。继续前面的示例，可编程ECU接收电子(对准)信号，该信号指示基于纤维的预制件已被放入模腔中。对于至少一些实施方式，可以手动确认适当的预制件放置。此时，系统ECU可以向控制器发送信号以使机架或机器人进入工具并将填料添加到一个或多个潜在的跑道区域。ECU还接收电子(密封)信号，指示相对的模具部分已经闭合并密封在一起。填充设备可以是可压缩垫片的性质，一组可独立致动的型面测量仪销或气动短切纤维枪，将填料引入预制件和一个或两个模(在闭合模具之前或之后)的一个或多个工具面之间的一个或多个空隙中。同时命令一个或多个通风口打开以从模腔中排出空气。此后，系统ECU命令树脂泵通过主浇口注入树脂并进入模腔，从而用树脂浸渍基于纤维的预制件。完成适当的固化时间后，可以从模腔中取出FRP零件。填充设备可以是静压模塑装置的组成部分，或者可以是例如通过受控机器人放置引入的单独部件。本公开的另外方面涉及用于组装的方法和用于操作任何所公开的制造控制系统的方法。本公开的方面还涉及由任何公开的方法形成的纤维增强聚合物结构。本文还呈现了存储可由一个或多个模塑系统控制器，集成电路设备或专用控制模块的一个或多个处理器中的至少一个执行的指令的非暂时性计算机可读介质，以实施任何所公开的方法、技术和算法。以上概述并不旨在表示本公开的每个实施例或每个方面。相反，前述内容仅提供了本文阐述的一些新颖概念和特征的示例。本公开的上述特征和优点以及其他特征和伴随的优点将从以下结合附图和所附权利要求的用于实施本公开的示例性示例和代表性模式的详细描述中变得清楚。此外，本公开明确地包括以上和以下呈现的元件和特征的任何和所有组合和子组合。附图说明图1是根据本公开的方面的用于制造纤维增强聚合物复合结构的代表性树脂传递模塑系统的示意性透视图。图2是根据本公开的方面的具有气动喷涂短切纤维注射枪的代表性树脂传递模塑装置的示意性侧视图。图3是根据本公开的方面的具有表面型面测量仪的代表性树脂传递模塑设备的示意性侧视图。图4是根据本公开的方面的具有可压缩垫片的代表性树脂传递模塑设备的示意性侧视图。图5是根据本公开的方面的具有气动或液压可膨胀囊的代表性树脂传递模塑装置的示意性侧视图。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种使用模塑系统形成复合材料结构的方法，所述模塑系统包括在其间限定模腔的第一模具部分和第二模具部分，均流体连接到所述模腔的主浇口和主通气口，以及调节所述模塑系统的操作的电子控制单元，所述方法包括：/n通过所述电子控制单元接收指示基于纤维的预制件放置在所述模腔中的对准信号；/n通过所述电子控制单元接收指示所述第一模具部分和所述第二模具部分密封在一起的密封信号；/n将填料引入所述基于纤维的预制件和所述第一模具部分的第一工具面之间的所述模腔中的空隙中；/n通过所述电子控制单元向树脂泵传送注入命令信号，以将树脂通过所述主浇口注入并且进入所述模腔，从而用所述树脂浸渍所述基于纤维的预制件；以及/n通过所述电子控制单元向所述主通风口传送排出命令信号，以从所述模腔中排出空气。/n

【技术特征摘要】
20190125 US 16/2578011.一种使用模塑系统形成复合材料结构的方法，所述模塑系统包括在其间限定模腔的第一模具部分和第二模具部分，均流体连接到所述模腔的主浇口和主通气口，以及调节所述模塑系统的操作的电子控制单元，所述方法包括：
通过所述电子控制单元接收指示基于纤维的预制件放置在所述模腔中的对准信号；
通过所述电子控制单元接收指示所述第一模具部分和所述第二模具部分密封在一起的密封信号；
将填料引入所述基于纤维的预制件和所述第一模具部分的第一工具面之间的所述模腔中的空隙中；
通过所述电子控制单元向树脂泵传送注入命令信号，以将树脂通过所述主浇口注入并且进入所述模腔，从而用所述树脂浸渍所述基于纤维的预制件；以及
通过所述电子控制单元向所述主通风口传送排出命令信号，以从所述模腔中排出空气。


2.根据权利要求1所述的方法，其中所述填料包括计量体积的短切纤维填料，所述短切纤维填料被配置为基本上填充所述基于纤维的预制件和所述第一工具面之间的空隙。


3.根据权利要求2所述的方法，其中所述基于纤维的预制件具有第一体积分数的纤维，并且所述短切纤维填料具有小于所述第一体积分数的纤维的第二体积分数的纤维。

【专利技术属性】
技术研发人员：W·R·罗杰斯，V·R·艾萨拉筑，
申请(专利权)人：通用汽车环球科技运作有限责任公司，
类型：发明
国别省市：美国;US