專利名稱：蜂窩狀芯體的成型方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及可變形材料的成形方法和裝置，更具體地，涉及一種把蜂窩狀芯體成形為一個(gè)預(yù)定輪廓形狀的方法和裝置。
目前蜂窩狀芯體的成形方法包括把芯體置于一系列水平支承桿上，然后把支承桿和芯體一齊滑到一個(gè)爐子內(nèi)，把芯體加熱到其成形溫度，即芯體可以變形的某個(gè)特定溫度。一旦芯體被加熱到合適溫度，支承桿和芯體被從爐中移出，支承桿向兩側(cè)縮回，從而使芯體輕輕落到下模之上，這里，由一個(gè)工人根據(jù)模具來(lái)調(diào)整芯體。接著，將加熱的芯體在形狀互逆的下模和上模(即陽(yáng)模/陰模對(duì))之間壓緊一段時(shí)間，對(duì)熱芯施壓之后，模具繼續(xù)夾持芯體直至冷卻到某一特定溫度。這些步驟一旦完成，模具退回，完成整個(gè)成形過(guò)程。
目前的這種方法有許多缺點(diǎn)，第一個(gè)缺點(diǎn)涉及成形溫度。芯體必須加熱到一個(gè)特定的溫度以使其達(dá)到可鍛狀態(tài)。在支承桿縮回和把芯體置于下模的時(shí)間內(nèi)芯體冷卻。當(dāng)芯體放到下模上時(shí)，芯體的熱量開(kāi)始傳給下模。這些步驟降低了芯體的初始溫度，所以必須通過(guò)提高爐溫來(lái)補(bǔ)償預(yù)計(jì)熱損并需要通過(guò)人工在短時(shí)間內(nèi)精確調(diào)整芯體在下模上的位置。這兩者都是它的缺點(diǎn)；提高溫度需要更多的能量并導(dǎo)致溫度精度較差，短位移時(shí)間也降低了精度。即使準(zhǔn)確地調(diào)整了芯體的初始溫度，由于下模繼續(xù)從芯體吸收熱量，也會(huì)對(duì)成形溫度產(chǎn)生不利影響。這便縮短了芯體在所需的成形溫度下受壓的時(shí)間。
目前這種方法的第二個(gè)缺點(diǎn)涉及冷卻時(shí)間。芯體在合適的成形溫度下受壓一段所需時(shí)間之后，一段時(shí)間還必須保持它的形狀，直至芯體冷卻到某一特定溫度。如果芯體在尚未到達(dá)此溫度時(shí)釋放，它將回復(fù)原狀。當(dāng)使用目前這種方法時(shí)，由于模具的散熱速度低，所以冷卻時(shí)間比理想時(shí)間長(zhǎng)。
目前這種方法的第三個(gè)缺點(diǎn)是在施壓之前需要通過(guò)人工精確調(diào)整芯體在下模上的位置。人工調(diào)整往往是不精確的，而且，會(huì)不利于對(duì)時(shí)間要求嚴(yán)格的環(huán)節(jié)。
以前技術(shù)試圖克服上述缺點(diǎn)，但都沒(méi)有成功。美國(guó)專利第5,084,226號(hào)描述了一種成形熱塑性材料板的方法，把材料放在柔性支承件上，然后在爐子內(nèi)加熱材料和支承件。在加熱過(guò)程中向支承件提供一個(gè)張力以保持其水平。一旦從爐內(nèi)移出，便撤去張力，這就允許材料和支承件落入下陰成形模(即一個(gè)陰模)上，這里，材料的自重使它適應(yīng)陰模的形狀。這種方法不適于成形蜂窩狀芯體，因?yàn)榉涓C狀芯體的重量不足以使芯體永久地適應(yīng)模具的形狀。這種方法也不能克服芯體熱量傳給模具和冷卻過(guò)程中模具散熱太慢的缺點(diǎn)。
基于上述原因，可以理解需要一種成形方法和裝置，它能提供高速和精確的蜂窩狀芯體成形機(jī)構(gòu)，降低芯體成形過(guò)程中的熱損；增大芯體冷卻過(guò)程中的熱損。本發(fā)明直接滿足了這些需要。
根據(jù)本發(fā)明，提供了成形一種可變形材料層如蜂窩狀芯體的方法。這種方法包括將芯體放在柔性支承上；將柔性支承和芯體轉(zhuǎn)移到爐子內(nèi)；將該芯體加熱到一個(gè)要求的成形溫度；將支承和芯體水平轉(zhuǎn)移到成形區(qū)；降下凸形上模至芯體上，張緊柔性支承；通過(guò)在上模和張緊的柔性支承之間給芯體施壓的方式對(duì)芯體成形，從而使其形成上模的形狀；冷卻芯體至設(shè)定的溫度；抬起上模移出已成形的芯體。
在另一種可供選擇的方案中，對(duì)芯體成形是通過(guò)把芯體維持在柔性支承上，在上模和下模之間對(duì)芯體施壓實(shí)現(xiàn)的，在此過(guò)程中，不給柔性支承施加張力。
根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供了一種成形蜂窩狀芯體的裝置。該裝置位于爐子附近的成形區(qū)。該裝置包括一個(gè)能下移的上模，還包括第一和第二張緊組件，每個(gè)張緊組件都包括一個(gè)支承扭矩供給系統(tǒng)的細(xì)長(zhǎng)托架和至少一個(gè)輥?zhàn)印Ｉ鲜鰪埦o組件彼此相對(duì)，其方向可保證輥?zhàn)拥霓D(zhuǎn)動(dòng)軸相互平行。繞在輥上并且延伸于輥?zhàn)又g的是一個(gè)水平的支承一層可變形材料的柔性支承例如蜂窩狀芯體。張緊組件安裝在能適合將張緊組件移進(jìn)和移出加熱爐的導(dǎo)向部件上。該裝置還包括能調(diào)節(jié)第一和第二張緊組件相對(duì)輥之間扭矩的調(diào)節(jié)系統(tǒng)，以保證在加壓過(guò)程作用芯體周圍的柔性支承上的拉力均勻。
另一種可供選擇的方式是，不只是一個(gè)單獨(dú)的上模，本發(fā)明的裝置包括形狀互逆的上、下多面模具。在這個(gè)實(shí)施例中，當(dāng)一個(gè)工件，即一層可變形材料在模具間壓縮后，空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)消除柔性支承上的張力。
根據(jù)本發(fā)明的其他特征，每個(gè)導(dǎo)向部件包括一個(gè)由電機(jī)驅(qū)動(dòng)的球頭螺桿、該球頭螺桿安裝在一個(gè)上表面具有雙凸形導(dǎo)軌的支承槽內(nèi)。導(dǎo)向部件還包括一個(gè)與球頭螺桿嚙合的球形母座，該母座裝在張緊組件的下表面，雙凹形導(dǎo)軌裝在張緊組件的下表面，凹形導(dǎo)軌和凸形導(dǎo)軌相互嚙合。球頭螺桿移動(dòng)球形母座從而使張緊組件沿軌道移動(dòng)。
根據(jù)本發(fā)明進(jìn)一步的特點(diǎn)，上述張緊組件設(shè)計(jì)成能使用一個(gè)簡(jiǎn)單上模，該上模在一個(gè)平面具有凸形曲線，而在該平面法線方向的橫截面內(nèi)沒(méi)有變化。這種張緊組件實(shí)施例包括一個(gè)單獨(dú)的支承于細(xì)長(zhǎng)托架上的輥?zhàn)雍鸵粋€(gè)給輥?zhàn)犹峁┡ぞ氐娘L(fēng)機(jī)。該實(shí)施例還包括一個(gè)單獨(dú)水平柔性支承，該支承繞在第一和第二張緊組件的輥?zhàn)由?。在成形過(guò)程中，調(diào)節(jié)系統(tǒng)協(xié)調(diào)第一張緊組件和第二張緊組件的輥?zhàn)又g的扭矩，這就使柔性支承在施壓過(guò)程中一直處于張緊狀態(tài)，且不產(chǎn)生由于輥?zhàn)优ぞ夭黄胶舛鸬膫?cè)向運(yùn)動(dòng)。輥?zhàn)?、柔性支承以及它們?cè)趶埦o組件中的位置都可以變化。
根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)特點(diǎn)，張緊組件設(shè)計(jì)成能使用一個(gè)復(fù)雜的上模，該上模在任意面上都可以是凸形曲線。這種張緊組件包括許多獨(dú)立的短輥和等數(shù)目的風(fēng)機(jī)?？諝庹{(diào)節(jié)系統(tǒng)通過(guò)為每個(gè)風(fēng)機(jī)提供等值氣壓從而協(xié)調(diào)相鄰輥和相對(duì)輥之間的扭矩。每個(gè)短輥都有一個(gè)張緊子部件與之嚙合。代替單一柔性支承的是多條柔性帶。這些帶分成相等的帶組，每一組的帶子都是緊固在單個(gè)的張緊子部件上的。
根據(jù)本發(fā)明進(jìn)一步的特征，張緊子部件包括一個(gè)殼體，室內(nèi)有一套能伸展和收縮各柔性帶的滑輪系統(tǒng)，在柔性帶中有一條連接許多靜止軸座和許多裝在傳動(dòng)支架內(nèi)支承桿的內(nèi)部纜繩。靜止軸座都固定在殼體內(nèi)。傳動(dòng)支架由殼體內(nèi)的通道導(dǎo)向且連接在柔性帶的一端。在施壓過(guò)程中，張緊子部件允許每個(gè)傳動(dòng)支架和柔性帶彼此獨(dú)立運(yùn)動(dòng)，同時(shí)通過(guò)內(nèi)部纜繩布在每個(gè)柔性帶間分布張力。
根據(jù)本發(fā)明再一個(gè)特征，當(dāng)使用簡(jiǎn)單或復(fù)雜的窄形上模時(shí)，在施壓過(guò)程中任選第一或第二支承輥來(lái)保持柔性支承在某一特定高度。支承輥連接在支承于地面上的框架上，而且位于柔性支承的正下方。支承輥的準(zhǔn)確位置可以調(diào)整從而適應(yīng)特殊的上模形狀。
本領(lǐng)域技術(shù)人員將會(huì)看到，使用柔性支承將芯體傳送至加熱爐中并在成形過(guò)程中支承芯體，這將提供一種芯體快速成形方法，因?yàn)椴恍枰群蛑С袟U縮回和人工準(zhǔn)確調(diào)整芯體相對(duì)于下模的位置。在成形某些形狀的芯體時(shí)使用柔性支承能省略下模。這便提供了以下優(yōu)點(diǎn)消除了偶爾產(chǎn)生于兩模間的不匹配性；降低工具成本；減少工具啟動(dòng)時(shí)間；省去在下模上人工調(diào)整芯體。柔性支承還帶來(lái)了施壓過(guò)程中低熱損和冷卻過(guò)程中快散熱的好處。
參考下面詳細(xì)說(shuō)明和附圖，就能更好地理解本發(fā)明上述幾個(gè)方面以及許多伴隨的優(yōu)點(diǎn)。其中
圖1是根據(jù)本發(fā)明制造的爐子和成形裝置的投影圖；圖2是圖1所示結(jié)構(gòu)的側(cè)視圖；圖3是圖1所示結(jié)構(gòu)的正視圖；圖4是圖1所示結(jié)構(gòu)的一個(gè)俯視平面圖；圖5是根據(jù)本發(fā)明形成的導(dǎo)向組件的側(cè)視圖；圖6是沿圖5所示6-6線的剖視圖；圖7是簡(jiǎn)單凸形上模第一實(shí)例的立面圖；圖8是簡(jiǎn)單凸形上模第二實(shí)例的立面圖；圖9是復(fù)雜凸形上模的立面圖；圖10是多面上模和與上模輪廓相反的下模的立面圖；圖11是一個(gè)根據(jù)本發(fā)明形成的張緊組件第一實(shí)施例的投影圖，為清楚起見(jiàn)省略了有些部分；圖12是一個(gè)根據(jù)本發(fā)明形成的張緊組件第一實(shí)施例另一形式的投影圖；圖13是根據(jù)本發(fā)明形成的張緊組件第二實(shí)施例的俯視平面圖；圖14是沿圖13所示14-14截面的剖視圖；圖15是圖13所示張緊組件中張緊子部件的投影圖；圖16是圖15所示張緊子部件一部分的投影圖；圖17是圖15所示張緊子部件去掉前面板后有關(guān)部分的俯視平面圖；圖18是圖15所示張緊子部件的傳動(dòng)支架的投影圖；圖19是圖18所示傳動(dòng)支架的側(cè)視圖；圖20是圖15所示張緊子部件靜止軸架的投影圖。
盡管下列詳細(xì)描述是參照一層蜂窩狀芯體式工件進(jìn)行的，但是應(yīng)該明白，本發(fā)明對(duì)其它可變形材料也非常有益。因此，盡管本發(fā)明的成形方法和裝置是為成形蜂窩狀芯體而開(kāi)發(fā)的，但是還應(yīng)該明白，本發(fā)明也可以用于成形其它可變形材料，例如，泡沫板、熱塑性板等等。
本發(fā)明的一般方法和裝置包括將一層蜂窩狀芯體放在柔性支承上；把柔性支承和芯體移入一個(gè)加熱爐內(nèi)并將芯體加熱到成型溫度。芯體加熱完畢后，柔性支承和芯體被從加熱爐水平移動(dòng)到一個(gè)成形區(qū)。
在上述成形區(qū)內(nèi)，一個(gè)凸形上模垂直下降至芯體上，壓下芯體和柔性支承。張緊組件保證維持柔性支承的張力，從而使芯體被壓緊在上模和柔性支承之間，因而迫使芯體呈上模形狀。壓緊以后，該結(jié)構(gòu)被冷卻。然后，模具被抬起，成形完畢的芯體移出。本發(fā)明的這種方法和裝置可以進(jìn)行多種變化。下面將討論這些變化。一般來(lái)說(shuō)，這些變化與模具的輪廓形狀有關(guān)。
本領(lǐng)域的技術(shù)人員會(huì)很容易地認(rèn)識(shí)到在成型過(guò)程中利用柔性支承向爐內(nèi)傳送并支承蜂窩狀芯體提供了一種快速芯體成形方法，因?yàn)椴辉傩枰戎С袟U收縮或等工人準(zhǔn)確地調(diào)整芯體相對(duì)于下模的位置。此外，使用柔性支承對(duì)某些芯體的成形還可以省去下模。下面將詳細(xì)討論這個(gè)優(yōu)點(diǎn)。
圖1-4顯示了根據(jù)本發(fā)明形成的成形裝置22。為了更清楚地理解本發(fā)明，省去了一些不必要的細(xì)節(jié)。圖1～4還顯示了帶有接受被加熱元件的水平開(kāi)口36的現(xiàn)有加熱爐28。水平開(kāi)口36在加熱爐的三個(gè)面延伸(正面40，左面42，右面44)。成形區(qū)26由和加熱爐正面40直接鄰近的區(qū)域而確定，且圍繞加熱爐的整個(gè)寬度，正如圖1所示。
仍然參看圖1～4，成形裝置22位于成形區(qū)26內(nèi)，它包括一個(gè)模具組件30，該組件帶有一個(gè)可垂直移動(dòng)的上模32。該模具組件通常是為人熟知的形式，但是，在本發(fā)明中要求使用變型的模具組件。這些變型的模具組件將在下面討論。上模32的垂直移動(dòng)可以通過(guò)許多已知方法和動(dòng)力供應(yīng)當(dāng)中的任何一種來(lái)完成，這些方法包括液壓、電機(jī)、手動(dòng)權(quán)械滑輪系統(tǒng)，等等。對(duì)本發(fā)明來(lái)說(shuō)，準(zhǔn)確的傳送機(jī)構(gòu)并不特別重要。重要的是上模的位移和方向應(yīng)確保當(dāng)上模被垂直移動(dòng)機(jī)構(gòu)降到用于成形的熱芯體上時(shí)，上模對(duì)準(zhǔn)芯體。
本發(fā)明的成形裝置22包括分別由第一和第二導(dǎo)向組件50、52支承的第一和第二張緊組件70、72，兩者都平行且分別靠近加熱爐的左面42和右面44，見(jiàn)圖3。下面將詳細(xì)介紹本發(fā)明張緊組件的第一和第二優(yōu)選實(shí)施例。每個(gè)張緊組件70、72都包括一個(gè)用于支承扭矩供給系統(tǒng)的細(xì)長(zhǎng)托架74和至少一個(gè)輥76(見(jiàn)圖11～14)。張緊組件70、72通常是長(zhǎng)方形的，帶有一個(gè)前端78和一個(gè)后端80。上述扭矩供給系統(tǒng)可以包括任何在與輥嚙合時(shí)向后驅(qū)動(dòng)且能為上述輥?zhàn)犹峁┨囟ㄅぞ氐臋C(jī)構(gòu)。
第一和第二導(dǎo)向組件50、52可以按許多傳統(tǒng)轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)中某一種方式來(lái)形成。圖5和圖6所示是一個(gè)球頭螺桿結(jié)構(gòu)，其中電動(dòng)機(jī)54驅(qū)動(dòng)裝在軌道支承58內(nèi)的球頭螺桿56。第一和第二張緊組件70、72的后端80分別通過(guò)能沿轉(zhuǎn)動(dòng)球頭螺桿移動(dòng)的球形螺母82與第一和第二導(dǎo)向組件50、52配合。第一和第二導(dǎo)向組件50、52還包括一對(duì)凹形線性導(dǎo)軌60，它們分別安裝在每個(gè)張緊組件下部，并和固定在每個(gè)導(dǎo)向組件軌道支承58上表面的凸形線性軌道62嚙合。圖5和圖6所示第一和第二導(dǎo)向組件直接鄰近加熱爐的左右兩邊，一邊一個(gè)。最好，軌道支承58的上邊緣剛好在加熱爐水平開(kāi)口36下面。
位于第一第二導(dǎo)向組件50，52之間的電機(jī)54為同步電動(dòng)機(jī)，從而保證能同時(shí)移動(dòng)張緊組件。使用許多已有方法當(dāng)中的一種就能實(shí)現(xiàn)同步。圖12顯示了一種簡(jiǎn)單的方法，其中同步桿160在第一和第二張緊組件之間延伸以確保相似的運(yùn)動(dòng)。
在張緊組件70，72之間是柔性支承38，該柔性支承38有兩個(gè)側(cè)端，一端繞在第一張緊組件70的輥?zhàn)?6上，另一端繞在第二張緊組件72的輥?zhàn)?6上。在蜂窩狀芯體被壓過(guò)程中，柔性支承38保持在峰窩狀芯體24之下，其余柔性支承材料根據(jù)需要從輥?zhàn)由戏潘上聛?lái)。柔性支承可以由任意耐熱柔性材料制成，最好是能耐750°F以上的細(xì)密連結(jié)的不銹鋼絲網(wǎng)。
柔性支承38的寬度(X方向長(zhǎng)度)足以跨越兩個(gè)張緊組件且能繞輥?zhàn)永p繞多圈。該支承的深度(Z方向長(zhǎng)度)至少應(yīng)等于壓緊在一起的芯體和模具的尺寸，但要小于加熱爐深度。柔性支承的示例尺寸是5英尺×12英尺，其中模具尺寸為7英尺×4英尺，爐子可以容納一個(gè)4英尺×8英尺×3.5英寸的工件。支架34(見(jiàn)圖3)將上述張緊組件支承于某一高度(Y方向)以便柔性支承和芯體能自由進(jìn)出加熱爐的水平開(kāi)口36而不中斷。
本發(fā)明的成形裝置22還包括一個(gè)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，用以協(xié)調(diào)第一和第二張緊組件70、72的扭矩供給系統(tǒng)產(chǎn)生的扭矩。該調(diào)節(jié)系統(tǒng)還進(jìn)一步保持柔性支承側(cè)端動(dòng)作一致。如果柔性支承動(dòng)作不一致，一個(gè)張緊組件就會(huì)比另一個(gè)張緊組件收縮得快，或者比另一個(gè)更有力。這兩種情況都會(huì)引起張緊組件連續(xù)不斷地在柔性支承上產(chǎn)生松馳。在施壓過(guò)程中，重要的是可保證作用于柔性支承上的張力均勻而不至于產(chǎn)生漂動(dòng)，柔性支承的漂動(dòng)將導(dǎo)致蜂窩狀芯體產(chǎn)生畸變。
調(diào)節(jié)系統(tǒng)可以是任意一種已有的系統(tǒng)，這取決于張緊組件的結(jié)構(gòu)，尤其取決于所選的扭矩供給系統(tǒng)。這里不討論調(diào)節(jié)系統(tǒng)的具體尺寸和型式，因?yàn)檫@對(duì)本發(fā)明不太重要，重要的是所選用的調(diào)節(jié)系統(tǒng)可能保持兩相對(duì)輥之間的張力平衡。
成形裝置22可能還包括任意第一和第二支承輥166，見(jiàn)圖3。支承輥用于保持柔性支承38在施壓過(guò)程中于某個(gè)特定高度。當(dāng)模具寬度小于張緊組件之間的距離時(shí)，這是很有必要的。盡管施加了張力，但是若沒(méi)有支承輥166，則柔性支承38不能恰當(dāng)?shù)匕研倔w壓緊在上模周圍。
如圖1和圖3所示，支承輥166裝在支承在地面上、垂直可調(diào)的框架168上。支承輥和框架可以按任何一種方式來(lái)組裝。如圖1和圖3所示簡(jiǎn)單而典型結(jié)構(gòu)基本上是一種載重支架，其支承輥固定在一單獨(dú)桿上從而形成上支架交叉元件。一種更復(fù)雜的結(jié)構(gòu)(圖中沒(méi)有顯示)可能包括這樣的支承輥， 它們固定在由工字鋼形成的框架上，該工字鋼架下端固定在由液壓致動(dòng)器驅(qū)動(dòng)的運(yùn)送框架的地下系統(tǒng)上。然而所選的結(jié)構(gòu)對(duì)本發(fā)明并不太重要，最好，至少輥?zhàn)拥母叨瓤梢哉{(diào)節(jié)。
如圖1和圖3所示，支承輥166和支架168位于柔性支承38之下，以便支承輥166貼近柔性支承的下面。第一和第二支承輥軸在上模具邊緣正下方橫向隔開(kāi)一定間距，第一和第二支承輥的軸通常平行于張緊組件輥?zhàn)拥霓D(zhuǎn)動(dòng)軸。方向可以根據(jù)模具的形狀而改變。
在操作中，一個(gè)一層蜂窩狀芯體形狀的工件，置于柔性支承38上。風(fēng)機(jī)54啟動(dòng)借助于導(dǎo)向組件50，52將上述工件和柔性支承一起水平移動(dòng)，經(jīng)過(guò)開(kāi)口36進(jìn)入加熱爐28。因?yàn)闋t子開(kāi)口繞過(guò)加熱爐的正面40延伸至其左面42和右面44，所以柔性支承38可以平滑地移入加熱爐，而不會(huì)使芯體的任何部分，或上述柔性支承碰到加熱爐。支承的一部分和張緊組件都從加熱爐的開(kāi)口兩邊水平延伸出來(lái)。
接著，芯體被加熱到成形溫度。之后，芯體和柔性支承水平移出加熱爐28，進(jìn)入成形區(qū)26。然后，上模32降至芯體上，把芯體壓進(jìn)柔性支承。第一和第一張緊組件維持柔性支承上的張力，迫使芯體呈上模的形狀。芯體冷卻至其設(shè)定溫度之后，上模抬起，結(jié)束整個(gè)成形過(guò)程。
本發(fā)明更進(jìn)一步的細(xì)節(jié)取決于上模的尺寸和形狀。通常，模具可分為三種類型簡(jiǎn)單凸模，它僅在X-Y平面上是凸形曲線，而沿Z軸方向不變；復(fù)雜凸模，它在任一平面內(nèi)都是凸形曲線；多面模具，它在任一平面內(nèi)是凸形或凹形曲線；或者既有凸形又有凹形曲線。圖7和圖8所示是一例簡(jiǎn)單形狀的模具。在圖7中，模具32a的形狀與一個(gè)汽缸的側(cè)部相似，模具凸出形曲線在X-Y平面上，截面形狀在Z軸方向沒(méi)有變化，而在圖8中，模具32b的凸形曲線比較復(fù)雜，但曲線僅在X-Y平面上變化，在Z方向上的形狀仍然保持不變。
圖9所示是一例復(fù)雜形狀的凸形模具，這里，模具32c形狀類似半圓錐，在X-Y平面上具有凸形曲線，而在Z方向上按線性變化。圖10所示是一例多面模具。這個(gè)多面模具不只是一個(gè)單獨(dú)的上模，它還包括一個(gè)與上模33a形狀相反的下模33b。每個(gè)多面體模具在任意面都有凸形和凹形曲線。
不管是否需要一個(gè)附加的下模33b，成形芯體的模具類型決定著所使用的張緊方法。根據(jù)本發(fā)明所形成的各種張緊機(jī)構(gòu)和它們的部件如圖11～20所示，并在下面進(jìn)行介紹。簡(jiǎn)單凸形蜂窩狀結(jié)構(gòu)可以用后面將要介紹的僅有上模的任意張緊組件。復(fù)雜的蜂窩狀結(jié)構(gòu)限于使用更為復(fù)雜的張緊組件，但也只有一個(gè)上模。多面蜂窩狀結(jié)構(gòu)需要更復(fù)雜的張緊組件，除了有上模外，還要有下模。
圖11所示是根據(jù)本發(fā)明形成的張緊組件70，72，每個(gè)張緊組件都包括一個(gè)縱向延伸于上述張緊組件整個(gè)長(zhǎng)度上的單輥76。輥76用傳統(tǒng)的方法支承于張緊組件的細(xì)長(zhǎng)托架74內(nèi)。柔性支承的一端分別纏繞張緊組件70和72的輥?zhàn)訑?shù)圈，最好支承38從輥76的頂部滑離，而不從輥76的底部滑離。輥?zhàn)涌捎扇我庥凶銐騽傂缘牟牧现瞥?。在本發(fā)明的實(shí)際原型中，選用的材料為直徑2～3英寸，長(zhǎng)度約50～65英寸的鈦輥或鋁輥。
扭矩供給系統(tǒng)包括一個(gè)直接固定于每個(gè)輥?zhàn)右欢嘶騼啥说目赡骘L(fēng)機(jī)84。圖11顯示了一個(gè)固定于輥76前端的單一風(fēng)機(jī)84。該風(fēng)機(jī)84由一個(gè)合適的壓縮空氣來(lái)供應(yīng)能量。每個(gè)風(fēng)機(jī)都能夠分別為它相應(yīng)的輥?zhàn)颖３忠粋€(gè)給定的扭矩。
可以用其它扭矩供給方式來(lái)代替風(fēng)機(jī)系統(tǒng)(例如，機(jī)械彈簧系統(tǒng)，液壓系統(tǒng)，電機(jī)系統(tǒng)，等等)。不管選用什么系統(tǒng)，在爐子移動(dòng)時(shí)能夠防止輥?zhàn)愚D(zhuǎn)動(dòng)；在施壓過(guò)程中能夠在拉力作用下反向驅(qū)動(dòng)張緊組件，以使芯體維持一個(gè)給定的扭矩，同時(shí)允許輥?zhàn)硬糠值胤爬@(unwind)。
由給定扭矩供給系統(tǒng)提供的扭矩實(shí)際值取決于特定應(yīng)用的要求。在一個(gè)扭矩供給系統(tǒng)的例子中應(yīng)用了能在恒定壓力90psig下提供20ft-lbs扭矩的風(fēng)機(jī)。
本領(lǐng)域的技術(shù)人員將會(huì)知道，圖11所示的張緊組件的實(shí)施例適合于用在簡(jiǎn)單凸形上模周圍成形蜂窩狀芯體。因?yàn)槟＞咝螤钛豘軸方向上沒(méi)有變化，所以柔性支承整齊地纏繞該模具，在芯體的各個(gè)部位，靠著模具均勻壓縮芯體。熟悉本技術(shù)的人還會(huì)看到，這種方法和裝置只需要一個(gè)上模，不需要下模。省去下模的好處是消除了兩模之間的任意的不匹配性(有時(shí)會(huì)產(chǎn)生)；降低工具成本；縮短啟動(dòng)時(shí)間，另外因?yàn)槿嵝灾С惺呛托倔w一起加熱，和一個(gè)熱芯放在冷模上加壓相比，減少了施壓過(guò)程中的熱損失。施壓以后，柔性支承散熱速度比下模要快。(成形所需的時(shí)間通常短于柔性支承從起熱源作用轉(zhuǎn)變?yōu)槠馃岷淖饔盟璧臅r(shí)間)。
圖12顯示了圖11所示張緊組件實(shí)施例的變型，圖12所示的實(shí)施例包括三個(gè)輥88和三個(gè)可逆風(fēng)機(jī)。圖12所示的輥88和圖11所示的輥76相似，只是軸向長(zhǎng)度短一些。圖12所示的三個(gè)輥88相互平行，且在同一個(gè)水平面內(nèi)。單個(gè)成形裝置柔性支承36被三個(gè)并排水平放置的寬度較小的柔性支承86所代替。每個(gè)柔性支承的側(cè)端繞在一輥88周圍。每個(gè)輥88由相應(yīng)的風(fēng)機(jī)87轉(zhuǎn)動(dòng)。這種張緊組件的變化對(duì)稍微復(fù)雜的上模是最有用的。在這種模具上使用多個(gè)柔性支承有助于在不增加本發(fā)明復(fù)雜性的前提下把芯體壓入模具。
圖11和圖12所示的張緊組件還可以有其它變型，它根據(jù)模具的形狀和所需的壓力而變化。通常，這種變化可能需要更多或更少的柔性支承。優(yōu)選采用的結(jié)構(gòu)用外裝方式來(lái)交替排列輥?zhàn)?，也就是，第一輥放在某一個(gè)位置，第二輥緊靠它，第三輥與第一輥軸線對(duì)齊，第四輥與第二輥軸線對(duì)齊，等等。這樣就會(huì)有足夠的空間放置所有的風(fēng)機(jī)。
圖11和圖12所示的用在張緊組件中的空氣調(diào)節(jié)或控制系統(tǒng)，應(yīng)該能夠協(xié)調(diào)第一和第二張緊系統(tǒng)的相鄰和相對(duì)風(fēng)機(jī)之間的壓力和扭矩，以使正在成形的芯體的各部分承受相同的壓力。它可以通過(guò)給每個(gè)風(fēng)機(jī)一個(gè)恒壓源得到實(shí)現(xiàn)，各風(fēng)機(jī)的氣壓值相等。
更具體的說(shuō)，在施壓過(guò)程中，也就是當(dāng)上模降至蜂窩狀芯體24上時(shí)，風(fēng)機(jī)84(或87)給柔性支承38(或86)提供一個(gè)恒定的張力，與此同時(shí)，由于芯體被上模32壓向柔性支承，該柔性支承從輥上放繞。一個(gè)簡(jiǎn)單的調(diào)節(jié)系統(tǒng)使用和每個(gè)風(fēng)機(jī)相連的恒定的(和相等)工作壓力源。
圖13～20顯示了一個(gè)根據(jù)本發(fā)明形成的更復(fù)雜的張緊組件的實(shí)施例。每個(gè)張緊組件包括許多彼此獨(dú)立的短輥92(圖13顯示了六個(gè)短輥)，這些短輥沿細(xì)長(zhǎng)托架74的幾乎整個(gè)縱向長(zhǎng)度首尾相連。短輥92安裝在一根單獨(dú)的軸上以便獨(dú)立地轉(zhuǎn)動(dòng)。
圖13所示的張緊組件還包括許多柔性帶96。這些柔性帶在X-Z平面上水平并排放置。這些柔性帶96可以由與柔性支承38同樣的材料制成，只是在寬度上要窄得多。這些柔性帶96在加熱過(guò)程中支承芯體24，在施壓過(guò)程中迫使芯體壓緊上模32。每根柔性帶96的一端和張緊子部件90連接，而不是直接連接到短輥92上。圖18所示的連接方式將在下面詳述。正如下面所述，張緊子部件連接在短輥92上。
參考圖15和圖16，張緊子部件包括一個(gè)通常的方殼體98，殼體內(nèi)有一根繞兩個(gè)輥?zhàn)永|軸176的纜繩100(或類似的高強(qiáng)柔性材料)，該纜軸176安裝在靠近上述方殼體上表面102的后面板134內(nèi)表面。更具體地講，輥?zhàn)永|繩100從方殼體的上邊緣延伸，每根纜繩的兩頭纏繞在同一個(gè)短輥92周圍，如圖13所示。圖13還顯示了裝在短輥上幫助對(duì)纏繞短輥92進(jìn)行導(dǎo)向的任意環(huán)狀輥?zhàn)永|繩導(dǎo)向件118。
圖13～20所示的張緊組件的扭矩供給系統(tǒng)包括許多風(fēng)機(jī)108，每個(gè)風(fēng)機(jī)有一個(gè)短輥92。圖13所示的風(fēng)機(jī)108以交錯(cuò)方式安裝在細(xì)長(zhǎng)托架74上，以優(yōu)化使用托架空間。圖13所示的交錯(cuò)排列是這樣實(shí)現(xiàn)的；一個(gè)風(fēng)機(jī)靠近其短輥，第二個(gè)遠(yuǎn)離其短輥，第三個(gè)又靠近其短輥，等等。還可以選擇另一種，或作為附加方式，風(fēng)機(jī)108垂直交錯(cuò)排列以節(jié)省空間。
如圖13和14所示，用鏈輪機(jī)構(gòu)連接風(fēng)機(jī)108和它們相應(yīng)的短輥92。更具體地講，驅(qū)動(dòng)鏈輪112安裝在每個(gè)風(fēng)機(jī)108的軸110上。驅(qū)動(dòng)鏈116環(huán)繞每個(gè)驅(qū)動(dòng)鏈輪112和輥?zhàn)渔溳?14，該鏈輪114環(huán)繞與之相應(yīng)的短輥92的中心圓，見(jiàn)圖14。如圖13和14中所示，六個(gè)擋塊120固定在框架74上。擋塊120防止輥?zhàn)永|繩100在短輥上纏得太遠(yuǎn)，因?yàn)樗鼈儠?huì)導(dǎo)致張緊子部件接觸輥?zhàn)渔溳?14，鏈環(huán)116，或者帶子導(dǎo)向件118。所以擋塊120保護(hù)張緊子部件90和托架部件。
圖13和圖14還顯示了調(diào)節(jié)系統(tǒng)的一些零件。特別是提供了同一個(gè)公用氣壓提供線路122，在該線路中每個(gè)風(fēng)機(jī)有一個(gè)支路124。公用線路和氣壓供給系統(tǒng)連接。提供到每個(gè)風(fēng)機(jī)中的氣壓維持一個(gè)恒定的值，從而平衡每個(gè)風(fēng)機(jī)在相應(yīng)輥上的張緊能力?？梢杂萌我庖粋€(gè)已知的系統(tǒng)作為調(diào)節(jié)系統(tǒng)，精密的結(jié)構(gòu)對(duì)本發(fā)明并不特別重要。
圖15～20顯示了每個(gè)張緊子部件的詳圖。在圖15中，每個(gè)殼體98包括一個(gè)底側(cè)126和第一邊128，第二邊130。該殼體98是由方形前面板132和方形后面板134的連接形成的，方形前后面板之間具有多個(gè)長(zhǎng)形分隔條136。見(jiàn)圖16最好，面板材料為鋁。上述固定方式可以選用任意一種已知的方法。圖15顯示了一些小旋轉(zhuǎn)螺絲138。輥?zhàn)永|繩軸架176裝在靠近上邊緣102的前后面板之間。軸架176的軸垂直于面板的平面。
分隔條136的長(zhǎng)度方向平行于殼體的側(cè)邊緣128和130。分隔條136的長(zhǎng)度短于殼體上表面102和底邊126之間的距離。分隔條等距排列從而形成從殼體下邊緣延伸至面板上緣附近的通道。在殼體98下邊緣的是橫跨殼體寬度的擋座111。
所需分隔條的數(shù)目取決于所需通道的數(shù)目，通道數(shù)目對(duì)應(yīng)于固定于每個(gè)張緊子部件90上的柔性帶的數(shù)目。容納四條柔性帶的張緊子部件需要有五條分隔條形成四條通道。這里所給的數(shù)目是一個(gè)例子，不能認(rèn)為是極限數(shù)目。根據(jù)特定應(yīng)用使用的其它數(shù)目分隔條也在本發(fā)明范圍內(nèi)。
分隔條位于前后面板邊緣之內(nèi)，每條都有一個(gè)靜止卷軸142(見(jiàn)圖17和圖20)緊固在其上端附近，并且在前后面板之間，卷軸142的轉(zhuǎn)動(dòng)軸垂直于前后面板132和134所在的平面。靜止卷軸142位于殼體上表面102附近，并且能夠向兩個(gè)方向轉(zhuǎn)動(dòng)。最好，該卷軸142用不銹鋼制造。
參考圖17，每個(gè)通道內(nèi)有一個(gè)移動(dòng)支架144。每個(gè)支架144的大小能保證通道內(nèi)容易滑動(dòng)，并且與分隔條以及前后面板的松接觸。參考圖16，后面板134可在選擇性地包括一個(gè)或多個(gè)潤(rùn)滑油輸入孔140，從而潤(rùn)滑傳動(dòng)支架。最好，傳動(dòng)支架144選用酚醛材料制成。
如圖19所示，每個(gè)傳動(dòng)支架包括一個(gè)靠近殼體上表面的上邊緣148；一個(gè)正對(duì)上緣的下緣150；和一根靠近上緣148的內(nèi)桿146。內(nèi)桿固定后能向兩個(gè)方向轉(zhuǎn)動(dòng)。內(nèi)桿146的轉(zhuǎn)動(dòng)軸通常平行于靜止卷軸142的轉(zhuǎn)動(dòng)軸。柔性帶的一端通過(guò)軸座下緣150固定在傳動(dòng)支架144上。這種固定方式可以通過(guò)一種已知的方法實(shí)現(xiàn)。圖19顯示的是使用螺栓152來(lái)固定的。
參考圖15和圖17～19，每個(gè)傳動(dòng)支架還包括一個(gè)導(dǎo)向件156，該導(dǎo)向件緊固在支架表面，與前后板32相鄰。前面板132包括許多小孔154以容納導(dǎo)向件156，一個(gè)傳動(dòng)支架導(dǎo)向件伸入各自的孔中。小孔大小要合適，當(dāng)支架在其通道的最上區(qū)(即收縮位置)時(shí)，小孔應(yīng)對(duì)應(yīng)導(dǎo)向件的位置，當(dāng)支架在其通道的最下區(qū)(即延伸位置)時(shí)，小孔也應(yīng)對(duì)應(yīng)導(dǎo)向件的位置。當(dāng)它在延伸位置和收縮位置之間運(yùn)動(dòng)時(shí)，小孔將引導(dǎo)支架導(dǎo)向件156，因此，也引導(dǎo)支架和柔性帶。殼體擋塊111進(jìn)一步幫助傳動(dòng)支架144維持在各自的通道內(nèi)。
殼體98還包括一根具有兩個(gè)端頭的單根內(nèi)電纜158。其一端固定在殼體靠近上邊緣的一個(gè)角162，另一端固定在殼體靠近上緣的另一角164，見(jiàn)圖17。在兩個(gè)角162、164之間，內(nèi)纜158連接在傳動(dòng)支架內(nèi)桿146和靜止卷軸142間，如圖17所示的一種形式。熟悉本技術(shù)的人會(huì)看到，張緊子部件只是一個(gè)滑輪裝置，該裝置把任意一輥提供的全部張力平均分布在它的柔性帶上。所以，偶爾由覆蓋在一個(gè)小的上模截面距離上的一根帶子產(chǎn)生的馳度將被低馳度(slack)帶子消耗掉。
使用如圖13～20所示類型的張緊組件在施壓操作中，當(dāng)上模降至蜂窩狀芯體24時(shí)，芯體和柔性帶開(kāi)始通過(guò)輥?zhàn)永|繩100放繞。在這段時(shí)間內(nèi)，空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)通過(guò)各自風(fēng)機(jī)相應(yīng)的輥?zhàn)哟_保風(fēng)機(jī)給各張緊子部件提供相等的張力。各張緊子部件本身又通過(guò)延伸和收縮通道內(nèi)的支架而給它們的柔性帶平均分布張力。在傳動(dòng)支架中的內(nèi)纜確保每根柔性帶施加于正在成形的蜂窩狀芯體上的力相等。
本領(lǐng)域的技術(shù)的人員將會(huì)認(rèn)識(shí)到，圖13～20中所示的張緊組件的實(shí)施例較適合于用復(fù)雜凸形上模成形蜂窩狀芯體。使用多個(gè)柔性帶96，張緊子部件90，和調(diào)節(jié)系統(tǒng)來(lái)完成了張力在各柔性帶之間平均分布。因此，由于芯體在各部位都接受相同的壓力，所以允許模具Z方向上的變化。這樣張緊組件只需要一個(gè)上模。至少如上面所討論的，省略下模相對(duì)于現(xiàn)有的方法和裝置是一大改進(jìn)。
對(duì)于多面模具來(lái)說(shuō)，還可使用另一種方法，根據(jù)這一方法，將芯體維持在柔性支承上，然后在上模和下模之間同時(shí)給芯體和支承加壓，從而完成芯體的成形。對(duì)多面模具形狀來(lái)說(shuō)，由于其表面的撓曲變化，所以必需具有下模。
為了實(shí)現(xiàn)這一方法，本發(fā)明的裝置做了類似的改變。具體地說(shuō)，同時(shí)包括一個(gè)上模和一個(gè)下模，其調(diào)節(jié)系統(tǒng)是設(shè)計(jì)用來(lái)消除施壓過(guò)程中柔性支承上的張力。張緊組件只在芯體加熱和出入爐時(shí)提供張力。在芯體施壓過(guò)程中，柔性支承上不存在張力。
下模位于芯體之下，鄰近柔性支承；上模位于芯體之上，鄰近芯體上表面，下模與上模輪廓形狀相反。本發(fā)明的這一實(shí)施例主要對(duì)平滑輪廓的蜂窩狀芯體產(chǎn)品有用。緊角(tight comer)趨向于引起柔性支承在模具間集束。這一方法和裝置的其它特點(diǎn)與上面所描述的相同，包括可以使用張緊組件任意變化的實(shí)施例。
盡管這一可替代的方法和裝置的實(shí)施例沒(méi)有提供由于省略一個(gè)模具而帶來(lái)的好處，但是它與現(xiàn)有的方法和裝置相比，仍是一個(gè)進(jìn)步。使用柔性支承移送芯體至加熱爐和在成形過(guò)程中支承芯體，提供了一種快速成形芯體的方法，這是因?yàn)闆](méi)有必要等候支承桿縮回和等候人工調(diào)整下模上的芯體。此外，柔性支承還在芯體和冷下模之間提供了一定程度的絕熱，所以就升高了初始?jí)嚎s溫度并在壓縮過(guò)程中幫助維持一個(gè)升高了的溫度。
雖然本發(fā)明的優(yōu)選采用的實(shí)施例已經(jīng)用圖例進(jìn)行了表達(dá)和描述，但是必須知道的是，在不背離本發(fā)明的實(shí)質(zhì)和范圍的前提下可以進(jìn)行各種各樣的變化。一種變化是只使用張緊組件和模具而不提供通過(guò)導(dǎo)向組件實(shí)現(xiàn)的進(jìn)入相鄰加熱爐的轉(zhuǎn)移。但是，這種實(shí)施例一般不優(yōu)先使用，因?yàn)樗枰诩訜徇^(guò)程和加壓過(guò)程的轉(zhuǎn)換之間操縱芯體，而這會(huì)引起芯體溫度降低和不對(duì)中性。
權(quán)利要求
1.一個(gè)靠近加熱爐，用于成形一層可變形材料的裝置，該裝置包括(a)一個(gè)上模；(b)第一和第一張緊組件，每個(gè)組件包括至少一個(gè)輥?zhàn)雍鸵粋€(gè)用于轉(zhuǎn)動(dòng)該輥?zhàn)拥呐ぞ毓┙o系統(tǒng)；(c)一個(gè)柔性支承，它的一端繞在第一張緊組件的輥?zhàn)又車?，另一端繞在第二張緊組件的輥?zhàn)又車?d)第一和第二導(dǎo)向組件用于傳送張緊組件和柔性支承出和入加熱爐；以及(e)一個(gè)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，它與第一和第二張緊組件的扭矩供給系統(tǒng)嚙合，該調(diào)節(jié)系統(tǒng)用于平衡該柔性支承兩端之間的張力。
2.一種成形一層可變形材料的方法，其步驟包括(a)把一層材料放置于一個(gè)柔性支承上；(b)把該柔性支承和芯體送入一個(gè)加熱爐；(c)在該加熱爐內(nèi)加熱該芯體至一個(gè)所需的成形溫度；(d)把上述柔性支承和芯體從爐內(nèi)水平移至一個(gè)成形區(qū)；(e)將上模壓縮至芯體上，此時(shí)該芯體仍支承在上述柔性支承上面；(e)張緊柔性支承從而迫使上述芯體形成上述上模的形狀。
全文摘要
一種成型可變形材料如蜂窩狀芯體(24)的方法，包括把芯體放在柔性支承(38)上；把該柔性支承(38)和芯體送到加熱爐(28)內(nèi)；將芯體加熱到所需的成型溫度；將柔性支承和芯體從加熱爐水平轉(zhuǎn)移到成型區(qū)(26)；降下凸形上模(32)至芯體上；張緊柔性支承；芯體施壓，從而使芯體形成上述模的形狀；冷卻該芯體至指定溫度，然后抬起模具移出成型好的芯體。還提供了用于成型可變材料如蜂窩狀芯體的裝置(22)。
文檔編號(hào)B29C31/08GK1150928SQ9611272
公開(kāi)日1997年6月4日 申請(qǐng)日期1996年10月14日 優(yōu)先權(quán)日1995年10月16日
發(fā)明者布拉德利·J·布朗尼根, 威廉·T·羅斯 申請(qǐng)人:波音公司