專利名稱：單片塑造的復(fù)合零件及其制造方法
本申請是1985年8月22日提出的美國專利申請?zhí)?68，259、1987年12月21日提出的美國專利申請?zhí)?36，187以及1988年5月4日提出的美國專利申請?zhí)?90，055的部分繼續(xù)申請。
本發(fā)明涉及纖維材料增強(qiáng)的塑料零件，尤其是涉及制造中空輕質(zhì)、具有復(fù)雜形狀的零件的方法。
本發(fā)明特別適用于制造車體外殼例如車門、提升門、車頂蓋以及引擎蓋之類。當(dāng)今最典型的車體罩殼是由單獨(dú)的金屬內(nèi)板和外板制成的。所述內(nèi)外板用焊接、折邊凸緣、機(jī)械緊固以及粘結(jié)等方法連結(jié)在一起。除了需要兩臺(tái)機(jī)床和多套沖模來制造內(nèi)外板之外，在通常的連結(jié)工序中還需要昂貴的夾具，使內(nèi)外板位置準(zhǔn)確。人們已經(jīng)認(rèn)識(shí)到，用纖維增強(qiáng)塑料來制造外板具有不少優(yōu)點(diǎn)。然而，這樣做一般仍必須有另外的連結(jié)工序，以便將此外板與內(nèi)板、裝飾板以及單獨(dú)的反光鏡座組合在一起。
當(dāng)然，外板表面必須保持平滑漂亮、令人愉快的外表。這就是貿(mào)易中通常所說的“A”級(jí)表面。用焊接方法將不同零件連結(jié)在一起會(huì)使A級(jí)表面受到損傷。如果用硬質(zhì)粘合劑來代替焊縫，也會(huì)造成“看透”粘縫問題。但是內(nèi)外板只有剛性連結(jié)起來，才可能在承載時(shí)很好地協(xié)同工作，成為一個(gè)合格的結(jié)構(gòu)。
典型的車體外殼制造法的另一個(gè)問題是要制造多個(gè)板以及零件。
這就導(dǎo)致了組裝誤差、生產(chǎn)率低下以及一系列質(zhì)量控制問題。
共同轉(zhuǎn)讓的美國專利申請?zhí)?1985年8月22日提出的768，259;1987年12月21日提出的136，187;1986年2月26日提出的833，304即現(xiàn)在的美國專利號(hào)4，740，346;以及1988年5月4日提出的190，055披露了各種形成中空纖維增強(qiáng)塑料結(jié)構(gòu)的方法。這些申請都結(jié)合至少一個(gè)最佳實(shí)施例，揭示了使用一個(gè)可吹脹囊狀物的方法，在將樹脂注入模子的時(shí)候，使所述囊狀物充壓，以便確定零件的中空內(nèi)部形狀。可以把囊狀物想象成氣球類，未充壓時(shí)它不能自行支撐起來。根據(jù)上述專利的披露，首先把纖維片放到敞開模子的一個(gè)面上，然后把囊狀物放在這些纖維片上，再把零件頂面用的纖維片加在囊狀物上方，然后閉合模子，在注入樹脂期間使囊狀物充壓。這種方法雖然能取得良好效果，但也確實(shí)存在一些缺點(diǎn)。例如有時(shí)會(huì)出現(xiàn)以下問題充壓時(shí)氣球類的囊狀物不象預(yù)期那樣完全膨脹，因而不能完全地確定零件內(nèi)部的一些部分。模子裝料工序的大部分操作需在模子現(xiàn)場進(jìn)行，處理比較困難。此外，在模子閉合囊狀物充壓之前，放在囊狀物頂部的纖維片有下彎的傾向，因而可能造成一些有害的錯(cuò)位。
根據(jù)本發(fā)明最佳實(shí)施例的原理，提供一個(gè)薄壁中空支承物，它具有所需零件的大致形狀。該支承物的剛度足以堅(jiān)固地保持其形狀，至少在它的未加載狀態(tài)是如此。把纖維片制成的成型坯貼在支承物上形成一個(gè)組件，例如可以是用熱熔性粘合劑將成型坯固定在支承物上。再將此組件放入模子，并閉合所述模子。然后將樹脂注入模子，灌滿所述纖維片。待樹脂固化后，從模子中取出零件，按需要去除毛刺，于是就制成了一個(gè)單片中空零件，尤其是一個(gè)車體外殼零件。
下面參照附圖進(jìn)行詳細(xì)介紹，從而使熟悉此項(xiàng)技術(shù)的人們明瞭本發(fā)明的各種優(yōu)點(diǎn)，在附圖中

圖1是根據(jù)本發(fā)明最佳實(shí)施例制成的一個(gè)零件的局部剖去的透視圖;
圖2是沿著圖1中2-2線的剖視圖;
圖3是一張工藝流程圖，用來說明該最佳實(shí)施例方法中各步驟的順序;
圖4是支承物-成型坯組件的部件分解透視圖;
圖5是樹脂注入和支承物充壓之前該組件在模子中的剖視圖;
圖6與圖5類似，只是樹脂已經(jīng)注入，支承物再次充壓;
圖7是所述模子以及支承物-成型坯組件的部件分解透視圖。
本發(fā)明將結(jié)合汽車單片門的制造來進(jìn)行介紹。然而應(yīng)該理解，本發(fā)明除了特別適用于制造多種車體外殼零件之外，還有更為廣泛的用途。
首先參看圖3、4。提供一個(gè)薄壁中空的支承物10，其形狀與所需零件(在此是一扇汽車門)的形狀大致相符。支承物10的剛度足以堅(jiān)固地保持其形狀，至少在它不承載，即不支持所述成型坯之類的外部材料時(shí)是如此。另外，它應(yīng)該造價(jià)便宜，重量輕并且對流體基本上呈密封性。在這個(gè)最佳實(shí)施例中，支承物10最好是一個(gè)真空裝置，它由兩張厚度約為0.010～0.030英寸的適用的熱塑性材料例如聚乙烯、丙烯腈丁二烯苯乙烯共聚物(ABS)或者聚氯乙烯(PVC)片制成。所用的方法可以是熱成型、吹制成型或者是旋轉(zhuǎn)成型?？梢园阎С形?0想象成當(dāng)今日常使用的塑料牛奶罐。它的剛度足以保持其形狀，然而，當(dāng)內(nèi)部排空或者被加上足夠重量的成型坯后它會(huì)稍有變形，此時(shí)如果充壓它能脹回到其原有的形狀。
如圖3所述，下一個(gè)通常步驟是把玻璃纖維成型坯放在充壓的支承物10上?？赡苄枰獮樵撝С形锾峁┮稽c(diǎn)壓力(1/2～1磅/英寸2)，以防它被成型坯壓凹。支承物10還具有能與一個(gè)噴嘴接合的適當(dāng)?shù)娜肟?2，所述噴嘴再通過一根軟管之類連接到一個(gè)壓縮空氣源上。應(yīng)當(dāng)指出，這一充壓步驟可有可無，取決于成型坯的重量。在圖4中畫出了三個(gè)所述成型坯14、16和18。由于這些成型坯相對較大，因此薄壁支承物10只有充壓才能防止變形。每個(gè)成型坯由一層或者多層纖維網(wǎng)狀材料組成，該材料用適當(dāng)?shù)恼澈蟿┤鐭崛坌驼澈蟿┗蚪佑|性粘合劑之類臨時(shí)固定在一起呈所需的形狀。成型坯14通常構(gòu)成門的外板，成型坯16通常構(gòu)成門的內(nèi)板，而成型坯18通常構(gòu)成該門的反光鏡座。由于支承物10也大致具有所需零件的形狀，它能起到導(dǎo)向裝置的作用，幫助操作者判定成型坯應(yīng)放置的地方?？梢杂酶鞣N各樣的方法將成型坯固定起來，但最好的一種方法是先把熱熔型粘合劑點(diǎn)在支承物10上，然后將成型坯壓在支承物上，使它粘在所需位置。
現(xiàn)在參見圖7，支承物-成型坯組件20成為一個(gè)單片狀的個(gè)體，它可在任何方便的場合制作、儲(chǔ)存，并在需要時(shí)運(yùn)來，放置在模子22之中。模子22包括一個(gè)下模24，下模上具有一個(gè)呈內(nèi)板所需形狀的模腔26。還做出一些結(jié)構(gòu)，作為模子22閉合后注入樹脂、排出空氣和樹脂、以及支承物10充壓之用。如圖6和圖7所示，將樹脂源28連接到位于下模24上表面的溝槽30上，排出槽32與模腔26相通。洞口34則為一個(gè)適用的噴嘴36提供了空間。
參見圖5，將組件20放入橫腔26并閉合上模38。在上模38閉合之前，支承物10排出壓縮空氣。由于受到有幾分重量的成型坯的壓力，此薄壁支承物稍有變形，從其最終位置縮小大約1～10%。也可采用負(fù)壓或者真空，使支承物10和其上的成型坯稍有縮小，這樣的縮小量對于使上模38能方便地閉合來說是足夠了。上模38與下模24類似，也包括一個(gè)模腔40，但在此處模腔具有門外板所需表面的形狀。
一旦上下模閉合完畢，噴嘴36就將氣源42中的壓縮空氣通過入口12送入支承物10的內(nèi)部。隨后，把來自樹脂源28的樹脂通過溝槽30注入模子，灌滿纖維成型坯14、16和18?？諝夂投嘤嗟臉渲ㄟ^排出槽32排出。在這個(gè)例子中，所用樹脂是乙烯脂，不過聚脂、環(huán)氧樹脂、尿烷以及其它多種樹脂也是令人滿意的。在灌滿樹脂工序期間，由于壓縮空氣源42提供的內(nèi)部均衡氣壓的作用，能防止薄壁支承物10凹下變形。
在樹脂固化因而合成結(jié)構(gòu)變?yōu)閯傂灾埃Ｗ右恢北３制潢P(guān)閉狀態(tài)。所述固化可以在加熱加壓狀態(tài)進(jìn)行，也可在室溫狀態(tài)進(jìn)行，取決于樹脂種類及所選用的催化劑。在這個(gè)例子中，上下模最好一直加熱到灌入成型坯的樹脂固化。
此零件從模子中取出之后，按需要去除毛刺，就形成如同圖1、2所示的單片塑造門44。因此，門44由一個(gè)整體塑造的單元構(gòu)成，此單元外板46與內(nèi)板48整體地連結(jié)在一起。所述外板46還包括一個(gè)塑造出的反光鏡座50。插入桿。絞鏈、碰鎖以及其它金屬附件最好先預(yù)裝成一個(gè)金屬附件小組件，該小組件能通過一個(gè)開口(未畫出)插入空腔52中，所述開口可一起塑造出來也可在塑造后再開出。在空腔52中的開口可位于門的底部或絞鏈區(qū)域。所述小組件設(shè)計(jì)成能封閉這個(gè)開口。
通常的門結(jié)構(gòu)需要分別制出內(nèi)、外板然后將它們連結(jié)在一起，因此，這種單片塑造門44能減少消耗、提高效率。在所用材料的鋼材比率僅約1/10的情況下，門44能具有與傳統(tǒng)金屬門等值的剛度。單片門44不再需要多個(gè)門片，因而可減少組裝誤差，提高產(chǎn)生率，減少庫存量以及改善質(zhì)量。模腔26和38能作適當(dāng)?shù)臋C(jī)加工，以便為門提供符合要求的表面光潔度。例如，橫腔26能具有某種結(jié)構(gòu)，使內(nèi)板具有粒狀裝飾表面，而橫腔40通常是平滑的，使外板具有通常所需的A級(jí)表面。本發(fā)明特別適用于制造復(fù)雜的不對稱零件，包括具有多個(gè)接合面的車門之類，例如車門的窗框部分54與門的空腔52就在所述接合面相互連接。
熟悉此項(xiàng)技術(shù)的人們在研究本說明、附圖及后面的權(quán)利要求之后，將很容易了解本發(fā)明的其它各種優(yōu)越性。
權(quán)利要求
1.一種制造纖維增強(qiáng)中空零件的方法，其改進(jìn)包括提供一個(gè)薄壁支承物，其剛度在不承載時(shí)足以堅(jiān)固地保持其形狀；把多個(gè)纖維片成型坯貼在該支承物上形成一個(gè)組件；將所述組件放入一個(gè)模子；閉合模子；用樹脂灌滿該纖維片；使樹脂固化形成一個(gè)中空零件；敞開模子；從模子中取出零件。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，它進(jìn)一步包括在加放成型坯時(shí)支承物充壓;在閉合模子前支承物排氣;用樹脂灌滿成型坯之前支承物再次充壓。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征為，將所述支承物做成一個(gè)真空裝置，它由多片厚度為0.010～0.030英寸的熱塑性材料構(gòu)成。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征為，所述支承物大體呈一扇車門的形狀。
5.一種制造纖維增強(qiáng)中空零件的方法，所述方法包括提供一個(gè)大體呈所需零件形狀的薄壁中空支承物，所述支承物的剛度足以堅(jiān)固地保持其形狀;向該支承物內(nèi)部充壓;把多個(gè)纖維片成型坯放在所述支承物上形成一個(gè)組件;所述支承物排氣;把所述組件放入一個(gè)模子中;閉合所述模子;所述支承物再次充壓;將樹脂注入所述模子，灌滿所述纖維片;使樹脂固化;從所述模子中取出零件。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征為，將所述支承物做成一個(gè)真空裝置，它由多個(gè)厚度為0.010～0.030英寸的熱塑性片構(gòu)成。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征為，所述支承物呈一個(gè)帶反光鏡座的車門的形狀。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征為，所述成型坯包圍著支承物，所以從模子中取出的零件是一扇外板和內(nèi)板整體相連的車門。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，它進(jìn)一步包括去除所述零件的毛刺;將車門金屬附件插入所述內(nèi)外板之間的車門內(nèi)腔。
10.一種制造車門的方法，所述方法包括;制造一個(gè)厚度為0.010～0.030英寸的薄壁中空支承物，該支承物大體上呈包括反光鏡座車門的形狀;將一塊第一成型坯加在所述支承物的頂面，以便通常構(gòu)成所述車門的外板;將一塊第二成型坯加在所述支承物的底面，以便通常在構(gòu)成所述車門的內(nèi)板;將一塊第三成型坯加在所述支承物的反光鏡座部位上;所述支承物排氣;把所述支承物和連結(jié)其上的多個(gè)成型坯放入一個(gè)模子;閉合所述模子;所述支承物再次充壓;將樹脂注入所述模子，灌滿所述成型坯;使樹脂固化;從模子中取出所述零件。
11.根據(jù)下述方法制造的一個(gè)纖維增強(qiáng)的塑料零件將多個(gè)纖維片加到剛度足以保持自身形狀的一個(gè)薄壁支承物上，從而形成一個(gè)組件;將所述組件放入一個(gè)模子中;閉合所述模子;用樹脂灌滿所述纖維片;使樹脂固化，形成一個(gè)中空零件;從所述模子中取出零件。
12.一種制造車門的方法，該方法包括提供一個(gè)大體呈所需車門形狀的薄壁中空支承物，所述支承物的剛度足以堅(jiān)固地保持自身形狀;向該支承物內(nèi)部充壓;把纖維片制成的成型坯放在該支承物上形成一個(gè)組件;所述支承物排氣;把所述組件放入一個(gè)模子;閉合所述模子;所述支承物再次充壓;將樹脂注入該模子，灌滿所述纖維片;使樹脂固化;敞開所述模子;從模子中取出零件。
13.一種制造車門的方法，該方法包括提供一個(gè)真空裝置，它由厚度為0.010～0.030英寸、薄壁中空的熱塑性材料支承物制成，所述支承物大體呈包括反光鏡座的一個(gè)車門的形狀;將一塊第一成型坯加在所述支承物的頂面，以便通常構(gòu)成該車門的外板;將一塊第二成型坯加在所述支承物的底面，以便通常構(gòu)成該車開的內(nèi)部;將一塊第三型坯加在所述支承物的反光鏡座部上;所述支承物排氣;把所述支承物和連結(jié)其上的多個(gè)成型坯放入一個(gè)模子;閉合所述模子;所述支承物再次充壓;將樹脂注入所述模子，灌滿所述成型坯;使樹脂固化;從模子中取出所述零件。
14.一扇車門，它包括一個(gè)具有整體連結(jié)的內(nèi)、外板的單片中空結(jié)構(gòu)，所述內(nèi)、外板由纖維增強(qiáng)塑料制成，所述纖維增強(qiáng)塑料被內(nèi)部的、由不同材料制成的一個(gè)薄壁支承物隔開。
15.如權(quán)利要求14所述的車門，其特征為，所述薄壁支承物由厚度約為0.010～0.030英寸的熱塑性材料制成。
全文摘要
一種制造纖維增強(qiáng)中空零件，特別是車體外殼的方法，它包括將成型坯加在一個(gè)薄壁中空支承物上，所述支承物預(yù)制成與車體外殼零件大體相符的形狀；然后支承物排氣，支承物一成型坯組件被放入一個(gè)模子中；閉合模子，隨后支承物再次充壓，將樹脂注入模子中，灌滿成型坯的纖維片，一旦樹脂固化，就可敞開模子，取出零件。
文檔編號(hào)B60R21/16GK1041910SQ8910784
公開日1990年5月9日 申請日期1989年10月12日 優(yōu)先權(quán)日1988年10月14日
發(fā)明者里查德·本杰明·弗里曼 申請人:布德公司