本发明涉及成形件制造方法，该成形件制造方法通过利用一对成型模具对含有热固性树脂与强化纤维的纤维强化树脂所构成的复合基材进行冲压成形，由此来成形立体形状的成形件。
背景技术：
一直以来，制造由含有热固性树脂与强化纤维的纤维强化树脂(frp)所构成的成形件。成形件例如使用使未固化的热固性树脂浸入至强化纤维的复合基材(预浸料坯)，例如通过冲压成形来进行成形。
作为这样的技术，专利文献1中提出一种由热固性树脂未固化的状态的平板状的复合基材制造立体形状的成形件的方法。在该制造方法中，在已开模的一对成型模具中的一个成型模具配置了平板状的复合基材之后，使另一个成型模具相对于一个成型模具合模并进行加热，由此制造立体形状的成形件。
专利文献1：日本特开2014-100829号公报
然而，在专利文献1所涉及的成形件制造方法中，在冲压成形前，平板状的复合基材有时被配置为相对于成型模具从希望的位置发生位置偏移。并且，在复合基材从平板状变形为立体形状的过程中，复合基材也容易相对于成型模具发生位置偏移。
因此，若考虑上述点，则例如在利用一对成型模具进行成形之前，在一个成型模具的表面使复合基材仿形，在这之后，对复合基材进行冲压成形，就能够防止上述位置偏移。然而，在一个成型模具的表面使复合基材仿形的期间无法利用冲压装置进行冲压成形，因而制造效率降低。
技术实现要素：
本发明是鉴于这样的点而完成的，其目的在于提供一种成形件制造方法，该成形件制造方法能够通过含有热固性树脂与强化纤维的纤维强化树脂所构成的复合基材高效且高精度地制造成形件。
为了解决上述课题，本发明所涉及的成形件制造方法利用一对成型模具对含有热固性树脂与强化纤维的纤维强化树脂所构成的复合基材进行冲压成形来成形立体形状的成形件，上述成形件制造方法的特征在于，包括：赋形工序，在与上述成型模具不同的位置将上述热固性树脂处于未固化的状态的上述复合基材赋形为上述立体形状；输送工序，以保持赋形后的上述复合基材的立体形状的方式将上述复合基材输送至上述一对成型模具；配置工序，以保持上述复合基材的立体形状的方式将输送来的上述复合基材配置于上述一对成型模具中的一个成型模具的成形面，其中，该成形面是根据上述立体形状而形成的成形面；以及成形工序，通过对配置于上述一个成型模具的上述复合基材进行加热的同时利用另一个成型模具进行按压来使上述热固性树脂固化，由此对上述成形件进行成形。
根据本发明，能够在与成型模具不同的位置将复合基材赋形为立体形状，并以保持为赋形后的复合基材的立体形状的方式将复合基材配置于一个成型模具的成形面进行成形，因而能够抑制冲压成形时的复合基材的位置偏移的情况。另外，不在成型模具的成形面对复合基材直接进行赋形，而是预先对复合基材进行赋形，因而能够连续且高效地制造多个成形件。
作为更优选的形态，在上述配置工序中，在配置上述复合基材时，从不同的多个方向将输送来的立体形状的上述复合基材按压于上述一个成型模具的成形面。
根据该形态，从不同的多个方向将复合基材按压于一个成型模具的成形面，因而能够使复合基材与一个成型模具的成形面紧贴，在成形工序中抑制复合基材的位置偏移。
作为更优选的形态，上述赋形工序以形成主片材部和从上述主片材部的不同的位置朝与上述主片材部不同的方向延伸的多个副片材部的方式，沿着赋形模具的表面将片状的上述复合基材赋形为立体形状，上述输送工序包括：第一剥离工序，在上述主片材部与赋形模具接触的状态下，以在各上述副片材部与上述赋形模具之间形成间隙的方式，将各上述副片材部从上述赋形模具剥离；以及第二剥离工序，在将各上述副片材部从上述赋形模具剥离后的状态下，将上述主片材部从上述赋形模具剥离。
根据该形态，能够在输送工序的第一剥离工序中将朝与主片材部不同的方向延伸的多个副片材部从赋形模具剥离之后，在第二剥离工序中将主片材部从赋形模具剥离。由此，能够在基本上保持由赋形模具赋形后的复合基材的立体形状的状态下将复合基材从赋形模具剥离。
并且，作为输送工序包括第一剥离工序以及第二剥离工序的情况下的更优选的形态，上述配置工序包括：第一按压工序，在配置上述复合基材时，在使上述主片材部与上述一个成型模具的成形面接触之后，将上述主片材部按压于上述一个成型模具的成形面；以及第二按压工序，在上述主片材部被按压于上述一个成型模具的成形面的状态下，将各上述副片材部按压于上述成型模具的成形面，通过上述第一按压工序以及上述第二按压工序，从上述不同的多个方向进行向上述一个成型模具的成形面的按压。
根据该形态，首先，将主片材部相对于一个成型模具定位，然后将各副片材部按压于一个成型模具的成形面，因而能够相对于成形面对复合基材高精度地进行定位，使它们均匀地紧贴。
并且，作为配置工序包括第一按压工序的情况下的更优选的形态，在上述第一按压工序中，上述一个成型模具的成形面被加热至上述热固性树脂的固化温度以上。
根据该形态，在第一按压工序中，一个成型模具的成形面被加热至上述热固性树脂的固化温度以上，因而能够使被按压的主片材部的表面局部固化。由此，能够在将主片材部按压于一个成型模具的成形面的状态下，对复合基材进行定位，并在之后的第二按压工序与成形工序中能够抑制复合基材的位置偏移。
根据本发明，能够在与成型模具不同的位置对赋形为立体形状后的复合基材进行保持，并将复合基材配置于成型模具来进行成形，因而能够由复合基材高效且高精度地制造成形件。
附图说明
图1是用于进行本发明的实施方式所涉及的成形件制造方法的制造装置的示意性立体图。
图2是图1所示的输送装置的示意性立体图。
图3是图2所示的吸附机构的主要部位立体图。
图4是图1所示的赋形模具与输送装置的主要部位主视图。
图5是本发明的实施方式所涉及的成形件制造方法的流程。
图6是用于对图5所示的赋形工序进行说明的示意图。
图7a是用于对图5所示的输送工序中向复合基材的吸附进行说明的示意图。
图7b是用于对图5所示的输送工序中的第一剥离工序进行说明的示意图。
图7c是用于对图5所示的输送工序中的第二剥离工序进行说明的示意图。
图7d是用于对图5所示的输送工序中的移动工序进行说明的示意图。
图8a是用于对图5所示的配置工序中的第一按压工序进行说明的示意图。
图8b是用于对图5所示的配置工序中的第二按压工序进行说明的示意图。
图9是用于对图5所示的成形工序进行说明的示意图。
附图标记说明：
9：赋形模具；10：输送装置；40：成形装置；41：下模(一个成型模具)；41a：成形面；42：上模(另一个成型模具)；c1；c2：间隙；f：复合基材；f1：上表面部(主片材部)；f2：侧面部(副片材部)；m：成形件。
具体实施方式
以下，使用图1～图9对本发明所涉及的成形件制造方法的实施方式进行说明。
1.关于成形件的制造装置1
首先，对制造成形件的制造装置1进行说明。图1是用于进行本发明的实施方式所涉及的成形件制造方法的制造装置1的示意性立体图。图2是图1所示的输送装置10的示意性立体图。图3是图2所示的吸附机构30的主要部位立体图。图4是图1所示的赋形模具9与输送装置10的主要部位主视图。
1-1.关于赋形模具9
如图1所示，在本实施方式中，制造装置1至少具备赋形模具(赋形台)9、输送装置10以及成形装置40。赋形模具9是将含有未固化的热固性树脂与强化纤维的纤维强化树脂所构成的复合基材(预浸料坯)赋形成为规定的立体形状的模具。
具体而言，赋形模具9沿着赋形模具9的表面将复合基材f赋形为立体形状，赋形模具9的表面中的、供复合基材f接触的赋形面91与后述的成形装置40的下模(公模)41的成形面41a为相同的形状。
此外，像在后述的赋形工序s1中说明的那样，赋形后的复合基材f是形成有上表面部(主片材部)f1与两个侧面部(副片材部)f2、f3的片状的赋形件。侧面部(副片材部)f2、f3从上表面部f1的不同位置朝与上表面部f1延伸的方向不同的方向进行延伸。此外，在本实施方式中，赋形后的复合基材f具备两个侧面部f2、f3，但它们的个数能够根据欲成形的成形件来决定。
在赋形模具9的复合基材f所接触的赋形面91可以形成有多个槽，在赋形面的表面可以覆盖有脱模性高于复合基材f的ptfe等树脂。通过形成多个槽以及覆盖树脂，能够从赋形模具9简单地剥离复合基材f。
1-2.关于输送装置10
输送装置10是将通过未固化的热固性树脂与强化纤维赋形后的复合基材f从赋形模具9分离，并输送至成形装置40的装置(多关节机器人)。具体而言，输送装置10以保持由赋形模具9赋形后的复合基材f的立体形状的方式将复合基材f输送至成形装置40的下模41。此外，在图1中，在说明方面上，输送装置10与成形装置40是离开的，但实际上，两者接近至能够通过输送装置10的后述的臂状的移动机构20将复合基材f配置于成形装置40的下模41的程度。
如图2所示，输送装置10具备：移动机构20，其为臂状，使复合基材f移动；以及吸附机构30，其安装于移动机构20，吸附复合基材f。臂状的移动机构20具备从基台21立设的支柱部23，支柱部23借助驱动马达(未图示)的驱动而能够在水平方向上转动。在支柱部23的前端，以能够转动的方式连接有第一臂部25的一端，在第一臂部25的另一端，以能够转动的方式连接有第二臂部27。
第一臂部25构成为借助安装于支柱部23的驱动马达24的驱动来相对于支柱部23在上下方向上转动。并且，第二臂部27构成为借助安装于第一臂部25的另一端(前端)的驱动马达26的驱动来相对于支柱部23在上下方向上转动。在第二臂部27的前端安装有吸附机构30，吸附机构30构成为借助驱动马达28的驱动来进行转动。
吸附机构30具备第一吸附部31a～第三吸附部31c，它们从不同的三个方向与复合基材f接触，吸附复合基材f。第一吸附部31a以其吸附面31a与复合基材f的上表面部(主片材部)f1对置的方式安装于框架35。在本实施方式中，第一吸附部31a不借助后述的可动部而可动，其借助基于移动机构20而使吸附机构30进行的上下动作(具体而言，为第一臂部25以及第二臂部27的转动)，从而与复合基材f一起移动。因此，第一吸附部31a相对于框架35固定，而部形成为相对地可动。
在第二吸附部31b安装有第一可动部32b，在第三吸附部31c安装有第二可动部32c。第一可动部32b以及第二可动部32c使第二吸附部31b以及第三吸附部31c可动，以便使第二吸附部31b以及第三吸附部31c从不同的两个方向与复合基材f接触。此外，在本实施方式中，具备作为三个吸附部的第一吸附部31a～第三吸附部31c和作为两个可动部的第一可动部32b以及第二可动部32c，但只要能够从多个方向吸附复合基材f并进行输送，它们的个数并不特别限定。
如图3以及图4所示，第二吸附部31b安装于第一可动部32b的前端，第一可动部32b经由角度调整用配件36而安装于框架35。同样，第三吸附部31c安装于第二可动部32c的前端，第二可动部32c经由角度调整用配件(未图示)而安装于框架35。
这里，第一吸附部31a～第三吸附部31c是与复合基材f接触的前端为敞开的筒状(具体而言为波纹状)的吸附体(例如参照图3)。第一吸附部31a～第三吸附部31c在使各吸附面31a～31c与复合基材f接触的状态下，例如通过吸引泵使作为吸附体的内部成为负压，由此能够吸附复合基材f。
如图4所示，第二吸附部31b以其吸附面31b与复合基材f的侧面部f2对置的方式经由第一可动部32b等而安装于框架35。第三吸附部31c以其吸附面31c与复合基材f的侧面部f3对置的方式经由第二可动部32c等而安装于框架35。这里，复合基材f的侧面部f3是经由上表面部f1而形成在侧面部f2的相反侧的表面，它们是复合基材f的不同的侧面部。
在本实施方式中，能够通过第二吸附部31b与隔着复合基材f而配置于相反侧的第三吸附部31c夹住通过赋形模具9而赋形为立体形状的复合基材f来进行输送。
在本实施方式中，第一可动部32b以及第二可动部32c为直动式的促动器。如图4所示，第一可动部32b配置为使第二吸附部31b沿着与复合基材f的侧面部f2正交的方向可动。同样，第二可动部32c配置为使第三吸附部31c沿着与复合基材f的侧面部f3正交的方向可动。利用这样构成的第一可动部32b以及第二可动部32c使第二吸附部31b以及第三吸附部31c可动，由此能够使吸附面31b、31c与复合基材f的侧面部f2、f3均匀地接触。
1-3.关于成形装置40
如图1所示，成形装置40是对由输送装置10输送并配置好的复合基材f进行冲压成形的装置。成形装置40具备下模41(公模)和上模(母模)42，下模41作为一个成型模具，供复合基材f进行配置，上模42作为另一个成型模具，对配置于下模41的复合基材f进行按压。优选下模41以及上模42为一对成型模具，且为金属制。
下模41配置于基座43，上模42安装于冲压部45，冲压部45能够沿着从基座43立设的支柱46上下移动。基座43以及冲压部45内置有加热器(未图示)，由此，能够将下模41以及上模42加热至复合基材f的热固性树脂的固化温度以上。
2.关于成形件制造方法
以下，按照图5对成形件制造方法进行说明。图5是本发明的实施方式所涉及的成形件制造方法的流程。
首先，准备将要赋形为立体形状的片状的复合基材。如上所述，复合基材是在强化纤维浸入有未固化的热固性树脂的纤维强化树脂的片材。作为强化纤维，是用于强化复合基材的机械强度的热固性树脂强化用纤维，例如能够举出玻璃纤维、碳纤维、芳族聚酰胺纤维、氧化铝纤维、硼纤维、钢纤维、pbo纤维或高强度聚乙烯纤维等纤维。强化纤维可以由平织、斜织、或缎织等的织物基材构成，也可以由在一个方向上对齐的基材构成。作为热固性树脂，例如能够举出乙烯基酯系树脂、环氧类树脂、纤维强化树脂、不饱和聚酯系树脂等。
2－1.关于赋形工序s1
在本实施方式中，首先，进行图5所示的赋形工序s1。在赋形工序s1中，使用配置在与成形装置40不同的位置的赋形模具9，将热固性树脂处于未固化的状态的片状的复合基材赋形为立体形状。
具体而言，如图6所示，在赋形工序s1中，以形成上表面部(主片材部)f1与两个侧面部(副片材部)f2、f3的方式沿着赋形模具9的赋形面91将复合基材f赋形为立体形状。侧面部f2、f3从上表面部f1的不同位置朝与上表面部f1不同的方向(具体而言为下方)延伸。
赋形模具9的表面中的、供复合基材f接触的赋形面91与后述的成形装置40的下模(公模)41的成形面41a为相同的形状，因此赋形后的复合基材f形成为与被制造的成形件的形状相同的立体形状。
此外，在本实施方式中，在赋形工序s1中，作为立体形状的复合基材f，形成了成为主片材部的上表面部f1和成为从上表面部f1的不同位置朝与上表面部f1不同的方向(具体而言为下方)延伸的多个副片材部的侧面部f2、f3。然而，也可以构成为主片材部为下表面部，并以朝与其不同的方向(上方)延伸的方式将两个侧面部赋形为副片材部。另外，侧面部的个数只要为多个就不特别限定。
2-2.关于输送工序s2
接下来，使用输送装置10进行图5所示的输送工序s2。在输送工序s2中，以保持赋形后的复合基材f的立体形状的方式将其输送至上模42与下模41之间。在本实施方式中，输送工序s2包括第一剥离工序s21、第二剥离工序s22以及移动工序s23。首先，在进行第一剥离工序s21之前，如图7a所示，使吸附机构30吸附复合基材f。
具体而言，如图7a所示，借助输送装置10的移动机构20，使吸附机构30向复合基材f移动。通过转动第一臂部25以及第二臂部27来使第一吸附部31a的吸附面31a与复合基材f的上表面部f1接触。
接下来，在第一吸附部31a的吸附面31a与复合基材f的上表面部f1接触的状态下，借助第一可动部32b以及第二可动部32c使第二吸附部31b以及第三吸附部31c可动。由此，使第二吸附部31b以及第三吸附部31c与复合基材f的侧面部f2、f3接触。
在该状态下，驱动吸引泵(未图示)，使第一吸附部31a吸附复合基材f的上表面部f1，使第二吸附部31b吸附复合基材f的侧面部f2，使第三吸附部31c吸附复合基材f的侧面部f3。
接下来，作为第一剥离工序s21，如图7b所示，在上表面部f1与赋形模具9的赋形面91接触的状态下，以使在侧面部f2、f3与赋形模具9之间形成有微小的间隙c1、c2的方式，将侧面部f2、f3从赋形模具9的赋形面91剥离。此外，该间隙c1、c2是外观上能够保持复合基材f的立体形状的程度的间隙。
具体而言，一边使第二吸附部31b吸附复合基材f的侧面部f2，并使第三吸附部31c吸附复合基材f的侧面部f3，一边通过第一可动部32b以及第二可动部32c使第二吸附部31b以及第三吸附部31c朝离开赋形模具9的方向移动。由此，能够从与侧面部f2、f3正交的方向将侧面部f2、f3从赋形面91剥离。
接下来，作为第二剥离工序s22，如图7c所示，在将侧面部f2、f3从赋形模具9剥离后的状态下，将上表面部f1从赋形模具9的赋形面91剥离。具体而言，在第一吸附部31a～第三吸附部31c吸附复合基材f的状态下，通过转动移动机构20的第一臂部25以及第二臂部27使吸附机构30朝上方移动，从而将复合基材f从赋形模具9分离。
在本实施方式中，能够在输送工序s2的第一剥离工序s21中将朝与上表面部f1不同的方向延伸的侧面部f2、f3从赋形模具9剥离之后，在第二剥离工序s22中将成为复合基材f的中央部分的上表面部f1从赋形模具9剥离。由此，能够在基本保持通过赋形模具9赋形后的复合基材f的立体形状的状态下，将复合基材f简单地从赋形模具9剥离。
然后，作为移动工序s23，如图7d所示，以保持赋形后的复合基材f的立体形状的方式，利用输送装置10将复合基材f输送至成形装置40。在实施方式中，在通过第一吸附部31a～第三吸附部31c从三个方向吸附赋形为立体形状后的复合基材f的状态下，对复合基材f进行输送。其结果是，能够以保持赋形为立体形状后的复合基材f的形状的方式将复合基材f输送至成形装置40。
2-3.关于配置工序s3
接下来，使用输送装置10进行图5所示的配置工序s3。在配置工序s3中，以保持复合基材f的立体形状的方式，将输送来的复合基材f配置于下模41的根据立体形状而形成的成形面41a。在本实施方式中，配置工序s3包括第一按压工序s31和第二按压工序s32。具体而言，在配置复合基材f时，通过第一按压工序s31以及第二按压工序s32，从不同的三个方向将输送来的立体形状的复合基材f按压于下模41的成形面41a。
在第一按压工序s31中，如图8a所示，在配置复合基材f时，在使上表面部f1与下模41的成形面41a接触之后，将上表面部f1按压于下模41的成形面41a。具体而言，在第一吸附部31a～第三吸附部31c吸附着复合基材f的状态下，通过转动移动机构20的第一臂部25以及第二臂部27来使吸附机构30朝下方移动。在该状态下，在侧面部f2、f3与赋形模具9之间形成有微小的间隙c3、c4。间隙c3、c4是与通过图7a所示的第一剥离工序s21而形成的间隙c1、c2相对应的间隙。此外，在本实施方式中，在第一按压工序s31中，上模42与下模41被加热至热固性树脂的固化温度以上，但也可以在后述的成形工序s4中将对它们进行加热。
接下来，在第二按压工序s32中，如图8b所示，在上表面部f1被按压于下模41的成形面41a的状态下，将侧面部f2、f3按压于下模41的成形面41a。具体而言，解除第一吸附部31a～第三吸附部31c的吸附，通过第一可动部32b以及第二可动部32c使第二吸附部31b以及第三吸附部31c朝向下模41的成形面41a移动。
这样，能够通过将成为复合基材f的中央的上表面部f1按压于下模41的成形面41a来对其进行定位，然后，将侧面部f2、f3按压于下模41的成形面41a。由此，能够相对于下模41的成形面41a对复合基材f高精度地进行定位，既抑制在侧面部f2、f3形成皱褶等，又使它们均匀地紧贴。
此外，在本实施方式中，在第一按压工序s31中，下模41的成形面41a被加热至复合基材f中含有的热固性树脂的固化温度以上，因而能够使被按压的上表面部f1的表面固化。由此，能够在上表面部f1按压于下模41的一个成形面41a的状态下对复合基材f进行定位，并在之后的第二按压工序s32与成形工序s4中，能够抑制复合基材f相对于上模42以及下模41发生位置偏移的情况。
2-4.关于成形工序s4
接下来，使用成形装置40进行图5所示的成形工序s4。具体而言，在成形工序s4中，如图9所示，通过将上模42与下模41合模来对配置于下模41的复合基材f进行加热并利用上模42进行按压(冲压成形)。由此，使复合基材f中含有的热固性树脂固化，从而对成形件m进行成形。然后，进行开模，利用输送装置10从成形装置40取出成形件m。
这样，根据本实施方式，能够在与成形装置40不同的位置将复合基材f赋形为立体形状，并以保持为赋形后的复合基材f的立体形状的方式将复合基材f配置于下模41的成形面41a来进行成形。由此，能够抑制冲压成形时复合基材f在上模42以及下模41之间发生位置偏移的情况。另外，不在下模41的成形面41a对复合基材f直接进行赋形，而是预先利用赋形模具9对复合基材f进行赋形，因而能够提高成形装置40的运转率，从而能够连续且高效地成形多个成形件m。
以上，使用本发明的实施方式进行了详述，但具体的结构并不限定于该实施方式以及实施例，即便存在不脱离本发明的主旨的范围内的设计变更，它们也包括在本发明内。
例如，在本实施方式中，在第一剥离工序后进行了第二剥离工序，但若仅通过第二剥离工序就能够将复合基材从赋形模具剥离的话，则也可以省略第一剥离工序。另外，当然，若在使复合基材与下模的成形面接触的状态下复合基材就能够与下模紧贴，则可以不将复合基材按压于下模的成形面。