用于將設(shè)備附接到由復(fù)合材料制成的結(jié)構(gòu)的方法和系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種將固定板放置在復(fù)合材料制成的結(jié)構(gòu)上的方法，通過在真空條件下注入樹脂獲得所述結(jié)構(gòu)，所述技術(shù)包括：將纖維預(yù)制體(14)放置在閉合模具中；將熱固樹脂注入到模具中；以及在冷卻之前使得樹脂聚合，所述方法應(yīng)用于在將纖維預(yù)制體放置到合適位置中之前抵靠模具壁安裝金屬板(20)，并且在樹脂注入到模具中之后樹脂沉積在固定板和纖維預(yù)制體之間。方法可以特別地應(yīng)用于將設(shè)備固定在航空發(fā)動機(jī)的燃?xì)鉁u輪機(jī)的復(fù)合材料風(fēng)扇罩上。
【專利說明】用于將設(shè)備附接到由復(fù)合材料制成的結(jié)構(gòu)的方法和系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明整體涉及將設(shè)備固定在復(fù)合材料上的總領(lǐng)域。
[0002] 本發(fā)明的應(yīng)用領(lǐng)域中的一個是用于航空發(fā)動機(jī)的燃?xì)鉁u輪機(jī)的復(fù)合材料風(fēng)扇罩， 所述風(fēng)扇罩具有多件安裝在其上的設(shè)備。

【背景技術(shù)】
[0003] 在燃?xì)鉁u輪機(jī)航空發(fā)動機(jī)中，風(fēng)扇罩承擔(dān)若干功能。風(fēng)扇罩限定了進(jìn)入到引擎中 的進(jìn)氣通道，風(fēng)扇罩支撐面向風(fēng)扇葉片末端的磨損材料，風(fēng)扇罩支撐可選的聲波吸收器結(jié) 構(gòu)，用于在引擎入口處實施聲學(xué)處理，并且風(fēng)扇罩包括或者支撐可選的遮蔽件，用于遮擋碎 片。
[0004] 由復(fù)合材料，特別通過在真空條件下注入樹脂（也稱作樹脂傳遞模型（RTM))的技 術(shù)來制造風(fēng)扇罩已經(jīng)成為慣例。在這種制造技術(shù)中，纖維預(yù)制體以疊置層的方式卷繞在形 成注射模具的纏繞心軸上。一旦已經(jīng)閉合模具，便將熱固樹脂注入到模具內(nèi)部，然后使其聚 合。在風(fēng)扇罩冷卻之后使得風(fēng)扇罩脫模。可以參照描述了這種方法實施方式的文獻(xiàn)EP 1 961 923。
[0005] 風(fēng)扇罩還支撐多件設(shè)備，諸如，例如，用于保持管道的凸緣和用于附件（探測器 等）的支撐件。通常僅僅通過固定螺釘?shù)挚匡L(fēng)扇罩的面中的一面安裝這種設(shè)備。不幸地， 由于固定螺釘旋擰到其中的制成在復(fù)合材料中的螺紋的保持力欠佳（特別地與制成在金 屬材料中的內(nèi)螺紋相比），因此這種類型的組件不夠堅固。憑借旋擰到風(fēng)扇罩中的襯套不能 解決問題，這是因為將這種襯套放置到合適位置中同樣需要在形成在復(fù)合材料中的孔中形 成螺紋。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 因此本發(fā)明的主要目的是通過提出這樣的方法來減輕缺陷，所述方法是為了將設(shè) 備固定到復(fù)合材料結(jié)構(gòu)上而將固定板放置在復(fù)合材料結(jié)構(gòu)上的合適位置中以及呈現(xiàn)相當(dāng) 大的保持力。
[0007] 根據(jù)本發(fā)明，通過這樣的方法來實現(xiàn)此目的，該方法將固定板放置在由復(fù)合材料 制成的結(jié)構(gòu)上的方法，通過在真空條件下注入樹脂的技術(shù)獲得所述結(jié)構(gòu)，所述技術(shù)包括：將 纖維預(yù)制件放置在閉合模具中；將熱固樹脂注入到所述模具中；以及在冷卻之前使所述樹 脂聚合，所述方法包括在將所述纖維預(yù)制件放置到合適位置中之前抵靠所述模具壁安裝金 屬固定板，所述固定板在處于所述模具中的合適位置中的同時與所述纖維預(yù)制件的面中的 一面相接觸，并且所述樹脂在注入到所述模具中的同時沉積在所述固定板和所述纖維預(yù)制 件之間。
[0008] 利用這種方法，能夠通過將固定板定位在模具中確保固定板的精確位置。此外，通 過使用注入到模具中的熱固樹脂，固定板有利地粘附固定在復(fù)合材料結(jié)構(gòu)上。結(jié)果，將固定 板固定到復(fù)合材料不需要特別的粘接步驟，這是因為由注入的樹脂實施粘合。
[0009] 可以通過保持螺釘和夾緊楔形件抵靠模具壁安裝固定板。在這種情況下，在樹脂 已經(jīng)聚合之后并且在樹脂冷卻之前完全收回保持固定板的螺釘。因此，能夠避免發(fā)生固定 板保持附接到模具的任何風(fēng)險。
[0010] 本發(fā)明還提供了一種將設(shè)備固定在復(fù)合材料制成的結(jié)構(gòu)上的方法，所述方法包 括：抵靠如上所述的復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的面中的一面放置金屬固定板的步驟，所述固定板設(shè)置 有螺紋孔；在復(fù)合材料結(jié)構(gòu)中形成與固定板中的螺紋孔對準(zhǔn)的平滑孔口的步驟；抵靠復(fù)合 材料結(jié)構(gòu)的與固定有固定板的面相對的面施加待固定的設(shè)備的步驟；和通過將螺釘構(gòu)件旋 擰穿過復(fù)合材料結(jié)構(gòu)并且旋擰到固定板中的螺紋孔中而將待固定的設(shè)備固定在復(fù)合材料 結(jié)構(gòu)上的步驟。
[0011] 利用這種固定方法，復(fù)合材料結(jié)構(gòu)夾在一側(cè)的固定板和另一側(cè)的待固定的設(shè)備之 間。因此固定設(shè)備的螺釘位于螺紋孔中，所述螺紋孔形成在金屬元件中，即，固定板中。與 直接旋擰到復(fù)合材料結(jié)構(gòu)中的情況相比，這賦予更大的保持強(qiáng)度。
[0012] 優(yōu)選地，在鉆制復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的步驟期間在固定板中形成螺紋孔。而且，固定板的 螺紋孔可以與用于抵靠模具壁的固定板的保持螺釘穿過的孔相同。
[0013] 本發(fā)明還提供了如上所述的方法應(yīng)用在將設(shè)備固定在航空發(fā)動機(jī)的燃?xì)鉁u輪機(jī) 的復(fù)合材料風(fēng)扇罩上的用法。
[0014] 本發(fā)明還提供了一種用于將設(shè)備固定在復(fù)合材料結(jié)構(gòu)上的裝置，所述裝置包括： 金屬固定板，所述金屬固定板固定在復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的面中的一面上并且設(shè)置有與形成在復(fù) 合材料結(jié)構(gòu)中的平滑孔口對準(zhǔn)的至少一個螺紋孔；和螺釘構(gòu)件，所述螺釘構(gòu)件用于穿過待 固定的設(shè)備和復(fù)合材料結(jié)構(gòu)并且用于旋擰到固定板的螺紋孔中，抵靠復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的面施 加所述待固定的設(shè)備，所述面與固定有固定板的面相對。
[0015] 有利地，通過在制造復(fù)合材料結(jié)構(gòu)期間使用的熱固樹脂將固定板粘合固定在復(fù)合 材料的面上。而且，固定板的螺紋孔可以與用于抵靠模具壁的固定板的保持螺釘穿過的孔 相同。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0016] 從參照示出了不具有限制特征的實施例的附圖的以下描述中本發(fā)明的其它特征 和優(yōu)勢變得顯而易見。在所述附圖中：
[0017] 圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的用于通過RTM方法制造風(fēng)扇罩的固定方法的一個步驟；
[0018] 圖2示出了圖1中示出的固定方法的另一個步驟；
[0019] 圖3示出了在圖1和圖2的方法結(jié)束時獲得的固定裝置；和
[0020] 圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的固定方法的變型實施方式。

【具體實施方式】
[0021] 本發(fā)明涉及將設(shè)備固定在由復(fù)合材料制成的結(jié)構(gòu)上。因此本發(fā)明應(yīng)用于由復(fù)合材 料制成且需要將設(shè)備固定在其上的任何零件。
[0022] 本發(fā)明的優(yōu)選（但非排他）的應(yīng)用領(lǐng)域涉及將設(shè)備固定在用于航空發(fā)動機(jī)的燃?xì)?渦輪機(jī)的復(fù)合材料風(fēng)扇罩上。
[0023] 由復(fù)合材料制成的風(fēng)扇罩包括纖維增強(qiáng)件（例如，由碳、玻璃、芳綸或者陶瓷纖維 制成），聚合物基底（例如，環(huán)氧樹脂、雙馬來酰亞胺、或者聚酰亞胺）增大所述纖維增強(qiáng)件 的密度。通常通過在真空條件下注入樹脂的已知為RTM的技術(shù)制造風(fēng)扇罩。
[0024] 以已知方式，RTM技術(shù)包括預(yù)先形成三維編織件以便在開卷卷筒（take-off drum) 上形成纖維織物。然后將纖維織物以疊置層的形式卷繞在注射模具的心軸上，所述心軸呈 現(xiàn)出這樣的輪廓：所述輪廓對應(yīng)于待制造的風(fēng)扇罩的輪廓。通過在預(yù)制體上施加反向模閉 合注射模具，并且在低壓力的條件下將樹脂注入到模具內(nèi)部。在聚合步驟之后，獲得纖維坯 料，在脫模并且機(jī)械加工成所需風(fēng)扇罩的最終形狀之前冷卻所述纖維坯料。
[0025] 圖1示出了在如上所述的RTM技術(shù)期間使用的用于由復(fù)合材料制造風(fēng)扇罩的注射 模具的心軸10的一部分。心軸10連同兩塊端板12 -起呈現(xiàn)這樣的輪廓外表面：所述輪廓 外表面對應(yīng)于待制造的風(fēng)扇罩的輪廓。
[0026] 纖維預(yù)制體14已經(jīng)卷繞在心軸上，以便緊密貼合其輪廓并且其端部部分16升高， 以抵靠端板12,以便形成對應(yīng)于待制造的風(fēng)扇罩的凸緣的預(yù)制體部分。因此通過應(yīng)用反向 模（countermold) 18將纖維預(yù)制體保持在合適位置中。
[0027] 根據(jù)本發(fā)明，在將纖維預(yù)制體放置到心軸10上的合適位置中之前，抵靠模具壁安 裝金屬固定板20，在已經(jīng)制成風(fēng)扇罩之后，所述板后續(xù)用于將設(shè)備固定到風(fēng)扇罩。
[0028] 更加精確地，在圖1和圖2的實施例中，在將纖維織物卷繞在心軸上之前，將固定 板20安裝在心軸10的外側(cè)表面上。
[0029] 固定板20由例如鋁、鋼等的金屬材料制成。通過保持螺釘22和夾緊楔形件24將 固定板安裝在心軸的外側(cè)表面上，所述保持螺釘22從內(nèi)側(cè)穿過心軸，所述夾緊楔形件用于 當(dāng)以這種方式安裝時將固定板鎖定在合適位置中。
[0030] 密封墊片26定位在心軸上，位于固定板的每個縱向端部處，以便在RTM技術(shù)的樹 脂注入步驟期間防止樹脂滲透到心軸的外側(cè)表面和固定板的內(nèi)側(cè)表面之間。
[0031] 一旦已經(jīng)將固定板20安裝在心軸的外側(cè)表面上，則能夠?qū)⒗w維織物以多層疊置 層的方式卷繞在心軸上。
[0032] 反向模18閉合注射模具，然后在低壓條件下注入熱固樹脂。樹脂特別地沉積在固 定板20的外側(cè)表面和纖維預(yù)制件14的內(nèi)側(cè)表面之間。聚合步驟特別地用于使得已經(jīng)沉積 在這個位置中的樹脂硬化，然后樹脂作為固定板和在這個步驟結(jié)束時獲得的纖維坯料之間 的粘合劑。因此，在不需要使用特殊粘合劑的前提下將固定板固定到纖維坯料。
[0033] 在RTM技術(shù)的冷卻步驟之前從注射模具移除用于保持固定板20的螺釘22。為此， 一旦已經(jīng)實施聚合步驟，并且在冷卻步驟之前，操作者通過轉(zhuǎn)動四分之一轉(zhuǎn)旋松固定螺釘 并且使得夾緊楔形件24(利用棒）運(yùn)動，以便使得其階梯部28與保持螺釘齊平（圖2中的 虛線）。然后能夠完全釋放保持螺釘。
[0034] 一旦已經(jīng)實施RTM技術(shù)的冷卻步驟之后，則打開注射模具（移除反向模18,見圖 2)，并且使得用于罩的纖維坯料14'例如沿著圖2中的箭頭F的方向脫模。
[0035] 在用于修整目的的機(jī)械加工之后，獲得理想聚合材料的罩100,其中，金屬固定板 20粘接到其內(nèi)側(cè)面（圖3)。使用適當(dāng)?shù)你@制工具，形成貫穿固定板的螺紋孔30,并且同樣 地形成貫穿罩的平滑孔32,平滑孔與固定板中的螺紋孔對準(zhǔn)。
[0036] 應(yīng)當(dāng)指出的是，固定板20的這種螺紋孔30可以與事先形成的用于抵靠模具壁的 固定板的保持螺釘22穿過的孔相同。
[0037] 根據(jù)本發(fā)明的固定方法，然后能夠使用穿過罩并且旋擰到固定板中的螺紋孔30 中的固定螺釘36將設(shè)備34固定在罩100的外側(cè)面附近。
[0038] 圖4示出了變型實施例，其示出了如何將設(shè)備固定在風(fēng)扇罩的內(nèi)側(cè)表面上。
[0039] 在這個變形方案中，固定板20需要安裝在罩的外側(cè)表面上。為此，在將纖維預(yù)制 件14放置到心軸10上的合適位置之前，通過從外側(cè)穿過反向模的保持螺釘（可能借助于 如圖1和2所示的夾緊楔形件）或通過暫時粘合劑（例如，包括增粘劑）抵靠反向模10的 內(nèi)側(cè)表面安裝固定板20。
[0040] 此外，可以在反向模中在固定板周圍形成凹陷部18a。在注入樹脂步驟期間，這個 凹陷部用于形成固定板周圍的純樹脂珠，以增強(qiáng)其在罩上的附接程度。
[0041] 一旦已經(jīng)將固定板20安裝在反向模的內(nèi)側(cè)表面上，纖維織物便能夠作為多層疊 置層卷繞在心軸上，并且能夠以與先前描述的實施方式相同的方式繼續(xù)實施RTM技術(shù)。
【權(quán)利要求】
1. 一種將固定板放置在由復(fù)合材料制成的結(jié)構(gòu)上的方法，通過在真空條件下注入樹脂 的技術(shù)獲得所述結(jié)構(gòu)，所述技術(shù)包括：將纖維預(yù)制件（14)放置在閉合模具中；將熱固樹脂 注入到所述模具中；以及在冷卻之前使所述樹脂聚合，所述方法包括在將所述纖維預(yù)制件 放置到合適位置中之前抵靠所述模具壁安裝金屬固定板（20)，所述固定板在處于所述模具 中的合適位置中的同時與所述纖維預(yù)制件的面中的一面相接觸，并且所述樹脂在注入到所 述模具中的同時沉積在所述固定板和所述纖維預(yù)制件之間。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，通過保持螺釘（22)和夾緊楔形件（24)抵靠所述 模具壁安裝所述固定板。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中，在所述樹脂已經(jīng)聚合之后并且在所述樹脂冷卻 之前收回保持所述固定板的螺釘。
4. 一種將設(shè)備固定在由復(fù)合材料制成的結(jié)構(gòu)上的方法，所述方法包括： ?抵靠如權(quán)利要求1至3中的任意一項所述的復(fù)合材料結(jié)構(gòu)（100)的面中的一面放置 金屬固定板（20)的步驟，所述固定板設(shè)置有螺紋孔（30); ?在所述復(fù)合材料結(jié)構(gòu)中形成平滑孔口（32)的步驟，所述平滑孔口與所述固定板中的 所述螺紋孔對準(zhǔn)； ?抵靠所述復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的與固定有所述固定板的面相對的面施加待固定的設(shè)備（34) 的步驟；和 ?憑借旋擰螺釘構(gòu)件（36)穿過所述復(fù)合材料結(jié)構(gòu)并且進(jìn)入到所述固定板的所述螺紋 孔中將待固定的設(shè)備固定在所述復(fù)合材料結(jié)構(gòu)上的步驟。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中，在鉆制所述復(fù)合材料結(jié)構(gòu)（100)的步驟期間形成 所述固定板（20)中的所述螺紋孔（30)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求4或者5所述的方法，其中，所述固定板（20)的所述螺紋孔（30)與用 于抵靠模具壁的固定板的保持螺釘（22)穿過的孔相同。
7. 根據(jù)權(quán)利要求4至6中的任意一項所述的方法應(yīng)用在將設(shè)備固定在航空發(fā)動機(jī)的燃 氣渦輪機(jī)的復(fù)合材料風(fēng)扇罩上的用法。
8. -種用于將設(shè)備固定在復(fù)合材料結(jié)構(gòu)上的裝置，所述裝置包括：金屬固定板（20)， 所述金屬固定板固定在所述復(fù)合材料結(jié)構(gòu)（100)的面中的一面上并且其設(shè)置有至少一個 螺紋孔（30)，所述螺紋孔與形成在所述復(fù)合材料結(jié)構(gòu)中的平滑孔口（32)對準(zhǔn)；螺釘構(gòu)件 (36)，所述螺釘構(gòu)件用于穿過待固定的設(shè)備（34)和所述復(fù)合材料結(jié)構(gòu)并且用于旋擰到所 述固定板的所述螺紋孔中，抵靠所述復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的與固定有所述固定板的面相對的面施 加所述待固定的設(shè)備。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的裝置，其中，通過在制造所述復(fù)合材料結(jié)構(gòu)期間使用的樹脂 將所述固定板粘合固定在所述復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的面上。
10. 根據(jù)權(quán)利要求8或者9所述的裝置，其中，所述固定板（20)的所述螺紋孔（30)與 用于抵靠模具壁的固定板的保持螺釘（22)穿過的孔相同。
【文檔編號】B29C70/88GK104093549SQ201380007904
【公開日】2014年10月8日 申請日期:2013年2月1日 優(yōu)先權(quán)日:2012年2月3日
【發(fā)明者】理查德·馬頓, 安東尼·飛利浦奧 申請人:斯奈克瑪