專利名稱:用于制造具有變化厚度的復(fù)合材料的工件的方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及制造復(fù)合材料工件的方法,并且更具體而言,涉及用于具有邊緣區(qū)域的航空結(jié)構(gòu)的由復(fù)合材料制成的工件的制造方法,具有最小的厚度和/或厚度急劇變化。
背景技術(shù):
目前,尤其在航空工業(yè)中,在大量不同的結(jié)構(gòu)元件內(nèi),大規(guī)模地使用包括有機(jī)基質(zhì)和連續(xù)纖維的材料,尤其例如,碳纖維增強(qiáng)塑料或CFRP,以及玻璃纖維增強(qiáng)塑料或GRFP。例如,使用CFRP,可制造包括飛機(jī)升力面(肋條、桁條、翼梁(spar)、以及蒙皮)的載荷傳遞箱(load transfer box)的所有元件。沿著翼展的方向,使用桁條加強(qiáng)形成載荷傳遞箱的一部分的蒙皮,這就提高了蒙皮的屈曲特性以及阻力,具有不同的橫斷面,例如,T、I或J形的橫斷面。由于增強(qiáng)板元件具有更大的慣性,所以桁條(Stringer)元件的整個高度有利于穩(wěn)定面板。通常,桁條部署成彼此平行,從而形成所確定的角度,均具有前翼梁和后翼梁。這種配置能夠使桁條處于主載荷方向,并且在最重要的結(jié)構(gòu)區(qū)域內(nèi),增大桁條的數(shù)量。桁條具有這種平行的配置以及這兩個翼梁彼此不平行的事實(shí),使得桁條接近翼梁時,由于存在所述翼梁,所以桁條受到干擾。由于桁條抵靠前翼梁向上延伸或者由于任何其他原因,所以在結(jié)束之后且在延伸出(未加強(qiáng)的)蒙皮面板之前,桁條的端部使得載荷的重新分布由桁條和蒙皮所支撐。這就產(chǎn)生了兩個主要的影響:-由于向上或向下彎曲加強(qiáng)的蒙皮,會產(chǎn)生張緊和壓縮的情況,所以桁條伸出(脫離)時,蒙皮的結(jié)構(gòu)配置的離散變化會產(chǎn)生桁條脫離的力矩,該力矩易于剝離桁條和蒙皮之間的連接線。-同時,必需通過連接線,重新分布載荷,從而在桁條脫離之后,將桁條所承受的載荷移動到蒙皮中。高載荷級別(例如,機(jī)翼上經(jīng)受的載荷級別)的情況會損害連接線的阻力。在機(jī)翼的側(cè)向載荷傳遞箱的蓋體內(nèi),蒙皮和桁條之間的共同結(jié)合的接點(diǎn)在高載荷的情況下承受幾百噸的高載荷,接近一些臨界區(qū)域內(nèi)其最大的結(jié)構(gòu)載荷,例如,機(jī)翼內(nèi)桁條的脫離區(qū)域的情況。由于兩個主要的影響造成的高剝離載荷,所以這些共同結(jié)合的接頭可就在桁條基部(foot,底部)處斷裂:第一個影響在于,消除了桁條芯部,這就在桁條脫離時,引起剝離力,在完全消除芯部的位置具有載荷峰值;第二個影響在于,由于桁條基部脫離,這就在桁條基部結(jié)束的位置,產(chǎn)生切割載荷峰值。在普通的桁條脫離的配置中,桁條的基部和芯部在相同的位置中結(jié)束,并且所述負(fù)荷重疊,影響到接頭的結(jié)構(gòu)可靠性。從結(jié)構(gòu)上看,在其邊緣區(qū)域逐漸減小桁條的基部和芯部的厚度,這有助于解決所述問題,然而,由于這涉及到厚度的減小與通常用于制造桁條的成形工具不匹配,所以這會引起制造問題。在由復(fù)合材料制成的其他工件(在某個區(qū)域內(nèi),其厚度急劇變化)內(nèi),可發(fā)現(xiàn)相似的問題。
本發(fā)明的目的在于解決這些問題。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個目的在于,提供一種用于制造復(fù)合材料的工件(11)的方法,所述工件在其一區(qū)域中具有厚度變化,并且尤其在厚度非常小的接近其端部的邊緣區(qū)域上。本發(fā)明的另一個目的在于,提供一種用于制造由復(fù)合材料制成的工件方法,所述工件在工件的區(qū)域內(nèi)具有厚度變化,并且尤其在邊緣區(qū)域上,相同設(shè)備用于制造不具有厚度變化的工件。利用用于制造在其區(qū)域內(nèi)具有厚度變化的復(fù)合材料的工件的方法,獲得這些和其他目的,所述方法包括第一堆疊階段和第二定形和干燥階段,在所述第二定形和干燥階段中,在受到所述厚度變化影響的所述區(qū)域之外,使用成形工具,所述成形工具適合于所述工件的構(gòu)造;。在所述堆疊階段的第一子階段中,利用具有產(chǎn)生所述厚度變化所需的尺寸的一些織物來堆疊所述工件的一個或多個預(yù)成型件。在所述堆疊階段的第二子階段中,具有可剝離材料的壓層使用在所述第一子階段得到的堆疊上。在所述堆疊階段的第三子階段中,在受到所述厚度變化影響的區(qū)域內(nèi),在所述復(fù)合材料壓層堆疊一些補(bǔ)充的織物,其方式使得所獲得的堆疊具有適于成形工具的必需厚度。在所述定形和干燥階段結(jié)束后,分離了成形工具之后,移除從所述補(bǔ)充的織物和可剝離材料的壓層(35)得到的壓層。為了獲得最好的優(yōu)點(diǎn),工件的織物為由CFRP制成的織物,并且補(bǔ)充的織物為由CFRP或GFRP制成的織物??蛇m用本方法的復(fù)合材料的工件是由芯部和基部構(gòu)造的航空結(jié)構(gòu)的加強(qiáng)桁條,在桁條的區(qū)域內(nèi),其厚度變化,并且尤其地,在桁條的邊緣區(qū)域內(nèi),其厚度減小。在用于制造T形桁條的本發(fā)明的方法的一個實(shí)施例中,在所述堆疊階段,利用工件的織物、由可剝離材料制成的一些壓層以及一些補(bǔ)充的織物來堆疊兩個扁平的預(yù)成型件。在所述定形和干燥階段,在第一子階段內(nèi)從所述扁平的預(yù)成型件獲得一些L形預(yù)成型件,并且在所述第二子階段,從通過連接所述L形預(yù)成型件獲得的桁條移除從所述補(bǔ)充的織物和可剝離材料的壓層獲得的壓層,從而獲得T形桁條。為了獲得最好的優(yōu)點(diǎn),T形桁條的厚度變化是,芯部和基部兩者的厚度在所述邊緣區(qū)域減小。為了獲得最好的優(yōu)點(diǎn),芯部和基部在所述邊緣區(qū)域的端部處的厚度減小包括60%至80%之間的相鄰區(qū)域的厚度。參看附圖,在通過其目標(biāo)的示范性實(shí)施例描述的具體實(shí)施方式
中,公開了本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點(diǎn)。
圖1顯示了用于制造T形復(fù)合材料的桁條的已知方法的示意圖;圖2顯示了根據(jù)本發(fā)明用于制造T形復(fù)合材料的桁條的方法的示意圖;圖3顯示了在根據(jù)本發(fā)明的制造具有厚度減小的邊緣區(qū)域的T形復(fù)合材料的桁條的方法中所使用的織物的堆疊;圖4a和4b分別為T形桁條的頂視圖和正視圖,使用根據(jù)本發(fā)明的方法由復(fù)合材料制造該祐1條。
具體實(shí)施例方式在航空工業(yè)中,眾所周知工件的制造工序,其基本上包括第一堆疊階段和第二成形階段。在堆疊階段,幾層復(fù)合材料位于適當(dāng)成形的模具/成形工具內(nèi),復(fù)合材料例如為預(yù)浸材料,其為儲存易感纖維增強(qiáng)和聚合物基質(zhì)的混合物。這種材料可具有多種形式,并且尤其具有織物的形式。對于熱固性基質(zhì)而言,通常部分地干燥樹脂,或者以其他方式達(dá)到該樹脂的粘度,稱為B階段。并非隨意地放置復(fù)合纖維織物,而是將其設(shè)置在每個區(qū)域內(nèi),根據(jù)每個區(qū)域內(nèi)支撐工件的力的性質(zhì)和大小,確定纖維增強(qiáng)(通常為碳纖維)的數(shù)量和方向。在第二階段,執(zhí)行成形和干燥工序,其基本上包括,將從第一階段得到的扁平的壓層放置在具有適當(dāng)幾何結(jié)構(gòu)的成形工具或心軸上,并且根據(jù)給定周期來施加熱量和真空,從而所述壓層適于成形工具的形式。繼續(xù)采用這種工序,眾所周知制造T形桁條的工序,如圖1中的示意圖所示。在堆疊階段,使用由CFRP制成的一些織物31、33,獲得一些扁平的預(yù)成型件21、23。這些預(yù)成型件21、23經(jīng)受第一成形子階段(未顯示),在該階段,獲得L形預(yù)成型件
24、27,然后,使用成形工具29,這些預(yù)成型件經(jīng)受成形和干燥的第二子階段。在成形和干燥工序結(jié)束時,移除成形工具25之后,獲得T形桁條11。下面描述根據(jù)本發(fā)明制造T形桁條的方法。本發(fā)明要解決的問題涉及,制造具有厚度變化的區(qū)域的這些桁條中的一些桁條(在其余桁條內(nèi)未發(fā)現(xiàn)這種厚度變化),或者這種厚度變化包括對于可用成形工具來說織物急劇減少。使用可用的成形工具制造桁條,這會由于未將成形工具調(diào)整成適合于桁條的配置,從而引起桁條孔隙度問題。圖2顯示了根據(jù)本發(fā)明的具有很小厚度的邊緣區(qū)域的T形桁條的制造工序。在堆疊階段,應(yīng)用兩個扁平的預(yù)成型件21、23。進(jìn)入圖3,可見,在第一子階段,堆疊用于扁平的預(yù)成型件21的CFRP的一些織物31,在到達(dá)邊緣區(qū)域13的端部之前,切割一部分織物,其方式使得逐漸減小厚度;在第二子階段,可剝離材料的壓層35位于織物31上,并且在第三子階段,堆疊補(bǔ)充的織物41,這些織物可為由CFRP、GFRP或其他材料制成的織物。利用相似方法,堆疊用于扁平的預(yù)成型件23的CFRP的一些織物33,在到達(dá)邊緣區(qū)域13的端部之前,切割一部分織物,從而逐漸減小厚度;可剝離材料的壓層35位于織物33和補(bǔ)充的織物43上方,這些織物可為由CFRP、GFRP或其他材料制成的織物。該定形(成形)和干燥子階段與圖1中的定形和干燥子階段相似。在定形和干燥階段結(jié)束時,移除成形工具29時,獲得具有恒定厚度的邊緣區(qū)域的桁條11’,并且通過移除與所述補(bǔ)充的織物41、43及可剝離材料的壓層35相應(yīng)的壓層45、47,從中獲得所需要的桁條11。圖4a和4b顯示了根據(jù)本發(fā)明的工序制造的T形桁條11的邊緣區(qū)域,具有厚度減小的芯部53和基部51,與蒙皮55結(jié)合。桁條11的芯部53的邊緣部分顯示了制造之后產(chǎn)生的切口。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于,需要制造具有厚度減小的邊緣區(qū)域或劇削薄的芯部53的桁條時,在其邊緣或另一個區(qū)域內(nèi),無需修改成形工具29。本發(fā)明的另一個優(yōu)點(diǎn)在于,避免了在桁條的邊緣區(qū)域的制造缺陷,尤其是孔隙度缺陷。雖然已經(jīng)根據(jù)若干個實(shí)施例描述了本發(fā)明,但是根據(jù)所述實(shí)施例,必需理解的是,能夠具有部件的組合、變化或改進(jìn),這在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種用于制造復(fù)合材料的工件(11)的方法,所述工件在其一區(qū)域中具有厚度變化,所述方法包括第一堆疊階段和第二定形和干燥階段,其特征在于: -在所述第二定形和干燥階段中,在受到所述厚度變化影響的所述區(qū)域之外,使用成形工具(29),所述成形工具適于所述工件(11)的形狀; -在所述堆疊階段的第一子階段中,堆疊所述工件的一個或多個預(yù)成型件(21、23),所述預(yù)成型件具有產(chǎn)生所述厚度變化所需的尺寸的一些織物(31、33 ) -在所述堆疊階段的第二子階段中,在從所述第一子階段得到的堆疊物的頂部上使用可剝離材料的壓層(35), -在所述堆疊階段的第三子階段中,在受到所述厚度變化影響的區(qū)域內(nèi),在所述復(fù)合材料壓層(35)的頂部上堆疊一些補(bǔ)充的織物(41、43),使得所獲得的堆疊物具有適于成形工具(29)的必需厚度, -在所述定形和干燥階段結(jié)束時移除成形工具(29)之后,從所述補(bǔ)充的織物(41、43)和可剝離材料的壓層(35)中移除所獲得的壓層(45、47)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法,其中,所述織物(31、33)是由CFRP制成的織物,并且所述補(bǔ)充的織物(41、43)是由CFRP或GFRP制成的織物。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法,其中,所述工件(11)是航空結(jié)構(gòu)的加強(qiáng)桁條,所述加強(qiáng)桁條包括芯部和基部。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法,其中,所述桁條(11)是T形的。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法,其中,在所述堆疊階段期間,兩個扁平的預(yù)成型件(21、23 )被堆疊有織物(31、33 )、由可剝離材料制成的一些壓層(25 )以及一些補(bǔ)充的織物(41、43),在所述定形和干燥階段中,在第一子階段中由所述扁平的預(yù)成型件(21、23)獲得一些L形預(yù)成型件(25、27 ),并且在所述第二子階段中,從通過連接所述L形預(yù)成型件(25、27 )獲得的桁條(11’)移除由所述補(bǔ)充的織物(41、43)和可剝離材料的壓層(35)獲得的L形壓層(45,47),從而獲得T形桁條(11)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法,其中,在桁條(11)的邊緣區(qū)域(13)上發(fā)生所述厚度變化。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法,其中,所述厚度變化是,芯部(53)和基部(51)兩者的厚度在所述邊緣區(qū)域(13)內(nèi)減小。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法,其中,芯部(53)和基部(51)在所述邊緣區(qū)域(13)的端部處的厚度減小包括相鄰區(qū)域(15)的厚度的60%至80%之間。
全文摘要
提供了一種用于制造具有變化厚度的復(fù)合材料的工件的方法。方法包括第一堆疊階段和第二定形和干燥階段,其中,在所述第二階段,在受到厚度變化影響的區(qū)域之外,使用成形工具(29),其適合于工件(11)的配置;在所述第一階段,所述工件的一個或多個預(yù)成型件(21、23)依次地堆疊有具有產(chǎn)生所述厚度變化所需的尺寸的一些織物(31、33)、可剝離材料的一些壓層(35)、以及一些補(bǔ)充的織物(41、43),其方式使得所產(chǎn)生的層具有適于成形工具(29)的所需厚度,并且在所述第二階段結(jié)束時,移除來自所述補(bǔ)充的織物(41、43)以及可剝離的材料的壓層(35)的壓層(45、47)。
文檔編號B29C70/34GK103182783SQ20121059157
公開日2013年7月3日 申請日期2012年12月31日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月29日
發(fā)明者亞歷杭德羅·費(fèi)爾南德斯·阿隆索, 阿奎利諾·加西亞·加西亞, 卡洛斯·羅蒙·巴諾貢, 弗朗西斯科·哈維爾·奧諾拉托·魯伊斯, 喬治·胡安·加利亞納·布蘭科, 巴勃羅·賽沃利亞·加羅費(fèi), 佩德羅·諾格羅萊斯·瓦因斯 申請人:空中客車西班牙運(yùn)營有限責(zé)任公司