用于加工在熱固性樹脂中具有纖維強化物的復(fù)合材料的非熱壓罐方法通常是使用樹脂通過轉(zhuǎn)移或灌注以注入的方法,其中模具腔體可以被預(yù)先抽真空,也可以不被預(yù)先抽真空。最常規(guī)的方法首先涉及放置插入到模具的封閉腔體中的干纖維層,并且在壓力下將液體樹脂注入該腔體中。用于這些方法的模具是在兩個部件之間限定腔體的剛性閉合模具,該模具設(shè)計成承受該腔體內(nèi)的壓力和相應(yīng)的閉合力。由干纖維制成的預(yù)成型件位于兩個剛性部件的模制表面之間的腔體之中。這對于例如樹脂轉(zhuǎn)移模制(RTM)方法可行。
這些非熱壓罐方法包括真空輔助方法,例如液體樹脂注射真空輔助處理方法(LRIVAP)或真空輔助樹脂轉(zhuǎn)移模制方法(VARTM),其使用稱為軟工具的工具,其中干纖維的分層結(jié)構(gòu)被鋪設(shè)在該工具的模制表面上。該分層結(jié)構(gòu)被裝袋,且在注入樹脂之前被抽取真空。
當(dāng)根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)對于大尺寸部件使用這些非熱壓罐方法時,例如作為非限制性示例,這些大尺寸部件可以是飛行器機翼或機身的部件或風(fēng)力渦輪機葉片,均勻地加熱模具的腔體或者基底是復(fù)雜的,其中基底上存在分層結(jié)構(gòu)。在模具具有限定封閉腔體的兩個表面的情況下,模具的質(zhì)量大并且需要大量能量。使用具有單個模制表面的模具可以減少模制設(shè)備的質(zhì)量,但僅在一定程度上,因為熱慣性的減小變成獲得均勻溫度的障礙。此外,難以在不增加模具的截面的情況下,通過流體循環(huán)或電阻將用于加熱的設(shè)備插入輕質(zhì)模具中。除了其對樹脂流動的影響之外,溫度的不均勻性還容易使模具的形狀產(chǎn)生變形。因此,這些方法,特別是用于大尺寸部件時,不適合應(yīng)用于獨立模具,而通常應(yīng)用于恒溫器中。盡管這種恒溫器比熱壓罐所需的投資更少,但是仍然造成可用性的問題,并且需要加熱大于由模具的腔體或分層結(jié)構(gòu)構(gòu)成的完全封閉的容積。
文獻EP1894442公開了一種使用插入到在模具中加工的腔體、槽或孔中的電感器來加熱模制表面的方法。位于該腔體和模制表面之間的材料的厚度用于使得該電感器中的交流電循環(huán)而導(dǎo)致加熱期間,模制表面的溫度均勻。因此,這種類型的工具(其滿足例如是機動車輛的發(fā)動機罩等中型尺寸部件的需要),需要相對較重的底座,并且對于非常大的部件(例如本發(fā)明所期望用于的部件)而言非常昂貴。
文獻EP1728411/US7679036公開了一種用于處理容納在腔體(特別是密封腔體)中的材料的設(shè)備和方法,包括兩個彼此相對放置的導(dǎo)電半模,其中劃分腔體的兩個半模的對置表面彼此電絕緣,并且由磁性材料制成。兩個半模由感應(yīng)電路的線圈圍繞。在兩個半模之間產(chǎn)生的間隙使得可以使感應(yīng)電流在腔體的表面上循環(huán),從而獲得集中在那些表面上的加熱,而無需在半模,例如電阻器、流體(蒸汽或油)循環(huán)回路或電感器中集成加熱構(gòu)件。在現(xiàn)有技術(shù)的該實例中,感應(yīng)電路經(jīng)配置于兩個可分離部分中,連接到每個半模中,并且當(dāng)該半??拷员汩]合腔體時,以機械方式連接和電方式連接。因此,現(xiàn)有技術(shù)的這種設(shè)備特別設(shè)計成與打開和封閉模具的裝置(例如壓力機)組合使用。
本發(fā)明意在彌補現(xiàn)有技術(shù)的缺點,并且因此涉及一種用于加熱模制表面,特別是大型模制表面的設(shè)備,該設(shè)備包括:
a.一張金屬板,其包括一個鐵磁層,并包括成形為一種形狀的一個部件,該形狀界定該模制表面和一個成形平面;
b.一個底座和用于在該底座上支撐該金屬板的裝置;
c.用于感應(yīng)加熱該金屬板的裝置。
因此,使用感應(yīng)加熱裝置能夠在被稱為非熱壓罐方法的方法中實現(xiàn)對構(gòu)成模制表面的細金屬板的均勻、快速和可控的加熱。本發(fā)明可以有利地,單獨地或者以任何技術(shù)上可操作的組合,實施下述實施方式。
有利地,底座由非金屬材料例如混凝土或陶瓷制成。因此,以經(jīng)濟方式制成剛性底座,因為該底座不被加熱。
有利地,金屬板包括由包含鐵和鎳的不變鋼(INVAR)類型的合金制成的鐵磁層。因此,根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備特別適合于在接近不變鋼的居里溫度的溫度下處理具有有機基底的具有低的熱膨脹系數(shù)的復(fù)合材料,例如具有環(huán)氧化物基底并以連續(xù)碳纖維增強的復(fù)合材料。
有利地,金屬板包括由鎳(Ni)制成的鐵磁層。因此,該設(shè)備適用于需要更高處理溫度的材料,特別是具有高性能熱塑性基底的復(fù)合材料。此外,該材料易于由機加工添加工藝(Usinage additif)技術(shù)處理。
在一個示例性實施方式中,根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備還包括:
d.裝袋裝置,以該模制表面對適于包含纖維預(yù)成型件的一個密封腔體進行分界;
e.在位于模制表面和該裝袋構(gòu)件之間的容積形成真空的裝置。
因此,根據(jù)這個實施方式,根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備適合于將非熱壓罐方法應(yīng)用于模制表面。更具體地說,根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備適合于固結(jié)具有熱塑性基底的分層復(fù)合部件的形狀,以及實施用于具有熱塑性基底的復(fù)合物的方法(例如,LRIVAP方法或VARTM方法)。
為此,根據(jù)本發(fā)明的該示例性實施方式的設(shè)備有利地還包括:
f.在由模制表面分界的腔體中噴射樹脂的裝置。
有利的是,根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備還包括:
g.一個回路,用于循環(huán)與金屬板接觸的冷卻流體。
因此,感應(yīng)裝置的快速加熱能力與模制板的強制快速冷卻的結(jié)合,減少了循環(huán)時間。
在一個具體實施方式中,尤其適合于固化/固結(jié)厚的部件,裝袋裝置包括一個袋狀物,袋狀物包括加熱裝置。因此,加熱所述部件的另一側(cè)面能夠在固化/固結(jié)循環(huán)期間減少部件的厚度中的溫度梯度。
在根據(jù)本發(fā)明設(shè)備的一個第一實施方式中,金屬板的模制表面為鐵磁性,該設(shè)備還包括:
h.一個殼體,其具有由感應(yīng)電路的線圈界定的容積;
i.用于在感應(yīng)電路的線圈內(nèi)部加載、卸載、及保持金屬板及其支撐件的裝置。
因此,根據(jù)本發(fā)明設(shè)備的殼體不一定封閉,并且不需要熱絕緣。由于感應(yīng)電流在加熱模制表面上循環(huán),而沒有由封閉區(qū)的空氣與模具之間的傳導(dǎo)/對流引起的熱傳遞,感應(yīng)電路的線圈中的電流流動引起金屬板直接加熱該模制表面。加熱容積非常小,通過控制感應(yīng)電流在其中的流動而獲得均勻加熱。
在第一實施方式的另一種特定變形例中,裝袋由電絕緣材料制成,并且該設(shè)備還包括:
j.在該金屬板的周邊上的電絕緣墊片;
k.由導(dǎo)電材料制成的配對部件,當(dāng)對該腔體施加真空時,該配對部件適于對位于該袋和該模制表面之間的腔體中的預(yù)成型件施加壓力,該配對部件包括與模制表面對置的表面,以便在該模制表面和與該配對部件對置的表面之間形成間隙。
因此,配對部件產(chǎn)生間隙,特別是通過控制間隙的厚度進一步提高了模制表面的加熱效率和對加熱的控制。這個替代性實施方式使使用配對部件作為擋板,并且將絕緣墊片用作包裝墊片以控制厚度,并且因此減少用于模具的部件的數(shù)量成為可能。
有利的是,根據(jù)本發(fā)明設(shè)備的第一實施方式還包括:
l.由導(dǎo)電材料制成的壁,這些壁在該底座的表面和該金屬板之間延伸并且構(gòu)成包括該金屬板的閉合電路。
因此,該設(shè)備特別輕便,并且使用導(dǎo)電壁使得將該壁中的感應(yīng)電流朝向模制表面引導(dǎo)成為可能。
有利地,這些壁由具有低電阻率的非磁性導(dǎo)電材料,例如鋁合金或銅合金制成。因此,因為這些壁不是磁性的,所以不會由于感應(yīng)電流的循環(huán)而顯著加熱,并且可以集中能量以用于加熱模制表面。
在一種示例性實施方式中,金屬板由非磁性導(dǎo)電材料制成,并且模制表面包括鐵磁性覆層。因此,該金屬板與其磁性無關(guān),由針對其可成型性或可加工性選擇的材料制成。
在第一實施方式的一種有利實施方式中,根據(jù)本發(fā)明設(shè)備包括一個壁,該壁包括在成形平面中的延伸部分,其中該延伸部分的輪廓經(jīng)構(gòu)造,以使得金屬板沿著在延伸部分的一端和另一壁之間的電弧測量得到的電阻在模制表面的整個表面上恒定,其中該另一壁沿著平行于成形平面延伸的且朝向所述模制表面的線圈的一部分在金屬板的投影的方向。因此,使得加熱模制表面成為可能的感應(yīng)電流的路徑的長度,以及因此阻擋這些電流循環(huán)的電阻受到控制,以便控制添加到模制表面的能量的量和溫度的均勻性?;蛘?,在成形平面中的壁的延伸部分的輪廓的形狀經(jīng)選擇,以根據(jù)除了該長度或該電阻的一致性之外的標(biāo)準來控制路徑的長度。
在根據(jù)本發(fā)明設(shè)備的另一種變形實施方式中,平行于成形平面的感應(yīng)電路的線圈的一部分可拆卸,并且線圈的其他部分固定到壁和底座。電感器接合到模具的該實施方式可構(gòu)成獨立的模具。
在根據(jù)本發(fā)明設(shè)備的這種變形實施方式中,感應(yīng)電路的線圈的可拆卸部分通過適于調(diào)節(jié)該可拆卸部分和模制表面之間的距離的構(gòu)件連接到該線圈的其他部分。因此,該調(diào)節(jié)也使得控制模制表面的加熱成為可能。
有利地,根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備的該變形實施方式包括在包括模制表面的金屬板和壁之間的組裝裝置,以便用另一金屬板替換該金屬板。因此,根據(jù)本發(fā)明的獨立工具包括對應(yīng)于加熱的固定部分,并且上述形狀適于該工具而無需使加熱裝置適于這些形狀。
在根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備的與第一實施方式相容的第二實施方式中,金屬板包括適于接收電加熱裝置或引導(dǎo)傳熱流體循環(huán)的導(dǎo)管。該實施方式可以加熱和冷卻具有模制表面的金屬板。在該實施方式中,集成在導(dǎo)管中的電加熱裝置是感應(yīng)加熱裝置或其他裝置。該加熱裝置在材料處理循環(huán)期間單獨操作或與感應(yīng)加熱一起操作。
在第二實施方式的變形實施方式中,電加熱裝置是電感器,并且金屬板包括由磁性材料制成的芯體。因此,在電感器中的交流電流的流動加熱芯體。
有利地,金屬板的磁芯體在其與模制表面對置的表面上包括由具有不同于該鐵磁芯體的磁性的材料制成的電鍍,其中該導(dǎo)管沿著基本上平行于模制表面的方向,在該磁性層和鍍層之間延伸。根據(jù)其類型和磁性、芯體的厚度和鍍層與該芯體之間的接觸形狀,鍍層可以調(diào)節(jié)由電感器添加的加熱能量的量。還能夠更容易制造包括導(dǎo)管的大型精細金屬模具。
有利的是,根據(jù)本發(fā)明的第二實施方式的變形實施方式的設(shè)備包括:
m.使傳熱流體在磁性層和鍍層之間的導(dǎo)管中循環(huán)的裝置。
因此,能夠減少循環(huán)時間這些冷卻裝置使用自由導(dǎo)管或使用電感器所使用的導(dǎo)管。
在一個示例性實施方式中,電鍍由非磁性導(dǎo)電材料制成。有利地,材料由銅或鋁制成。使用此類材料可以減少經(jīng)受由電感器產(chǎn)生的感應(yīng)電流的感應(yīng)電路的電阻;但是另一方面,其減少在增加的總能量中導(dǎo)致加熱的能量份額。這個變形實施方式更特定于但并非唯一適用于制造尺寸非常大的部件,其中構(gòu)成基底的聚合物具有低固化溫度或熔點。
在另一個示例性實施方式中,電鍍由鐵氧體磁性或鐵磁性材料制成。有利地,鍍層由包括鐵氧體的材料制成,并且該鍍層包括在包括電感器的導(dǎo)管的位置處延伸到模制板中的突出的凸起特征。這些特性提高了效率,并且使得可以利用相同的電功率將轉(zhuǎn)換成熱量的能量集中在磁性層中。因此,這個替代性實施方式特別適合于處理具有高熔融或固化溫度的材料,特別是處理具有由高性能熱塑性聚合物制成的基體的復(fù)合物。
有利地,金屬板包括熱傳導(dǎo)涂層,其構(gòu)成模制表面。該涂層能夠可以快速獲得模制表面上的均勻溫度。
在本發(fā)明的第二實施方式的另一個替代性實施方式中,(金屬板的)芯體由輕合金制成。替代性實施方式能夠獲得更輕的模具并簡化其設(shè)計和操作。
有利地,在這個第二替代性實施方式中,電加熱構(gòu)件是電感器且承載該電感器的導(dǎo)管由磁性材料(例如,鋼)制成。因此,電感器加熱該導(dǎo)管,并且通過傳導(dǎo)將熱傳遞至模制表面,這可以使該模制表面上的溫度均勻。
有利地,在本發(fā)明的第二實施方式的又一種實施方式中的金屬板包括模制表面上的磁性覆層。因此,該覆層易于被外部感應(yīng)電路或管道中的電感器加熱。
有利地,根據(jù)本發(fā)明設(shè)備的第二實施方式的金屬板包括在與模制表面對置的表面上的由柔性材料制成的鍍層,可封閉用于傳熱流體的循環(huán)的導(dǎo)管的表面之一。這個實施方式使得制造導(dǎo)管較容易,并確保導(dǎo)管被密封。
有利地,經(jīng)設(shè)計用于根據(jù)本發(fā)明設(shè)備中的傳熱流體的循環(huán)的導(dǎo)管包括有利于該傳熱流體的湍流狀態(tài)的裝置。因此該湍流狀態(tài)有利于借由對流與該導(dǎo)管的壁進行交換。
本發(fā)明也涉及用于制造根據(jù)本發(fā)明設(shè)備的方法,其中金屬板由包括機加工添加工藝(Usinage additif)操作的制造方法獲得。
在根據(jù)本發(fā)明的方法的一個示例性實施方式中,金屬板由鎳制成并使用鎳氣相沉積法(NVD)技術(shù)制得。在用于制造根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備的另一種方法中,金屬板通過使用一種方法制得,該方法包括在包含鋼管的模具中模制輕合金的步驟。
下文參照圖1至圖10,在其不以任何方式限制的優(yōu)選實施方式中描述本發(fā)明,其中:
-圖1是根據(jù)本發(fā)明設(shè)備的工具的示例性實施方式的立體分解圖;
-圖2是根據(jù)本發(fā)明設(shè)備的實施方式的立體圖,其中工具插入一個殼體內(nèi);
-圖3是根據(jù)圖2中的實施方式的本發(fā)明設(shè)備的端面視圖,其中工具已置于殼體中;
-圖4描述了根據(jù)本發(fā)明設(shè)備的另一種實施方式的端面視圖,其中感應(yīng)電路接合至工具的壁;
-圖5是沿著圖2中界定的截面AA的視圖,用于顯示根據(jù)本發(fā)明設(shè)備使用配對部件的示例性實施方式;
-圖6是根據(jù)本發(fā)明設(shè)備在該工具的特定實施方式中的工具的金屬板和壁的局部立體圖;
-圖7A顯示了根據(jù)本發(fā)明設(shè)備的示例性實施方式沿圖7B中的BB截面的正視圖,在該實施方式中電感器整合于承載模制表面的金屬板和鍍層之間制造的導(dǎo)管之中;
-圖7B描述了根據(jù)本發(fā)明設(shè)備的實施方式沿著圖7A中的CC截面的俯視圖中,圖7B中具體示出了用于循環(huán)流體的導(dǎo)管中的湍流器;
-圖8顯示了根據(jù)本發(fā)明設(shè)備的示例性實施方式沿著圖7B中的截面BB的視圖,在該實施方式中鍍層包括在接收一個電感器的導(dǎo)管中延伸的凸起特征;
-圖9是根據(jù)本發(fā)明設(shè)備的金屬板的實施方式中沿圖7A的截面CC的視圖,其中出于簡化的目的,該金屬板表示為扁平的,并且還示出了在沿著圖9中的9-9截面的冷卻通道的詳細視圖;
-圖10是由與加熱袋狀物相關(guān)的根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備處理的示例性纖維預(yù)成型件的視圖,為便于顯示其沿一個沿平坦模制表面表示圖7A的截面CC。
為了使表示更簡單,除非對于理解本發(fā)明不可或缺,根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備沒有示出纖維預(yù)成型件和裝袋裝置,且它們在現(xiàn)有技術(shù)中是完全已知的。
在圖1所示的示例性實施方式中,根據(jù)本發(fā)明設(shè)備的工具包括一個成形金屬板(110),該成形金屬板包括一個模制表面(115)。在該示例性實施方式中,模制表面(115)相對于一個虛擬平面(111)(稱為成形平面)內(nèi)凹,并與成形金屬板(110)的平坦表面相切。在一個示例性實施方式中,該成形金屬板(110)由鐵(Fe)和鎳(Ni)的磁性合金制成,其中包括例如36%的鎳,由于其低膨脹系數(shù),故其市售名稱為不變鋼(INVAR)。在一個示例性實施方式中,該金屬板(110)的模制表面(115)經(jīng)設(shè)計,以接收由干纖維或用熱塑性聚合物預(yù)浸漬的纖維制成的纖維預(yù)成型件。
術(shù)語“干纖維”是指具有不多于5%的原料熱固性樹脂的預(yù)浸漬纖維的分層結(jié)構(gòu)。與用熱塑性聚合物預(yù)浸漬相關(guān)的術(shù)語“預(yù)浸漬纖維”是指壓延有熱塑性膜、具有熱塑性聚合物粉末或與熱塑性纖維混合的纖維層的分層結(jié)構(gòu)。
因此,使用不變鋼制造金屬板能夠使模制表面的膨脹系數(shù)適于碳纖維的膨脹?;蛘?,當(dāng)例如預(yù)制件的纖維層由玻璃纖維或金屬纖維制成時,金屬板(110)由低碳鋼或包含鐵磁性硅的鋼制成。在又一個實施方式中,金屬板(110)由鎳制成。根據(jù)其組成、模制表面所需的制造精度、及復(fù)雜性,金屬板通過以下方法制得,成形方法:沖壓、拉伸、增量成形和電鑄,或者借助于包括材料去除的加工方法,再或者機加工添加工藝(Usinage additif)方法,如鎳氣相沉積法(稱為NVD),或者激光粉末燒結(jié)法,或者熔融粉末噴涂法,或者使用這些方法的組合。作為非限制性實例,文獻WO2013/079725描述了用于制造部件的此類方法的組合的實例。
在另一個實施方式中,包括模制表面(115)的金屬板(110)由導(dǎo)電金屬材料(例如銅合金或鋁合金)制成,并且模制表面覆有磁性材料層(如鎳層),其厚度從十分之幾毫米到幾毫米。
根據(jù)本發(fā)明設(shè)備的工具的該示例性實施方式,包括模制表面(115)的金屬板(110)通過接合元件(130)接合到底座(120)。底座和接合元件的截面、數(shù)量、和位置根據(jù)支撐元件(130)確定,以便剛性化包括模制表面(115)的金屬板(110)。作為非限制性實例,底座(120)和支撐柱(130)由不具有金屬增強物的混凝土、硅酸鹽、氧化鋯或氧化鋁制成,以便制造具有低熱膨脹系數(shù)的較低成本的剛性元件。
工具包括由具有低電阻率的導(dǎo)電材料制成的壁(140)。這些壁(140)在底座(120)與包括模制表面的金屬板(110)之間延伸,壁與金屬板電接觸,使得金屬板(140)和金屬板(110)組成封閉電路。例如,壁(140)由銅制成。有利地,壁(140)在與金屬板(110)的接合處包括在成形平面(111)中延伸的延伸部分(145)。
在圖2的根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備的第一實施方式中,工具(100)與由感應(yīng)電路的線圈(210)組成的殼體(200)協(xié)作。工具(100)放置在殼體(200)內(nèi)的定位裝置(220)(如絕緣柱)上,用于將該工具定位在殼體(200)的中部。感應(yīng)電路連接到一個發(fā)電機(圖中未示出),以產(chǎn)生具有10 kHz至100 kHz頻率的交變電流,并使該電流在線圈(210)中流動。
因此,在圖3中,當(dāng)電流(310)在感應(yīng)電路的線圈(210)中流動時,產(chǎn)生感應(yīng)的渦電流(330),該渦電流在工具的壁(140)和包括模制表面(115)的金屬板(110)中流動。該渦電流在與線圈(210)相對的工具外表面的薄層中流動,薄層厚度在十分之幾毫米到幾毫米之間。在由具有低電阻率的導(dǎo)電材料制成的壁(140)中,感應(yīng)的渦電流(330)的流動產(chǎn)生的熱量可忽略不計且耗能極少。另一方面,在由導(dǎo)電和磁性材料制成的金屬板(110)中,渦電流在高頻下流動產(chǎn)生感應(yīng)加熱。因此,大部分加熱能量集中在模制表面上。
在圖4的根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備的另一示例性實施方式中,除了基本上平行于成形平面的線圈可拆卸部分(415),線圈(410)固定于工具的壁(140)。一個電絕緣材料層(440)放置在壁和構(gòu)成感應(yīng)電路的線圈(410)的導(dǎo)體之間;或者,線圈本身可具有絕緣覆層。因此,形成具有獨立加熱的工具。
根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)中已知的技術(shù),通過移去線圈(410)的可拆卸部分(415),顯露出至金屬板(110)的模制表面的通路,使得可以安裝纖維預(yù)成型件和用于將該預(yù)成型件裝袋在模制形狀上的所有設(shè)備。因此,在一個示例性實施方式中,由模制表面形成的腔體經(jīng)由適當(dāng)?shù)膶?dǎo)管(445)連接到真空泵(440),其使得可以在裝袋之后對預(yù)成型件抽取真空,以及用于在預(yù)成型件中注入液體樹脂的裝置(450),且因此使用VARTM或LRIVAP類型的非熱壓罐方法。在一個示例性實施方式中,在將纖維預(yù)成型件放置在模制表面上之后,全部被裝袋以使其緊密。線圈的可拆卸部分(415)經(jīng)安裝以封閉該線圈。將真空應(yīng)用于纖維預(yù)成型件。感應(yīng)電路被供給交流電,這導(dǎo)致對纖維預(yù)成型件加熱。然后將樹脂注入或灌入纖維預(yù)成型件中,并且在固化該樹脂所需的時間內(nèi)維持加熱。
感應(yīng)裝置的電源經(jīng)調(diào)整,以便更改注入和固化之間的加熱溫度。
在一個特定實施方式中,線圈(410)的可拆卸部分(415)和該線圈之間的連接設(shè)備包括調(diào)節(jié)該可拆卸部分和承載模制表面的金屬板(210)之間的距離(d)的裝置。
在圖5的另一個示例性實施方式中,根據(jù)本發(fā)明設(shè)備使用與模制表面(115)相匹配剖面并且(例如借助于絕緣墊片(540))與導(dǎo)電板(110)電絕緣的配對部件(510)。該配對部件(510)有利地由導(dǎo)電但非磁性材料(例如鋁合金)制成。
因此,配對部件(510)和模制表面之間限定的腔體,包含纖維預(yù)成型件和裝袋裝置,特征在于將模制表面(115)和配對部件(510)分開的間隙(e),其中根據(jù)該實施方式,間隙沿著腔體可以是恒定的或可變的。當(dāng)感應(yīng)電路的線圈(410)被供給高頻交流電時,渦電流在界定腔體的表面,即模制表面(115)和與配對部件(510)相對的表面上流動。根據(jù)不同的結(jié)構(gòu)可能很好利用該技術(shù)效果。因此,如果配對部件(510)由磁性導(dǎo)電材料制成,感應(yīng)電流的循環(huán)加熱配對部件(510)的表面,得以加熱在其兩側(cè)的纖維預(yù)成型件。如果配對部件(510)由非磁性導(dǎo)電材料制成,則該配對部件不被顯著加熱,但是間隙的距離可以改變模制表面上的感應(yīng)電流量。因此,該配對部件(510)使得提高加熱的能效以及控制模制表面中的感應(yīng)電流的分布從而控制溫度分布成為可能。通過數(shù)值模擬或使用連續(xù)的實驗方法確定相對于模制表面的對應(yīng)部件(510)經(jīng)調(diào)節(jié)的形狀。在一個特定實施方式中,配對部件(510)用作覆蓋板。當(dāng)根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備用于固結(jié)熱塑性聚合物的預(yù)浸漬層時,該實施方式特別有利。在該實例中,墊片(540)用作校準厚度的最小厚度以及避免各層之間的樹脂擠壓現(xiàn)象的填充墊片。有利地,冷卻回路(550)固定在與金屬板(110)的模制表面相對的面上。在該實施方式中,該冷卻回路由裝載例如空氣、氮氣、或水的傳熱流體的管道組成,該管道焊接到金屬板上?;蛘?,如果使用機加工添加工藝(Usinage additif)方法獲得該金屬板,則在該加工操作期間用金屬板(110)的材料制造該導(dǎo)管(550)。
在圖6的示例性實施方式中,在成形平面中的工具的壁(140)的延伸部分(145)的輪廓(640)經(jīng)設(shè)置以控制壁之間的感應(yīng)電流的路徑(631、632)的長度。因此,在一個示例性實施方式中,該輪廓經(jīng)設(shè)置使得路徑的電阻長度在模制表面(115)的整個區(qū)域上恒定。其他輪廓形狀(640)允許其他控制,因此,可以在二維輪廓(640)中控制三維路徑(631、632)。
在有利的示例性實施方式中,承載模制表面(115)的金屬板(110)使用合適的裝置(660)組裝到壁(140)上以便可拆卸。該片材(110)由支撐構(gòu)件支撐在剛性底座上,使得與壁(140)的組裝基本上旨在提供在該金屬板(110)和該壁(140)之間的電連續(xù)性。因此,例如當(dāng)該金屬板由不變鋼制成并且壁(140)由銅制成時,有利地進行裝配以支撐金屬板(110)和壁(140)之間的膨脹差,而不使膨脹差導(dǎo)致工具中的應(yīng)力或變形。因此,包括獨立加熱構(gòu)件的單個加工底座可用于各種形狀。
在圖7A所示的與先前實施方式相容的根據(jù)本發(fā)明設(shè)備的另一個實施方式中,承載模制表面的金屬板(700)包括一個鐵磁芯體(710)和一個鍍層(720),鐵磁芯體包括模制表面,鍍層設(shè)置在鐵磁芯體(710)的相對表面上,由具有不同于構(gòu)成鐵磁芯體(710)的材料的磁性能材料制成。因此,作為非限制性實例,鐵磁芯體(710)由鎳制成,并且鍍層(720)由銅制成。在模制表面的長度上以及對于截面而言在鐵磁芯體(710)和鍍層(720)之間延伸的導(dǎo)管(751、752)在該示例性實施方式中使用,以插入感應(yīng)電路,并用于傳熱流體的循環(huán)。在該示例性實施方式中,設(shè)計成用于裝載傳熱流體的導(dǎo)管(752)平行于包括感應(yīng)電路的導(dǎo)管(751)延伸。在另一種實施方式(圖中未示出)中,兩種類型的導(dǎo)管沿著相交的方向延伸。在這種實施方式中,兩種類型的導(dǎo)管沿著金屬板(700)的截面在不同的高度延伸。更具體地,當(dāng)傳熱流體是氣體時,被設(shè)計為承載該流體的全部或部分導(dǎo)管(752)包括有利于該導(dǎo)管中的流體湍流的裝置。作為實例,該裝置由在該導(dǎo)管的整個長度或部分長度上延伸的設(shè)置在導(dǎo)管中心處的扭曲桿形式的湍流器(753)組成。
在圖7B中,感應(yīng)電路包括一個或多個電感器(760)。該電感器優(yōu)選地由非單獨絕緣的多股線的導(dǎo)電電纜構(gòu)成,這使得該電感器足夠柔性以沿模制表面的復(fù)雜形狀遵循該導(dǎo)管的輪廓。在該示例性實施方式中,在例如使用機加工添加工藝(Usinage additif)方法制造金屬板(700)時,直接制造冷卻導(dǎo)管(752)。同樣在該示例性實施方式中,根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備包括兩個冷卻回路,每個冷卻回路包括用于傳熱流體的入口(753)和出口(754)。經(jīng)由軟管(755)在金屬板(700)外部形成冷卻導(dǎo)管(752)之間的連接。
在圖7A所示的示例性實施方式中,鐵磁芯體(710)用具有高導(dǎo)電性并且有利地具有高吸熱系數(shù)的覆層(730)覆蓋。因此,該涂層有利于加熱期間模制表面上的溫度均勻性,并且有利于與在根據(jù)本發(fā)明設(shè)備中使用的預(yù)成型件進行熱交換。在不同的示例性實施方式中,覆層(730)由銅或銅合金、鋁或鋁合金、或石墨制成。
在圖8所示的不同于圖7所示的實施方式中,鍍層(820)由鐵磁材料制成,并且具有突出的凸起特征(821),其在垂直于包括電感器(760)的管道的鐵磁芯體(710)中延伸。該電鍍例如由通過激光燒結(jié)或通過等離子體噴涂沉積在該鐵磁芯體(710)的背面上的鐵氧體制成。或者,使用上釉技術(shù)或通過沉積包含這種顆粒的復(fù)合材料獲得該電鍍(820),其中該釉層包括此類鐵氧體顆粒。
鐵氧體是FexOyAzBn型的氧化物,其中A和B是金屬,例如Ni、Mn、Zn。根據(jù)提供給電感器(760)的電流頻率來確定鐵氧體的性質(zhì)和凸起特征(821)的高度,以便將感應(yīng)電流的流動集中在鐵磁芯體(710)中,并且以相同的電功率提高加熱效率。
在圖9所示的根據(jù)本發(fā)明設(shè)備的另一示例性實施方式中,根據(jù)本發(fā)明設(shè)備的金屬板(900)包括由輕質(zhì)鑄造合金制成的芯體(910),該芯體通過在包括鋼管(951)的模具中重力鑄造該合金而制成,電感器隨后安裝于鋼管中。作為非限制性實例,該輕合金是鋁或鎂合金。在一個替代性實施方式中,該管(951)由鐵磁性鋼材制成或具有鐵磁性涂層。因此,當(dāng)交流電流流過該電感器時,管被加熱并通過傳導(dǎo)將其熱量傳遞至輕質(zhì)合金芯體(910),熱量傳播到模制表面。
即使該示例性實施方式用平坦的模制表面表示,本領(lǐng)域技術(shù)人員也可以容易地將該實施方式適配于任何模制表面;然而,本實施方式更適合于具有單曲率或雙曲率的模制表面,雙曲率中的一個曲率不明顯。
在一個示例性實施方式中,不限于這種實施模式,冷卻通道(952)是由在金屬板的芯體的模制表面對置的表面中形成凹槽而獲得。為了使密封更容易,通過氣體傳熱流體,例如空氣進行冷卻。因此,不同于用液體傳熱流體進行冷卻,該傳熱流體的少量泄漏不影響設(shè)備的安全運行。在本實施方式中,凹槽由例如由氟化硅酮制成的柔性覆層(920)封閉,以承受住溫度。軟覆層(920)在這里被表示為在金屬板的整個表面上延伸。在另一種實施方式中。通道(952)由不連續(xù)的軟覆層(圖中未示出)密封,其中,每一段涂層沿一個或多個通道沿寬度延伸。
在細節(jié)9-9所示的示例性實施方式中,產(chǎn)生通道的凹槽的表面之一具有剖面(953),其有利于在該通道中流體的紊流,以有利于借由對流在熱轉(zhuǎn)移流體和金屬板之間交換。
在圖10所示的特別適合于固化/固結(jié)厚纖維預(yù)成型件(1000)的示例性實施方式中,根據(jù)本發(fā)明設(shè)備使用包括加熱袋狀物(1090)的裝袋裝置。在一個實施方式中,這種加熱袋狀物由硅酮制成,并具有可以由電阻提供加熱的細金屬絲網(wǎng)。額外的加熱使在厚纖維預(yù)成型件(1000)的厚度中獲得均勻溫度成為可能。
上文描述和示例性實施方式表明本發(fā)明實現(xiàn)其目標(biāo);特別是,它允許應(yīng)用處理方法,例如無需使用熱壓罐或爐灶,在節(jié)能情況下固化和固結(jié)大尺寸復(fù)合部件。與現(xiàn)有技術(shù)的設(shè)備相比,根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備允許使用適于不同構(gòu)造的輕量化的裝置。