專利名稱：制造復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的方法和模具的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于航空(飛機(jī))機(jī)身的復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的制造方法以及這種制造 方法中使用的模具。
背景技術(shù)：
在航空工業(yè)中，重量是非常重要的一個方面，因此由復(fù)合材料、主要是碳纖維復(fù)合 材料制成的優(yōu)化結(jié)構(gòu)勝于金屬結(jié)構(gòu)。自動碳纖維鋪帶機(jī)相對于手工操作具有巨大的進(jìn)步。這些機(jī)械具有一壓靠于待鋪 帶表面的頭部，因此，此表面必須能夠抵抗該力。用于航空機(jī)身的復(fù)合材料結(jié)構(gòu)由板構(gòu)成，這些板又包括一系列加強(qiáng)件。因此，上述 方面在航空機(jī)身中的應(yīng)用導(dǎo)致以最少的操作量將構(gòu)成所述機(jī)身的板與其加強(qiáng)件形成一體， 并同時使所述加強(qiáng)件最優(yōu)化。具有封閉橫截面的加強(qiáng)件的應(yīng)用日益頻繁，因?yàn)檫@些加強(qiáng)件可以實(shí)現(xiàn)更加剛性的 結(jié)構(gòu)、且每個加強(qiáng)件所增加的重量較小。但是，這種類型的加強(qiáng)件的結(jié)合使得制造復(fù)合材料 結(jié)構(gòu)的過程復(fù)雜化，這是因?yàn)樵谒黾訌?qiáng)件內(nèi)需要有模具，所述模具允許對部件的鋪帶和 使復(fù)合材料固化的操作，同時在加強(qiáng)件為空心時需要能夠?qū)⑦@些模具從加強(qiáng)件內(nèi)除去。用于制造這些結(jié)構(gòu)的方法是已知的，其中，剛性元件被引入加強(qiáng)件的截面內(nèi)以便 抵抗鋪帶壓力和使復(fù)合材料固化的壓力。但是，這些方法是昂貴的，因此需要有更有效的方 法，通過本發(fā)明實(shí)現(xiàn)這個目的。

發(fā)明內(nèi)容
在第一方面，本發(fā)明提出一種由復(fù)合材料制造加強(qiáng)結(jié)構(gòu)的方法，該加強(qiáng)結(jié)構(gòu)包括 外蒙皮和多個加強(qiáng)件，所述多個加強(qiáng)件的橫截面具有凸凹不平的輪廓，該凸凹不平的輪廓 具有連接于所述蒙皮的至少一個凸緣，所述輪廓限定內(nèi)部通道，該方法的特征在于其包括 以下步驟-提供一成形模具，該成形模具在加強(qiáng)件側(cè)的外表面形狀和所述結(jié)構(gòu)的形狀相似， 包括用于容納加強(qiáng)件的榫槽；-提供輔助陽模具，該輔助陽模具包括由這樣的材料制成的元件，所述材料在給設(shè) 置于所述元件內(nèi)的柱形腔室施加過壓時可保持該元件的橫截面、且在給這些腔室施加負(fù)壓 時可縮小該元件的橫截面；這些輔助陽模具制成具有和加強(qiáng)件的內(nèi)部通道相似的外部幾何 形狀、且涂敷有適于使復(fù)合材料固化的膜；-提供處于未固化(fresh)或固化狀態(tài)的加強(qiáng)件；-將加強(qiáng)件布置在模具的榫槽中，使得所述加強(qiáng)件與榫槽的幾何形狀配合，且在加 強(qiáng)件的內(nèi)部通道中布置與其幾何形狀相配合的輔助陽模具；在此步驟中，輔助陽模具幫助 固化膜與各個加強(qiáng)件的內(nèi)部幾何形狀之間的連接；-在由模具、加強(qiáng)件和輔助陽模具形成的表面上層壓外蒙皮；成形模具和輔助陽模具借助于施加在內(nèi)部柱形腔室中的過壓抵抗層壓力；-使得加強(qiáng)結(jié)構(gòu)在高溫和高壓的條件下固化；-去除輔助陽模具，在固化后，借助于施加在內(nèi)部柱形腔室中的負(fù)壓使得陽模具的 橫截面減小；以及-將固化的加強(qiáng)結(jié)構(gòu)從模具分離。在第二方面，本發(fā)明提供一種應(yīng)用于前述方法中的輔助陽模具，該輔助陽模具由 彈性和/或柔性材料制成。這些陽模具有橫截面呈圓形或稍呈橢圓形或卵形的、沿其長度 (延伸)的柱形腔室，這些腔室的內(nèi)部又通過材料(玻璃纖維、尼龍等)加強(qiáng)，防止當(dāng)施加內(nèi) 部過壓時腔室橫截面的周長增加，而同時所述材料具有足夠的柔性以便允許當(dāng)施加負(fù)壓時 這些腔室縮陷，從而減小陽模具的橫截面，并從而允許陽模具隨后從加強(qiáng)件內(nèi)部去除。如果 內(nèi)部腔室的橫截面呈長形，則一旦施加內(nèi)部過壓，腔室將變形以試圖獲得更圓的橫截面，還 使得陽模具的外橫截面變形。本發(fā)明的一個優(yōu)點(diǎn)是便于制造這樣一種結(jié)構(gòu)，在該結(jié)構(gòu)中加強(qiáng)件的橫截面及面積 沿縱向變化，這些加強(qiáng)件甚至可在一端或兩端處具有比中部的橫截面更小的尺寸，這是因 為輔助陽模具的形狀可以和橫截面相適應(yīng)。本發(fā)明的另一優(yōu)點(diǎn)是便于使用帶有壓力鋪帶頭部的機(jī)械，這是因?yàn)檩o助陽模具在 加強(qiáng)件內(nèi)部提供了一襯底以便抵抗該頭部的力。從以下結(jié)合附圖的示例實(shí)施例的詳細(xì)描述中可知本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點(diǎn)。


圖la、lb和lc示出用于航空機(jī)身的復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的示意圖，所述復(fù)合材料結(jié)構(gòu)包 括蒙皮和多個分別呈Q形、梯形和不規(guī)則Z形的加強(qiáng)件。圖2示意性地示出根據(jù)本發(fā)明的制造用于航空機(jī)身的復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的方法的步 驟，所述復(fù)合材料結(jié)構(gòu)包括蒙皮和多個Q形的加強(qiáng)件。圖3示意性地示出根據(jù)本發(fā)明的制造用于航空機(jī)身的復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的方法的步 驟，所述復(fù)合材料結(jié)構(gòu)包括蒙皮和多個Q形的加強(qiáng)件，其中執(zhí)行用于鋪設(shè)蒙皮的工藝。圖4示意性地示出根據(jù)本發(fā)明的制造用于航空機(jī)身的復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的方法所使 用的模具的橫截面。圖5示意性地示出根據(jù)本發(fā)明的制造用于航空機(jī)身的復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的方法的步 驟，所述復(fù)合材料結(jié)構(gòu)包括蒙皮和多個Q形的加強(qiáng)件，其中執(zhí)行固化工藝。圖6示意性地示出根據(jù)本發(fā)明的制造用于航空機(jī)身的復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的方法的步 驟，所述復(fù)合材料結(jié)構(gòu)包括蒙皮和多個Q形的加強(qiáng)件，其中該結(jié)構(gòu)從用于制造該結(jié)構(gòu)的模 具中分離。
具體實(shí)施例方式下面描述根據(jù)本發(fā)明的制造復(fù)合材料加強(qiáng)結(jié)構(gòu)1的方法的實(shí)施例，該加強(qiáng)結(jié)構(gòu)1 包括蒙皮2和多個omega ( Q )形的加強(qiáng)件3，該加強(qiáng)件3帶有連接于蒙皮2的凸緣4和與蒙 皮2分離的腹板5和頭部7。本發(fā)明方法的對象還可用于制造包括蒙皮12和多個梯形加強(qiáng)件13——所述梯形加強(qiáng)件13帶有連接于蒙皮12的凸緣14和與蒙皮12分離的腹板15和頭部17——的加強(qiáng) 結(jié)構(gòu)11、以及包括蒙皮22和多個不規(guī)則Z形加強(qiáng)件23——所述不規(guī)則Z形加強(qiáng)件23帶有 連接于蒙皮22的凸緣24和與蒙皮22分離的腹板25和頭部27——的加強(qiáng)結(jié)構(gòu)21。加強(qiáng)件3、13和23的共同點(diǎn)在于，它們的橫截面都具有帶有連接于蒙皮2、12、22 的至少一個凸緣4、14、24的凸凹不平的輪廓，所述輪廓限定內(nèi)部通道6、16、26的邊界。如同飛機(jī)機(jī)身部件的情形，結(jié)構(gòu)1、11、21可具有開放的形狀或回轉(zhuǎn)部件的形狀。如圖2所示，在根據(jù)本發(fā)明的制造用于航空機(jī)身的復(fù)合材料結(jié)構(gòu)——復(fù)合材料結(jié) 構(gòu)包括蒙皮和多個加強(qiáng)件——的方法中，Q形加強(qiáng)件3布置在具有榫槽35的成形模具34 上，且涂敷有適于使復(fù)合材料固化的膜37的輔助陽模具36布置在此加強(qiáng)件上?？墒褂霉袒蛭垂袒募訌?qiáng)件3。陽輔助模具36由彈性和/或柔性材料——例如硅酮、橡膠等——制成，并帶有橫 截面呈圓形或稍呈橢圓形或卵形的、沿其長度(延伸)的柱形腔室，所述腔室由一材料、織 物或長絲增強(qiáng)，以在一定程度上防止當(dāng)施加內(nèi)部過壓時腔室周長的增加，但是允許當(dāng)施加 負(fù)壓時這些腔室縮陷，從而減小陽模具的橫截面，由此允許陽模具與加強(qiáng)件3分離。通過合 適的制造技術(shù)將這些輔助陽模具制成具有和加強(qiáng)件的內(nèi)部通道6相似的外部幾何形狀。當(dāng)每個輔助陽模具36被引入加強(qiáng)件3的通道6中時，固化膜37有助于與每個加 強(qiáng)件3的內(nèi)部幾何形狀配合。在預(yù)先配合好后，加強(qiáng)件3和陽模具36可布置在成形模具34中。圖3示出在隨后的步驟中，蒙皮2通過鋪帶機(jī)的頭部38層壓到由成形模具34、加 強(qiáng)件3和覆蓋輔助陽模具36的膜37所形成的表面。圖4示出由彈性材料31制成的輔助陽模具36的橫截面，該模具借助于施加在其 內(nèi)部腔室32中的過壓抵抗鋪帶頭部38的力。借助于所包含的增強(qiáng)裝置33，通過在這些準(zhǔn) 不可擴(kuò)張的腔室中施加壓力，獲得的效果與通過將橫截面和腔室相同的剛性桿(由鋼、鋁 等制成)穿過所述腔室所獲得的效果相似。該方法的一種變型是手工鋪設(shè)蒙皮2。圖5示出在隨后的步驟中，固化膜39和可選的壓板40布置在該結(jié)構(gòu)組件上。然 后，該結(jié)構(gòu)在熱壓機(jī)中于高溫和高壓的條件下固化。在固化的過程中，覆蓋輔助陽模具36 的膜37使加強(qiáng)件3的內(nèi)部和熱壓機(jī)內(nèi)的空氣連通，從而使圍繞此膜的復(fù)合材料——即加強(qiáng) 件3和層壓件2的復(fù)合材料——保持受壓而導(dǎo)致固化。當(dāng)結(jié)構(gòu)1被固化并冷卻時，輔助陽模具37通過橫截面41的減小——當(dāng)在內(nèi)部柱 形腔室中施加負(fù)壓時橫截面就會減小——而被去除，從而有利于結(jié)構(gòu)1與成形模具34的分 離以及輔助陽模具36從加強(qiáng)件3的去除，圖5示出了其尺寸比原始尺寸小。包括在由所附權(quán)利要求限定的范圍內(nèi)的變型可引入上述的優(yōu)選實(shí)施例中。
權(quán)利要求
一種制造復(fù)合材料加強(qiáng)結(jié)構(gòu)(1)的方法，所述結(jié)構(gòu)(1)包括外蒙皮(2)和多個加強(qiáng)件(3)，所述加強(qiáng)件的橫截面的輪廓由內(nèi)部通道(6)限定，其特征在于，所述方法包括以下步驟a)提供模具(34)，所述模具在所述加強(qiáng)件(3)側(cè)的外表面形狀和所述結(jié)構(gòu)(1)的形狀相似，包括用于容納所述加強(qiáng)件(3)的榫槽(35)；b)提供包括內(nèi)部腔室(32)的輔助陽模具(36)，當(dāng)在所述腔室(32)內(nèi)施加過壓時，這些模具(36)能夠在層壓蒙皮(2)的過程中保持其橫截面，且同時所述內(nèi)部腔室(32)的結(jié)構(gòu)必須允許當(dāng)在這些腔室中施加負(fù)壓時這些腔室的縮陷，以使得所述陽模具(36)的橫截面(41)減小，從而允許從加強(qiáng)件(3)中去除所述陽模具，這些陽模具(36)制成具有和加強(qiáng)件(3)的內(nèi)部通道(6)相似的外部幾何形狀且涂敷有適于使復(fù)合材料固化的膜；c)提供處于未固化或固化狀態(tài)的加強(qiáng)件(3)；d)將所述加強(qiáng)件(3)布置在所述模具(34)的榫槽(35)中，使得所述加強(qiáng)件與榫槽的幾何形狀配合，且在所述加強(qiáng)件(3)的內(nèi)部通道(6)中布置與其幾何形狀相配合的輔助陽模具(36)；e)在由所述模具(34)、加強(qiáng)件(3)和輔助陽模具(36)形成的表面上層壓外蒙皮(2)；此時施加所需的過壓以維持所述輔助陽模具(36)的橫截面；f)使得加強(qiáng)結(jié)構(gòu)(1)在高溫和高壓的條件下固化；g)去除所述輔助陽模具(36)，預(yù)先施加所需的負(fù)壓以減小所述輔助陽模具的橫截面(41)；h)將固化的加強(qiáng)結(jié)構(gòu)(1)從模具(34)分離。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制造復(fù)合材料加強(qiáng)結(jié)構(gòu)(1)的方法，其特征在于，所述輔助陽 模具(36)包括由彈性材料(31)制成的元件。
3.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的制造復(fù)合材料加強(qiáng)結(jié)構(gòu)(1)的方法，其特征在 于，所述輔助陽模具(36)的腔室(32)沿其長度通過一材料、織物或長絲(33)加強(qiáng)，防止在 施加內(nèi)部過壓時所述腔室(32)的周長增加，以便承受鋪帶頭的壓力。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的制造復(fù)合材料加強(qiáng)結(jié)構(gòu)(1)的方法，其特征在 于，所述輔助陽模具(36)的腔室(32)是呈圓形、橢圓形或卵形橫截面的柱形。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的制造復(fù)合材料加強(qiáng)結(jié)構(gòu)(1)的方法，其特征在 于，所述加強(qiáng)架構(gòu)(1)是一回轉(zhuǎn)部件。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的制造復(fù)合材料加強(qiáng)結(jié)構(gòu)(1)的方法，其特征在 于，所述加強(qiáng)件(3)呈Q形。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的制造復(fù)合材料加強(qiáng)結(jié)構(gòu)(1)的方法，其特征在 于，在步驟d)中，加強(qiáng)件(3)布置在所述模具(34)的榫槽(35)中，所述輔助陽模具(36) 預(yù)先配合在所述加強(qiáng)件(3)的內(nèi)部通道(6)中。
8.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的制造復(fù)合材料加強(qiáng)結(jié)構(gòu)(1)的方法，其特征在 于，步驟e)通過鋪帶機(jī)的頭部(38)執(zhí)行。
9.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的制造復(fù)合材料加強(qiáng)結(jié)構(gòu)(1)的方法，其特征在 于，在步驟f)之前，壓板(40)置于蒙皮(2)上。
10.一種輔助陽模具(36)，其用于根據(jù)權(quán)利要求1-9中任一項(xiàng)所述的制造加強(qiáng)結(jié)構(gòu)(1)的方法中，其特征在于，所述輔助陽模具由彈性合成物制成。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的輔助陽模具(36)，其特征在于，所述彈性合成物是柔性的。
12.根據(jù)權(quán)利要求10-11中任一項(xiàng)所述的輔助陽模具(36)，其特征在于，所述輔助陽模 具由基于硅酮的合成物制成。
13.根據(jù)權(quán)利要求10-12中任一項(xiàng)所述的輔助陽模具(36)，其特征在于，所述輔助陽模 具包括多個沿其長度的腔室(32)。
14.根據(jù)權(quán)利要求10-13中任一項(xiàng)所述的輔助陽模具(36)，其特征在于，所述腔室(32) 是呈圓形、橢圓形或卵形橫截面的柱形(32)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種制造復(fù)合材料加強(qiáng)結(jié)構(gòu)(1)的方法，該結(jié)構(gòu)包括外蒙皮(2)和多個加強(qiáng)件(3)，加強(qiáng)件的橫截面具有一限定內(nèi)部通道(6)的閉合形狀，該方法包括以下步驟a)提供成形模具(34)；b)提供帶有沿其長度被增強(qiáng)(33)的內(nèi)部腔室(32)的輔助陽模具(36)，該輔助陽模具涂敷有適于固化的膜(37)；c)提伀 加強(qiáng)件(3)；d)將加強(qiáng)件(3)布置在模具(34)中，且在加強(qiáng)件(3)的內(nèi)部通道(6)中布置輔助陽模具(36)；e)層壓外蒙皮(2)；f)使得加強(qiáng)結(jié)構(gòu)(1)在高溫和高壓的條件下固化；g)在減小輔助陽模具(36)的橫截面(41)后，去除輔助陽模具(36)；h)將固化的加強(qiáng)結(jié)構(gòu)(1)從模具(34)分離，內(nèi)部腔室(32)的設(shè)計包括其增強(qiáng)裝置(33)以及通過施加過壓或負(fù)壓分別維持或減小其橫截面的能力。
文檔編號B29C33/50GK101801649SQ200780053771
公開日2010年8月11日 申請日期2007年5月28日 優(yōu)先權(quán)日2007年5月28日
發(fā)明者P·塔巴雷斯費(fèi)爾南德斯, R·利亞馬斯桑丁, S·德坎波薩亞戈 申請人:空客運(yùn)營有限公司