CN104245175B - 用于制造纤维-金属-复合工件的方法和工具机 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于在工具机(1)上制造纤维-金属-复合工件的方法，其包括以下步骤：以金属的工件(2)装载所述工具机(1)的工件支座(5)；借助于加工装置(3，3a)加工平放在所述工件支座(5)上的工件(2)，以便在所述工件(2)上制造成型部(15)；在所述成型部(15)的区域中将纤维织物(16)施加在平放于所述工件支座(5)上的工件(2)上；以及通过借助于所述加工装置(3，3a)加工所述工件(2)使所述纤维织物(16)与所述工件(2)力锁合地和/或形状锁合地连接。本发明也涉及一种工具机(1)，包括：加工装置(3，3a)，用于成型式加工工件(2)；工件支座(5)，用于在加工时支撑工件(2)；以及装置(17，18)，用于将纤维织物(16)施加在平放于所述工件支座(5)上的工件(2)上。本发明也涉及一种计算机程序产品(21a)。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于在工具机上制造纤维-金属-复合工件的方法、一种用于制造纤维-金属-复合工件的工具机以及一种所属的计算机程序产品。
背景技术
轻型结构的纤维-金属-复合工件通常存在的必要性在于，将金属部件集成为力导入部位或集成为至金属构件的接口。为了制造这种纤维-金属-复合工件或纤维-金属-复合构件，可以利用纤维在经选择的部位上加固金属工件。
DE69725418T2公开了一种方法，其中，工件设有槽，将事前制造好的由纤维形成的预制件和覆层金属置入到该槽中。通过接着的等温锻造使预制件与工件焊接。
由EP1533393B1已知了一种用于制造纤维-金属-复合工件的方法，其中，安放在盒中的纤维预制件以及环形槽中的填充金属放置在两个金属工件之间。通过加载热和加载压力或通过扩散焊接使金属工件与纤维预制件以及填充金属连接。
在这两种情况中，通过热处理(焊接)或经由金属-阵列的附着实现了纤维织物与金属工件的连接。因此，这些方法具有高的耗费并且需要相对大份额的手工工序。
发明内容
本发明的任务在于，如下改进开头所述类型的方法和工具机，即能够减少在制造纤维-金属-复合工件中的耗费以及特别是在过程中降低人工干预的份额。
根据本发明，该任务通过一种用于在工具机上制造纤维-金属-复合工件的方法解决，该方法包括步骤：以金属的、优选板形的工件(特别是金属板)装载所述工具机的工件支座；借助于加工装置加工平放在所述工件支座上的工件，以便在所述工件上制造成型部；在所述成型部的区域中将纤维织物施加在平放于所述工件支座上的工件上；以及通过借助于所述加工装置加工所述工件使所述纤维织物与所述工件(优选在成型部的区域中)力锁合地和/或形状锁合地连接。
为了制造成型部，借助于加工装置使工件塑性变形。成型部涉及到工件的构型的三维变化，所述成型部适用于建立与纤维织物的力锁合的和/或形状锁合的连接，即所述成型部在板状的工件中典型地超过工件平面伸出或者从这个工件平面突出。
纤维织物在工件上的施加优选形状锁合地或这样来实现，使得纤维织物在施加之后能够与工件一起在加工平面中移动，而不会形成工件和纤维织物之间的相对运动。为了在施加时在工件上固定纤维织物，可以使用预先在那里形成的成型部，纤维织物可以固定在所述成型部上，例如其方式是：以纤维-粗纱缠绕所述成型部。可替换地也可以使纤维垫上设置的空隙与所述成型部相配合，和/或纤维垫的几何形状如此适配，使得该纤维垫形状锁合地适配到所述成型部之间。
纤维织物与工件力锁合的和/或形状锁合的连接通过纤维织物和金属工件之间的直接的力传递、特别是通过在成型部上对工件进行成型式加工来实现，从而可以取消热处理(焊接)。在此，力锁合的和/或形状锁合的连接可以在同一个工具机上实现，该工具机也用于制造工件中的成型部，从而不需要在工件的成型式加工和工件与纤维织物之间的连接过程之间传送工件。因此，根据本发明的方法能够实现在唯一的工序中自动地制造纤维-金属-复合工件，从而借助于根据本发明的方法能够以经济的和可高负载的方式制造纤维-金属-复合工件。
优选地在这个方法中实现在纤维织物与工件力锁合地和/或形状锁合地连接时和/或之前冲制式加工工件以制造成型部。通过冲制过程可以制造以穿通部(圆形的空隙、该空隙的边缘还向上或向下成型)、凹槽(槽状的凹部)、凹口(具有开口的凹槽)等形式的成型部。这理解为，在此所给出的列举没有完整地提及权利要求的内容，也就是说，还可以使用不同于在此列举的类型的成型部，以便在工件和纤维织物之间建立力锁合的和/或形状锁合的连接。替代于或者附加于用于建立力锁合的和/或形状锁合的连接的冲制式加工，加工装置必要时也可以构造用于例如通过弯曲式加工来允许成型式加工的其它类型。
在一个变体方案中，施加所述纤维织物的步骤包括将所述纤维织物的至少一部分以纤维垫的形式供应给平放在工件支座上的工件。纤维垫可以例如从纤维纺织物中切削出来或者以刺绣技术来制造。在后一种情况中，这涉及到在纺织机上制造的二维的纤维织物，其中，纤维-粗纱安置在刺绣底板上并且例如通过锯齿形-针来固定在刺绣底板上。在此，纤维垫的形状和尺寸这样典型地构造或如此裁剪这个形状和尺寸，使得为了形成复合工件不必进行附加的(切削式)加工，也就是说，纤维垫的裁切典型地相应于如同在复合工件中使用的最终形状。
优选地如此实现纤维垫在工件上的定位，使得工件的至少一个成型部与至少一个在纤维垫上形成的空隙相配合。以这种方式，纤维垫在工件上固定并且可以在加工平面(X/Y方向)中与工件一起移动，而在这里不会打滑。这对于用于在工件和纤维织物之间建立持久的连接的后续(成型式)加工是有利的，因为工件为了建立持久的连接典型地必须在加工平面中移动，以便允许成型部上的成型式加工。必要时也可以这样避免工件的打滑，即纤维垫不具有空隙或穿孔，然而为此具有外缘，该外缘的形状和尺寸与工件上的区域的轮廓相匹配，该区域由多个成型部限界。在这种情况中也可以实现形状锁合的连接或固定，这种连接或固定允许了工件和纤维织物的共同运动。也可能的是，在将纤维织物施加在工件上之前，设置例如以尖齿形式的尖的成型部，在施加纤维织物时，所述尖的成型部刺穿所述纤维织物并且因此禁止了相互的打滑。在随后的接合或成型式加工中，这些尖齿被弯曲并且被压平，其中，纤维被夹紧并且形成力锁合的连接。
可替换地或附加地，施加纤维织物的步骤可以包括通过以纤维线缠绕工件的成型部的至少一部分来制造所述纤维织物的至少一部分，所述纤维线在下文中有时也称为纤维-粗纱。在此，工件保持在工件支座上并且典型地相对于(通常位置固定的)施加装置在工件平面中移动，利用该施加装置实现将纤维线固定在工件上或缠绕成型部。
有利的是，在加工装置附近执行纤维线的施加或供入。在这种情况中，在改变所述工件在工件支座上的位置以在其它部位上重新制造成型部之前，可以制造一成型部并且以纤维线直接缠绕这个成型部。这理解为，即施加装置或用于纤维线的输送装置必要时也可以在工件支座上方运动，以便利用纤维线缠绕工件的不同的部位上的成型部。
优选地通过从料箱输送(例如通过从线轴展开)将纤维线供应给位于工件支座上的工件。这种输送包括来自料箱的纤维线的进给运动，该进给运动可以借助于驱动装置(例如借助于用于展开线轴的马达)实现。必要时也可以取消驱动装置，因为纤维线通过缠绕运动被拉紧。输送至工件的纤维线可以借助于施加装置施加在工件上的成型部的区域中，或可以借助于施加装置缠绕所述成型部。施加装置能够以刺绣装置的类型构造并且具有例如以针的类型的工具，以便在开始缠绕时将纤维线的自由末端固定在工件上或者夹紧在那里。施加装置也可以具有分离装置、例如切削刀，以便在缠绕成型部之后断开纤维线。同样例如借助于针状的工具可以将施加在成型部上的纤维线的末端夹紧在工件上。
在这个变体的改进方案中，通过工件相对于(通常位置固定的)加工装置的移动来实现缠绕工件的成型部。优选地借助于工具机的装置实现了这种移动，这些装置用于使工件相对于工具机的加工装置(例如加工头)移动。一般地，这些装置构造为线性驱动装置，通过这些线性驱动装置可以使工件与工件支座一起和/或相对于工件支座移动，以便适合于加工地将工件在加工平面(XY-平面)中定位。因此，用于移动工件的装置不仅用于使工件相对于工具机的加工装置进行定位，而且也用于将供应给工件的纤维线绕着成型部进行缠绕。如上所述地，这些或所有的成型部在此可以首先在工件上形成并且在后续的步骤中被缠绕，或者在工件相对于加工装置运动以在其它部位上实现一个成型部并且缠绕这个成型部等等之前，可以首先在工件的一个位置上形成一个成型部并且缠绕这个成型部。
优选地，纤维织物与工件力锁合的和/或形状锁合的连接包括工件上制造的成型部的成型。例如在使用纤维垫的情况下，这些成型部的成型导致了：成型部搭接纤维垫中的空隙或夹紧这些纤维垫，从而纤维垫不能再无损地与工件分离并且因此这些纤维垫持久地固定在工件上(通过成型来接合)，所述纤维垫的空隙事先与成型部相配合。通过在成型部上的成型式加工使纤维垫和/或通过缠绕成型部形成的纤维织物可以与工件夹紧。
该方法的一个优选的变体方案包括在施加于工件上的纤维织物上安装至少一个板状的覆盖物、特别是盖板，其中，纤维织物与工件力锁合的和/或形状锁合的连接包含纤维织物在工件和覆盖物之间的夹紧。纤维织物在工件和覆盖物之间的夹紧优选地可以通过成型式加工(例如借助于冲制过程)来实现。覆盖物可以是金属的材料(盖板)，然而必要时也可以将塑料材料用作覆盖物，该塑料材料经受住成型中或夹紧中制造的力。
纤维织物的夹紧可以通过工件与纤维织物以及覆盖物持久的连接(接合)、例如通过工件上事先制造的夹板的成型、折边(直角地弯曲成型部的边缘)、冲压铆接(连接元件的置入)、实施接合(在不使用附加元件的情况下形状锁合地和力锁合地通过将阳模压入到工件中)来实现。这理解为，在工件和纤维织物之间的力锁合的和/或形状锁合的直接的连接可以通过一个或多个前述方式的成型式加工和/或借助于在此未说明的其它类型的成型式加工来实现。
为了改善手操控性，工件通常较大地实施并且不同于最后要用作纤维-金属-复合工件的构件来成型(通常为矩形)。在建立力锁合的和/或形状锁合的连接之后，因此可以将纤维-金属-复合工件从剩余工件中分离或切掉。因此，在一个优选的变体方案中，这个方法包括工件的分离式加工，用于使纤维-金属-复合工件从剩余工件中分离或切掉。纤维-金属-复合工件从剩余工件的分离可以借助于冲制头(例如通过步冲轮廓)或者通过切削式加工(例如通过借助于激光加工头的激光切削)来实现。
本发明的主题也包括计算机程序产品，该计算机程序产品在一个或多个计算机存储器介质上被编码，并且该计算机程序产品具有这样的指令：如果所述指令由一个或多个计算机实施，则所述指令促使所述一个或多个计算机执行运算程序，所述运算程序包括如下：以金属的工件(特别是金属板)装载所述工具机的工件支座；借助于加工装置加工平放在所述工件支座上的工件，以便在所述工件上制造成型部；在所述成型部的区域中将纤维织物施加在平放于所述工件支座上的工件上；以及通过借助于所述加工装置加工所述工件使所述纤维织物与所述工件力锁合地和/或形状锁合地连接。所述一个或多个计算机可以特别是集成到工具机的控制装置中或构造为工具机的控制装置。这理解为，即这个方法的其它前述的变体方案可以借助于这种计算机程序来执行。
本发明也涉及一种用于制造纤维-金属-复合工件的工具机，该工具机包括：用于对工件进行成型式加工的加工装置、用于在加工中支撑工件的工件支座以及用于将纤维织物施加在平放于工件支座上的工件上的至少一个装置。工具机例如是具有(必要时可更换的)冲制头的冲制机作为加工装置，或者是具有冲制加工头和激光加工头的冲制-激光-组合机。
在工具机的一个有利的实施方式中，用于施加纤维织物的装置构造用于自动地将纤维垫供应给平放在工件支座上的工件并且使纤维垫在工件上定位。如此构造的用于施加纤维织物的装置可以集成到用于将(金属的)工件供应给工件支座的装载装置中或者是实施为单独的结构单元。在第一种情况中，装载装置例如具有多个盘状真空抽吸器或真空抽吸器的(可编程的)区，所述真空抽吸器通过负压吸住或抓住金属的工件，以便将工件从装载位置输送到工件支座上并且以便将加工好的工件部分从工件支座输送走。这种装载(和卸载)装置例如以名称由申请人销售。对于抓住或吸住柔韧的纤维织物，然而以传统方式使用的真空抽吸器是不适用的。然而，这样的真空抽吸器可以用于吸住纤维织物：所述真空抽吸器在其朝向纤维织物的侧上配备有例如以开孔式泡沫塑料或者滤网形式的可透气的构件，该可透气的构件用作用于纤维织物的靠置面并且防止将纤维织物或该纤维织物的部分吸入到真空抽吸器中。也有利的是，与传统的装载装置的真空抽吸器相比，如此构造的真空抽吸器构造为较大面积(即具有较大的抽吸面)。这理解为，用于抓住纤维织物的真空抽吸器可以与用于抓住工件的真空抽吸器一起布置在真空抽吸器的共同的区中。
为了可以将纤维垫准确地在工件上定位，工具机通常具有控制装置，该控制装置被编程用于，如此控制用于施加纤维织物的装置，使得纤维垫在工件上的期望的部位上定位。特别是可以这样实现这种控制，使得必要时可设置在纤维垫上的空隙或通孔在定位时与工件上的成型部形成配合或普遍地是这样的，使得可以将纤维垫形状锁合地施加在成型部之上或之间。
替代于或者附加于用于自动地供入纤维垫的装置，也可以在工具机上设置用于自动地将纤维线供应给平放在工件支座上的工件的装置。这个用于自动地供入纤维线或纤维-粗纱的装置可以具有用于储存纤维线的料箱、例如线轴。
构造用于自动地供入纤维线的装置优选地包括施加装置，用于将纤维线固定在平放于工件支座上的工件上、以及用于缠绕在工件上形成的成型部、或用于将纤维线固定在成型部上，该施加装置可以如其它前述地构造。所述施加或所述供入可以特别是相邻于加工装置地实现，以便必要时可直接在成型式加工工件之后缠绕在此形成的成型部。
在另一个特别优选的实施方式中，施加装置具有用于抓取纤维线的抓取装置和/或用于断开纤维线的分离装置。借助于抓取装置可以抓取通过施加装置引入到工件的表面附近的纤维线，以便将纤维线固定在工件上。为此，可以在工件上构造例如以固定缝隙形式的成型部，借助于抓取装置将纤维线夹紧在所述成型部中或将纤维线穿到所述成型部上。为此，抓取装置优选地构造为可转动的，从而抓取装置或施加在该抓取装置上的抓取元件(例如抓取凹口)可以从与纤维线间隔开的位置转动到抓取位置中。纤维线于是可以由抓取装置来抓取，并且可以通过抓取装置的继续转动将纤维线例如通过穿入或夹紧到固定缝隙中而固定在工件上。
这个实施方式的改进方案规定了，抓取装置同时用作分离装置。为此，抓取装置可以配有切削刃，借助于该切削刃来断开纤维线。在可转动的抓取装置中，切削刃例如可以设置在对置于抓取元件的侧上，从而当抓取装置反向于抓取方向转动时可以断开纤维线。
在一个实施方式中，工具机具有用于激光切削工件的加工装置。加工装置可以有利地用于准确且快速地分离式加工工件、特别是用于将纤维-金属-复合工件从剩余工件中切掉和/或用于在金属的工件上在随后要施加纤维织物的区域中切削轮廓。
本发明也在计算机程序产品中实现，该计算机程序产品具有用于生成加工程序的编码器件，当加工程序在工具机的控制装置上运行时，所述加工程序适配于执行其它前述的方法(包括该方法的其它前述的变体方案)的所有步骤。
附图说明
本发明的其它优点从说明书和附图得出。同样可以分别对于自身地或者多个任意组合地使用前述的以及进一步解释的特征。所示的和所述的实施方式不理解为最终的穷举，更确切地说而是具有用于描述本发明的示例性的特征。
附图中：
图1：示出根据本发明的工具机的一个实施方式的简图，该工具机具有用于将纤维垫施加到工件上的装置以及用于将纤维线供应给工件的装置；
图2：示出用于继续加工成纤维-金属-复合工件的、具有成型部的工件的透视图；
图3：示出具有施加在成型部区域中的纤维垫的工件的透视图；
图4：示出具有经施加的纤维垫和盖板的工件的透视图；
图5a，b：示出在接合之前或之后的具有经施加的纤维垫和盖板的工件的部分区域的剖视图；
图6a，b：示出在接合之前或之后的没有盖板的工件的部分区域的剖视图；
图7：示出在与剩余工件分离之后的纤维-金属-复合工件的透视图；
图8：示出在施加纤维-粗纱期间的工件；以及
图9a-d：示出在纤维-粗纱的施加过程的不同的阶段期间的施加设备的一部分的侧向剖视图以及相应的俯视图。
具体实施方式
图1示出构造为激光-冲制-组合机的工具机1，该工具机作为用于成型式(并且必要时可用于分离式)加工呈金属板形式的平板状的工件2的加工工具、具有配备冲制阳模3a的传统的冲制头3以及用于分离式加工的激光加工头4。在工件加工期间，待加工的工件2支承在呈加工台形式的工件支座5上。借助于具有用于紧固所述工件2的夹子7的传统的保持装置6使得该工件2能够借助于通过双箭头表示的线性驱动装置8a相对于冲制阳模3a以及激光加工头4在工件平面(XYZ-坐标***的X-Y-平面)的X方向上移动。工件2可以在工件平面的Y方向上运动，其方式是：工件支座5连同保持装置6借助于另一个通过双箭头表示的线性驱动装置8b移动。
以这种方式，工件2可以相对于冲制阳模3a以及激光加工头4在X和Y方向上移动，从而工件2的各个待加工的区域可以在冲制阳模3a的位置固定的加工区域10中或在激光加工头4的位置固定的加工区域11中定位。在冲制阳模3的加工区域10中定位有(可更换的)冲制阴模12，该冲制阴模具有用于对(同样可更换的)冲制阳模3a配合的开口12a。相应地，在激光加工头4的位置固定的加工区域11中布置有激光阴模13，该激光阴模用作对于工件支座5中基本上圆形的抽吸口13a的开口边界。
在图1中所示的工具机1可以制造纤维-金属-复合工件，如以下依据图2至图6示例性地对于以轮子形式的纤维-金属-复合工件23的制造进行说明，该纤维-金属-复合工件在图7中示出。为了控制所述线性驱动装置8a、8b、或用于使所述线性驱动装置与在冲制阳模3或激光加工头4的加工位置10、11上实现的加工相配合，在工具机1上设有控制装置21。控制装置21调用NC-控制程序(加工程序)，该NC-控制程序的控制指令在加工期间被完成。NC-控制程序(加工程序)这样控制工具机1或该工具机的部件，使得可以执行所有对于制造纤维-金属-复合工件所需的步骤。加工程序本身或相应的计算机程序产品21a在一个或多个计算机存储器介质上编码并且具有这样的指令：如果所述指令(所述指令典型地集成到控制装置21中或者与该控制装置处于信号技术的连接)由一个或多个计算机实施，则所述指令促使所述一个或多个计算机执行用于制造纤维-金属-复合工件所需的步骤或运算程序。
在借助于未示出的输送装置将工件2供应给工件支座5并且借助于保持装置6侧向地夹紧之后，首先借助于激光加工头4切削式加工该工件2，确切地说其方式是：从工件2中切削出三个环形扇段，其中，保留三个连接片，所述连接片形成轮子的轮辐(参见图2)。也借助于激光加工头4从工件2中切削出孔24、25，所述孔用作待制造的纤维-金属-复合工件的外周或内周上的力导入部位。
在另一个加工步骤中，工件2设有成型部15，也就是说工件2的经选择的区域借助于冲制头3或冲制阳模3a来成型，从而经成型的区域从工件平面突出(三维的塑性变形)。为了制造不同类型的成型部，必要时可以更换所述冲制阳模3a。在图2中所示的实例中，制造呈凸缘状穿通部形式的成型部，所述成型部适用于建立与纤维织物的力锁合的和/或形状锁合的连接。
在另一个加工步骤中，纤维织物被施加到工件2上。在本实例中，这种施加通过将预制的纤维垫16定位在工件2上，也就是说，纤维垫16已经具有对于复合工件所需的形状和尺寸。在此，纤维垫16通过用于自动地供入纤维垫16的装置17供应给工件2(参见图1)并且这样在工件2上定位，使得所述成型部15配合到纤维垫16中的空隙9(孔)中(参见图3)。通过与空隙9处于配合的成型部15使纤维垫16在加工平面(XY-平面)中保持在工件2上，从而纤维垫16能够在工件2后续运动时在加工平面中与工件2一起移动，而该纤维垫不会打滑。如果在工件2上制造尖的(例如尖齿状)成型部，则也可以防止打滑，所述成型部在安置纤维垫16时刺穿该纤维垫并且以这种方式造成纤维垫16固定在工件2上。
在本实例中，用于供入的装置17包括传送带17a以及用于在X方向上移动该传送带17a的另一线性驱动装置8c，所述传送带将纤维垫16输送至平放在工件支座5上的工件2。纤维垫16在Y方向上合适的定位可以通过选择该纤维垫16在传送带17a上的位置来确定，和/或借助于其它的(未示出的)线性驱动装置可以使传送带17a在Y方向上移动。纤维垫16在传送带17a上的放置可以例如借助于(未示出的)抓取器或者类似物来实现。
这理解为，用于自动地供入纤维垫的装置17也可以是不同于图1中所示地构造。例如，纤维垫16在工件2上的直接的放置可以借助于一个或多个抓取装置来实现，所述抓取装置可以例如安装在用于将工件2在工件支座5上定位的经合适地改型的输送装置17b上。所述抓取装置可以例如构造为真空抽吸器17c，
所述真空抽吸器适用于抓取柔韧的纤维垫16。例如(大面积的)抽吸抓取器17c可以用作用于纤维垫16的抓取装置，所述抽吸抓取器在该抽吸抓取器的朝向纤维垫16的侧上可以具有可透气的构件17d，所述可透气的构件例如以(平坦的)滤网或者由开孔的材料(例如泡沫塑料)形成的可透气层的形式，穿过所述可透气层实现这种抽吸。这理解为，必要时可以取消传送带17a，或者传送带17a可以用于将纤维垫16供入到输送装置17b的区域中的转送位置上，输送装置在该转送位置上接收相应的纤维垫16。
与装置17的准确的构型无关地通常需要的是，纤维垫16或纤维垫16中的空隙9被置于工件2的区域中，在该工件上形成有成型部15，以便防止纤维垫16在随后的成型式加工时相对于工件2打滑。控制装置21用于控制(传送带17a的或线性驱动装置8c的和/或输送装置17b的)装置17以及用于借助于线性驱动装置8a、8b与必要时对于准确定位地安置所需的、工件2的移动相配合。
替代于纤维垫16的供入，纤维织物或该纤维织物的部分也可以直接在位于工具机1中的工件2上制造。出于这个目的，纤维线18a(也为：纤维-粗纱)借助于另一个供入装置18自动地供入到冲制头3的区域中或配属于该冲制头的加工区域10中并且在那里绕着事前制造好的成型部15被缠绕。在这个实例中，纤维线18a从以线轴18b形式的料箱展开，该线轴施加在工具机1的C形的机架上。线轴18b必要时可以设有(未示出的)驱动装置以输送纤维线18a。这理解为，纤维线18a的输送或纤维线18a的储存也可以在工具机1中的其它部位上实现。
优选地，在利用工具机2的机器轴线的情况下使工件2这样相对于装置18运动，使得由于工件2相对于供入装置18的输出侧上的端部或在那里设置的施加装置18c的相对运动实现了工件2的成型部15的缠绕。施加装置18c也用于在成型部15的缠绕之前以及之后在工件2上固定相应的纤维线18a。出于这个目的，借助于冲制头3和/或借助于激光加工头4可以在工件2上形成窄的缝隙，纤维线18a以该纤维线的(自由的)末端导入到该缝隙中并且被夹紧。
图8示出这种施加过程。纤维线18a穿过管状的线引导器18d的内部来供应给工件2。在工件2上设有V形的缝隙14，从线引导器18d的端部伸出的、纤维线18a的末端可以固定在该缝隙上。在固定所述纤维线18a之后可以利用纤维线18a缠绕所述成型部15以形成纤维织物。在缠绕过程结束之后，纤维线18a可以固定在同一个缝隙14上或者在另一个缝隙或合适的成型部上。
在图9a-d中示出了怎样可以实现纤维线18a的这种固定。工件2这样移动，使得线引导器18d位于相邻于缝隙14的位置中。在图9a-d中所示的施加装置包括抓取装置18e，该抓取装置沿着(垂直于工件表面的)线引导器18d移动并且可以绕着(垂直于工件表面的)轴线22旋转(图9a)。为了固定所述纤维线18a，抓取装置18e在低于线引导器18d的端部的高度上移动并且接着在抓取方向上绕着轴线22旋转，从而纤维线18a与偏心于轴线22布置的、以抓取装置18e的抓取凹口18f的形式的抓取元件形成配合(图9b)。通过抓取装置18e在抓取方向上继续旋转使得从线引导器18d拉出纤维线18a并且在线引导器18d和抓取装置18e之间形成回线。为了将纤维线18a引入到缝隙14中，线引导器18d和抓取装置18e下降到工件2a的表面上(图9c)并且工件2适当地移动，直到纤维线18a夹紧在缝隙14中。相应的固定也可以在缠绕结束之后进行，以便防止绕着成型部15缠绕的纤维线18a自动地松开。
在这个实例中，供入装置18(更准确地称为施加装置18c)具有切削装置18g，以便在制造纤维织物之后或在制造纤维织物的部分之后断开相应的纤维线18a。切削装置18g可以如在图9d中所示地用于使纤维线18a在固定之后断开。在所示的实例中，切削装置18g以切削刃的形式来构造，该切削装置设置在抓取装置18e的对置于抓取凹口18f的侧上。为了断开所述纤维线18a，在纤维线18a引入到固定缝隙14中之后，线引导器18d和抓取装置18e首先又远离于工件2的表面或固定缝隙14地运动。在这个运动期间或者之后，抓取装置18e反向于抓取方向地旋转，其中，纤维线18a与切削刃18g接触并且被该切削刃断开。
在这个实例中，供入装置18位置固定地安装并且可以类似于用于焊接的金属丝供入装置地或者如同纺织机中(例如刺绣机中)的线供入装置地构造。然而也可能的是，使工件2位置固定地保持并且纤维-粗纱18a借助于供入装置18(特别是施加装置18c)的可运动的部分来绕着成型部15运动。这理解为，在此必要时附加地也可以使工件2在XY平面中运动。
此外这理解为，在使用纤维-粗纱18a以制造纤维织物时，成型部15的制造不必在第一步骤中实现并且纤维织物的施加不必在第二步骤中实现，如同图2和图3中所示地。更确切地说，在工件移动以便在其它部位上形成成型部之前，必要时可以直接在制造相应的成型部15之后利用纤维-粗纱18a缠绕这个成型部。
在上述两个情况中制造了纤维织物16，该纤维织物与工件2一起(即在无相对运动的情况下)可以在加工平面中运动，从而在随后的加工步骤中在成型部15的区域中建立工件2与纤维织物16之间的力锁合的和/或形状锁合的连接并且因此可以制造纤维-金属-复合工件。为了建立这种连接，预制的盖板20安放在纤维垫16上并且纤维垫16夹紧在所述两个板2、20之间(参见图4)。机械式夹紧连接优选在冲制运行中例如借助于卷边、冲压铆接或者实施接合来建立，为此可以使在之前的步骤中形成的成型部15成型。
图5a、b示出穿过在成型部15成型之前或之后的装配有纤维垫16的工件2的成型部15的剖视图。如依据图5a、b可见的是，借助于冲制头3使构造为穿通部的成型部15的凸缘向外弯曲，从而产生卷边，该卷边与设置在盖板20上的斜部或斜边搭接并且以这种方式固定纤维垫16。
图6a、b示出穿过装配有纤维垫16的工件2的成型部15的剖视图，在该剖视图中不同于图5a、b地取消了用于建立力锁合的和/或形状锁合的连接的盖板。在这种情况中，借助于工具机1的冲制头3使穿通部15的凸缘也向外弯曲，从而这个凸缘与纤维垫16搭接。在本实例中，向外弯曲的区域构造为爪状，以便夹紧纤维垫16并且因此建立形状锁合的和力锁合的连接。
纤维垫16与工件2的连接可以如上所述地在成型部15的区域中实现，所述成型部也用于在x-y-方向上固定纤维垫16。以这种方式实现了工件-纤维织物-盖板-三明治式的形状锁合的连接。然而也存在这种可能性，在放置所述纤维垫16之前或之后将例如在已施加的或待施加的纤维垫16的区域外部的其它成型部(未示出)引入到工件2中。工件2与纤维垫16的连接可以附加地或者仅借助于这些其它成型部来实现，所述成型部优选地相邻于纤维垫16在工件2上形成，并且所述成型部在成型或变型之后至少部分地在由纤维垫16覆盖的工件区域上延伸。工件2、纤维垫16以及必要时可存在的盖板也能够例如以卷边的形式共同地成型，以便以这种方式产生力锁合和形状锁合。
这理解为，可以使用根据图5a、b和图6a、b所示的用于使纤维垫16与工件2力锁合地和/或形状锁合地连接、也类似于工件2与由纤维-粗纱制造的纤维织物的力锁合地和/或形状锁合地连接的方式。这同样理解为，纤维织物的部分区域能够构造为纤维垫和以纤维-粗纱形式的其它区域。
在接合之后，纤维-金属-复合体在最后的加工步骤中沿着切削轮廓19从工件2分离出来。这可以借助于通过激光加工头4的激光切削或者必要时可通过借助于冲制头3的步冲轮廓法来实现。经制造的纤维-金属-复合工件23(参见图7)可以接着借助于未图解示出的输送装置从工具机1中提取。虽然直接在工具机1上将纤维-金属-复合工件23从剩余工件中切掉或分离的可能性是有利的，但是这个加工步骤必要时也可以在其它部位上实现。必要时这是有利的，即上述的制造过程不是如同在图1中所示地在激光-冲制-组合机1上实现，而是为了制造复合工件23使用了无激光切削功能的冲制机。
作为对于制造由金属和纤维-塑料-复合物形成的平面地或者空间地成型的混合构件的预备阶段，上述的方法和所属的工具机能够实现制造由金属和纤维织物形成的复合工件。以上述方式制造的纤维-金属-复合工件23可以在其它加工步骤中例如通过弯曲来三维地成型并且接着在模具中例如以RTM(“ResinTransferMolding，树脂传递模塑成型”)方法利用树脂注入或者利用热塑性材料注塑包封。
在上述的方法中，复合体通过金属板和纤维体之间的直接的力传递通过力锁合和/或形状锁合来实现。不仅金属工件的加工而且工件与纤维织物的连接可以在一个并且同一个工具机中进行，也就是说金属板部分的切削、工件与纤维织物的连接以及必要时还有纤维织物的制造可以在唯一的工序中实现并且因此以非常经济的方式制造纤维-金属-复合工件。
Claims (19)
1.一种用于在工具机(1)上制造纤维-金属-复合工件(23)的方法，其包括以下步骤：
-以金属的工件(2)装载所述工具机(1)的工件支座(5)；
-借助于加工装置(3，3a)加工平放在所述工件支座(5)上的工件(2)，以便在所述工件(2)上制造成型部(15)；
-在所述成型部(15)的区域中将纤维织物(16)施加在平放于所述工件支座(5)上的工件(2)上；以及
-通过借助于所述加工装置(3，3a)加工所述工件(2)使所述纤维织物(16)与所述工件(2)力锁合地和/或形状锁合地连接。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于冲制式加工所述工件(2)，以便制造所述成型部(15)和/或使所述纤维织物(16)与所述工件(2)力锁合地和/或形状锁合地连接。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，施加所述纤维织物(16)的步骤包括：将所述纤维织物的至少一部分以纤维垫(16)的形式供应给平放在所述工件支座(5)上的工件(2)。
4.根据权利要求3所述的方法，所述方法还包括：将所述纤维垫(16)在所述工件(2)上如此定位，使得所述工件(2)的至少一个成型部(15)与至少一个在所述纤维垫(16)上形成的空隙(9)相配合。
5.根据权利要求1或2所述的方法，其中，施加所述纤维织物(16)的步骤包括：通过以纤维线(18a)缠绕所述工件(2)的成型部(15)的至少一部分产生所述纤维织物的至少一部分。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，通过从料箱输送使所述纤维线(18a)供应给位于所述工件支座(5)上的工件(2)。
7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述工件(2)的成型部(15)的缠绕在所述工件(2)相对于所述加工装置(3，3a)移动的情况下进行。
8.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述纤维织物(16)与所述工件(2)的力锁合和/或形状锁合连接包括在所述工件(2)上制造的成型部(15)的变形。
9.根据权利要求1或2所述的方法，所述方法还包括：将至少一个板状的覆盖物安置到已施加在所述工件(2)上的纤维织物(16)上，其中，所述纤维织物(16)与所述工件(2)的力锁合和/或形状锁合连接包括所述纤维织物(16)在所述工件(2)和所述覆盖物(20)之间的夹紧。
10.根据权利要求1或2所述的方法，所述方法还包括：分离式加工所述工件(2)，用于将所述纤维-金属板-复合工件(23)从剩余工件上切掉。
11.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述金属的工件(2)是金属板材。
12.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，通过从线轴(18b)退卷使所述纤维线(18a)供应给位于所述工件支座(5)上的工件(2)。
13.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述板状的覆盖物是盖板(20)。
14.一种用于制造纤维-金属板-复合工件(23)的工具机(1)，包括：
-加工装置(3，3a)，用于成型式加工工件(2)，
-工件支座(5)，用于在加工时支撑工件(2)，
-以及至少一个装置(17，18)，用于将纤维织物(16)施加在平放于所述工件支座(5)上的工件(2)上，其中：
所述装置(17)构造用于将纤维垫(16)自动地供应给平放在所述工件支座(5)上的工件(2)并且用于使所述纤维垫(16)在所述工件(2)上定位；所述工具机(1)具有控制装置(21)，所述控制装置被编程用于如此控制所述装置(17)，使得所述纤维垫(16)在定位时形状锁合地施加在所述工件(2)上的多个成型部(15)上或之间；
和/或
所述装置(18)构造用于将纤维线(18a)自动地供应给平放在所述工件支座(5)上的工件(2)。
15.根据权利要求14所述的工具机，其特征在于，所述控制装置(21)被编程用于如此控制所述装置(17)，使得所述工件(2)的至少一个成型部(15)与至少一个在所述纤维垫(16)上形成的空隙(9)相配合。
16.根据权利要求14或15所述的工具机，其特征在于，所述装置(17)具有至少一个用于抓取所述纤维垫(16)的真空抽吸器(17c)，在所述真空抽吸器的朝向所述纤维垫(16)的侧上安置可透气的构件(17d)。
17.根据权利要求14所述的工具机，其特征在于，所述装置(18)包括一施加装置(18c)，用于将所述纤维线固定在平放于所述工件支座(5)上的工件(2)上。
18.根据权利要求17所述的工具机，其特征在于，所述施加装置(18c)具有用于抓取所述纤维线(18a)的抓取装置(18e)和/或用于断开所述纤维线的分离装置(18g)。
19.根据权利要求14或15所述的工具机，其特征在于，其包括另一加工装置(4)，用于激光切削所述工件(2)。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
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Granted publication date: 20160210 |