專利名稱：復(fù)合面板、用于制造復(fù)合面板的方法和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種制造復(fù)合層壓面板和復(fù)合層壓件的方法以及相關(guān)設(shè)備。所述復(fù)合部件通常但不排它地用于形成飛行器部件。
背景技術(shù)：
現(xiàn)代客機的機翼或尾翼結(jié)構(gòu)通常為強化的蒙皮構(gòu)造。蒙皮與翼梁和翼肋一起形成抵抗外部負(fù)載的抗扭箱。在機身情況下，彎曲的強化蒙皮面板與機身框架一起形成強化外殼。這些蒙皮傳 統(tǒng)上由鋁合金制成，但隨著飛行器性能變得越來越重要，復(fù)合蒙皮面板在飛行器的主要結(jié)構(gòu)構(gòu)造中也變得越來越受歡迎。主要結(jié)構(gòu)中的強化復(fù)合面板可用于水平尾翼、垂直尾翼和/或中央翼盒構(gòu)造中。所有這些結(jié)構(gòu)(除中央翼盒外)都是從氣動表面或外表面開始制造蒙皮。由于部件的厚度公差較小，這會在最后組裝中產(chǎn)生附加成本，因為在最后組裝中必需用合適的方法填充或調(diào)節(jié)蒙皮、翼肋與翼梁之間產(chǎn)生的間隙和/或失配以保持整個抗扭箱的氣動公差。如果蒙皮厚度公差能夠保持足夠精確而使得重要位置中的外型線(流線形)和內(nèi)型線(例如翼梁和翼肋底部、主起落架區(qū)域)的公差可得到控制，則能夠?qū)崿F(xiàn)最后組裝階段的明顯節(jié)約和全新的抗扭箱設(shè)計。US4683018描述了一種復(fù)合材料制造過程的方法，在該方法中，將層疊件放置在面向上的陰模上，然后用陽液壓機沖壓。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的第一方面提供一種制造面板的方法，所述面板包括復(fù)合蒙皮與至少一個復(fù)合加強件，該方法包括將第一和第二心軸定位在所述加強件的相對兩側(cè)上；將第一和第二壓實模具定位在所述蒙皮的相對兩側(cè)上；以及通過使所述壓實模具中的一個或兩個運動而壓實所述第一和第二壓實模具之間的所述蒙皮；其中，所述壓實模具的運動使得所述第一和第二心軸沿傾斜路徑朝所述加強件運動，從而壓實所述心軸之間的該加強件。通常，所述心軸在朝向所述加強件運動時抵靠其中一個壓實模具的傾斜表面滑動。通常，其中一個壓實模具具有槽，所述槽具有基部以及均從所述基部向外傾斜的第一壁和第二壁；所述心軸在朝向所述加強件運動時抵靠所述第一壁和第二壁滑動。本發(fā)明的第二方面提供一種用于制造復(fù)合面板的設(shè)備，該設(shè)備包括
第一心軸和第二心軸，各心軸均具有一對傾斜表面；第一壓實模具；以及第二壓實模具，其具有與所述第一心軸接合的第一傾斜表面和與所述第二心軸接合的第二傾斜表面。本發(fā)明的第三方面提供一種用于制造面板的方法，所述面板包括復(fù)合蒙皮與至少一個復(fù)合加強件，該方法包括在心軸上成形所述加強件；將所述加強件與所述心軸運送到結(jié)合站，在所述運送步驟中所述心軸支撐所述加強件的重量；以及在所述結(jié)合站處將所述加強件結(jié)合至所述蒙皮。 在運送步驟中利用心軸支撐所述加強件的重量使得操縱成本最小化并使得對所述加強件的損害最小化，否則將不得不轉(zhuǎn)移至單獨的運送工具。通常該方法還包括在所述結(jié)合站處將所述蒙皮鋪設(shè)在所述心軸上的加強件上，在所述鋪設(shè)步驟中所述心軸支撐所述加強件的重量。本發(fā)明的第四方面提供一種用于制造復(fù)合面板的方法，該方法包括穿過所述面板裝配一控制件；穿過壓實模具裝配一插塞；使所述控制件與所述插塞接合；使所述插塞與所述壓實模具的基準(zhǔn)面接合；利用所述壓實模具壓實所述面板；以及在所述面板被壓實后，使所述插塞脫離所述控制件。本發(fā)明的第四方面使得能通過成形壓實模具、插塞和控制件而將面板的厚度精確控制到期望公差。所述控制件可留在面板中的合適位置，或在后繼步驟中移除。通常，所述壓實模具包括模具主體以及裝配在所述模具主體的孔中的引導(dǎo)插入件。所述模具主體，或者更加優(yōu)選地，所述弓I導(dǎo)插入件提供所述基準(zhǔn)面。通常，所述引導(dǎo)插入件具有與所述模具主體的外表面接合的凸緣，所述插塞具有在其與所述控制件接合時與所述引導(dǎo)插入件的所述凸緣接合的凸緣。本發(fā)明的第五方面提供一種用于制造復(fù)合面板的設(shè)備，該設(shè)備包括控制件；用于壓實所述面板的壓實模具；以及插塞，其尺寸設(shè)定為穿過所述壓實模具并與所述控制件接合，并且在所述面板被壓實之后可脫離所述控制件，其中所述壓實模具具有在所述插塞穿過所述壓實模具時與所述插塞接合的基準(zhǔn)面。通常，所述控制件為柱狀銷，并由碳或與形成所述面板的材料相容的某些其它材料形成。通常，所述插塞與所述控制件具有在所述插塞穿過所述壓實模具時彼此接合的凸部和凹部。通常，所述凸部向內(nèi)成錐形，所述凹部向外張開。這使得這些部分能夠以一角度脫離。優(yōu)選的是，所述凸部從所述面板的外側(cè)或氣動側(cè)伸出。
本發(fā)明的第六方面提供一種制造復(fù)合層壓件的方法，所述方法包括將所述復(fù)合層壓件放置在面向上的陽模上，由此所述復(fù)合層壓件在其與所述陽模接合的種子區(qū)域處被局部壓縮，并在重力作用下在該種子區(qū)域的相對兩側(cè)下垂；以及使所述層壓件變形以使所述層壓件在所述種子區(qū)域的相對兩側(cè)上抵靠所述陽模而被模制。本發(fā)明第六方面的方法與US4683018中所述的布置相顛倒，即使陽模面向上而不是面向下。所產(chǎn)生的構(gòu)造使得所述層壓件能夠在所述種子區(qū)域的相對兩側(cè)上容易地變形而不起皺。相比之下，在US4683018的布置中，層疊件的與陰型模接合的兩邊緣首先被壓縮，其中央在重力作用下下垂。這限制了層疊件在其邊緣不起皺的情況下變形的能力。通常，所述陽模在其與所述復(fù)合層壓件接合的區(qū)域(S卩，種子區(qū)域)局部彎曲，并具有位于所述種子區(qū)域相對兩側(cè)的傾斜表面。
本發(fā)明的方法可用于形成用于多種用途的復(fù)合部件，最常用的是作為飛行器部件。該部件可以是例如強化面板、或強化面板的縱梁。


下面將參照附圖描述本發(fā)明的實施方式，附圖中圖I至圖3為形成預(yù)制件的三個步驟的側(cè)剖視圖；圖4為下壓實模具的側(cè)剖視圖；圖5為在適當(dāng)位置處的具有六個縱梁和心軸的下壓實模具的側(cè)剖視圖；圖6為在適當(dāng)位置處的上壓實模具和具有六個縱梁和心軸的下壓實模具的側(cè)剖視圖；圖7為圖6的組件的局部放大圖；圖8示出了導(dǎo)向孔的形成；圖9示出了位于合適位置的銷和插塞；圖10示出了插塞的細(xì)節(jié)；圖11為示出了壓實過程中心軸的運動的下壓實模具的側(cè)剖視圖；圖12和圖13是在利用陰沖壓模形成預(yù)制件時的兩個步驟的側(cè)剖視圖。
具體實施例方式圖I至圖3示出了形成L形的縱梁預(yù)制件的方法。在第一步驟中，將預(yù)浸料坯層疊件安裝在“定型框(picture frame)”支撐組件中。在圖I中，為了例示目的，示出了預(yù)浸料坯層疊件的兩個層片4、5，但應(yīng)理解通?？墒褂萌魏螖?shù)量的層片。各層片均包括一排用樹脂浸潰過的單軸向纖維。該纖維可由任何合適的材料形成，例如碳、玻璃或芳族聚酸胺和硼。相鄰層片中的纖維以不同角度延伸例如一個層片中的纖維可以與縱梁軸線成0°地延伸，下一層片中的纖維可以與縱梁軸線成45°地延伸，下一層片中的纖維可以與縱梁軸線成135°地延伸(縱梁軸線為橫交于圖1-3的截面的軸線)。定型框支撐組件包括一組繞層疊件外周布置的彈簧加載滾子。圖I是穿過層疊件的剖視圖，因此僅示出四個滾子6-9。除了使用定型框支撐組件外，還可使用任何合適方法來支撐層疊件。
具有一對傾斜表面2、3的陽心軸I與層疊件接觸，并移除定型框支撐組件。將層疊件加熱到通常為90°C至120°C范圍內(nèi)的溫度。該熱量可通過加熱/冷卻心軸I而施加，或通過用紅外線加熱器加熱層疊件然后在其溫度明顯降低之前快速進行成形而施加。如圖2所示，層疊件上還鋪設(shè)有單個膜片12，膜片與心軸之間的空腔被排空以使層疊件抵靠心軸變形。任選地，在層疊件與心軸之間還可鋪設(shè)第二膜片(未示出)，將兩個膜片之間的空腔以及下膜片與心軸之間的空腔排空。當(dāng)L形預(yù)制件與另一 L形預(yù)制件如圖5所示背對背放置時，部分10形成縱梁支腳的一部分，部分11形成縱梁葉片的一部分。如圖2所示，在將層疊件放置在面向上的陽心軸上之后，其在與心軸的局部彎曲角部接合的區(qū)域13中被局部壓縮。該壓實區(qū)域13提供作為層疊件后繼變形根源的所謂的“種子點”或“種子區(qū)域”。注意，層疊件在重力作用下在種子區(qū)域13的相對兩側(cè)下垂。下 層片5下垂超過上層片4，從而使層片之間的間距在種子區(qū)域的相對兩側(cè)逐漸變大。由于種子區(qū)域13的相對兩側(cè)不受支撐，在貼著陽模模制時層片之間會自由滑移。種子區(qū)域兩側(cè)上的層片變形可在支腳部分10與葉片部分11上形成更為復(fù)雜的設(shè)計(例如在蒙皮坡面或托墊上方)。成形之后，利用超聲波切割器或水射流切割器將預(yù)制件切成凈形狀。在所有預(yù)制件形成之后，將預(yù)制件和心軸運送到結(jié)合站，在運送階段心軸支撐加強件的重量。圖4示出了位于結(jié)合站處的下壓實模具20。模具20包括六個喇叭槽(其中一個槽標(biāo)以附圖標(biāo)記21)。各槽21具有基部22以及均從該基部向上傾斜的第一壁23和第二壁24。在圖4所示的截面中，模具20還形成有微彎曲部(不過彎曲部的形狀和深度可以因模具的截面而異，以形成面板的期望形狀)。在如圖5所示定位所有心軸之后，在各背對背的成對預(yù)制件之間安設(shè)帶狀填料。為了例示，僅示出了一個帶狀填料30。在期望精確控制面板厚度的面板主要界面區(qū)域還安設(shè)有切割板31。圖5中僅示出了一個切割板31，但是通常在模具上方會分布許多這樣的切割板。切割板31可由聚四氟乙烯(PTFE)、尼龍、玻璃纖維、硬橡膠或類似材料形成。在該階段，可施加熱的真空包循環(huán)以確保所有心軸和預(yù)制件都被預(yù)壓實并處于其正確位置。這對預(yù)浸料坯加強件來說可能是一個尤其重要的加工步驟，以確保多余樹脂從層中滲出。然后如圖6和圖7所示，用成型帶鋪設(shè)機(或手動鋪設(shè))將復(fù)合蒙皮40鋪設(shè)在心軸上。這與其中組件相反取向的可選布置(即，蒙皮位于底部而縱梁位于頂部)相比是有利的。在所述可選布置中，必須提供在將縱梁鋪設(shè)到蒙皮上時支撐縱梁重量的某種裝置(除了心軸之外)。然后利用銷(未示出)使上壓實模具45與下壓實模具20對齊，這些銷沿模具邊緣處的線46、47穿過?？梢栽谛妮S與縱梁之間以及蒙皮與上壓實模具45之間結(jié)合透氣層(例如薄層編織尼龍布)。這是因為某些材料會略微揮發(fā)，因此為了獲得良好質(zhì)量，層壓件必須能夠“呼吸”。在模具45的主體中設(shè)置與PTFE切割板31對齊的孔50。各孔均裝配有具有環(huán)形凸緣51的硬化鋼引導(dǎo)插入件51，環(huán)形凸緣51與上模具45的外表面接合。
在模具對齊后，如圖8所示，利用沖壓模具60抵靠PTFE切割板31穿過引導(dǎo)插入件沖出貫通蒙皮層40的導(dǎo)向孔。然后如圖9所示，將具有向內(nèi)成錐形的圓錐形凸端部71的碳銷70裝配在蒙皮40的孔中。然后穿過引導(dǎo)插入件安裝密封插塞75，密封插塞75在圖9中示意性示出而在圖10中更加詳細(xì)地示出。參照圖10，各密封插塞75包括軸76和頭部78，軸76的遠端具有向外張開的錐形凹部77，頭部78具有用于接收螺絲刀的槽79。軸76具有螺紋部分80并承載一對O型環(huán)81、82。弓丨導(dǎo)插入件具有內(nèi)螺紋(未示出)，該內(nèi)螺紋能夠使密封插塞75擰入穿過上壓實模具的引導(dǎo)插入件中，直到碳銷70的凸端部71接合插塞75的端部處的凹槽77，插塞的頭部78的下側(cè)與引導(dǎo)插入件的凸緣51接合。凸緣51作為基準(zhǔn)面以精確控制插塞的頭部與PTFE切割板31之間的距離。此時，碳銷70和密封插塞75與上模具45與凸緣51的硬度相結(jié)合而限定面板的厚度。
在安裝了所有的碳銷與密封插塞之后，檢查整個模具的真空完整性。然后將模具 轉(zhuǎn)移到壓熱器以進行固化。在固化期間，該模具被加熱到近似180°C，在模具20、45之間形成真空，并增加壓熱器中的壓力。為了解決固化期間復(fù)合材料的體積減小，可在固化期間在模具之間噴射樹脂。任選地，在固化步驟之前還可施加熱成形循環(huán)。施加與固化時一樣的真空和壓力，但溫度被降到較低的溫度(通常為90-120°C)。固化之后，抬走上模具45。插塞75的凹部77的張開形狀使得在需要時能夠與垂直方向成一角度地抬走上模具45，同時使插塞75與銷70容易分開。于是，銷70在面板中保持不動。銷70通常位于蒙皮內(nèi)側(cè)與翼肋支腳或翼梁支腳之類的部件接合之處的區(qū)域中。在隨后的步驟中，使碳銷70 (以及面板的包圍銷的區(qū)域)遠離蒙皮的外側(cè)鉆出而留下一孔，在該孔的區(qū)域內(nèi)具有精密控制的面板厚度。注意，銷的錐形端71從蒙皮40的外側(cè)(該外側(cè)在使用時提供氣動表面)伸出，該銷的另一端與蒙皮的內(nèi)側(cè)齊平。這與其中銷從蒙皮的內(nèi)側(cè)伸出的另選布置相比具有很多優(yōu)點。首先，這意味著蒙皮內(nèi)側(cè)的部件(例如翼肋支腳或翼梁支腳)不需要具有錐形凹部來容納蒙皮的突出部；其次，從蒙皮外側(cè)更容易看見突出部，從而更容易定位要鉆出的銷。然后，將生成的增強面板用于形成飛行器的機翼、尾翼或機身的蒙皮結(jié)構(gòu)的一部分。在熱形成和固化處理期間，心軸通過圖11示出的機理壓實縱梁葉片。圖11示出了具有與圖6所示的模具輪廓略微不同的下壓實模具。然而圖6的模具中的心軸在壓實期間也以類似的方式運動。圖11示出了位于由基部102與均從該基部102向外傾斜的一對壁103、104限定的喇叭槽中的一對心軸100、101。切割板105裝配到其中一個心軸101上。圖11示出了在熱成形循環(huán)之前心軸的位置。在該階段，心軸從槽的基部102移位一距離106。注意，為了例示目的，距離106在圖11中被大大放大。圖6中的心軸在熱成形和固化之前也從槽21的基部22移位。由于施加了真空，所以位于蒙皮的相對兩側(cè)上的壓實模具的向內(nèi)運動使得蒙皮被壓實。壓實模具的該相對運動也導(dǎo)致縱梁葉片107的相對兩側(cè)上的心軸100、101沿箭頭108、109所示的傾斜收斂路徑朝所述葉片運動，從而在心軸之間壓實葉片。心軸在運動時抵靠壓實模具中的槽的傾斜壁103、104滑動。心軸100、101運動近似相等的量，以確?？v梁葉片107的中心不從其期望位置向左或向右運動。以上的處理涉及由預(yù)浸料坯形成的復(fù)合面板的形成。然而，本發(fā)明同樣也可用于由干燥纖維、編織干燥纖維或無卷曲織物(NCF)形成復(fù)合面板。在該情況下，預(yù)制件用水射流切割切割成凈形狀，或者可利用凈形狀的3D編織預(yù)制件。將所完成的(可能是3D加強的)平坦蒙皮運送到預(yù)制件的頂部，使得該過程比預(yù)浸料坯帶鋪帶機快得多。在干燥纖維的情況下，可利用半自動的層/纖維布置。在使用編織干燥纖維預(yù)成形件時，也可以穿過縱梁葉片41插入全厚度加強件，以省略緊固件和/或改善損傷容限。 在圖I所示的過程中，與一個或兩個膜片相結(jié)合而在陽心軸I上成形預(yù)浸料坯。在干燥織物的情況下，可用陰沖壓模具取代膜片，如圖12和13所示。將層疊件112放置在面向上的陽心軸111上。注意，如圖2中一樣層疊件會發(fā)生下垂，但在圖12中未示出以簡化該圖。陰沖壓模具110在液壓動力作用下向下沖壓，直到層疊件變形成順應(yīng)陽心軸111，如圖13所示。圖12和13所示的沖壓成型方法具有以下優(yōu)點，即與圖1-3所示的真空成形方法相比提高了成形力，這可以實現(xiàn)更加復(fù)雜的縱梁設(shè)計。在真空成形方法中，層疊件通常被加熱到位于90°C至120°C范圍內(nèi)的溫度。該熱量可通過加熱模具110、111施加，或通過利用紅外加熱器加熱層疊件然后在其溫度明顯下降之前快速沖壓而施加。在預(yù)浸料坯的情況下，在壓熱器中對部件進行固化，但在干燥纖維部件的情況下，在具有一體加熱工具的壓熱器外預(yù)先進行浸泡。盡管以上已經(jīng)參照一個或多個優(yōu)選實施方式描述了本發(fā)明，但是應(yīng)理解的是，在不偏離所附權(quán)利要求中限定的本發(fā)明范圍的情況下可作出多種變化或改變。
權(quán)利要求
1.一種用于制造復(fù)合面板的方法，該方法包括 穿過所述面板裝配一控制件； 穿過壓實模具裝配一插塞； 使所述控制件與所述插塞接合； 使所述插塞與所述壓實模具的基準(zhǔn)面接合； 利用所述壓實模具壓實所述面板；以及 在所述面板被壓實后，使所述插塞脫離所述控制件。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中，所述壓實模具包括模具主體以及裝配在所述模具主體的孔中的引導(dǎo)插入件；并且所述弓I導(dǎo)插入件提供所述基準(zhǔn)面。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的方法，該方法還包括使所述插塞和所述控制件的凸部和凹部接合。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中，所述控制件具有與所述插塞的凹部接合的凸部；并且所述控制件的所述凸部伸出所述面板的外表面之外。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中所述面板為飛行器部件。
6.一種用于制造復(fù)合面板的設(shè)備，該設(shè)備包括 控制件； 用于壓實所述面板的壓實模具；以及 插塞，其尺寸設(shè)定為穿過所述壓實模具并與所述控制件接合，并且在所述面板被壓實之后可脫離所述控制件， 其中所述壓實模具具有在所述插塞穿過所述壓實模具時與所述插塞接合的基準(zhǔn)面。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的設(shè)備，其中，所述控制件為柱狀銷。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的設(shè)備，其中，所述控制件由碳形成。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的設(shè)備，其中，所述壓實模具包括模具主體以及裝配到所述模具主體的孔中的弓I導(dǎo)插入件；并且所述弓I導(dǎo)插入件提供所述基準(zhǔn)面。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的設(shè)備，其中，所述引導(dǎo)插入件具有與所述模具主體的外表面接合的凸緣，所述插塞具有在其與所述控制件接合時與所述引導(dǎo)插入件的所述凸緣接合的凸緣。
11.根據(jù)權(quán)利要求6所述的設(shè)備，其中，所述插塞與所述控制件具有在所述插塞穿過所述壓實模具時彼此接合的凸部和凹部。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的設(shè)備，其中，所述凸部向內(nèi)成錐形，所述凹部向外張開。
13.一種根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法制造的復(fù)合面板。
全文摘要
本發(fā)明涉及復(fù)合面板、用于制造復(fù)合面板的方法和設(shè)備。用于制造復(fù)合面板的方法包括穿過所述面板裝配一控制件；穿過壓實模具裝配一插塞；使所述控制件與所述插塞接合；使所述插塞與所述壓實模具的基準(zhǔn)面接合；利用所述壓實模具壓實所述面板；以及在所述面板被壓實后，使所述插塞脫離所述控制件。
文檔編號B29D99/00GK102873880SQ20121034484
公開日2013年1月16日 申請日期2007年6月4日 優(yōu)先權(quán)日2006年7月14日
發(fā)明者里斯托·卡利寧 申請人:空中客車英國運營有限責(zé)任公司