專利名稱：制造具有內(nèi)部通道的復合物件的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本申請大致涉及復合物件領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
許多傳統(tǒng)的包括內(nèi)部通道的物件例如被用于將流體從一個位置連通到另一個位置。這種物件的一個例子為傳動箱，例如用于旋翼飛機的傳動箱。這種傳統(tǒng)的物件典型地由金屬材料制成并且使用鑄造工藝形成。這些金屬物件通常由于物件在應用中所需的機械特性而非常重。并且，制造用于形成鑄造物的模具所需模型很貴，需要較長的生產(chǎn)周期，并且制造起來比較困難。進而，模型的改變也更貴。由于纖維增強聚合物復合物件公知的比由金屬制成的物件更輕，使得具有內(nèi)部通道的復合物件的制造更加困難，耗時并且昂貴。 在本領(lǐng)域中公知的有許多中制造具有內(nèi)部通道的物件的方法；然而，仍然存在改進的空間。


被認為是本申請的特性的新穎性特征在所附的權(quán)利要求中提出。然而，本申請本身，還有優(yōu)選的應用模式，以及進一步的目標和優(yōu)點參照下面的詳細描述并結(jié)合所附的附圖將獲得最好的理解，其中參考數(shù)字最左邊的有效數(shù)字表示各個參考數(shù)字在其中出現(xiàn)的第一張圖，其中圖I為具有內(nèi)部通道的典型物件的透視圖；圖2為圖I的物件的橫截面視圖；圖3A-7B為描繪用于制造具有內(nèi)部通道的纖維增強聚合物復合物件的方法的優(yōu)選實施例的程式化視圖；圖8A-11B為描繪用于制造具有內(nèi)部通道的纖維增強聚合物復合物件的方法的一個替代實施例的程式化視圖；并且圖12A-14B為描繪用于制造具有內(nèi)部通道的纖維增強聚合物復合物件的方法的一個替代實施例的程式化視圖。雖然本申請的系統(tǒng)和方法可以具有各種變形和替代形式，其具體的實施方式通過圖中的例子示出并且在這里進行詳細的描述。然而，應當理解的是這里對具體實施方式

的描述并不是將本申請限定于公開的特定實施方式，而恰恰相反，其目的是為了覆蓋落入由所附的權(quán)利要求所限定的本申請的工藝的精神和范圍之內(nèi)的全部變形，等同，以及替代的方案。
具體實施例方式本申請的說明性實施例將在下面描述。為了清楚起見，在本說明書中并沒有描述實際實施的全部特征。當然可以意識到在任何實際實施方式的發(fā)展過程中，需要視具體情況做出各種決定以實現(xiàn)研發(fā)者的特定目標，例如服從系統(tǒng)相關(guān)和商業(yè)相關(guān)的系統(tǒng)規(guī)定參數(shù)，其從一種實施方式變化到另一種。此外，可以意識到的是這種發(fā)展努力可能是復雜和耗時的，但是仍然是享有本公開的利益的本領(lǐng)域普通技術(shù)人員必須經(jīng)歷的常規(guī)過程。在說明書中，如在附圖中描繪的，參考標記用于標示各種組件之間的空間關(guān)系以及組件的各種方位的空間指向。然而，如本領(lǐng)域技術(shù)人員在完整地閱讀了本申請之后能夠認識到的，這里描述的裝置，元件，設(shè)備，等等可以設(shè)置成任何期望的指向。因此，諸如“上方”，“下方”，“上部”，“下部”或其它類似的用于描述各種組件之間的空間關(guān)系或者用于描述這些組件的方位的空間指向的術(shù)語的使用應當理解為描述組件之間的相對關(guān)系或這些組件的方位的空間指向，而這里描述的裝置可以指向任何期望的方向。為了本公開的目的，術(shù)語“纖維鋪放”表示一種通過一種將絲束形式的預浸潰纖維鋪設(shè)到芯軸或工具上的裝置來制作復合形狀的工藝，復合形狀通常具有復雜的外形和/或切口。術(shù)語“絲束”表示一種一束連續(xù)的細絲或纖維，例如碳纖維，玻璃纖維，芳綸纖維或其它類似的纖維。應該意識到即使纖維鋪放工藝為優(yōu)選的復合制造工藝，也可以采用其它復合制造工藝。例如，包括使用編織纖維的樹脂傳遞模制工藝，其不需要用樹脂浸潰，以所選的模型放置在模具中。進而，樹脂被傳遞到模具內(nèi)部以使得纖維和樹脂結(jié)合到一起，然后固化。這種樹脂傳遞模制工藝為復合制造工藝的一個不同于纖維鋪放工藝的典型工藝，但是·與這里公開的實施例是相容的。在一個具體實施例中，一種制造具有內(nèi)部通道的纖維增強復合物件的方法包括提供鋪放工具，纖維鋪放一個基部層合層到鋪放工具上，并且在基部層合層上形成一個凹槽。該方法進一步包括將芯軸放置在凹槽中，纖維鋪放一個頂部層合層到基部層合層和芯軸上，固化基部層合層和頂部層合層，并且從基部層合層和頂部層合層中移除芯軸。在另一個具體實施例中，一種至少具有內(nèi)部通道的纖維增強復合物件的制造方法包括提供鋪放工具，纖維鋪放一個基部層合層到鋪放工具上，并且在基部層合層中形成一個凹槽。該方法進一步包括在凹槽中放置管，纖維鋪放頂部層合層到基部層合層和管上，并且固化基部層合層和頂部層合層。圖I描繪了具有內(nèi)部通道的纖維增強聚合物復合物件的具體實施例的透視圖。具體示出的物件為用于旋翼飛機(未示出)的傳動箱101。圖2為圖I的傳動箱101沿著線2-2的橫截面視圖，示出由傳動箱101限定出的內(nèi)部通道201。圖3A-7B描述了制作諸如圖I的傳動箱101之類的纖維增強聚合物復合物件的程式化圖。具體地，圖3A，4A, 5A, 6A,和7A為纖維增強聚合物復合物件的一個部分301的程式化側(cè)面正視圖，例如傳動箱101 (圖2所示)的部分203處于各個制造階段的視圖。圖3B, 4B, 5B, 6B,和7B為部分301處于分別與圖3A, 4A, 5A, 6A,和7A相對應的制造階段的程式化橫截面視圖。因此，圖xB為圖xA中沿xB-xB線的程式化橫截面視圖，其中“X”為3，4，5，6，或7。例如，圖3B為圖3A中沿線3B-3B的程式化橫截面視圖。參照圖3A和3B，部分301的基部層合層303纖維鋪放到工具或模具305上。應該注意到部分301的基部層合層303包括多個具有期望方向的未固化纖維增強復合材料層片或?qū)?。如圖4A和4B所示，在基部層合層303上形成有凹槽401用以容納芯軸501 (最好參見圖5B)。優(yōu)選地，凹槽401通過將一部分材料移除而形成，例如通過切削，機械加工，銑削或類似的工藝?，F(xiàn)在參照圖5A和5B，芯軸501放置在凹槽401中。芯軸501優(yōu)選地包括易熔材料，易熔材料為金屬復合物，其在相對低的溫度下從固態(tài)轉(zhuǎn)變成液態(tài)。芯軸501也可以由其它材料形成，例如，芯軸501可以是彈性材料，例如硅橡膠；溶水材料，例如鹽；或者類似的材料。如圖6A和6B所示，頂部層合層601接著纖維鋪放在基部層合層303和芯軸501上方。如同基部層合層303，頂部層合層601包括多個具有期望方向的未固化纖維增強復合材料層片或?qū)??；繉雍蠈?03和頂部層合層601通過加壓和加熱而固化并且使芯軸501處于適當?shù)奈恢?。如圖7A和7B所示，芯軸501被移除以形成具有內(nèi)部通道701的部分301，內(nèi)部通道701與傳動箱101的內(nèi)部通道201相對應。當芯軸501為易熔材料時，芯軸501暴露于一定溫度下，易熔材料熔化,使得芯軸501作為流體被移除，由此形成內(nèi)部通道201。類似地，當芯軸501為水溶材料時，芯軸501暴露于水，由此溶解芯軸501并且形成內(nèi)部通道201。圖8A-11B為描述用于制造諸如圖I的傳動箱101的纖維增強聚合物復合物件的方法的一個替代實施例的程式化視圖。在該實施例中，由管1001(如圖10A-10C所示)形成 內(nèi)部通道1103(如圖IlA和IlB所示)，而不是上面圖3A-7B示出的第一實施例中由基部層合層303和頂部層合層601限定出內(nèi)部通道701。具體地，圖8A，9A, 10A,和IlA為描繪類似于傳動箱101的部分203 (如圖2所示)的纖維增強聚合物復合物件的部分801處于各個制造階段的程式化側(cè)面正視圖。圖8B，9B, 1( ，和IlB為部分801處于分別與圖8A，9A, 10A,和IlA相對應的制造階段的程式化橫截面視圖。因此，圖xB為圖xA中沿xB-xB線的程式化橫截面視圖，其中“X”為8，9，10，或11。例如，圖SB為圖8A中沿線8B-8B的程式化橫截面視圖。參照圖8A和8B，部分801的基部層合層803纖維鋪放在工具或模具805上。應該注意到基部層合層803包括多個具有期望方向的未固化纖維增強復合材料層片或?qū)印Ｈ鐖D9A和9B所示，凹槽901形成在基部層合層803中用以容納管1001(最好參照圖10B)。優(yōu)選地，凹槽901通過將一部分材料移除而形成，例如通過切削，機械加工，銑削或類似的工藝?，F(xiàn)在參照圖IOA和10B，管1001放置在凹槽901中。管1001包括任何適于運送流體的材料，流體諸如為液壓流體或類似的流體，但并不限于這些流體。如圖IOC所示，粘結(jié)層1003可以設(shè)置在管1001的外表面1005。如圖IlA和IlB所示，頂部層合層1101接著纖維鋪放在基部層合層803和管1001上方。與基部層合層803 —樣,頂部層合層1101包括多個具有期望方向的未固化纖維增強復合材料層片或?qū)??；繉雍蠈?03和頂部層合層1101例如通過加壓和加熱而固化，并且使管1001處于適當?shù)奈恢靡孕纬删哂袃?nèi)部通道1103的部分801，內(nèi)部通道1103對應于傳動箱101的內(nèi)部通道201。圖12A-14B為描述用于制造諸如圖I的傳動箱101的纖維增強聚合物復合物件的方法的一個替代實施例的程式化視圖。在該實施例中，凹槽1207 (最好參照圖12B)使用纖維鋪放工藝形成，而不是像圖3A-7B和圖8A-11B中分別描繪的第一和第二實施例那樣，凹槽401或901通過金屬移除工藝形成。具體地，圖12A，13A,和14A為描繪類似于傳動箱101的部分203 (如圖2所示)的纖維增強聚合物復合物件的部分1201處于各個制造階段的程式化側(cè)面正視圖。圖12B, 13B，和14B為部分1201處于分別與圖12A, 13A,和14A相對應的制造階段的程式化橫截面視圖。因此，圖xB為圖xA中沿xB-xB線的程式化橫截面視圖，其中“X”為12，13，或14。例如，圖12B為圖12A中沿線12B-12B的程式化橫截面視圖。
參照圖12A和12B，部分1201的基部層合層1203纖維鋪放在工具或模具1205上。應該注意到基部層合層1203包括多個具有期望方向的未固化纖維增強復合材料層片或?qū)?。在纖維鋪放過程中，使用纖維鋪放工藝在基部層合層1203中形成凹槽1207以容納管1301 (最好參見圖13B)?，F(xiàn)在參照圖13A和13B，管1301設(shè)置在凹槽1207中。管1301包括任何適于運送流體的材料，流體例如是液壓流體或類似的流體，但并不限于這些流體。優(yōu)選地，如圖IOC所示，粘結(jié)劑，例如粘結(jié)劑1003可以設(shè)置在管1301的外表面1303上。如圖14A和14B所示，頂部層合層1401接著纖維鋪放在基部層合層1203和管1301上方。與基部層合層1203 —樣，頂部層合層1401包括多個具有期望方向的非固化纖維增強復合材料層片或?qū)印；繉雍蠈?203和頂部層合層1401例如通過加壓和加熱被固化，使管1301處于適當?shù)奈恢靡孕纬删哂袃?nèi)部通道1403的部分1201，內(nèi)部通道1403與傳動箱101的內(nèi)部通道201相對應。應該指出形成凹槽401的工藝(在圖4B中最好地示出)也可以采用纖維鋪放工藝完成，而不是材料移除工藝。還應該指出的是纖維鋪放工具305，805，以及1205均為低成本，容易制造的工具，·與傳統(tǒng)鑄造工具相比其需要更少的生產(chǎn)周期，并且更容易制造，成本更低，改變耗時更少。本申請具有顯著的優(yōu)點，包括(I)提供具有內(nèi)部通道的物件，其比相應的金屬材料制成的物件更輕；(2)提供具有內(nèi)部通道的傳動箱，其比相應的金屬材料制成的傳動箱更輕；(3)提供一種采用工具制造物件的裝置，與傳統(tǒng)的鑄造工具相比更容易制造，成本更低并且容易改變。上面公開的具體實施例僅僅是示意性的，本申請可以以對享有這里的教導的利益的本領(lǐng)域技術(shù)人員來說現(xiàn)已建的不同但是等效的方式進行修改和實施。進而，除了下面在權(quán)利要求中描述的，這里示出的結(jié)構(gòu)或設(shè)計的細節(jié)并不是限制性的。因此顯而易見的是上面描述的具體實施例可以被改變和修改并且全部的修改都被認為位于本申請的范圍和精神之內(nèi)。相應地，這里尋求的保護在下面的權(quán)利要求中提出。顯而易見的是描述和示出的系統(tǒng)具有顯著的優(yōu)點。盡管本申請的系統(tǒng)以有限數(shù)量的形式被示出，其并不限于這些形式，而是可修改的具有各種改變和修改而不會脫離本申請的精神。
權(quán)利要求
1.一種制造具有內(nèi)部通道的纖維增強復合物件的方法，包括 提供鋪放工具； 在鋪放工具上放置基部層合層，基部層合層包括復合材料； 在基部層合層中形成凹槽； 在凹槽中放置芯軸； 在基本層合層和芯軸上放置頂部層合層，頂部層合層包括復合材料； 固化基部層合層和頂部層合層；并且 從基部層合層和頂部層合層中移除芯軸。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中在基部層合層中形成凹槽通過材料移除工藝完成。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中材料移除工藝為切削，機械加工以及銑削中的一種。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中通過樹脂轉(zhuǎn)移模制工藝將基部層合層放置在鋪放工具上，并且將頂部層合層放置在基部層合層和芯軸上。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中通過纖維鋪放工藝將基部層合層放置在鋪放工具上，并且將頂部層合層放置在基部層合層和芯軸上。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中在將基部層合層放置在鋪放工具上的過程中在基部層合層中形成凹槽。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中芯軸包括易熔材料。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法,其中芯軸包括水溶材料。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中水溶材料包括鹽。
10.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中纖維增強復合物件為旋翼飛機的傳動箱。
11.一種制造具有內(nèi)部通道的纖維增強復合物件的方法，包括 提供鋪放工具； 在鋪放工具上設(shè)置基本層合層； 在基部層合層中形成凹槽； 在凹槽中放置管； 在基部層合層和管上放置頂部層合層；并且 固化基部層合層和頂部層合層。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中在基部層合層中形成凹槽通過材料移除工藝完成。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中材料移除工藝為切削，機械加工以及銑削中的一種。
14.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中通過樹脂轉(zhuǎn)移模制工藝將基部層合層放置在鋪放工具上，并且將頂部層合層放置在基部層合層和管上。
15.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中通過纖維鋪放工藝將基部層合層放置在鋪放工具上，并且將頂部層合層放置在基部層合層和管上。
16.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中在將基部層合層放置在鋪放工具上的過程中在基部層合層中形成凹槽。
17.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，進一步包括在將管放置在凹槽中之前在管的外表面上涂敷粘結(jié)劑。
18.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中纖維增強復合物件為用于旋翼飛機的傳動箱。
19.根據(jù)權(quán)利要求11的方法，其中管配置成運送流體使其從中穿過。
20.根據(jù)權(quán)利要求19的方法，其中流體為液壓流體。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種制造具有內(nèi)部通道的纖維增強復合物件的方法。在一個具體實施例中，一種制造具有內(nèi)部通道的纖維增強復合物件的方法包括提供鋪放工具，將基部層合層纖維鋪放到鋪放工具上，并且在基部層合層中形成凹槽。該方法進一步包括將芯軸放置在凹槽中，纖維鋪放一個頂部層合層到基部層合層和芯軸上，固化基部層合層和頂部層合層，并且從基部層合層和頂部層合層中移除芯軸。在另一個具體實施例中，芯軸由不可移動的管代替。
文檔編號B32B7/00GK102917869SQ201080066709
公開日2013年2月6日 申請日期2010年5月13日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月13日
發(fā)明者D·A·埃利奧特, C·J·基爾曼, 謝爾曼·S·林, R·梅索姆, W·賴利 申請人:貝爾直升機泰克斯特龍公司