專(zhuān)利名稱(chēng)：一種凹形尤其截面為u型的復(fù)合材料件的制造方法及其實(shí)施裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種凹形復(fù)合材料件的制造方法，尤其是一種帶U型截面的縱梁。同時(shí)它還涉及一種實(shí)施該方法的裝置，該裝置一方面對(duì)纖維預(yù)制件噴涂或浸漬適于形成基質(zhì)的物質(zhì)，以確保對(duì)其均勻浸漬；另一方面保證表面的狀態(tài)良好，尤其確保外表面的最佳尺寸精度。
背景技術(shù)：
復(fù)合材料的完成件包括一種基質(zhì)，諸如由纖維加固的樹(shù)脂基質(zhì)。根據(jù)一種廣泛應(yīng)用的實(shí)施模式，纖維以纖維預(yù)制件的形式出現(xiàn)，由一個(gè)或數(shù)個(gè)編織或未編織的纖維折層形式出現(xiàn)。在聚合階段之前，構(gòu)成基質(zhì)的物質(zhì)應(yīng)以均勻的方式浸漬這個(gè)預(yù)制件，使其具有最佳的特性。根據(jù)第一種被稱(chēng)作噴涂的操作方式，構(gòu)成基質(zhì)的物質(zhì)一般是樹(shù)脂，噴涂在預(yù)制件的一點(diǎn)或數(shù)點(diǎn)上，甚至噴涂在預(yù)制件的整個(gè)表面上，必要時(shí)可添加一種擴(kuò)散劑。根據(jù)另一種被稱(chēng)作浸漬(infusion)的操作方式，形成基質(zhì)的物質(zhì)被納入預(yù)制件中，例如它們以一個(gè)或數(shù)個(gè)插入或粘接在構(gòu)成上述預(yù)制件折層內(nèi)的樹(shù)脂膜形式出現(xiàn)。要進(jìn)行這項(xiàng)浸漬工序，主要采用US2004/0219244或US2005/0031720文獻(xiàn)中所描述的工具，如圖1所示。根據(jù)上述文獻(xiàn)，預(yù)制件10置放在一個(gè)由托板14和第一半密封隔膜16限定的第一殼體12內(nèi)，即通氣但阻止適于形成基質(zhì)的物質(zhì)通過(guò)，至少一個(gè)供給點(diǎn)18預(yù)置在上述第一殼體12內(nèi)。進(jìn)一步地，工具包括第二殼體20，一方面它被第二氣密隔膜22限定，另一方面又被第一半密封隔膜16限定。上述殼體20包括至少一個(gè)吸氣孔對(duì)，用以吸取上述第二殼體 20內(nèi)存在的氣體，同樣還吸取上述第一殼體12內(nèi)存在的氣體。吸取第一殼體12內(nèi)的氣體會(huì)引起適于形成基質(zhì)的物質(zhì)在整個(gè)預(yù)制件內(nèi)擴(kuò)散。這樣在浸制(infusion)階段或噴涂階段，預(yù)制件在沒(méi)有吸取適于形成基質(zhì)的物質(zhì)時(shí)，第一半密封隔膜16確保預(yù)制件的最佳充氣和排氣。預(yù)置的密封件沈確保托板14和第一半密封隔膜16之間的密封性，同樣地，密封件觀確保托板14和第二密封隔膜22之間的密封性。進(jìn)一步地，一塊引流織物30可置放在第二殼體內(nèi)，以利于氣體的排放。為了使與第一半密封壁16相接觸的預(yù)制件表面平滑，可在第二殼體20內(nèi)使用并置入一塊拋光板32，插入在引流織物和第一半密封壁16之間。拋光板同樣可以使預(yù)制件上的壓力均勻。根據(jù)一種實(shí)施方式，半密封隔膜16由一塊有微孔的織物組成，該微孔的微小孔徑允許氣體通過(guò)，但阻止例如適于形成基質(zhì)的物質(zhì)的粘稠液體通過(guò)。
本發(fā)明主要涉及制造航空領(lǐng)域里使用的縱梁，諸如飛機(jī)中心翼盒處的縱梁。根據(jù)圖2所示的一種操作模式，要使用圖1中所示的那些相同部件來(lái)獲取帶U型截面的縱梁，托板14具有U形的形狀，以適應(yīng)U形截面的內(nèi)面。用自動(dòng)或手動(dòng)方式將托板 14蒙上纖維折層或纖維卷。隨后，把裝置的其他部件關(guān)聯(lián)到U型預(yù)制件上。這種實(shí)施模式不令人滿(mǎn)意，因?yàn)椴荒芸刂坪穸?，且不能獲得令人滿(mǎn)意的外表面 (與托板14不接觸的那個(gè)表面)表面狀態(tài)。為此，聚合之后，必須要對(duì)完成件做幾何結(jié)構(gòu)校準(zhǔn)，使其能與鄰近件連接。這個(gè)附加的操作會(huì)增加部件的制作成本，也會(huì)降低部件的強(qiáng)度，因?yàn)椴考鰩缀谓Y(jié)構(gòu)校準(zhǔn)時(shí)會(huì)出現(xiàn)纖維斷裂。根據(jù)圖3所示的另一種實(shí)施模式，部件在模具14和反向模具32之間完成。置放在U型件支臂之間的托板14蒙上纖維卷或纖維折層之后，再安放反向模具 32.這種操作模式盡管能較好地掌控厚度，但結(jié)果也不令人滿(mǎn)意，因?yàn)槭褂玫姆聪蚰＞?2必須是不隨溫度變化而膨脹的，例如一種低碳材料的反向模具，使部件能夠順利脫模，這樣會(huì)大大增加工具的成本。事實(shí)上，如果反向模具32是金屬的，它在冷卻階段會(huì)因?yàn)槭湛s現(xiàn)象而緊固住部件。同樣，本發(fā)明旨在消除現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提出一種制造凹形的，尤其是截面為U型的復(fù)合材料件的方法，可以掌控厚度和獲得令人滿(mǎn)意的表面狀態(tài)。
發(fā)明內(nèi)容
為此，本發(fā)明涉及一種制造包含有一塊浸潤(rùn)在基質(zhì)中的纖維預(yù)制件的凹形復(fù)合材料件的方法，該方法在于把上述預(yù)制件置放在由接觸到待完成件外部凹形表面的模具和接觸到待完成件內(nèi)部凹形表面的反向模具所限定的第一殼體內(nèi)，其特征在于要使用至少包含兩個(gè)部分的模具和用于控制上述至少兩個(gè)部分之間間距的部件，這兩個(gè)部分在聚合階段由于出現(xiàn)膨脹現(xiàn)象會(huì)緊挨在一起。
結(jié)合附圖，下面將通過(guò)舉例的方式對(duì)本發(fā)明的其他特性和優(yōu)點(diǎn)進(jìn)行描述，其中，圖1示出了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)用噴涂法制造復(fù)合材料件的工具的剖面圖；圖2示出了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的第一個(gè)變型，制造U型縱梁的工具的剖面圖；圖3示出了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的另一個(gè)變型，制造U型縱梁的工具的剖面圖；圖4A至4G示出了根據(jù)本發(fā)明制造一個(gè)帶U型截面的復(fù)合材料件在各個(gè)不同工序階段的剖面圖。
具體實(shí)施例方式圖4F用50表示至少一塊待浸潤(rùn)在諸如樹(shù)脂的基質(zhì)中的纖維預(yù)制件，在聚合后得到一塊構(gòu)成飛行器部件的復(fù)合材料件。當(dāng)然，本發(fā)明方法不僅限于航空領(lǐng)域。本發(fā)明主要涉及一種具有U型截面的預(yù)制件，用以制作比如縱梁。
當(dāng)然，本發(fā)明不限于這種截面形式，截面可以是V型，或凹形的。在后面的說(shuō)明中，所謂內(nèi)表面，凹形表面，即U型截面的底部及U型支臂之間所形成的那個(gè)區(qū)域里的支臂和底部的那些面；所謂外表面，就是與之相反的面。根據(jù)各種變型，預(yù)制件可通過(guò)堆置纖維折層，或者接合數(shù)個(gè)纖維板獲得，纖維可以按照一定的條理排列或者隨意排列。基質(zhì)由一種易感物質(zhì)形成，例如樹(shù)脂；該物質(zhì)在第一狀態(tài)時(shí)為液態(tài)，而在第二狀態(tài)時(shí)則為固態(tài)。因?yàn)楸绢I(lǐng)域技術(shù)人員熟知適于形成基質(zhì)的物質(zhì)，所以不再詳述，然而，它的一些所需的特性在功能上可以變化。根據(jù)第一種被稱(chēng)作噴涂的操作模式，預(yù)制件的遠(yuǎn)端容器提供適于形成基質(zhì)的物質(zhì)并且它被噴涂到預(yù)制件上。根據(jù)另一種被稱(chēng)作浸漬的操作模式，適于形成基質(zhì)的物質(zhì)以固態(tài)形式被置放在預(yù)制件中，例如，至少以一種薄膜的形式出現(xiàn)。根據(jù)本發(fā)明，裝置有一個(gè)第一模具52，其形狀與待完成件的外表面形狀相適應(yīng)，和一個(gè)反向模具M(jìn)，其形狀與待完成件的內(nèi)表面形狀相適應(yīng)。這樣，模具接觸到待完成件處在凹形外部的表面，而反向模具接觸到待完成件處在凹形內(nèi)部的表面。反向模具M(jìn)具有多個(gè)通氣孔56。根據(jù)一種適于制造U型件的實(shí)施模式，具有U型截面的反向模具的厚度在整個(gè)截面上大體上是恒定的，其具有一個(gè)底部58和兩個(gè)大體平行的支臂60及預(yù)置在上述支臂60 端部的凸邊62，凸邊62沿著平行于底部58的方向朝上述支臂60的外部延伸。優(yōu)選地，反向模具以至少一塊具有管路的板材形狀出現(xiàn)，管路預(yù)置在底部58和支臂60處，開(kāi)通在上述至少一塊板材的兩側(cè)。根據(jù)一種實(shí)施模式，管路56由打孔或微型打孔獲得。當(dāng)模具和反向模具相互嵌合時(shí)，在它們之間限定出第一殼體64，預(yù)制件50安放其中。如圖4F所示，反向模具M(jìn)的凸邊62至少在聚合階段頂靠住設(shè)置在模具52的凸肩上，使部件的厚度處在要求的公差內(nèi)。如圖4F所示，該裝置同樣有一個(gè)第一半密封壁66，即透氣但阻止適于形成基質(zhì)的物質(zhì)通過(guò)，上述壁至少覆蓋反向模具M(jìn) ；—個(gè)由第二氣密壁70和上述第一半密封壁66所限定第二殼體68，以及一些用于吸取第二殼體68內(nèi)氣體的部件72。吸取氣體的部件72包括至少一條管路，其通過(guò)至少一個(gè)孔洞與第二殼體68相通。 因?yàn)楸绢I(lǐng)域技術(shù)人員熟知這些部件72，所以不再詳述。在噴涂操作模式的情況下，裝置包括至少一個(gè)供給適于形成基質(zhì)的物質(zhì)的供料器 74，通過(guò)至少一個(gè)孔洞開(kāi)通至第一殼體64。因?yàn)楸绢I(lǐng)域技術(shù)人員知曉這種供料器，所以不再詳述，然而，供料器尤其可以根據(jù)適于形成基質(zhì)的物質(zhì)和/或待完成件的功能有不同的構(gòu)型。第二氣密壁70可以以柔軟的和密封的隔膜的形式出現(xiàn)，如現(xiàn)有技術(shù)中的裝置那樣。
根據(jù)一種實(shí)施方式，透氣隔膜66由有微孔的織物組成，例如一種Gore-tex 類(lèi)織物。第一壁66和模具52之間及第二壁70和模具52之間預(yù)置有密封件76。進(jìn)一步地，該裝置在預(yù)制件兩側(cè)有一些有利于完成件脫模的可剝離織物，還有一個(gè)帶抗粘附保護(hù)層的格狀物或與可剝離織物配合的格狀物，它與托板52直接接觸，有利于預(yù)制件在噴涂前適于形成基質(zhì)的物質(zhì)在大尺寸的預(yù)制件上的表面擴(kuò)散。格狀物確保樹(shù)脂在預(yù)制件50的大部分表面上擴(kuò)散，以實(shí)現(xiàn)樹(shù)脂在大尺寸部件上延伸。根據(jù)本發(fā)明，模具52和反向模具M(jìn)是金屬的，舉例說(shuō)明，它們由鋁合金制造。事實(shí)上，模具或反向模具中其中至少一件不使用不隨溫度變化而膨脹的材料制作的話(huà)，這樣能降低工具的成本，也就降低了完成件的成本。根據(jù)本發(fā)明，置放在U型件外部的模具52至少由兩個(gè)部分52. 1和52. 2組成，兩個(gè)部分的連接區(qū)在底部位置，裝置包含控制52. 1部分和52. 2部分之間間距的控制件78，同時(shí)控制了待完成件的厚度。優(yōu)選地，適于形成基質(zhì)物質(zhì)的供料器74能穿過(guò)結(jié)合面80。這種布置同樣能在模具冷卻后脫模，因?yàn)槟＞咴诶鋮s時(shí)有收縮的趨勢(shì)。根據(jù)一種實(shí)施模式，結(jié)合面80處在待完成件的中央面位置。模具52兩個(gè)部分的尺寸使它們?cè)诰酆想A段時(shí)(圖4F)即在高溫時(shí)能貼合在一起， 并且它們?cè)诰酆想A段之前(圖4E，4D和4G)或聚合階段之后，即在溫度不太高時(shí)能夠分離開(kāi)。根據(jù)一種實(shí)施模式，控制模具的兩個(gè)部分52. 1,52. 2間距的部件78具有一個(gè)底座，其上表面有一個(gè)具有底部82的盆態(tài)形狀和邊緣84，底部給52. 1和52. 2兩個(gè)部分提供了一個(gè)能支撐和在其中滑動(dòng)的支撐面；以及兩個(gè)部分52. 1,52. 2至少在聚合階段時(shí)能頂靠住邊緣84，來(lái)控制上述兩個(gè)部分分離開(kāi)。作為變型，控制模具的兩個(gè)部分52. 1和52. 2的間距的裝置78可以由一塊極少隨溫度變化膨脹的材料做成拉條或拉桿形式。做成拉桿形式時(shí)，模具的兩個(gè)部分可以沿著上述拉桿滑動(dòng)直至頂靠住預(yù)置在上述拉桿每個(gè)端部的止動(dòng)塊上，至少在聚合階段時(shí)用以控制上述部分之間的間距。根據(jù)各種不同的變型，裝置78 一方面具有引導(dǎo)件來(lái)控制模具的兩個(gè)部分52. 1、 52. 2的運(yùn)動(dòng)，使其做分離運(yùn)動(dòng)，另一方面具有止動(dòng)塊，使模具的兩個(gè)部分52. 1,52. 2至少在聚合階段時(shí)能夠頂住，控制上述部分52. 1,52. 2之間的間距。反向模具M(jìn)是剛性或半剛性的，從而能承受包膜工序而不變形，在用作構(gòu)成基質(zhì)的樹(shù)脂的聚合溫度之下，反向模具M(jìn)的內(nèi)部形狀與待完成件的內(nèi)部幾何形狀相一致形成。裝置的使用方式如下。如圖4A所示，反向模具M(jìn)的內(nèi)表面86在第一時(shí)間內(nèi)備有一個(gè)吸取氣體的真空袋 88和一個(gè)接頭90。較優(yōu)地，同時(shí)還預(yù)置一個(gè)半密封薄膜(通氣但阻止樹(shù)脂通過(guò))和一個(gè)置放在反向模具M(jìn)和真空袋88之間的引流織物。然后，倒置反向模具54，凸邊62置放在一個(gè)托板上。將反向模具M(jìn)蒙上纖維折層或纖維卷使其形成一個(gè)預(yù)制件。在反向模具和預(yù)制件之間插入一個(gè)可剝離織物是有益處的。這樣，反向模具被當(dāng)作包膜柱使用。如圖4B所示，預(yù)制件在約100°C至150°C的溫度下被真空壓實(shí)(按照材料性質(zhì)變化)。為達(dá)此目的，一個(gè)壓固隔膜92覆蓋著預(yù)制件，插在上述壓固隔膜92和反向模具M(jìn)之間的密封件預(yù)置在預(yù)制件的周邊，使真空袋和壓固隔膜形成一個(gè)殼體。通過(guò)接頭90吸取氣體以獲得壓實(shí)的效果。優(yōu)選地，壓實(shí)隔膜92的外形與預(yù)制件的外形相適應(yīng)，為了不損壞預(yù)制件的邊角。 這種壓實(shí)工序能減少在邊角處出現(xiàn)暇疵的風(fēng)險(xiǎn)。隨后，如圖4C所示，移除壓實(shí)隔膜92，反轉(zhuǎn)反向模具M(jìn)，將其置放進(jìn)模具52，如圖 4D所示。在預(yù)制件和模具52之間事先要放入一塊引流織物和一個(gè)格狀擴(kuò)散器。為了在翻轉(zhuǎn)反向模具和將其置入模具52中時(shí)能夠使預(yù)制件緊緊頂靠住反向模具，要通過(guò)接頭90做減壓。這樣，反向模具被當(dāng)作預(yù)制件的搬運(yùn)工具使用。隨后，如圖4E所示，可以移除在壓實(shí)和包膜預(yù)制件時(shí)使用的真空袋88及其它可能使用的部件。最后，置放上第一壁66，一塊引流織物，第二壁70，以及各種不同的密封件或其它樹(shù)脂均勻浸漬預(yù)制件所必需的部件。根據(jù)被稱(chēng)作噴涂的操作模式，要預(yù)置一個(gè)樹(shù)脂供料器，在殼體68內(nèi)實(shí)施減壓以使樹(shù)脂均勻浸漬纖維。如圖4G所示，聚合之后要移除各種不同的隔膜。溫度低于50°C進(jìn)行制冷脫模，以利用模具和反向模具每個(gè)部分的熱收縮對(duì)應(yīng)于部件溫度收縮的差值，該差值引起反向模具與部件之間的分離和引起模具的至少一個(gè)部分與部件之間的分離。
權(quán)利要求
1.一種制造包含有浸漬在基質(zhì)中的纖維預(yù)制件(50)的凹形復(fù)合材料件的方法，該方法在于把所述預(yù)制板(50)置放在由接觸到待完成件外部凹形表面的模具(5 和接觸到待完成件內(nèi)部凹形表面的反向模具(54)所限定的第一殼體(64)內(nèi)，其特征在于要使用至少包含兩個(gè)部分(52. 1,52. 2)的模具(52)和控制所述至少兩個(gè)部分(52. 1,52. 2)之間的間距的裝置(78)，這兩個(gè)部分在聚合階段由于出現(xiàn)膨脹現(xiàn)象會(huì)貼合起來(lái)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種制造復(fù)合材料件的方法，其特征在于要使用引導(dǎo)件來(lái)控制模具的所述至少兩個(gè)部分(52. 1,52. 2)之間的間距，使所述模具的兩個(gè)部分(52. 1， 52. 2)之間做分離運(yùn)動(dòng)，還要使用止動(dòng)塊，使所述模具的兩個(gè)部分(52. 1,52. 2)至少在聚合階段時(shí)能夠頂靠住，用來(lái)控制所述兩個(gè)部分(52. 1,52. 2)之間的間距。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或權(quán)利要求2所述的一種制造復(fù)合材料件的方法，其特征在于要使用具有多個(gè)通氣孔(56)的反向模具(M)，并要吸取第一半密封壁(66)限定的殼體(68) 中的氣體，即透氣但阻止適于形成基質(zhì)的物質(zhì)通過(guò)，以便適于構(gòu)成基質(zhì)的物質(zhì)擴(kuò)散到所述預(yù)制件(50)中。
4.根據(jù)所述權(quán)利要求中任意一項(xiàng)權(quán)利要求所述的一種制造復(fù)合材料件的方法，其特征在于要把所述預(yù)制件置放在其內(nèi)表面?zhèn)溆姓婵沾?88)和接頭(90)的所述反向模具(54) 中，用以吸取氣體和維持所述預(yù)制件頂靠住所述反向模具。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種制造復(fù)合材料件的方法，其特征在于所述預(yù)制件要在真空中壓實(shí)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種制造復(fù)合材料件的方法，其特征在于壓實(shí)所述預(yù)制件的溫度約為100°C至150°C。
7.根據(jù)權(quán)利要求5或權(quán)利要求6所述的一種制造復(fù)合材料件的方法，其特征在于使用的壓實(shí)隔膜(92)與所述真空袋(88) —起形成殼體，所述預(yù)制件安置其中。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種制造復(fù)合材料件的方法，其特征在于使用的隔膜的外形要與所述預(yù)制件的外形相適應(yīng)，為了不損壞所述預(yù)制件的邊角。
9.一種制造包含有浸潤(rùn)在基質(zhì)中的纖維預(yù)制件(50)的凹形復(fù)合材料件的裝置，所述裝置具有與待完成件外部凹形表面接觸的模具(5 和與待完成件內(nèi)部凹形表面接觸的反向模具(M)，其特征在于所述模具(5 至少包含兩個(gè)部分(52. 1,52. 2)以及所述裝置有控制所述至少兩個(gè)部分(52. 1,52. 2)之間的間距的裝置(78)，這兩個(gè)部分在聚合階段由于出現(xiàn)膨脹現(xiàn)象會(huì)貼合起來(lái)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的一種制造復(fù)合材料件的裝置，其特征在于控制所述模具的所述至少兩個(gè)部分(52. 1,52. 2)之間間距的裝置(78)具有引導(dǎo)件來(lái)允許所述模具的所述兩個(gè)部分(52. 1,52. 2)之間做分離運(yùn)動(dòng)，還有使所述模具的所述兩個(gè)部分(52. 1,52. 2)至少在聚合階段時(shí)能夠頂靠住的止動(dòng)塊，用來(lái)控制所述兩個(gè)部分(52. 1,52. 2)之間的間距。
11.根據(jù)權(quán)利要求9或權(quán)利要求10所述的一種制造復(fù)合材料件的裝置，其特征在于 所述反向模具(54)具有凸邊(62)，其至少在聚合階段能夠頂靠住所述模具(5 預(yù)置的凸肩上。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種制造包含有一塊浸潤(rùn)在基質(zhì)中的纖維預(yù)制件(50)的凹形復(fù)合材料件的方法，該方法在于把上述預(yù)制板(50)置放在由接觸到待完成件外部凹形表面的模具(52)和接觸到待完成件內(nèi)部凹形表面的反向模具(54)所限定的第一殼體(64)內(nèi)，其特征在于要使用一個(gè)至少包含兩個(gè)部分(52.1，52.2)的模具(52)和一些用于控制上述至少兩個(gè)部分(52.1，52.2)之間間距的裝置(78)，這兩個(gè)部分在聚合階段由于出現(xiàn)膨脹現(xiàn)象會(huì)貼合起來(lái)。
文檔編號(hào)B29C33/48GK102216057SQ200980140345
公開(kāi)日2011年10月12日 申請(qǐng)日期2009年10月2日 優(yōu)先權(quán)日2008年10月6日
發(fā)明者塞巴斯蒂安·戈耶, 菲利普·布洛, 馬蒂厄·拉農(nóng)扎爾 申請(qǐng)人:空中巴士運(yùn)作公司