用于制造帶凸緣的構(gòu)件的設(shè)備和制造帶凸緣的構(gòu)件的方法
【專利說明】
【背景技術(shù)】
[0001]在本文中描述的實(shí)施例大體涉及用于制造構(gòu)件的設(shè)備，并且更具體地涉及用于由復(fù)合疊層制造帶凸緣的構(gòu)件的方法和系統(tǒng)。
[0002]復(fù)合材料通常由于它們的高強(qiáng)度-重量比而用于航空工業(yè)中。由復(fù)合材料制成的航空構(gòu)件可需要精確的公差來增強(qiáng)例如結(jié)構(gòu)整體性、性能以及疲勞壽命的參數(shù)。更具體地，纖維強(qiáng)化復(fù)合材料可用于航空器結(jié)構(gòu)構(gòu)件(例如風(fēng)扇箱)。一些結(jié)構(gòu)構(gòu)件包括凸緣，其可增加結(jié)構(gòu)構(gòu)件的剛度和/或促進(jìn)組件結(jié)構(gòu)構(gòu)件向其它構(gòu)件的組裝。
[0003]一些已知的帶凸緣的構(gòu)件是通過聯(lián)接復(fù)合板層并隨后固化復(fù)合板層而生產(chǎn)。但是，用于帶凸緣的復(fù)合構(gòu)件的常規(guī)的形成工序可導(dǎo)致不一致的層壓品質(zhì)和在復(fù)合板層內(nèi)的大尺寸變化。而且，常規(guī)的形成工藝可導(dǎo)致大量的后成型加工來獲得期望的公差，這可增加制造的成本。
[0004]在一些已知的用于成型復(fù)合材料的壓力固化方法期間，壓力可能不與復(fù)合疊層進(jìn)行均勻接觸，在固化階段期間該復(fù)合疊層作為模具包圍疊層(lay-up)。更具體地，疊層的較厚部分可與壓力進(jìn)行接觸，并且由于公知為“容積”的干涉或空隙而經(jīng)歷比疊層的其它部分更多的壓力。“容積”可指在復(fù)合板層中出現(xiàn)的截留的空氣。在壓力沿著疊層前進(jìn)時，更多的疊層的表面區(qū)域可與模具接觸，并且在固化階段期間，容積的壓力和運(yùn)動可引起疊層在固化后經(jīng)歷昂貴的加工，來將構(gòu)件加工至期望的公差。此外，一些已知的用來成型構(gòu)件(例如風(fēng)扇箱)的壓力固化方法，可要求在風(fēng)扇箱的前端部和后端部兩者上重復(fù)成型工藝，以便促進(jìn)在風(fēng)扇箱上成型前凸緣和后凸緣。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]在一方面中，提供一種用于由復(fù)合疊層制造帶凸緣的構(gòu)件的設(shè)備。設(shè)備包括聯(lián)接至復(fù)合疊層的支撐結(jié)構(gòu)和聯(lián)接至支撐結(jié)構(gòu)的模具環(huán)。模具環(huán)包括環(huán)導(dǎo)向表面和構(gòu)造為聯(lián)接至復(fù)合疊層的徑向接觸表面。設(shè)備還包括多個聯(lián)接至模具環(huán)的分段的模具板。各個模具板包括凹入表面和板導(dǎo)向表面，其中凹入表面構(gòu)造為聯(lián)接至復(fù)合疊層，且板導(dǎo)向表面構(gòu)造為聯(lián)接至環(huán)導(dǎo)向表面。設(shè)備還包括聯(lián)接至模具環(huán)和多個模具板的壓熱器。壓熱器構(gòu)造為對模具環(huán)和多個模具板施加壓力，來使板導(dǎo)向表面沿著環(huán)導(dǎo)向表面移動，以對復(fù)合疊層施加壓力，來促進(jìn)從復(fù)合疊層移除空隙。
[0006]在另一方面中，提供一種由復(fù)合疊層制造帶凸緣的構(gòu)件的方法，該復(fù)合疊層具有布置在復(fù)合疊層內(nèi)的空隙。該方法包括:將支撐結(jié)構(gòu)、模具環(huán)、以及多個模具板聯(lián)接至復(fù)合疊層；和將真空袋聯(lián)接至支撐結(jié)構(gòu)、模具環(huán)、以及多個模具板。該方法還包括:在真空袋內(nèi)施加負(fù)壓并對支撐結(jié)構(gòu)、模具環(huán)、以及多個模具板施加負(fù)壓；和壓迫在復(fù)合疊層外的空隙。
[0007]在又一方面中，提供一種由復(fù)合疊層制造帶凸緣的構(gòu)件的方法，該復(fù)合疊層具有布置在復(fù)合疊層內(nèi)的空隙。該方法包括:將支撐結(jié)構(gòu)、模具環(huán)、以及多個模具板聯(lián)接至復(fù)合疊層；和將真空袋聯(lián)接至支撐結(jié)構(gòu)、模具環(huán)、以及多個模具板。該方法還包括:在真空袋內(nèi)施加負(fù)壓并對支撐結(jié)構(gòu)、模具環(huán)、以及多個模具板施加負(fù)壓。該方法還包括將壓熱器聯(lián)接至支撐結(jié)構(gòu)、模具環(huán)、多個模具板以及真空袋，來對支撐結(jié)構(gòu)、模具環(huán)、以及多個模具板施加熱和壓力，以壓迫在復(fù)合疊層外的空隙。
【附圖說明】
[0008]圖1示出了示范帶凸緣的構(gòu)件的透視圖。
[0009]圖2示出了聯(lián)接至復(fù)合疊層的示范凸緣成型設(shè)備的剖面圖。
[0010]圖3示出了在圖2中顯示的復(fù)合疊層的側(cè)視剖面圖，該復(fù)合疊層通過在圖2中顯示的凸緣成型設(shè)備的示范支撐結(jié)構(gòu)支撐。
[0011]圖4示出了在圖2中顯示的凸緣成型設(shè)備的示范模具環(huán)的剖面圖。
[0012]圖5示出了在圖2中顯示的凸緣成型設(shè)備的示范模具板的剖面圖。
[0013]圖6示出了處于第一位置中且顯示為聯(lián)接至示范凸緣成型設(shè)備的真空裝置的在圖5中顯示的模具板的剖面圖。
[0014]圖7示出了處于第二位置中的在圖6中顯示的模具板的另一剖面圖。
[0015]圖8示出了定位在凸緣成型設(shè)備的示范壓熱器內(nèi)的復(fù)合疊層的剖面圖。
[0016]圖9示出了制造帶凸緣的構(gòu)件的示范方法的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0017]在本文中描述的實(shí)施例大體涉及帶凸緣的復(fù)合構(gòu)件和制造帶凸緣的復(fù)合構(gòu)件且降低后成型加工和制造成本的方法。應(yīng)當(dāng)理解的是，實(shí)施例不限于在用于燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)的風(fēng)扇外殼上的復(fù)合凸緣，將理解的是，描述和附圖不限于風(fēng)扇外殼，并且還應(yīng)當(dāng)理解的是，利用風(fēng)扇外殼的描述和附圖僅僅是示范性的。可在由復(fù)合材料構(gòu)成的任何帶凸緣的構(gòu)件上利用在本文中描述的實(shí)施例。
[0018]圖1示出了示范帶凸緣的構(gòu)件102的透視圖。帶凸緣的構(gòu)件102包括大體圓柱形部件，例如但不限于具有第一端部108和后端部110的風(fēng)扇外殼104。風(fēng)扇外殼104包括空氣動力管道105，其容納風(fēng)扇(未顯示)，其中，風(fēng)扇外殼104包括沖擊(ballistic)要求來促進(jìn)在風(fēng)扇故障的情況下保護(hù)翅片和航空器機(jī)身(未顯示)。在示范實(shí)施例中，風(fēng)扇外殼104包括從由玻璃纖維、石墨纖維、碳纖維、陶瓷纖維、芳族聚酰胺纖維(例如聚(p-phenylenetherephtalamide)纖維)、以及它們的組合組成的集合選擇的材料。備選地，風(fēng)扇外殼104可由其它纖維材料構(gòu)成。風(fēng)扇外殼104可包括允許帶凸緣的構(gòu)件102如在本文中所描述地起作用的任何材料。
[0019]風(fēng)扇外殼104包括具有凸緣112和114的主體106，其中，凸緣112聯(lián)接至第一端部108，且凸緣114聯(lián)接至后端部110。備選地，主體106可包括多于兩個凸緣112和114，或少于兩個凸緣112和114。在示范實(shí)施例中，凸緣112和114 一體地聯(lián)接至主體106。
[0020]圖2示出了聯(lián)接至復(fù)合疊層202的示范凸緣成型設(shè)備200的剖面圖。設(shè)備200構(gòu)造為促進(jìn)分別將端部凸緣112和/或114(在圖1中所示)成型至風(fēng)扇外殼104(在圖1中所示)的第一端部108和/或后端部110 (在圖1中所示)上，并且構(gòu)造為促進(jìn)減少和/或消除凸緣112和/或114的后成型工藝。設(shè)備200包括支撐結(jié)構(gòu)204、模具環(huán)402、以及多個弓形的分段模具板502。在示范實(shí)施例中，多個弓形分段模具板502聯(lián)接在一起，使得各個板502鄰接同一個板502，使得繞風(fēng)扇外殼104形成圓。支撐結(jié)構(gòu)204構(gòu)造為支撐復(fù)合疊層202，同時模具環(huán)402和模具板502構(gòu)造為成型復(fù)合疊層202，來促進(jìn)形成端部凸緣112和/或114。
[0021]圖3示出了通過支撐結(jié)構(gòu)204支撐的復(fù)合疊層202的側(cè)視剖面圖。在示范實(shí)施例中，支撐結(jié)構(gòu)204包括心軸302，其構(gòu)造為在成型和固化工藝期間促進(jìn)支撐復(fù)合疊層202。心軸302包括徑向端部304、軸向端部306、以及限定為穿過軸向端部306的塞孔308。端部304和306構(gòu)造為聯(lián)接至模具環(huán)402 (在圖2中所示)。
[0022]復(fù)合疊層202包括板層310，例如注入有樹脂312的碳纖維，并且分層有附加的層310和樹脂312。在不范實(shí)施例中，樹脂312是環(huán)氧樹脂，但是可為允許復(fù)合疊層202如在本文中所描述地起作用的任何樹脂。復(fù)合疊層202包括第一凸緣部分314和主體部分316，其中，第一凸緣部分314構(gòu)造為延伸超出徑向端部304和軸向端部306。第一凸緣部分314包括第一面324、第二面326以及第三面328。主體部分316包括外部軸向面318和內(nèi)部軸向面320，其中內(nèi)部軸向面320聯(lián)接至心軸302。復(fù)合疊層202包括在第一面324和第二面326之間測量的厚度1\。在示范實(shí)