用于材料轉(zhuǎn)化的加熱設(shè)備的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于材料轉(zhuǎn)化的加熱設(shè)備，包括：下模體(12)或陰模，其由導(dǎo)電材料制成并包括用于與待轉(zhuǎn)化材料接觸的模塑區(qū)(14)；上體(20)，其不具有模塑區(qū)，由導(dǎo)電材料制成；感應(yīng)裝置(30)，用于生成籠罩陰模(12)和上體(20)的磁場(chǎng)；在感應(yīng)加熱階段期間陰模(12)和上體(20)彼此電絕緣，以便這兩個(gè)體的相對(duì)的面限定氣隙(40)，磁場(chǎng)分布在該氣隙中，在陰模(12)的模塑區(qū)(14)表面處感生出電流，從而允許將感應(yīng)裝置的作用局限于模塑區(qū)和待轉(zhuǎn)化材料之間的界面處；可變形按壓裝置(42、46)，被置于陰模(12)和上體(20)之間，用于在待轉(zhuǎn)化材料上施加均勻的壓力。
【專利說(shuō)明】
用于材料轉(zhuǎn)化的加熱設(shè)備
[00011 本申請(qǐng)是國(guó)際申請(qǐng)日為2009年3月17日、國(guó)際申請(qǐng)?zhí)枮镻CT/FR2009/000280、國(guó)家 申請(qǐng)?zhí)枮?00980109271.8、發(fā)明名稱為"使用感應(yīng)加熱和可變形壓緊裝置轉(zhuǎn)化材料的設(shè)備" 的專利申請(qǐng)的分案申請(qǐng)。
技術(shù)領(lǐng)域
[0002] 本發(fā)明涉及一種使用感應(yīng)加熱和可變形按壓裝置的設(shè)備和方法，尤其為了實(shí)現(xiàn)對(duì) 材料(特別是熱塑性或熱固性基質(zhì)復(fù)合材料)的轉(zhuǎn)化或模塑成型。
【背景技術(shù)】
[0003] 已知在例如國(guó)際申請(qǐng)?zhí)朩02005/094127中說(shuō)明的設(shè)備，該設(shè)備允許通過(guò)表面感應(yīng) 來(lái)局限加熱，以便將加熱限定在模具和材料之間的界面上。
[0004] 這種設(shè)備包括圍繞著兩個(gè)模體的感應(yīng)器，這兩個(gè)模體由導(dǎo)電材料制成，包括用于 接近待轉(zhuǎn)化材料或與待轉(zhuǎn)化材料接觸的加熱區(qū)，并且模體彼此間電絕緣。因此，借助于這兩 個(gè)模體之間的電斷開(kāi)，這兩個(gè)模體的相對(duì)的面限定氣隙，由感應(yīng)器產(chǎn)生的磁場(chǎng)分布在該氣 隙中。這樣，該磁場(chǎng)在模體表面、特別是在每個(gè)模體的加熱區(qū)的表面感應(yīng)出電流，從而允許 將加熱局限于表面上。
[0005] 由于感應(yīng)器產(chǎn)生的能量被直接注入到加熱區(qū)的表面(注入到表面上相當(dāng)小的厚度 之內(nèi)，該厚度通常為零點(diǎn)幾毫米），因此該設(shè)備允許加熱區(qū)的溫度非?？焖偾曳浅ｏ@著地升 高。然而，這需要制造符合機(jī)械約束和嚴(yán)格的轉(zhuǎn)化約束的兩個(gè)半模。因此盡管該設(shè)備性能良 好，但其較為昂貴。
[0006] 另一方面，當(dāng)希望實(shí)現(xiàn)幾何形狀復(fù)雜的部件(尤其是形狀不可展開(kāi)的部件，特別是 在這些部件具有垂直于模接合面、或有脆弱表層的表面的情況下）時(shí)，該設(shè)備的作用有限。 實(shí)際上，部件在下半模（陰模)上經(jīng)受由上半模(陽(yáng)模)所施加的壓力。為此，陽(yáng)模的模塑區(qū)的 形狀與陰模的模塑區(qū)的形狀互補(bǔ)，并且陽(yáng)?？梢匝卮怪庇诮雍厦娴妮S運(yùn)動(dòng)。這種平移允許 在部件上對(duì)基本上與模接合面平行（即垂直于陽(yáng)模的位移方向）、或者相對(duì)于模接合面略微 傾斜的表面施加所需的壓力。相反，由于該唯一的平移，對(duì)于垂直（即垂直于接合面）的、或 拔模角小的表面，陽(yáng)模不能夠施加足夠的壓力來(lái)將部件正確地按壓在陰模的模塑區(qū)上。因 此，這導(dǎo)致所制造的部件最終的質(zhì)量問(wèn)題(表面狀態(tài)、機(jī)械強(qiáng)度、纖維澆注等）。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明的目的在于通過(guò)提出一種如下所述的材料加熱設(shè)備來(lái)應(yīng)付現(xiàn)有技術(shù)的缺 陷，該設(shè)備允許以相當(dāng)高的精確度非常快速且可控地升高溫度，并允許以所要求的質(zhì)量形 成幾何形狀復(fù)雜的部件。因此，本發(fā)明涉及一種利用與氣隙耦合的感應(yīng)加熱、并配備有可變 形按壓裝置的設(shè)備。
[0008] 更確切而言，本發(fā)明涉及一種用于材料轉(zhuǎn)化的加熱設(shè)備，該設(shè)備包括：
[0009] -下模體(或陰模），由導(dǎo)電材料制成并包括用于與待轉(zhuǎn)化材料接觸的模塑區(qū)；
[0010] -上體，不具有模塑區(qū)并由導(dǎo)電材料制成；
[0011] -感應(yīng)裝置，用于生成籠罩陰模和上體的磁場(chǎng);在感應(yīng)加熱階段期間陰模和上體彼 此電絕緣，使得這兩個(gè)體的相對(duì)的面限定氣隙，磁場(chǎng)分布在該氣隙中，在陰模的模塑區(qū)表面 處感生出電流，從而允許將感應(yīng)裝置的作用局限于模塑區(qū)和待轉(zhuǎn)化材料之間的界面處；
[0012] -可變形按壓裝置，被置于陰模和上體之間，用于在待轉(zhuǎn)化材料上施加均勻的壓 力。
[0013] 因此，本發(fā)明允許將感應(yīng)加熱限制在表面上，以便將加熱局限于模具和材料之間 的界面處，這允許限制能量消耗，從而改善設(shè)備的能量效率，同時(shí)確保壓力均勻地分布在部 件上。實(shí)際上，可變形的按壓（（或壓緊)裝置確保獨(dú)立于部件形狀地在部件上施加等同的壓 力。通過(guò)使用可變形的按壓裝置，相對(duì)于已知的設(shè)備還提高了生產(chǎn)率，由于加熱和冷卻的時(shí) 間減少，因此只對(duì)模具體積的很小一部分進(jìn)行感應(yīng)加熱。
[0014] 在一種實(shí)施方式中，對(duì)于磁場(chǎng)透明的墊塊確保陰模和上體之間的電絕緣。
[0015] 在一種實(shí)施方式中，絕緣的墊塊還確?？勺冃伟磯貉b置與陰模和/或上體之間的 密封性。
[0016] 在一種實(shí)施方式中，按壓裝置包括柔性膜。
[0017] 在一種實(shí)施方式中，柔性膜以密封方式連接至陰模，這允許在膜和陰模之間產(chǎn)生 負(fù)壓。
[0018] 在一種實(shí)施方式中，柔性膜以密封方式連接至上體，這允許在膜和上體之間產(chǎn)生 超壓。
[0019] 在一種實(shí)施方式中，設(shè)備包括用于在膜和陰模之間產(chǎn)生負(fù)壓的裝置，和用于在膜 和上體之間產(chǎn)生超壓的裝置，這些裝置能夠被同時(shí)或依次地啟動(dòng)。
[0020] 在一種實(shí)施方式中，設(shè)備包括兩個(gè)柔性膜，第一個(gè)為負(fù)壓膜，第二個(gè)為超壓膜。
[0021 ]在一種實(shí)施方式中，按壓裝置與上體相連。
[0022] 在一種實(shí)施方式中，按壓裝置與陰模相連。
[0023] 在一種實(shí)施方式中，模塑區(qū)包括優(yōu)選地具有高相對(duì)磁導(dǎo)率和高電阻率的磁性成 分，例如基于鎳、鉻和/或鈦的鋼。
[0024] 在一種實(shí)施方式中，陰模的其余部分包含與構(gòu)成模塑區(qū)的材料不同的材料，尤其 是非磁性材料或微磁性材料，例如不銹鋼。
[0025] 在一種實(shí)施方式中，陰模包含磁性材料，除模塑區(qū)的表面之外，陰模的與感應(yīng)裝置 相對(duì)的面被覆有防止磁場(chǎng)透入陰模的由非磁性材料制成的屏蔽層。
[0026] 在一種實(shí)施方式中，上體包含優(yōu)選地具有低電阻率的非磁性材料，例如鋁。
[0027] 在一種實(shí)施方式中，模塑區(qū)包括冷卻通道的網(wǎng)絡(luò)。
[0028] 在一種實(shí)施方式中，上體包括冷卻通道的網(wǎng)絡(luò)。
[0029]在一種實(shí)施方式中，由感應(yīng)裝置產(chǎn)生的磁場(chǎng)的頻率F至少等于10kHz，并且優(yōu)選地 至多等于l〇〇kHz。
[0030]在在一種實(shí)施方式中，感應(yīng)裝置包括分別與陰模和上體相連的可分離的兩個(gè)部 分。
[0031 ]另一方面，根據(jù)本發(fā)明的用于材料轉(zhuǎn)化的加熱設(shè)備，包括：
[0032]下模體（12)或陰模，其由導(dǎo)電材料和具有低電阻率的非磁性材料制成并包括用于 與待轉(zhuǎn)化的材料接觸的、由具有高相對(duì)磁導(dǎo)率和高電阻率的磁性材料制成的模塑區(qū)（14);
[0033] -上體(20)，所述上體(20)不與要被模塑的材料直接接觸并且不對(duì)所述材料施加 壓力，由具有低電阻率的非磁性導(dǎo)電材料制成；
[0034] -感應(yīng)裝置(30)，所述感應(yīng)裝置設(shè)置在由所述陰模（12)和所述上體(20)形成的單 元周圍來(lái)產(chǎn)生磁場(chǎng)；
[0035] -對(duì)于所述磁場(chǎng)透明的電絕緣墊塊(24)，被置于所述陰模和所述上體之間，所述陰 模和所述上體通過(guò)所述電絕緣墊塊而彼此電絕緣，以便在所述陰模的和所述上體的相對(duì)的 面之間制造氣隙，在待轉(zhuǎn)化的所述材料的加熱和轉(zhuǎn)化期間維持所述氣隙，分布在所述氣隙 中的磁場(chǎng)在所述陰模(12)的所述模塑區(qū)（14)的表面處感生出電流，從而允許將所述感應(yīng)裝 置的作用局限于所述模塑區(qū)和待轉(zhuǎn)化的材料之間的界面處，所述電絕緣墊塊(24)還確保能 夠變形的按壓裝置與所述陰模(12)和/或所述上體(20)之間的密封性；
[0036] -能夠變形的按壓裝置，所述能夠變形的按壓裝置包括柔性膜(42、46)，被置于所 述陰模（12)和所述上體(20)之間的氣隙中，以及用于在待轉(zhuǎn)化的材料上施加均勻的壓力以 將待轉(zhuǎn)化的材料按在所述模塑區(qū)上
[0037] -其中所述氣隙的厚度在所述氣隙呈現(xiàn)出彎曲的位置處有變化，以便校正磁通量 的非均勻分布。
[0038] 最后，本發(fā)明還涉及一種使用以上限定的設(shè)備來(lái)制造部件的方法。
【附圖說(shuō)明】
[0039]通過(guò)以下參照附圖進(jìn)行的作為非限制性的示例的說(shuō)明，本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點(diǎn) 將顯而易見(jiàn)，在附圖中：
[0040]-圖1和圖2表不根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備；
[0041]-圖3和圖4表示前述設(shè)備的變型；
[0042]-圖5a和圖5b示出用于圖2的設(shè)備的感應(yīng)器的兩種不同設(shè)置，這些視圖對(duì)應(yīng)于沿圖 2的剖線AA的簡(jiǎn)化截面圖；
[0043]-圖6表示圖1的設(shè)備的一種變型的截面圖；該截面沿著類似于圖5a和圖5b的方向 獲得;以及
[0044] -圖7a和圖7b分別在兩種不同的結(jié)構(gòu)下顯示圖6的設(shè)備的細(xì)節(jié)。
【具體實(shí)施方式】
[0045] 圖1和2中所示的設(shè)備10包括模體12,該模體12為下半模(或陰模）。該模體12由導(dǎo) 電材料制成，其一部分14構(gòu)成加熱區(qū)（或模塑區(qū)）。與模塑區(qū)14相對(duì)地設(shè)置上體20,該上體20 由導(dǎo)電材料制成并且不具有模塑區(qū)。上體20可以沿垂直軸（垂直于模接合面）相對(duì)陰模運(yùn) 動(dòng)。上體20的基本功能是用作導(dǎo)電載體以便在陰模12和上體之間形成氣隙：該上體20沒(méi)有 與材料的模塑階段直接相關(guān)的任何功能。因此，上模體20始終不與待模塑的材料直接接觸、 不在該材料上施加作用力，并且，與陰模12不同，上模體20不具有模塑(或加熱）區(qū)。
[0046] 在陰模12和上體20之間設(shè)置有密封的柔性膜42(例如"真空罩"（vide))， 用于使待轉(zhuǎn)化材料44處于壓力之下，使得待轉(zhuǎn)化材料44緊貼在模塑區(qū)14的表面16上。
[0047]在陰模12和上體20形成的整體的周圍設(shè)置感應(yīng)器30的網(wǎng)絡(luò)，所述感應(yīng)器30被并聯(lián) 或串聯(lián)地電連接并被連接到電流發(fā)生器。每個(gè)感應(yīng)器30包括導(dǎo)電線圈并包含可分離的兩個(gè) 部分32、34。下部34與陰模12相連，而上部32與上體20相連。
[0048]圖1示出操作前的陰模12和上體20,陰模12和上體20彼此分離以允許放置待轉(zhuǎn)化 材料。
[0049]在放置材料44之后，如圖2所示，上體20向陰模12移動(dòng)以便限定尺寸適當(dāng)?shù)臍庀丁?在該示例中，為此可在上體20和陰模12之間布置電絕緣（并且因此對(duì)于磁場(chǎng)透明）的墊塊 24。這些墊塊構(gòu)成上體20的基準(zhǔn)限位塊(上體20不應(yīng)該貼靠材料44或與材料44接觸），同時(shí) 確保裝置運(yùn)行所必需的在上體20和陰模12之間的電絕緣。同樣地，借助于墊塊24的適當(dāng)高 度還獲得所希望的氣隙高度。然而，可以想到用任何可選的方案(例如，上體和陰模之間直 接接觸并且兩者之一被覆有電絕緣物)來(lái)替換。在一種變型中，墊塊24還使得能夠確保柔性 膜42和陰模12之間的密封性。在這種情況下，這些墊塊24可以采用限定模塑區(qū)的周緣的邊 框的形式。該邊框可用任何適當(dāng)?shù)牟牧?例如，陶瓷材料、熱固性材料、熱塑性材料、硅等)來(lái) 制成。相反，由于可變形按壓裝置(將用電絕緣材料制成)的存在，即使在轉(zhuǎn)化由導(dǎo)電材料制 成的部件(例如，包含碳纖維的部件）的情況下，模塑區(qū)也不需要特別的預(yù)防措施。在墊塊24 不確保陰模12和上體20之間的密封性的情況下，可布置在兩側(cè)貼靠墊塊24的墊圈25,如圖6 中所示。在一種變型中，可以通過(guò)膜42自身來(lái)確保密封性而無(wú)需布置額外的墊圈。
[0050]在轉(zhuǎn)化階段期間，如圖2中所示，在加壓狀態(tài)下，用膜42包裹材料44并在壓力下維 持材料44與陰模的模塑區(qū)14的表面16相緊貼，其中，在膜42內(nèi)通過(guò)真空栗(未示出）抽真空， 為此，陰模包括排氣通道17(在圖6中可見(jiàn)）的網(wǎng)絡(luò)。上體20(對(duì)于電磁場(chǎng)不透明）允許由陰模 12和上體20的相對(duì)的表面所限定的空間構(gòu)成氣隙40,因此將磁場(chǎng)的分布限制在該空間中。 因此，當(dāng)頻率為F(例如包括在10kHz到100kHz之間）的交變電流Ii通過(guò)包含導(dǎo)電線圈的感應(yīng) 裝置30時(shí)，感應(yīng)器產(chǎn)生籠罩陰模12和上體20的磁場(chǎng)。
[00511如此產(chǎn)生的磁場(chǎng)跨這兩個(gè)體并且還分布在氣隙中（即在陰模12和上體20之間）。磁 場(chǎng)感生出方向與電流I i的方向相反的電流，并且氣隙的存在使得能夠產(chǎn)生分別在陰模12和 上體20的表面上流動(dòng)的感應(yīng)電流IcjPIc2。因此這些感應(yīng)電流IcdPIc 2僅對(duì)這兩個(gè)體的表 面有熱作用。
[0052]由于氣隙40的存在具有使磁通量在其內(nèi)部集中的作用，因此根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備尤 為有效，這進(jìn)一步增強(qiáng)磁場(chǎng)在模塑區(qū)處的作用，并因此加大提供給模塑區(qū)表面的感應(yīng)能量。 因此，能夠直接在模塑區(qū)和材料之間的界面處而不是在一定厚度的模體內(nèi)來(lái)快速且局部地 加熱模塑區(qū)14的表面，這意味著在通過(guò)柔性膜實(shí)現(xiàn)對(duì)部件施加適當(dāng)?shù)膲毫Φ耐瑫r(shí)還顯著地 節(jié)省能量。
[0053]因?yàn)闅庀?0具有使感應(yīng)器提供的能量均勻地分布的作用，因此氣隙還具有限制感 應(yīng)器的幾何形狀和/或分布影響所獲得的加熱的作用。因此，在模具四周無(wú)規(guī)則地分布在長(zhǎng) 度L上的感應(yīng)線圈30/1至30 /4(圖5b)實(shí)際上具有與規(guī)則地分布在相同長(zhǎng)度上的相同數(shù)量的 感應(yīng)線圈301至30 4(圖5a)相同的效果。該布置使得能夠隨意地選擇感應(yīng)線圈的分布。正相 反，具有線圈感應(yīng)器和導(dǎo)電負(fù)載而沒(méi)有氣隙的傳統(tǒng)配置產(chǎn)生不均勻的能量分布，所注入的 能量在各感應(yīng)線圈的軸線上具有最大值。在本發(fā)明的設(shè)備的實(shí)物中，由于感應(yīng)線圈圍繞模 具，并且模具可能配備有一定數(shù)量的突出部件(例如抬高墊塊、出模器等），因此感應(yīng)器線圈 能夠不均勻分布顯得尤其有利。
[0054] 不但注入能量的理想分布使得模塑區(qū)表面的溫度均勻，氣隙的存在還使得能夠非 常精細(xì)地調(diào)節(jié)和控制該溫度。因此能夠非常精確地控制升溫速率(單位為°(：/min(攝氏度每 分鐘）），這對(duì)于某些需要遵循恒定升溫速率的材料來(lái)說(shuō)很有必要。
[0055] 根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備還具有降低模具的設(shè)計(jì)和制造成本的優(yōu)點(diǎn)。實(shí)際上，可以將上 體20設(shè)計(jì)為通過(guò)例如鑄造或鍛造獲得的整體工件，并且，與陰模12、尤其是模塑區(qū)14相反， 上體20不需要特定的表面狀態(tài)，從而不需要昂貴的轉(zhuǎn)化。此外，上體20不用于對(duì)待轉(zhuǎn)化材料 施加壓力，這對(duì)上體20的機(jī)械強(qiáng)度幾乎沒(méi)有任何限制，因此在材料的選擇上留下很大的自 由度。在有些情況下，與陰模12相比，上體20的厚度還會(huì)很小，由此進(jìn)一步降低上體20的制 造成本，從而更廣義而言降低根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備的成本。
[0056]本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于，由于上體20不用于與待轉(zhuǎn)化材料直接接觸、加熱待轉(zhuǎn) 化材料或者對(duì)待轉(zhuǎn)化材料施加作用力，因此在其形狀的限定上保有很大的自由度：由于上 體20不起任何對(duì)模的作用，因此上體20的與模塑區(qū)14相對(duì)的表面22的形狀可以獨(dú)立于模塑 區(qū)的形狀(從而獨(dú)立于最終部件的形狀）。該表面22在形狀限定上的自由度例如允許非常精 細(xì)地調(diào)節(jié)通過(guò)利用感應(yīng)和阻抗現(xiàn)象獲得的加熱。尤其能夠利用氣隙的高度來(lái)限制加熱不足 或過(guò)度加熱。例如，如圖7b中所示，局部地降低氣隙的高度，也就是說(shuō)，在高度被降低的位置 處，上體20將比在其它位置處距離陰模12更近，氣隙的降低使得在該位置處穿過(guò)氣隙的磁 通量更集中，從而增強(qiáng)其效果。從圖7a和圖7b中還可看到由感應(yīng)器30產(chǎn)生的磁場(chǎng)分布、尤其 是氣隙40內(nèi)部的磁場(chǎng)分布。圖7a示出厚度恒定的氣隙40,可以看到，當(dāng)氣隙不筆直時(shí)，由于 磁通量取道于磁阻更小的路徑，因此，磁力線更多地集中氣隙所呈現(xiàn)的曲線的內(nèi)側(cè)而不是 外側(cè)。因此，在彎曲位置處，分別在曲線的內(nèi)側(cè)和曲線的外側(cè)出現(xiàn)過(guò)度加熱和加熱不足。圖 7b示出厚度不恒定的氣隙42,其厚度尤其在氣隙呈現(xiàn)出彎曲的位置處有變化。根據(jù)這些情 況，該厚度的增加或減小允許校正圖7a中觀察到的磁通量的非均勻分布。
[0057]用于構(gòu)成上體20的磁性材料優(yōu)選地具有低電阻率，例如銅或鋁。這允許最大程度 地避免能量損失。實(shí)際上，盡管由于上體20是導(dǎo)電的，因此磁場(chǎng)感生出的電流流過(guò)上體20， 但感應(yīng)器產(chǎn)生的能量幾乎全部被注入陰模。例如，如果上體20由鋁制成，則其接收的能量相 當(dāng)于被注入陰模12的能量的約5%。
[0058]為了使陰模12中的能量損失最小化，模塑區(qū)14包含必要時(shí)可具有居里(Curie)點(diǎn) 的磁性材料，而陰模12的其余部分包含非磁性或微磁性成分。構(gòu)成模塑區(qū)14的磁性材料優(yōu) 選地具有高于銅的電阻率，例如為基于鎳、鉻和/或鈦的鋼合金。由于模塑區(qū)的電阻率高能 夠使感應(yīng)加熱更有效，因此高電阻率成為一個(gè)優(yōu)點(diǎn)。然而，應(yīng)當(dāng)注意，材料的磁導(dǎo)率也會(huì)影 響感應(yīng)加熱的效率。陰模12的其余部分包含在機(jī)械特征和電磁特性之間實(shí)現(xiàn)良好折衷的材 料。實(shí)際上，為了限制能量損失并且將所有加熱作用集中在模塑區(qū)14的表面16上，構(gòu)成陰模 12的材料還必須具有盡可能小的磁性和阻抗，同時(shí)具有應(yīng)對(duì)模塑階段的反復(fù)的高應(yīng)力所需 的機(jī)械強(qiáng)度。有鑒于此，不銹鋼和銅表現(xiàn)出不錯(cuò)的折衷。
[0059]在圖6中示出的一種變型中，可根據(jù)國(guó)際申請(qǐng)?zhí)?007/031660中所描述的方法制作 陰模，由磁性材料整體地構(gòu)成陰模12以及模塑區(qū)14，陰模的與感應(yīng)裝置相對(duì)的面被覆有由 非磁性材料(例如銅）制成的屏蔽層12:，但模塑區(qū)14的表面16除外。在該配置下，屏蔽層是 厚度大于磁場(chǎng)的穿透深度的屏蔽層。因此，感應(yīng)電流在屏蔽層中流動(dòng)，基本不引起發(fā)熱以及 能量損失，但在模塑區(qū)表面的位置(該位置中材料對(duì)感應(yīng)加熱非常靈敏)除外。
[0060] 當(dāng)構(gòu)成模塑區(qū)14的材料具有居里點(diǎn)時(shí)，在接近于該居里點(diǎn)的溫度下材料失去其磁 性，并且感應(yīng)加熱急劇減小，這是在居里點(diǎn)附近調(diào)節(jié)加熱溫度的可能情況之一。
[0061] 如圖1和2所示的設(shè)備具有冷卻系統(tǒng)，以能夠高速率地通過(guò)加熱來(lái)制造或轉(zhuǎn)化部 件，該冷卻在兩個(gè)處理之間進(jìn)行。為此，在模塑區(qū)12的陰模12中可設(shè)置能夠使冷卻液在模塑 表面附近流動(dòng)的通道18的網(wǎng)絡(luò)。一方面，因?yàn)榻饘倌ｓw是高導(dǎo)熱的，另一方面，因?yàn)橥ǖ揽?被設(shè)置得盡可能接近模塑區(qū)14的表面16,所以獲得的冷卻非常有效。由此實(shí)現(xiàn)由于在整個(gè) 部件上快速且均勻從而非常有效的冷卻。后一特性對(duì)于某些材料(例如聚酯)具有至關(guān)重要 的作用，對(duì)于這些材料，如果在整個(gè)冷卻期間沒(méi)有保持好形狀(部件被纏繞等)的話，則在冷 卻時(shí)存在應(yīng)力松弛的問(wèn)題。因此，對(duì)于某些材料，可以從制造中省去整個(gè)被稱為"成型步驟" 的步驟(該步驟需要例如支架、用于有控制的降溫的干燥箱等）。
[0062] 上體20還優(yōu)選地具有冷卻通道網(wǎng)絡(luò)19,但該網(wǎng)絡(luò)主要用于當(dāng)上體20隨著周期逐漸 發(fā)熱時(shí)冷卻上體20。在實(shí)際中，上體20的升溫將相當(dāng)緩慢，從而可以定期地、在一定數(shù)量的 加熱周期之后實(shí)施冷卻。
[0063]感應(yīng)器30由分別與陰模12和上體20上相連的可分離的兩個(gè)部分32、34構(gòu)成，這使 得能夠在模塑之后迅速地取出部件44,因此有助于高速率的制造。在材料轉(zhuǎn)化期間，通過(guò)電 接觸器36確保感應(yīng)器網(wǎng)絡(luò)的兩個(gè)部分之間的電連續(xù)性。
[0064]圖3表示本發(fā)明的一種變型，其中，柔性膜不再與陰模12相連而是與上體20相連。 在該配置下，通過(guò)超壓(也就是說(shuō)，通過(guò)膨脹)將柔性膜按壓在陰模和待轉(zhuǎn)化材料上。為此， 膜是彈性的并能夠承受較大壓強(qiáng)(例如，包括在1到15bars(巴)之間的壓強(qiáng)），因此能夠在不 需使用較大的機(jī)械裝置(壓力機(jī)等)的情況下對(duì)待轉(zhuǎn)化部件施加較大的作用力。在形狀較復(fù) 雜的情況下，還可以利用形狀適合于模塑區(qū)的可膨脹囊。在這種配置下，上體20具有允許膜 46和上體20的表面22之間所包括的空間與壓強(qiáng)源(未示出）相連通的通道26。為了在保持對(duì) 部件的壓力的同時(shí)便于快速冷卻，可設(shè)想壓強(qiáng)源允許在膜的內(nèi)部生成具有期望壓強(qiáng)的空氣 流通。為此，可例如形成進(jìn)氣通道和出氣通道，后者配備有調(diào)整至所期望的最小壓強(qiáng)的壓強(qiáng) 限制器，而壓強(qiáng)源供應(yīng)壓強(qiáng)顯著增大的空氣。
[0065]為了實(shí)現(xiàn)膜46,可例如利用比如硅或者能夠承受100%或更高的相對(duì)形變的熱塑 材料等材料。優(yōu)選地，所使用的材料應(yīng)該能承受300 °C左右的溫度。
[0066] 如果希望實(shí)施利用RTM(resin transfer molding，樹(shù)脂傳遞模塑成型）型的樹(shù)脂 傳遞的方法，則可設(shè)置樹(shù)脂的進(jìn)入通道17i的網(wǎng)絡(luò)，如圖6中所示，在這種情況下，排氣通道 17的網(wǎng)絡(luò)還用來(lái)排出樹(shù)脂。樹(shù)脂的進(jìn)入管道和排出管道將被布置得便于最佳的樹(shù)脂填充及 分散。在圖6的示例中，樹(shù)脂的進(jìn)入管道和排出管道位于陰模12的相對(duì)側(cè)上。
[0067]在一種變型中，可使用組合在一起的兩個(gè)壓緊裝置:被布置在上體20上的可膨脹 膜，與被布置在陰模12上的負(fù)壓膜。這樣的配置對(duì)于控制完成的部件的孔隙度將尤其有用。 實(shí)際上，由于在利用可膨脹膜施加較大壓力之前在負(fù)壓膜下方抽真空，因此能夠?qū)Σ考?加較大的作用力，同時(shí)避免空氣進(jìn)入該部件。為同一目的，還可使用唯一的膜，該膜由一種 材料制成或者包括基于兩種不同材料的至少兩層，該唯一的膜同時(shí)承受負(fù)壓和超壓。
[0068]在一種變型中，可設(shè)置為將負(fù)壓膜42固定在上體20上。這樣，布置和移除膜42變得 更簡(jiǎn)便，膜42的位移與體20的位移相關(guān)聯(lián)。
[0069]傳統(tǒng)上還設(shè)置推出所制造成的部件的機(jī)械裝置(未示出）。
[0070]綜上，本發(fā)明可以通過(guò)下述方案來(lái)實(shí)施。
[0071 ]方案1. 一種用于材料(44)轉(zhuǎn)化的加熱設(shè)備（10 )，包括：
[0072] -下模體（12)或陰模，其由導(dǎo)電材料制成并包括用于與待轉(zhuǎn)化材料接觸的模塑區(qū) (14)；
[0073] -上體(20)，其不具有模塑區(qū)，由導(dǎo)電材料制成；
[0074] -感應(yīng)裝置(30)，用于生成籠罩所述陰模（12)和所述上體(20)的磁場(chǎng);在感應(yīng)加熱 階段期間所述陰模（12)和所述上體(20)彼此電絕緣，以便這兩個(gè)體的相對(duì)的面限定氣隙 (40)，，磁場(chǎng)分布在該氣隙中，在所述陰模（12)的所述模塑區(qū)（14)的表面處感生出電流，從 而允許將所述感應(yīng)裝置的作用局限于所述模塑區(qū)和所述待轉(zhuǎn)化材料之間的界面處；
[0075] -能夠變形的按壓裝置(42、46)，被置于所述陰模（12)和所述上體(20)之間，用于 在所述待轉(zhuǎn)化材料上施加均勻的壓力。
[0076] 方案2.根據(jù)方案1所述的設(shè)備，其中，對(duì)于所述磁場(chǎng)透明的墊塊(24)確保所述陰模 (12)和所述上體(20)之間的電絕緣。
[0077] 方案3.根據(jù)方案9所述的設(shè)備，其中，所述絕緣墊塊(24)還確保所述能夠變形的按 壓裝置與所述陰模(12)和/或所述上體(20)之間的密封性。
[0078] 方案4.根據(jù)方案1、2或3之一所述的設(shè)備，其中，所述按壓裝置包括柔性膜（42、 46)〇
[0079] 方案5.根據(jù)方案4所述的設(shè)備，其中，所述柔性膜(42)以密封方式連接至所述陰模 (12)，這允許在所述膜(42)和所述陰模(12)之間產(chǎn)生負(fù)壓。
[0080] 方案6.根據(jù)方案5所述的設(shè)備，其中，所述柔性膜(46)以密閉方式連接至所述上體 (20)，這允許在所述膜(46)和所述上體(20)之間產(chǎn)生超壓。
[0081] 方案7.根據(jù)方案5和6所述的設(shè)備，包括用于在所述膜(42、46)和所述陰模（12)之 間產(chǎn)生負(fù)壓的裝置，和用于在所述膜(42、46)和所述上體(20)之間產(chǎn)生超壓的裝置，這些裝 置能夠被同時(shí)或依次地啟動(dòng)。
[0082]方案8.根據(jù)方案5和6所述的設(shè)備，包括兩個(gè)柔性膜(42、46)，第一個(gè)為負(fù)壓膜，第 二個(gè)為超壓膜。
[0083]方案9.根據(jù)方案1到8之一所述的設(shè)備，其中，所述按壓裝置與所述上體(20)相連。
[0084] 方案10.根據(jù)方案1到9之一所述的設(shè)備，其中，所述按壓裝置與所述陰模（12)相 連。
[0085] 方案11.根據(jù)前述方案之一所述的設(shè)備，其中，所述模塑區(qū)（14)包括優(yōu)選地具有高 相對(duì)磁導(dǎo)率和高電阻率的磁性成分，例如基于鎳、鉻和/或鈦的鋼。
[0086] 方案12.根據(jù)方案11所述的設(shè)備，其中，所述陰模(12)的其余部分包含與構(gòu)成所述 模塑區(qū)（14)的材料不同的材料，尤其是非磁性材料或微磁性材料，例如不銹鋼。
[0087] 方案13.根據(jù)方案1到10之一所述的設(shè)備，其中，所述陰模(12)包含磁性材料，除所 述模塑區(qū)（14)的所述表面(16)以外，所述陰模(12)的與所述感應(yīng)裝置相對(duì)的面被覆有防止 所述磁場(chǎng)透入所述陰模(12)的由非磁性材料制成的屏蔽層。
[0088] 方案14.根據(jù)前述方案之一所述的設(shè)備，其中，所述上體(20)包含優(yōu)選地具有低電 阻率的非磁性材料，例如鋁。
[0089] 方案15.根據(jù)前述方案之一所述的設(shè)備，其中，所述模塑區(qū)（14)包括冷卻通道（18) 的網(wǎng)絡(luò)。
[0090] 方案16.根據(jù)前述方案之一所述的設(shè)備，其中，所述上體(20)包括冷卻通道（19)的 網(wǎng)絡(luò)。
[0091] 方案17.根據(jù)前述方案之一所述的設(shè)備，其中，由所述感應(yīng)裝置產(chǎn)生的所述磁場(chǎng)的 頻率F至少等于10kHz，并且優(yōu)選地至多等于100kHz。
[0092] 方案18.根據(jù)前述方案之一所述的設(shè)備，其中，所述感應(yīng)裝置(30)包括分別與所述 陰模(12)和所述上體(20)相連的能夠分離的兩個(gè)部分(32、34)。
[0093] 方案19. 一種使用根據(jù)前述方案之一所述的設(shè)備來(lái)制造部件的方法。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種用于材料(44)轉(zhuǎn)化的加熱設(shè)備（10)，包括： -下模體（12)或陰模，其由導(dǎo)電材料和具有低電阻率的非磁性材料制成并包括用于與 待轉(zhuǎn)化的材料接觸的、由具有高相對(duì)磁導(dǎo)率和高電阻率的磁性材料制成的模塑區(qū)（14); -上體(20)，所述上體(20)不與要被模塑的材料直接接觸并且不對(duì)所述材料施加壓力， 由具有低電阻率的非磁性導(dǎo)電材料制成； -感應(yīng)裝置(30)，所述感應(yīng)裝置設(shè)置在由所述陰模（12)和所述上體（20)形成的單元周 圍來(lái)產(chǎn)生磁場(chǎng)； -對(duì)于所述磁場(chǎng)透明的電絕緣墊塊(24)，被置于所述陰模和所述上體之間，所述陰模和 所述上體通過(guò)所述電絕緣墊塊而彼此電絕緣，以便在所述陰模的和所述上體的相對(duì)的面之 間制造氣隙，在待轉(zhuǎn)化的所述材料的加熱和轉(zhuǎn)化期間維持所述氣隙，分布在所述氣隙中的 磁場(chǎng)在所述陰模(12)的所述模塑區(qū)（14)的表面處感生出電流，從而允許將所述感應(yīng)裝置的 作用局限于所述模塑區(qū)和待轉(zhuǎn)化的材料之間的界面處，所述電絕緣墊塊(24)還確保能夠變 形的按壓裝置與所述陰模(12)和/或所述上體(20)之間的密封性； -能夠變形的按壓裝置，所述能夠變形的按壓裝置包括柔性膜(42、46)，被置于所述陰 模(12)和所述上體(20)之間的氣隙中，以及用于在待轉(zhuǎn)化的材料上施加均勻的壓力以將待 轉(zhuǎn)化的材料按在所述模塑區(qū)上； -其中所述氣隙的厚度在所述氣隙呈現(xiàn)出彎曲的位置處有變化，以便校正磁通量的非 均勻分布。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，所述柔性膜（42)以密封方式連接至所述陰模 (12)，這允許在所述膜(42)和所述陰模(12)之間產(chǎn)生負(fù)壓。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的設(shè)備，其中，所述柔性膜（46)以密閉方式連接至所述上體 (20)，這允許在所述膜(46)和所述上體(20)之間產(chǎn)生超壓。4. 根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的設(shè)備，包括用于在所述膜(42、46)和所述陰模（12)之間產(chǎn) 生負(fù)壓的裝置，和用于在所述膜(42、46)和所述上體(20)之間產(chǎn)生超壓的裝置，這些裝置能 夠被同時(shí)或依次地啟動(dòng)。5. 根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的設(shè)備，包括兩個(gè)柔性膜(42、46)，第一個(gè)為負(fù)壓膜，第二個(gè) 為超壓膜。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，所述陰模（12)包含磁性材料，除所述模塑區(qū)（14) 的所述表面(16)以外，所述陰模(12)的與所述感應(yīng)裝置相對(duì)的面被覆有防止所述磁場(chǎng)透入 所述陰模(12)的由非磁性材料制成的屏蔽層。7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，所述模塑區(qū)（14)包括冷卻通道網(wǎng)絡(luò)（18)。8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，所述上體(20)包括冷卻通道網(wǎng)絡(luò)（19)。9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，由所述感應(yīng)裝置產(chǎn)生的磁場(chǎng)的頻率F至少等于 10kHz，并且優(yōu)選地至多等于100kHz。10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，所述感應(yīng)裝置(30)包括分別與所述陰模（12)和 所述上體(20)相連的能夠分離的兩個(gè)部分(32、34)。
【文檔編號(hào)】B29C33/06GK106079171SQ201610498536
【公開(kāi)日】2016年11月9日
【申請(qǐng)日】2009年3月17日
【發(fā)明人】若澤·費(fèi)根布盧姆, 亞歷山大·吉夏爾
【申請(qǐng)人】羅克器械公司