Способ для изготовления композитной детали сложной формы

Изобретение относится к способу изготовления трехмерной композитной детали с термопластической матрицей и сплошным усилением. Согласно изобретению, способ включает этапы, на которых посредством трехмерного вязания получают заготовку трехмерной формы, которая предварительно пропитана полимером, создающим матрицу, и которая соответствует трехмерной форме конечной детали. Помещают заготовку трехмерной формы между пуансоном и штампом, спаренным с пуансоном инструмента, имеющего открытое и закрытое состояние и содержащего рабочий зазор между пуансоном и штампом, определяющий герметичную закрытую полость между пуансоном и штампом, когда инструмент закрыт. Закрывают инструмент таким образом, чтобы приложить к указанной трехмерной заготовке первое давление. Нагревают закрытую полость до температуры плавления полимера, пропитывающего заготовку, поддерживая первое давление. Полость, содержащую заготовку, охлаждают до температуры, обеспечивающей извлечение из пресс-формы, поддерживая второе давление. Пресс-форму открывают и извлекают из нее деталь трехмерной формы. Изобретение обеспечивает повышение механических свойств изделий. 12 з.п. ф-лы, 5 ил.

 

Изобретение относится к способу и к устройству для изготовления композитной детали сложной формы. В частности, изобретение предназначено для выполнения трехмерной композитной детали, такой как коробка или купол, или детали, содержащей множество выступающих рельефных элементов. Изобретение можно также применять для выполнения трубчатых деталей, в частности, содержащих соединение нескольких трубок, таких как выхлопные коллекторы. Изобретение можно применять во многих областях, в частности, но не исключительно, для выполнения предметов багажа или крышек для электронных устройств, таких как планшеты или телевизионные экраны, для выполнения защитных шлемов или защитной экипировки, и, в целом, для выпускаемых серийно композитных деталей трехмерной формы, в частности, но не исключительно, когда трехмерные формы не являются развертывающимися.

Известный аналог в этих областях представлен, например, в документе ЕР 2 694 277. В этом документе описано изготовление короба прямоугольной формы с загнутыми краями в виде 5-стенной коробки из плоской листовой заготовки, образованной наслоением тканей, предварительно пропитанных термопластичным полимером. Указанные ткани компонуют и уплотняют/упрочняют в виде композитной детали, усиленной сплошными волокнами, при помощи комплекса пуансон-штамп, тогда как во время выполнения наслоения требуемой формы волокна удерживают натянутыми при помощи листодержателя. Эта технология является удовлетворительной, но требует последующей обрезки выполненной детали после формования и упрочнения и не позволяет получать глубокие штампованные изделия. «Углы короба», представляющие собой трехгранные соединения между сторонами коробки, являются зонами, наиболее подверженными напряжениям, в которых может происходить вытеснение полимера, в результате чего видны не покрытые волокна, теряется товарный вид и даже появляются складки или разрывы.

Изобретение призвано преодолеть недостатки известных решений и предложить для этого способ изготовления композитной детали трехмерной формы с термопластической матрицей и сплошным усилением, содержащий, согласно изобретению, этапы, на которых:

а. посредством трехмерного вязания получают волокнистую заготовку, которая предварительно пропитана термопластическим полимером, образующим матрицу, и которая соответствует форме конечной детали;

b. помещают заготовку между спаренными пуансоном и штампом инструмента, образующими между собой герметичную закрытую полость;

c. закрывают инструмент таким образом, чтобы приложить к заготовке первое давление;

d. нагревают полость до температуры плавления полимера, пропитывающего заготовку, поддерживая первое давление;

e. охлаждают полость, содержащую заготовку, до температуры, обеспечивающей извлечение из пресс-формы, поддерживая второе давление;

f. открывают пресс-форму и извлекают из нее деталь.

Таким образом, процесс вязания позволяет получить заготовку трехмерной формы, по существу соответствующую форме готовой конечной детали без соединения пластов и без формования посредством деформации. Использование закрытой полости в сочетании с циклом давление-температура позволяет напрямую получить деталь с конечными размерами и с чистыми бортами, не требующими обрезки. Глубина штампованного изделия не ограничена по причине отсутствия формования. Поскольку заготовка предварительно пропитана термопластическим полимером, ее можно хранить без ограничения времени и производить в месте, удаленном от места обработки. Следовательно, способ можно применять для серийного промышленного производства в областях, к которым относится изобретение.

Термин «предварительно пропитанный» в контексте изобретения, применяемый для заготовки, получаемой при помощи заявленного способа, обозначает сухую снаружи и мягкую заготовку, содержащую полимер, образующий матрицу будущей композитной детали. Средства для введения полимера в вязаную заготовку, отвечающую этим признакам, описаны в рамках частных вариантов осуществления изобретения. Сама пропитка происходит посредством просачивания расплавленного полимера между волокнами на этапах d) и е) заявленного способа.

Предпочтительно изобретение осуществляют в соответствии с представленными ниже вариантами и версиями осуществления, которые можно рассматривать отдельно или в любой технически возможной комбинации.

Согласно варианту осуществления, перед этапом d) заявленный способ содержит этап, на котором создают вакуум в формовочной полости, ограниченной пуансоном и штампом и содержащей заготовку. Таким образом, создание вакуума в указанной полости и приложение первого давления обеспечивают удаление газов из заготовки и ее хорошую пропитку во время плавления пропиточного полимера.

Предпочтительно между этапами d) и f) заявленный способ содержит этап, на котором:

g. температуру поддерживают в течение времени, соответствующего пропитке заготовки полимером.

Это время выдержки, зависящее от вязкости полимера и от процентного содержания волокон, обеспечивает равномерную пропитку заготовки.

Предпочтительно второе давление прикладывают к заготовке во время этапа g). Таким образом, приложение второго давления, когда образующий матрицу полимер уже становится текучим, позволяет осуществить уплотнение. Поддержание этого давления во время охлаждения позволяет калибровать толщину и форму детали.

Предпочтительно вязаную заготовку получают из нити, образованной прядями усилительного волокна, перемешанными с прядями, образованными пропиточным полимером. Этот вариант осуществления обеспечивает равномерную пропитку заготовки во время этапов d) и е).

Аналогично, вязаную заготовку получают из нити, образованной усилительным волокном, покрытым пропиточным полимером.

Согласно другой версии осуществления, заготовку получают посредством вязания из нити, образованной усилительным волокном, и нити, образованной пропиточным полимером.

Согласно частному случаю этой последней версии, усилительное волокно является полимером, температура плавления которого превышает температуру плавления пропиточного полимера.

Согласно версии осуществления, заготовку вяжут, используя технологию частичного вязания. В этой версии используют технологию, наиболее распространенную и наиболее разнообразную с точки зрения реализуемых форм, однако во многих случаях чистовая отделка или закрывание трехмерной заготовки требует выполнения шва.

Для этого, согласно версиям осуществления этого варианта осуществления, перед этапом b) заявленный способ содержит этап сшивания для закрывания контура заготовки. Этот вариант осуществления позволяет получать готовые к использованию заготовки с закрытым контуром, даже если технология вязания не позволяет получить этот признак непосредственно во время вязания.

В альтернативном варианте между этапами b) и с) способ содержит этап, на котором:

h. закрывают контур заготовки при помощи сварного шва.

Этот вариант осуществления использует преимущество состава заготовки, включающей в себя пропиточный полимер. Этот сварной шов выполняют перед этапом b) или когда заготовку помещают на пуансон или в штамп, чтобы обеспечить точное позиционирование указанного сварного шва.

Согласно другой версии осуществления, заготовку вяжут, используя технологию вязания с переносом петель. В зависимости от версий, эта технология позволяет получать одинарный или двойной трикотаж джерси и выполнять трехмерную заготовку в виде единой детали без шва или стыка, хотя и за счет повышения сложности вязания.

Согласно предпочтительному варианту осуществления заявленного способа, в закрытой полости к заготовке прикладывают первое и второе давление, меняя между двумя значениями рабочий зазор между пуансоном и штампом. Этот вариант осуществления обеспечивает более точный контроль толщины и, следовательно, калибровки заготовки.

Объектом изобретения является также инструмент для осуществления заявленного способа, при этом указанный инструмент содержит:

х. пуансон, выполненный из электропроводящего материала;

у. штамп, спаренный с пуансоном таким образом, чтобы образовать полость между формовочными поверхностями пуансона и штампа, и выполненный из электропроводящего материала;

z. индукционный контур для нагрева формовочных поверхностей пуансона или штампа;

и. генератор тока высокой частоты для питания индукционного контура.

Использование индукции в качестве средства автономного нагрева инструмента позволяет сократить продолжительность цикла и обеспечивает серийное выполнение деталей.

Согласно варианту осуществления, полость, ограниченная между пуансоном и штампом, содержит конусность с расширением в сторону основания пуансона. Таким образом, давлением на заготовку управляют посредством относительного перемещения пуансона и штампа, которое, в зависимости от конусности вдоль загнутых краев, позволяет контролировать значение рабочего зазора в закрытой полости на всех сторонах заготовки.

Предпочтительно пуансон или штамп содержит контур охлаждения для циркуляции текучей среды. Это позволяет сократить продолжительность цикла осуществления детали за счет ускорения этапа f) способа.

Предпочтительно формовочные поверхности пуансона и штампа, ограничивающие полость, выполнены из ферромагнитного материала, точка Кюри которого равна температуре плавления полимера, пропитывающего заготовку. Этот вариант осуществления упрощает контроль температуры в полости, в частности, позволяет избегать пережогов, когда этому явлению подвергаются усилительные волокна заготовки.

Согласно варианту осуществления инструмента для осуществления заявленного способа, он содержит штамп, выполненный из теплопроводного материала, и индуктор, расположенный в полости, выполненной в указанном штампе, при этом объем формовочной полости может меняться независимо от сближения пуансона и штампа. Этот вариант осуществления предусмотрен для получения заготовки, содержащей электропроводящие или не проводящие волокна. Изменение объема формовочной полости обеспечивает уплотнение и калибровку по толщине конечной детали.

Согласно версии этого варианта осуществления заявленного инструмента, пуансон содержит накачиваемую расширительную камеру. Эта версия обеспечивает равномерное давление на всей поверхности заготовки, в частности, в ходе этапов е) и f) способа.

Согласно другой версии этого варианта осуществления заявленного инструмента, пуансон содержит подвижную часть, приводимую в действие при сближении штампа и пуансона. Эта версия позволяет контролировать рабочий зазор и, следовательно, толщину конечной детали в формовочной полости.

Согласно другой версии, пуансон представляет собой мягкую емкость, к которой прикладывают давление газа для осуществления этапов c)-f) заявленного способа.

Предпочтительно мягкая емкость содержит на своей стороне, входящей в контакт с заготовкой, наполнитель из материала, чувствительного к индукционному нагреву. Таким образом, емкость участвует в равномерном нагреве заготовки.

Ниже следует описание предпочтительных и неограничивающих вариантов осуществления со ссылками на фиг. 1-5, на которых:

на фиг. 1 показан пример выполнения инструмента, изображенного в открытом положении, для осуществления изобретения, вид в разрезе;

на фиг. 2 показаны два примера вязаных заготовок в виде полукороба, содержащего зоны трехгранного соединения;

на фиг. 3 показан другой пример выполнения инструмента для осуществления заявленного способа, вид в разрезе и в открытом положении;

на фиг. 4 представлена блок-схема заявленного способа;

на фиг. 5 показан вид в перспективе примера выполнения вязаной заготовки с закрытым контуром, содержащей 5 сторон и зоны трехгранного соединения между сторонами.

Технологии вязания в уровне техники известны и позволяют осуществлять трехмерное соединение множества нитей, переплетаемых в виде буклей или петель. Согласно используемому способу вязания, сложные заготовки выполняют в ходе одной операции вязания. Согласно другим технологиям вязания, контур детали не может быть закрыт и требует в этом случае этапа закрывания посредством сшивания или предпочтительно при помощи сварного шва, что будет пояснено ниже.

На фиг. 5 представлен пример заготовки 500 трехмерной формы, содержащей 5 сторон и 4 зоны 501 трехгранного соединения между сторонами, и эти зоны соединения часто называют термином «угол короба». Для надлежащего отображения трехмерной формы вязаной заготовки 500 последняя показана расположенной на опоре, при этом опорой является, например, пуансон инструмента. Технология вязания, используемая в этом примере осуществления, обеспечивает непрерывность волокон на всей поверхности заготовки, контур которой является закрытым. Пряди являются непрерывными, в том числе в зонах 501 трехгранного соединения, которые являются не развертывающимися зонами, то есть их невозможно развернуть в виде плоскости, сохраняя при этом длину прядей. Как показано на этой фигуре, технология вязания позволяет получить заготовку, которая уже имеет конечную форму детали или имеет очень близкую к ней форму.

Предпочтительно, но не исключительно, заявленный способ осуществляют при помощи плосковязальной машины, которая предоставляет больше всего возможностей с точки зрения реализуемых форм и закрытого контура. Реализуемые формы включают в себя форму коробки с углами короба, формы по существу в виде купола или колпака, такой как шлем, трубчатые формы, включающие в себя соединения трубок, или даже комбинации этих различных форм, возможно содержащих выемки.

Согласно известным техническим решениям, трехмерное вязание применяют для выполнения сухих волокнистых заготовок, которые затем пропитывают термореактивной смолой при помощи способа, в ходе которого производят инжекцию жидкой смолы в пресс-форму, такого как метод RTM (Resin Transfer Molding).

Однако этот способ не предусмотрен для серийного производства.

В заявленном способе применяют вязаную волокнистую заготовку, уже содержащую полимер, который образует затем матрицу композитной детали.

Для этого на этапе вязания заявленного способа используют усилительные волокна, такие как стекловолокна, карбоновые волокна, арамидные волокна, металлические волокна, полимерные волокна, или натуральные волокна, такие как волокна льна, кокоса, сизали, джута или бамбука, в случае необходимости, в виде промасленной пряжи, или комбинацию этих волокон в сочетании с термопластическим полимером, образующим матрицу будущей композитной детали.

Например, указанный полимер вводят, перемешивая его с усилительными волокнами, например, в виде прядей указанного волокна, выпрядаемых и, возможно, скручиваемых с прядями указанного полимера, или в виде усилительных волокон, покрытых указанным полимером, или же посредством вязания нитей указанного полимера с нитями, образованными усилительными волокнами.

Независимо от варианта осуществления, отсутствие липкости указанного термопластического полимера позволяет применять его вместе с усилительными волокнами в ходе этапа вязания.

Например, но не ограничительно, указанный термопластический полимер может представлять собой полиэфиркетон (ПЭК), полиэфирэфиркетон (ПЭЭК), полиэфиримид (ПЭИ), термопластический полиэфир, полифениленсульфид (ПФС), полиамид (например, ПА6 или ПА6-6), акрилонитрилбутадиенстирол (АБС).

Согласно другим примерам, указанный полимер выбирают среди биополимеров, таких как:

- полиамиды (ПА), в частности, ПАП,

- полиэтилен (ПЭТ) растительного происхождения;

- полимолочная кислота (PLA);

- или полиэфиры растительного происхождения.

Сочетание способа получения заготовки, в ходе которого переплетают волокна и который обеспечивает непрерывность этого переплетения во всей форме, и термопластического полимера позволяет получать легкие детали, обладающие исключительной стойкостью к ударам и, в зависимости от выбора полимера, являющиеся жаропрочными и огнестойкими. Таким образом, заявленный способ позволяет получать детали, подвергающиеся этим типам воздействия, такие как элементы багажа, предметы индивидуальной защиты, такие как шлемы, нагрудники, щитки, налокотники или наколенники, защитные раковины или легкие элементы защиты.

На фиг. 1, где представлен пример осуществления заявленного способа, предусмотренного для применения заготовки, в которой усилительные волокна не являются электропроводящими, заготовку 100, полученную посредством вязания и содержащую усилительные волокна и пропиточный термопластический полимер для конечной детали, поместили на часть, образующую пуансон инструмента.

На фиг. 2, согласно неограничивающему варианту осуществления, заготовка 100а имеет форму короба, содержащего зоны трехгранного соединения, называемыми «углами короба». Например, речь идет о половине корпуса чемодана. Согласно варианту осуществления, указанная заготовка 100а имеет выемку 201, выполненную непосредственно во время вязания указанной заготовки. По сравнению с известными решениями при применении термопластических композиционных материалов, например, при штамповке или уплотнении в форме, технология получения заготовки посредством вязания позволяет сохранять в зонах соединения, в частности, в углах короба, процентное содержание усилительных волокон, сравнимое с процентным содержанием усилительных волокон в остальной части детали, и одновременно избегать образования складок в этих зонах.

Возвращаясь к фиг. 1, если технология вязания позволяет получить такую заготовку с закрытым контуром, то, когда инструмент находится в открытой конфигурации, указанную заготовку 100 просто надевают на пуансон 110, накрывая указанный пуансон указанной заготовкой 100, предварительно, если это необходимо, нанеся распылением на указанный пуансон средство для деления детали. Такую операцию легко реализуют вручную или при помощи манипулятора или робота. Описанное ниже применение самонагревающегося инструмента позволяет пуансону оставаться при окружающей температуре во время этого этапа.

На фиг. 2, согласно еще одному варианту осуществления, технология вязания не позволяет закрыть контур заготовки 100b, и указанная заготовка имеет разрыв контура, ограниченный двумя открытыми кромками 211, 212.

Возвращаясь к фиг. 1, если технология вязания не позволяет получить вязаную заготовку с закрытым контуром, то, когда заготовку помещают на пуансон 110, позиционирование указанной заготовки в инструменте стабилизируют посредством выполнения по меньшей мере 2 сварных швов, соединяющих открытые кромки разрыва контура. Присутствие полимера в вязаной заготовке позволяет выполнить такой сварной шов. Указанный сварной шов выполняют, например, при помощи паяльника, в альтернативном варианте его выполняют в виде сварных точек или сварной линии при помощи других известных средств, таких как лазер или ультразвук.

Согласно этому варианту применения инструмента, пуансон предпочтительно содержит средства позиционирования открытых кромок заготовки относительно друг друга, например, в виде игл или крючков, продеваемых в петли. Таким образом, заготовка оказывается идеально позиционированной на инструменте.

Инструмент состоит по меньшей мере из двух частей 110, 120, разделяемых между открытой конфигурацией и закрытой конфигурацией, образующих пуансон 110 и штамп 120. Пуансон и штамп подобраны таким образом, чтобы на уровне своих формовочных поверхностей при закрывании инструмента ограничивать между собой рабочий зазор (е), показанный на фигуре в увеличенном масштабе, соответствующий конечной толщине выполняемой детали. Таким образом, пространство между пуансоном и штампом образует формовочную полость, в которой находится заготовка 100.

Согласно примеру осуществления, средства 160 позволяют создавать вакуум в формовочной полости, содержащей заготовку 100, после закрывания инструмента.

Согласно примеру осуществления, пуансон и штамп выполнены из ферромагнитного материала и покрыты на своих наружных сторонах за пределами формовочных поверхностей сплошным слоем 111, 121 электропроводящего и не ферромагнитного материала, такого как медь. При закрывании инструмента части инструмента, образующие пуансон и штамп, отделены друг от друга слоем электроизоляционного материала 130. Этот слой изоляционного материала обеспечивает также герметичность полости, образующейся между пуансоном и штампом при закрывании инструмента.

Комплекс пуансон-штамп помещают в индукционный контур, образованный двумя полувитками 141, 142, один 141 из которых интегрирован в пуансон, а другой 142 - в штамп. Закрывание инструмента приводит к электрическому соединению двух полувитков. Образованный таким образом виток, окружающий инструмент, подключают к генератору тока высокой частоты (не показан), и питание указанного витка вызывает циркуляцию наведенных токов на поверхностях инструмента. Наведенные токи проходят в небольшой толщине материала на поверхности инструмента. Таким образом, наведенные токи проходят в слоях покрытия 121, 111 и, - с учетом разрыва, образованного изолирующим слоем 130 между двумя частями инструмента, - на формовочных поверхностях полости, образованной между пуансоном и штампом.

Указанные формовочные поверхности, выполненные из ферромагнитного материала, быстро нагреваются по причине циркуляции наведенных токов высокой частоты и передают свое тепло заготовке 100.

Под действием температуры полимер, заключенный в вязаной заготовке, нагревается до своей температуры плавления, и, поскольку заготовка заключена в закрытой и герметичной полости, указанный полимер равномерно пропитывает заготовку.

Давление закрывания, прикладываемое к пресс-форме, а также рабочий зазор (е) между пуансоном и штампом позволяют калибровать толщину конечной детали. Применение индукционного нагрева в конфигурации пресс-формы в этом варианте осуществления позволяет сконцентрировать нагрев на формовочных поверхностях полости, не прибегая к нагреву всей массы инструмента.

Температура указанных формовочных поверхностей быстро повышается, и указанную температуру контролируют, например, путем выбора ферромагнитного материала, образующего пресс-форму, в зависимости от его температуры Кюри.

Предпочтительно пуансон 110 и/или штамп 120 инструмента содержат каналы 151, 152 для циркуляции текучей среды-теплоносителя, например, воды, обеспечивающей быстрое охлаждение формовочных поверхностей.

Таким образом, формовочная полость и заготовка 100 нагреваются до температуры, по меньшей мере равной температуре плавления полимера, содержащегося в указанной заготовке, и указанную температуру поддерживают в течение надлежащего времени, составляющего от нескольких секунд до 1 минуты, для обеспечения равномерной пропитки заготовки полимером.

Указанное время выдержки зависит от процентного содержания усилительных волокон и от вязкости полимера, плавящегося при температуре выдержки. Чем больше вязкость полимера и чем больше количество волокон, тем больше время выдержки. Время выдержки можно легко определить путем испытаний.

После соответствующего времени выдержки электрическое питание витка 141, 142 отключают и формовочную полость охлаждают за счет циркуляции текучей среды-теплоносителя в каналах 151, 152 охлаждения инструмента.

В ходе этапов нагрева, выдержки и охлаждения поддерживают давление закрывания инструмента.

Согласно версии осуществления, в конце нагрева и во время этапа выдержки к заготовке прикладывают второе давление, превышающее первое давление. Это второе давление прикладывают, например, перемещая пуансон относительно штампа. Согласно варианту осуществления, пуансон и штамп имеют небольшую конусность с расширением в сторону основания пуансона, поэтому это относительное перемещение создает указанное давление за счет уменьшения рабочего зазора (е) на всех поверхностях заготовки.

Когда охлаждение формовочной полости за счет циркуляции текучей среды-теплоносителя понижает температуру этой полости до температуры ниже значения, при котором жесткость полимера оказывается достаточной, чтобы обеспечить манипулирование полученной деталью без ее деформации, пресс-форму открывают и деталь извлекают.

Затем цикл возобновляют с новой заготовкой. Время изготовления детали между двумя открываниями пресс-формы зависит от размера детали, от природы полимера и от процентного содержания волокон, но при этом в целом составляет от 1 до 5 минут и в основном зависит от времени выдержки при температуре.

Применение индукционного нагрева позволяет получить достаточную температуру нагрева во время каждого цикла, чтобы обеспечить равномерную пропитку детали.

Скорость нагрева порядка 2°С⋅с^-1, обеспечиваемая этим способом нагрева, позволяет также применять натуральные волокна, чувствительные к прожогам, без риска разрушения указанных волокон.

Описанные выше этапы осуществления можно также применять, сначала помещая заготовку в штамп, а не на пуансон, и их можно адаптировать для вязаной заготовки, форма которой отличается от формы полукороба.

На фиг. 3 представлен другой пример осуществления заявленного способа, адаптированного для любого типа волокна, в том числе для электропроводящих волокон, в котором инструмент содержит по меньшей мере две части в виде пуансона 310 и штампа 320. Согласно этому варианту осуществления, штамп 320 выполнен из металлического материала, хорошо проводящего тепло, такого как алюминиевый или медный сплав, хотя эти примеры и не являются ограничивающими.

Штамп 320 содержит множество каналов 340, в которых проходят индукторы 341. Указанные индукторы выполнены в виде медных трубок или в виде литцендратного кабеля. Согласно примеру осуществления, внутри указанные каналы содержит покрытие 342 из ферромагнитного материала толщиной, составляющей от 0,2 мм до 2 мм. Таким образом, когда через индуктор 341 пропускают ток высокой частоты, наведенные токи проходят в ферромагнитном покрытии 342, вызывая его нагрев.

Тепло передается на штамп и распространяется за счет индукции на его формовочную поверхность, температура которой повышается.

Предпочтительно указанные каналы 340, содержащие индукторы 341, находятся на расстоянии d от поверхности полости штампа, что обеспечивает равномерную температуру на формовочных поверхностях указанного штампа.

В альтернативном варианте штамп выполнен из ферромагнитного материала, например, из стали, и в этом случае выполнение покрытия в каналах 340, содержащих индукторы 341, не является обязательным.

Предпочтительно штамп содержит каналы 360 циркуляции текучей среды-теплоносителя для своего охлаждения.

В данном случае пресс-форма показана в открытом положении. Сближение пуансона 310 и штампа 320, а также средства 312 уплотнения позволяют получить герметичную полость, в которой находится вязаная заготовка 100.

Согласно этому варианту осуществления, пуансон содержит расширительную камеру 350 и средства 351 для накачивания указанной расширительной камеры. Расширительная камера 350 выполнена из эластомера, выдерживающего температуру плавления заключенного в заготовку полимера.

Например, указанная расширительная камера выполнена из силикона с карбоновым наполнителем. Этот вариант осуществления позволяет уплотнять все стороны заготовки при накачивании указанной расширительной камеры, даже если рабочая полость не имеет конусности с расширением в сторону основания пуансона и даже имеет обратную конусность, например, когда заявленный способ применяют для изготовления шлема. В этом случае штамп содержит по меньшей мере две части, разделяемые для извлечения конечной детали из пресс-формы.

Этот пример осуществления, в котором пуансон содержит расширительную камеру 350, можно также применять в примере выполнения инструмента, показанном на фиг. 1. В этом случае сторона расширительной камеры, входящая в контакт с заготовкой 100 во время изготовления детали, содержит электропроводящее покрытие, электрически связанное с остальной частью пуансона для обеспечения циркуляции наведенных токов, причем это покрытие может быть также ферромагнитным.

Согласно примеру использования инструмента, соответствующему этому варианту выполнения, вязаную заготовку 100 помещают в рабочую полость штампа 320. Пуансон приближают к штампу, что образует герметичную полость, в которой заключена заготовка. Расширительную камеру 350 накачивают до первого давления для обеспечения контакта с заготовкой. Индукторы 341 питают током высокой частоты, что приводит к нагреву формовочной полости и к доведению полимера, содержащегося во вязаной заготовке, до его точки плавления.

Давление накачивания расширительной камеры 350 повышают для обеспечения уплотнения заготовки. В формовочной полости поддерживают температуру для обеспечения равномерной пропитки заготовки, причем это время выдержки зависит от процентного содержания волокон и от вязкости полимера.

Затем питание прекращают и в каналы 360 охлаждения нагнетают текучую среду-теплоноситель для охлаждения пресс-формы и получаемой детали до температуры, обеспечивающей ее извлечение.

В случае, когда показанный на фиг. 1 инструмент содержит накачиваемую расширительную камеру с описанным выше проводящим покрытием, независимо от того, соединена расширительная камера с штампом или с пуансоном, описанная выше последовательность операций остается такой же.

Как и в случае примера, показанного на фиг. 1, можно предусмотреть другие версии осуществления, в которых пуансон не содержит расширительной камеры и в которых средства нагрева и охлаждения включены в пуансон и даже в пуансон и штамп, при этом заготовку располагают на пуансоне, а не в штампе.

Таким образом, комбинация использования пресс-формы с автономным нагревом согласно любому из представленных выше примеров осуществления, или комбинация этих примеров осуществления с вязаной заготовкой, содержащей пропиточный полимер, позволяет производить детали сложной формы с высоким содержанием волокон большими партиями в короткие сроки и в ходе одной операции упрочнения.

Таким образом, заявленный способ предусмотрен для выполнения композитных деталей, пользующихся большим спросом на рынке.

Сочетание высокого процентного содержания волокон, образующего матрицу термопластического полимера и способа компоновки волокон в композите делает эти детали исключительно стойкими к ударам и позволяет сохранять высокое процентное содержание волокон в зонах, которые в известных решениях содержали небольшое количество волокон, в частности, в углах короба в представленном примере.

Эти зоны, в частности, зоны трехгранного соединения или углы короба, являются зонами, более всего подверженными воздействиям в изделиях, предусмотренных изобретением, в частности, что касается ударов, как в случае корпуса чемодана.

На этапе 410 заявленного способа, показанного на фиг. 4, заготовку выполняют посредством вязания таким образом, чтобы она соответствовала форме конечной детали. Указанная заготовка содержит пропиточный термопластический полимер конечной детали либо вводимый путем переплетения с вязаными волокнами или в виде покрытия на вязаных нитях, либо при вязании усилительных нитей и нитей пропиточного полимера.

Указанный полимер является стабильным, поэтому указанную заготовку можно хранить без ограничения времени или изготавливать на месте на расстоянии от места обработки.

На этапе загрузки 420 полученную заготовку устанавливают на инструменте или внутри инструмента согласно любому из вариантов ее осуществления, при этом пресс-форма является открытой.

Согласно частному варианту осуществления, соответствующему случаю, когда технология вязания не позволяет получить заготовку с закрытым контуром, этап 425 осуществляют непосредственно в инструменте, чтобы удерживать закрытым контур заготовки.

На этапе 430 пропитки/упрочнения пресс-форму закрывают, прикладывая таким образом первое давление к заготовке, и формовочную полость, ограниченную между пуансоном и штампом, нагревают до температуры, превышающей или равной температуре плавления пропиточного полимера.

Согласно частному варианту осуществления, заявленный способ содержит этап 427 создания вакуума в полости, содержащей заготовку, после закрывания пресс-формы.

На этапе 440 выдержки формовочную полость и заготовку выдерживают при температуре, достигнутой на предыдущем этапе 430, одновременно поддерживая давление контакта между формовочными поверхностями пуансона и штампа и заготовкой.

Согласно версии осуществления, этап 440 выдержки включает в себя этап 445 уплотнения, на котором повышают давление на заготовку, либо сближая пуансон и штамп, либо применяя дополнительное давление накачивания к расширительным средствам (камере) штампа или пуансона.

На этапе 450 охлаждения формовочную полость и заготовку охлаждают за счет циркуляции текучей среды-теплоносителя в пресс-форме, одновременно сохраняя давление на заготовку.

Охлаждение 450 продолжают, пока температура в формовочной полости не станет ниже или равной температуре перехода в стеклообразное состояние пропиточного полимера.

На этапе 460 извлечения пресс-форму открывают и извлекают из нее деталь. После этого цикл возобновляют этапом 420 загрузки новой заготовки.

1. Способ изготовления не разворачивающейся композитной детали трехмерной формы, содержащей 5 сторон и 4 угла (501) короба, с термопластической матрицей и усилением, содержащим непрерывные волокна, содержащий этапы, на которых:

а. посредством трехмерного вязания получают (410) волокнистую заготовку (100, 500) трехмерной формы, которая предварительно пропитана полимером, создающим матрицу, и которая соответствует трехмерной форме конечной детали;

b. помещают (420) заготовку трехмерной формы между пуансоном (120, 320) и штампом (110, 310), спаренным с пуансоном инструмента, имеющего открытое и закрытое состояние и содержащего рабочий зазор между пуансоном и штампом, определяющий герметичную закрытую полость между пуансоном и штампом, когда инструмент закрыт;

c. закрывают инструмент таким образом, чтобы приложить к указанной трехмерной заготовке первое давление;

d. нагревают (430) закрытую полость до температуры плавления полимера, пропитывающего заготовку, поддерживая первое давление;

e. полость, содержащую заготовку, охлаждают (450) до температуры, обеспечивающей извлечение из пресс-формы, поддерживая второе давление;

f. пресс-форму открывают и извлекают (460) из нее деталь трехмерной формы.

2. Способ по п. 1, в котором этап с) включает в себя создание вакуума (427) в полости.

3. Способ по п. 1, содержащий между этапами d) и f) этап, на котором:

g. поддерживают (440) температуру в течение времени, соответствующего пропитке заготовки полимером.

4. Способ по п. 3, в котором второе давление прикладывают (445) к заготовке во время этапа g).

5. Способ по п. 1, в котором вязаную заготовку трехмерной формы получают из нити, образованной прядями усилительного волокна, перемешанными с прядями, образованными пропиточным полимером.

6. Способ по п. 1, в котором вязаную заготовку трехмерной формы получают из нити, покрытой пропиточным полимером.

7. Способ по п. 1, в котором заготовку трехмерной формы получают посредством вязания из нитей, образованных усилительным волокном, и нитей, образованных пропиточным полимером.

8. Способ по п. 7, в котором усилительные волокна содержат волокна, выполненные из полимера, температура плавления которого превышает температуру плавления пропиточного полимера.

9. Способ по п. 1, в котором заготовку трехмерной формы вяжут, используя технологию частичного вязания.

10. Способ по п. 1, содержащий перед этапом b) этап сшивания для закрывания контура заготовки трехмерной формы.

11. Способ по п. 1, содержащий между этапами b) и с) этап, на котором:

h. закрывают (425) контур заготовки трехмерной формы при помощи сварки.

12. Способ по п. 1, в котором заготовку трехмерной формы вяжут, используя технологию вязания с переносом петель.

13. Способ по п. 4, в котором в закрытой полости к заготовке трехмерной формы прикладывают первое и второе давление, меняя между двумя значениями рабочий зазор между пуансоном и штампом.