專利名稱：傾斜加強(qiáng)件和設(shè)備以及用于形成該傾斜加強(qiáng)件和設(shè)備的方法
傾斜加強(qiáng)件和設(shè)備以及用于形成該傾斜加強(qiáng)件和設(shè)備的方
法
背景技術(shù)：
在制造例如航空航天工業(yè)內(nèi)的復(fù)合結(jié)構(gòu)時(shí)，結(jié)構(gòu)構(gòu)件通常被附接于復(fù)合蒙皮以加 強(qiáng)蒙皮。這種結(jié)構(gòu)構(gòu)件可以包括通常被稱為長桁或加強(qiáng)件的基本上細(xì)長的加強(qiáng)構(gòu)件。在航 空航天工業(yè)內(nèi)使用加強(qiáng)件的典型實(shí)例是形成飛機(jī)機(jī)翼，在飛機(jī)機(jī)翼中復(fù)合長桁被附接至機(jī) 翼蓋的內(nèi)表面或蒙皮。長桁或加強(qiáng)件可以被形成為呈現(xiàn)各種截面幾何形狀，但是典型地形 成為T形截面。T形截面加強(qiáng)件典型地由扁平的、未固化的、預(yù)浸漬的復(fù)合層壓板制成，該復(fù) 合層壓板形成L形截面，該L形截面然后被背對背壓縮而形成希望的T形截面。這樣來形 成容易附接至扁平的復(fù)合蒙皮的T形截面加強(qiáng)件。然而，日益普遍的做法是改變復(fù)合蒙皮 的厚度以根據(jù)期望局部地改變蒙皮的強(qiáng)度。厚度的變化產(chǎn)生與供附接長桁的復(fù)合蒙皮交叉 的傾斜的或非平面的部分。為使細(xì)長的加強(qiáng)件適應(yīng)傾斜的蒙皮表面，加強(qiáng)件必須在形成為 分離的L形截面或最終的T形截面之后被變形成所需的構(gòu)形。因?yàn)檫@涉及使加強(qiáng)件與三維 截面，而不是原始的平面層壓板的二維截面交叉地變形，所以在復(fù)合層壓板的一部分被壓 縮處的T形截面加強(qiáng)件中常常出現(xiàn)褶皺。這種褶皺形成局部應(yīng)力點(diǎn)，從而降低加強(qiáng)件的總 強(qiáng)度，因此需要加強(qiáng)件形成得比厚度不變化所必需的更大，并且也可以防止L形截面被背 對背壓縮而形成所需的T形截面加強(qiáng)件。因此有利的是能形成這種加強(qiáng)件而不發(fā)生褶皺的問題。
發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供了一種用于形成具有圓角肩部的C形截面部件的模 具工具，所述模具工具包括具有柱形主體的內(nèi)模，所述柱形主體具有通過相應(yīng)的圓角凸起 部連接至相對的平面端面的柱形外表面；和具有柱形中央部的外模，所述中央部通過相應(yīng) 的圓角凹入部連接至相對的端部凸緣，其中所述內(nèi)模的一部分被布置成設(shè)置在所述外模的 所述端部凸緣之間并且與所述端部凸緣間隔開，以限定與待形成的C形截面部件的希望的 橫截面對應(yīng)的腔體，所述圓角凸起部和所述圓角凹入部具有圍繞相應(yīng)的所述內(nèi)模和所述外 模的周邊而變化的曲率半徑，并且所述內(nèi)模和所述外模可旋轉(zhuǎn)，使得所述內(nèi)模和所述外模 彼此鄰近處的所述圓角凸起部和所述圓角凹入部的曲率半徑當(dāng)該內(nèi)模和該外模旋轉(zhuǎn)時(shí)變 化。優(yōu)選地，所述內(nèi)模和所述外模都是可伸縮的，使得所述模具沿它們的旋轉(zhuǎn)軸線的 長度是可變的。另外，所述內(nèi)模和所述外模的長度優(yōu)選地被布置成當(dāng)所述模具旋轉(zhuǎn)時(shí)變化。 此外，所述內(nèi)模和所述外模的長度優(yōu)選地被布置成當(dāng)所述圓角部彼此鄰近處的所述圓角部 的曲率半徑隨所述模具旋轉(zhuǎn)而減小時(shí)增大。另外或可選地，所述內(nèi)模和所述外模的旋轉(zhuǎn)軸線可以是平行的。類似地，所述內(nèi)模工具的所述柱形外表面和所述外模工具的所述中央柱形部可以 布置成是平行的。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種形成具有通過圓角肩部連接至中央腹板的外凸緣的細(xì)長的纖維增強(qiáng)的復(fù)合C形截面元件的方法，所述圓角肩部的曲率半徑在沿形成的 所述C形截面的長度的一位置處比在另外的位置處大，所述方法包括使纖維增強(qiáng)復(fù)合材 料的細(xì)長部通過根據(jù)發(fā)明的第一方面所述的模具工具的所述腔體，并且當(dāng)所述復(fù)合材料通 過所述腔體時(shí)，使所述外模和所述內(nèi)模旋轉(zhuǎn)以改變所述圓角肩部的曲率半徑。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面還提供一種形成纖維增強(qiáng)的復(fù)合T形截面加強(qiáng)件的方法， 所述方法包括根據(jù)發(fā)明的另一方面的所述方法形成C形截面元件，并且隨后沿所述中央腹 板的所述中心軸線折疊所述C形截面元件。因此根據(jù)本發(fā)明，提供一種根據(jù)第三方面的所述方法形成的纖維增強(qiáng)的復(fù)合T形 截面加強(qiáng)件。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，還提供一種用于形成禮帽形截面加強(qiáng)件的模具工具，所 述模具工具包括外模，所述外模具有至少兩個(gè)軸向?qū)?zhǔn)的第一柱形主體部分和連接在相 鄰的所述第一主體部分的相對的端面之間的至少一個(gè)第二柱形主體部分，每個(gè)所述第一主 體部分均通過圓角肩部連接至所述相對的端面，所述第一柱形主體部分的直徑大于所述第 二柱形主體部分的直徑；和內(nèi)模，所述內(nèi)模具有至少一個(gè)第三柱形主體部分，所述第三柱形 主體部分具有相對的端面，每個(gè)所述端面均通過圓角凹入部被連接至相應(yīng)的軸向?qū)?zhǔn)的第 四柱形主體部分，每個(gè)所述第三柱形主體部分的直徑大于所述第四柱形主體部分的直徑， 其中所述內(nèi)模和所述外模相對于彼此設(shè)置，使得所述內(nèi)模的每個(gè)所述第三主體部分均設(shè) 置在所述外模的相鄰的所述第一主體部分之間，所述內(nèi)模和所述外模彼此間隔開，所述外 模的所述圓角肩部和所述內(nèi)模的所述圓角凹入部具有圍繞相應(yīng)的所述柱形主體部分的周 邊而變化的曲率半徑；并且所述內(nèi)模和所述外?？煞崔D(zhuǎn)，使得所述圓角肩部和所述圓角凹 入部在任何給定的點(diǎn)處的曲率半徑當(dāng)所述內(nèi)模和所述外模旋轉(zhuǎn)時(shí)變化。優(yōu)選地，所述外模的每個(gè)所述第二柱形主體部分的中心軸線從該外模的旋轉(zhuǎn)軸線 偏移，所述內(nèi)模的每個(gè)所述第三柱形主體部分的中心軸線從該內(nèi)模的旋轉(zhuǎn)軸線偏移，并且 所述內(nèi)模和所述外模的相應(yīng)的軸向偏移量是相等的。另外，所述內(nèi)模和所述外模優(yōu)選地被 布置成使得當(dāng)所述外模的所述圓角肩部在鄰近于所述內(nèi)模的點(diǎn)處的曲率半徑處于最大值 時(shí)，所述外模的每個(gè)所述第二柱形主體均距所述內(nèi)模的旋轉(zhuǎn)軸線處于最小距離，使得由所 述模具工具形成的所述禮帽形截面的深度是最小值。所述外模的所述圓角肩部和所述內(nèi)模的所述圓角凹入部的曲率半徑可以在相應(yīng) 的所述模具的周邊的180°范圍內(nèi)在最小值和最大值之間以等比率變化。根據(jù)本發(fā)明的隨后的一方面，提供了一種形成纖維增強(qiáng)的復(fù)合禮帽形加強(qiáng)件的方 法，所述方法包括使纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的片材通過根據(jù)本發(fā)明的前述方面所述的模具工具 的所述內(nèi)模和所述外模之間，并且當(dāng)所述纖維增強(qiáng)材料通過所述內(nèi)模和所述外模之間時(shí)使 該內(nèi)模和該外模反轉(zhuǎn)。
以下參照附圖僅通過非限制的說明性實(shí)施例描述本發(fā)明的實(shí)施方式，附圖中圖1示出具有附接的T形截面加強(qiáng)件的平面復(fù)合蒙皮的一部分；圖2示出由兩個(gè)背對背的L形截面元件形成的T形截面加強(qiáng)件的一部分；圖3示意地示出由平面層壓板形成L形截面元件；
圖4示意地示出根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的T形截面加強(qiáng)件放置在復(fù)合蒙皮的非平面部分上 方；圖5示意地示出根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)在相鄰的L形截面加強(qiáng)件元件之上形成褶皺；圖6示意地示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的具有不同曲率半徑的L形截面元件；圖7示意地示出根據(jù)本發(fā)明形成的T形截面加強(qiáng)件；圖8示意地示出根據(jù)本發(fā)明形成的C形截面元件；圖9示意地示出在第一結(jié)構(gòu)中根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的模具工具；圖10示意地示出在第二結(jié)構(gòu)中圖9所示的模具工具；圖11示意地示出根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的禮帽形加強(qiáng)件；圖12示意地示出用于形成禮帽形加強(qiáng)件的根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方式的模具 — 圖13示出在另一結(jié)構(gòu)中圖12的模具工具；以及圖14示意地示出利用根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的圖12和13的模具工具形成的傾 斜的禮帽形加強(qiáng)件。
具體實(shí)施例方式圖1示意地示出了諸如飛機(jī)機(jī)翼蓋的復(fù)合蒙皮2的一部分，如從現(xiàn)有技術(shù)已知T 形截面加強(qiáng)件4已附接至該復(fù)合蒙皮2。已附接有加強(qiáng)件4的飛機(jī)蒙皮2的表面是平坦的， 意味著加強(qiáng)件4僅需要在其附著面是是對平坦的。圖2更詳細(xì)地示出了加強(qiáng)件4的端部，以示出制造這種T形截面加強(qiáng)件的典型方 法。成品加強(qiáng)件4實(shí)際上包括背對背結(jié)合在一起的兩個(gè)分離的L形截面細(xì)長元件6。L形 截面元件6由復(fù)合層壓板8的細(xì)長平面部分形成(見圖3)，使該復(fù)合層壓板8通過一系列 輥?zhàn)雍湍＞?，該一系列輥?zhàn)雍湍＞?被布置成使細(xì)長層壓板的一部分相對于該層壓板的 其余部分彎曲至大約90°的增量，從而形成圖2所示的L形截面元件6。平面復(fù)合層壓板 在它通過輥?zhàn)雍湍＞?之前或之時(shí)可以被立即加熱，以便于彎曲層壓板。由于該彎曲動(dòng)作 而使圖2所示的L形截面元件6具有圓角肘部10。圖4以剖面圖示意地示出了復(fù)合蒙皮2’和加強(qiáng)件4的更典型的布置。在該更典 型的布置中，復(fù)合蒙皮2’不是平坦的而是具有不同厚度的部分2A至2D，不同厚度的部分被 設(shè)置在那些需要更高或更低強(qiáng)度的復(fù)合蒙皮的區(qū)域中。如圖4所示，因而應(yīng)當(dāng)理解，現(xiàn)有技 術(shù)的、平坦的加強(qiáng)件4在不發(fā)生一些變形的情況下不能適應(yīng)蒙皮2’的傾斜構(gòu)形。然而可以 使T形截面加強(qiáng)件變形以適應(yīng)復(fù)合蒙皮2’的傾斜輪廓，因?yàn)樽冃紊婕皦嚎s或伸長T形截面 的垂直部的在復(fù)合蒙皮的不同厚度之間的交叉處的那些部分，因此，單獨(dú)的L形截面元件6 趨于出現(xiàn)褶皺。這在圖5中示出，在圖5中，L形截面元件6中的每一個(gè)均具有形成在待抵 接在一起以形成最終的T形截面加強(qiáng)件的表面上的細(xì)長褶皺12。這些褶皺12的存在防止 了分離的L形截面元件的表面完全相互抵接，從而降低了兩個(gè)L形截面元件之間的結(jié)合強(qiáng) 度，并且由于這種已知的工藝而導(dǎo)致加強(qiáng)件4中的固有弱點(diǎn)，如應(yīng)力集中。通過改變L形截面元件的曲率半徑可以避免L形截面元件或最終的T形截面加 強(qiáng)件的上述變形，因?yàn)楦淖兦拾霃骄哂懈淖兗訌?qiáng)件足部(加強(qiáng)件的附接至復(fù)合蒙皮的部 分)相對于加強(qiáng)件的總高度的的相對高度的效果。該效果在圖6中示出，在圖6中，以橫截面示意地表示兩個(gè)L形截面元件，一個(gè)L形截面元件比另一個(gè)L形截面元件的曲率半徑 大。如前所述，加強(qiáng)件的想要被附接至待加強(qiáng)的復(fù)合蒙皮的平面部分被稱為加強(qiáng)件足部，而 另一平面部分的高度通常被稱為加強(qiáng)件的葉片(blade)。加強(qiáng)件的總寬度等于足部的寬度 加上連接該足部和葉片的彎曲部分的曲率半徑，并且該總寬度通常被稱為加強(qiáng)件的弦。在 圖6所示的剖面圖中，相應(yīng)的L形截面中的葉片的尺寸由b表示，足部的寬度由f表示，并 且弦的寬度由c表示。從葉片的頂部到足部的水平面測量的加強(qiáng)件的總高度由h表示。在 大多數(shù)應(yīng)用中，通常優(yōu)選將加強(qiáng)件的弦保持為恒量并且這在圖6中示出。圖6的左側(cè)的L 形截面元件示出為具有較小半徑r，從而加強(qiáng)件的弦c = r+f。在圖6的右側(cè)的L形截面元 件中，連接部分的曲率半徑增大到3r。然而，因?yàn)橄Ｍ麑⑾襝保持為恒量，所以足部的寬度 f’減小，同時(shí)葉片的高度b’也減小。然而，在圖6的右側(cè)的加強(qiáng)件中加強(qiáng)件的總高度h’ = b'+3r比在左側(cè)的加強(qiáng)件的總高度(其中h = b+r)大。因此，實(shí)際效果是具有較大曲率半 徑的L形截面元件中的足部比具有較小曲率半徑的加強(qiáng)件的足部低，因此可以形成可以附 接至傾斜蒙皮而不發(fā)生變形的加強(qiáng)件。在圖7中示出了這種加強(qiáng)件的實(shí)例，在圖7中，可見 在連接葉片b和足部f的部分的曲率半徑處于其最大值的情況下，足部的水平面相對于曲 率半徑減小的部分較低。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式，通過形成具有C形或U形橫截面的細(xì)長元件(有效地使 它們的葉片的邊緣連接在一起的的兩個(gè)L形截面元件)，并且隨后沿C形截面細(xì)長元件的 長度折疊該C形截面元件而形成希望的T形截面加強(qiáng)件，來形成諸如圖7所示的實(shí)例的加 強(qiáng)件。在圖8中示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式形成的這種C形截面細(xì)長元件的實(shí)例。圖8 中所示的C形截面20具有中央腹板22，當(dāng)隨后沿該中央腹板22的中心軸線(在圖8中以 虛線M表示)折疊時(shí)，該中央腹板22將形成圖7所示的加強(qiáng)件的中央葉片沈。相應(yīng)各自 的凸緣觀與中央腹板22的每個(gè)邊緣鄰接，凸緣觀與最終形成的T形截面加強(qiáng)件的足部相 對應(yīng)。如圖6中示意地示出的，凸緣觀通過圓角部分與中央腹板22連接。當(dāng)然應(yīng)理解，凸 緣觀和中央腹板22由單一連續(xù)的復(fù)合材料件形成。圖8所示的C形截面元件20可以被 直觀地分成分離的部分A至E。部分A和E具有凸緣觀和中央腹板22之間的最小曲率半 徑，而部分C具有最大曲率半徑，從而導(dǎo)致部分C處的凸緣部分相對于部分A和E的凸緣觀 向外移位。當(dāng)沿中央軸M折疊C形截面元件時(shí)，部分C處的凸緣觀的該向外位移被轉(zhuǎn)變 為T形加強(qiáng)件的向下傾斜部分。在部分C和A與部分C和E之間的部分B和D中的凸緣觀 和中央腹板22之間的曲率半徑在最大值和最小值之間的相關(guān)曲率中變化，以提供平滑過 渡，該平滑過渡在最終的T形截面加強(qiáng)件中與這樣的部分相對應(yīng)，在那些部分中，足部處于 與其中足部位于具有最小值或最大值的恒定曲率半徑的那些部分的平面成對角的平面中。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式利用冷成型技術(shù)制造圖8所示的C形截面元件20，在該冷 成型技術(shù)中，使具有均勻橫截面的C形截面細(xì)長元件通過模具工具，模具工具成形為在中 央腹板22和凸緣觀之間施加希望的曲率半徑。在圖9和10中示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施 方式的適當(dāng)?shù)哪＞吖ぞ?。參看圖9，模具工具30包括內(nèi)模32和外模34。內(nèi)模32具有由兩個(gè)相對端面38 限制的大體柱形的主體部36，使得內(nèi)模32可以被認(rèn)為大體呈滾筒形。內(nèi)模的端面38通過 相應(yīng)的圓角肩部40連接到柱形主體部36的外表面。內(nèi)模32設(shè)有一對轉(zhuǎn)向軸42，該對轉(zhuǎn)向 軸優(yōu)選地與內(nèi)模的中心軸線對準(zhǔn)，內(nèi)模32可以通過該對轉(zhuǎn)向軸旋轉(zhuǎn)。
外模34也具有大體柱形的中央部44。然而，外模的中央部通過兩個(gè)相對的端部凸 緣46限制，端部凸緣46的直徑大于大體柱形的中央部44的直徑。外模的中央部44的外 表面和端部凸緣46的內(nèi)表面通過相應(yīng)的凹入圓角部48連接。外模34也具有一對轉(zhuǎn)向軸 50，該對轉(zhuǎn)向軸優(yōu)選地與外模的中心軸線對準(zhǔn)，也以允許外模旋轉(zhuǎn)。內(nèi)模和外模布置成使得內(nèi)模32的一部分被設(shè)置在外模34的端部凸緣46的內(nèi)表 面之間，并且使內(nèi)模和外模彼此分開。內(nèi)模和外模的尺寸調(diào)整成使得當(dāng)它們彼此分開一定 距離時(shí)，它們在相應(yīng)的模具之間形成腔體50，腔體50具有和希望施加于C形截面元件的橫 截面相同的橫截面，通過使一段材料，例如纖維增強(qiáng)復(fù)合材料通過內(nèi)模和外模之間形成的 腔體而形成該C形截面元件。在所示的優(yōu)選實(shí)施方式中，內(nèi)模32的主體36的外表面和外 模34的中央部44是平行的，并且它們之間形成的腔體的一部分與待形成的C形截面元件 的中央腹板相對應(yīng)。類似地，外模的端部凸緣46和內(nèi)模的端面38的重疊或鄰近部分是平 行的，并且在它們之間形成的腔體的一部分與待形成的C形截面元件的外凸緣觀對應(yīng)。內(nèi) 模的凸起圓角肩部40和凹入圓角部48形成腔體的一部分，該腔體的一部分與連接C形截 面元件的側(cè)凸緣和中央腹板的該C形截面元件的圓角肩部相對應(yīng)。內(nèi)模32的凸起圓角肩部40的曲率半徑圍繞內(nèi)模的周邊在最大值和最小值之間變 化，同時(shí)外模的凹入圓角部48的曲率半徑也以類似的方式圍繞外模的周邊在最大值和最 小值之間變化。在優(yōu)選實(shí)施方式中，并且如圖9和10所示，圓角肩部和圓角部的曲率半徑 圍繞相應(yīng)的內(nèi)模和外模周邊的180°在最小值和最大值之間變化，使得在相應(yīng)的周邊的整 個(gè)360°的范圍內(nèi)，曲率半徑從最大值向下變化到最小值，然后再次回到最大值。在優(yōu)選實(shí) 施方式中，最小值和最大值之間的曲率半徑的變化率恒定。因此，通過使內(nèi)模和外模對準(zhǔn)， 使得相應(yīng)的圓角肩部和圓角凹入部的曲率半徑在它們的最大值處一致，限定待形成的C形 截面元件的橫截面的腔體50的對應(yīng)部分的曲率半徑被設(shè)定在最大值。該結(jié)構(gòu)在圖9中示 出。通過使內(nèi)模32和外模34旋轉(zhuǎn)過180°，腔體50的對應(yīng)部分的曲率半徑被減小到最小 值，這是圖10所示的結(jié)構(gòu)。通過使內(nèi)模和外模同時(shí)地旋轉(zhuǎn)任何希望的量，腔體50的彎曲部 分的曲率半徑可以被設(shè)定成可獲得的最小值和最大值之間的任何希望的值。如上所述，通常優(yōu)選的是形成的T形截面加強(qiáng)件的弦在加強(qiáng)件的長度范圍內(nèi)是不 變的，而與加強(qiáng)件的足部和葉片之間的曲率半徑無關(guān)。如參照圖6討論的，對于恒定弦長的 優(yōu)選要求形成的T形截面加強(qiáng)件的葉片的高度是變化的。這轉(zhuǎn)化為改變隨后形成T形截面 加強(qiáng)件的C形截面元件的中央腹板22的寬度。當(dāng)形成C形截面元件時(shí)，為使中央腹板22 的寬度能夠變化，根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式的模具工具30的內(nèi)模32和外模34都是沿平 行于它們的旋轉(zhuǎn)軸線的方向可伸縮的。如參照圖10最佳可見，內(nèi)模32和外模34中的每一 個(gè)均由兩個(gè)分離的部分32a、32b、34a、34b形成。對于內(nèi)模32，所述部分中的其中一個(gè)部分 的柱形主體部36在其一部分長度范圍內(nèi)具有減小的直徑，該直徑減小的部分被可滑動(dòng)地 容納在模具的第二部分的主體部內(nèi)，使得內(nèi)模的兩部分32a、32b可以繞中央部相對于彼此 滑動(dòng)，從而總體上改變模具的中央主體部36的總長度。類似地，外模的部分34a、34b中的 其中一個(gè)部分的柱形中央部直徑也減小，并且布置成可滑動(dòng)地配合在外模的相反部分的柱 形中央部內(nèi)。通過利用適當(dāng)?shù)闹聞?dòng)器和控制系統(tǒng)，內(nèi)模和外模的旋轉(zhuǎn)可以與分離的模部分 的伸縮同步，使得當(dāng)模具旋轉(zhuǎn)時(shí)內(nèi)模和外模的中央部的長度可以被改變。這種致動(dòng)器和控 制系統(tǒng)的細(xì)節(jié)不屬于本發(fā)明的范圍，因此不再進(jìn)一步討論。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的所述模具工具允許通過迫使恒定橫截面的C 形截面元件通過形成在本發(fā)明的模具的內(nèi)模和外模之間的腔體并且在需要曲率半徑變化 時(shí)使模具工具同時(shí)旋轉(zhuǎn)來形成具有曲率半徑可變的圓角肩部的C形截面元件。隨后的T形截面加強(qiáng)件因此可以通過沿C形截面元件的中央腹板的中心軸線簡單 地折疊該C形截面元件而形成，所形成的T形截面加強(qiáng)件具有隨圓角肩部的曲率半徑變化 而變化的足部高度。通過另外控制內(nèi)模和外模的寬度，通過隨著旋轉(zhuǎn)同時(shí)使它們伸縮，所形 成的T形截面加強(qiáng)件的弦可以被限制成定值。在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方式中，提供了一種用于形成禮帽形加強(qiáng)件的模具工具。 在圖11中示出根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的典型的禮帽形加強(qiáng)件，并且該禮帽形加強(qiáng)件包括大體平面 片材110，在該平面片材110中形成許多大體U形的正方形或矩形反向溝槽112，當(dāng)從一端 觀察時(shí)，該溝槽112具有類似于禮帽的矩形橫截面，因此形成術(shù)語“禮帽形加強(qiáng)件”。禮帽形 加強(qiáng)件114隨后被固定到待被加強(qiáng)的平面元件116，并且用于抵抗沿著反向溝槽112的方向 的折曲或彎曲。通常，禮帽形截面的加強(qiáng)件系統(tǒng)由扁平的、未固化的、預(yù)浸漬復(fù)合層壓板制 成，該層壓板由隨后位于閉合截面工具內(nèi)并且被固化的部分形成的隔板而形成。在形成規(guī) 則的平面/線性的禮帽部分時(shí)，從二維平坦層壓板轉(zhuǎn)換成三維禮帽形加強(qiáng)件需要的變化很 小。換而言之，僅需要形成線性邊緣。然而，當(dāng)待加強(qiáng)的元件，諸如前述機(jī)翼蒙皮包括與加 強(qiáng)件的禮帽形部分的方向橫切的傾斜部分時(shí)，反向溝槽112必須被有效地變形，從而在這 種現(xiàn)有技術(shù)的三維傾斜禮帽形部分中常常以類似于前述T形截面加強(qiáng)件的方式產(chǎn)生支柱 形式的褶皺。遵循與應(yīng)用于本發(fā)明的前述實(shí)施方式相同的原則，提供一種根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè) 實(shí)施方式的模具工具，該模具工具允許制造恒定弦長的傾斜的禮帽形加強(qiáng)件。在圖12中示 出了第一結(jié)構(gòu)中根據(jù)本發(fā)明的本實(shí)施方式的模具工具的一個(gè)實(shí)例。模具工具120包括外模 122，該外模122具有許多第一柱形主體部分123，在圖12所示的實(shí)施方式中示出該第一柱 形主體部分123中的三個(gè)。相鄰的第一柱形主體部分123具有相對的端面124，存在將每個(gè) 端面連接至第一柱形主體部分的圓角肩部125。第二柱形主體部分1 連接在每個(gè)相鄰的 端面1 之間，第二主體部分126的直徑小于第一主體部分123的直徑。第一柱形主體部 分123被軸向?qū)?zhǔn)，第二柱形主體部分1 也被軸向?qū)?zhǔn)。然而，第二柱形主體部分126的 中心軸線相對于第一主體部分123的中心軸線側(cè)向設(shè)定。外模122布置成繞第一柱形主體 部分123的中心軸線旋轉(zhuǎn)。模具工具120還包括內(nèi)模130，該內(nèi)模130也具有許多第三柱形主體部分131，每 個(gè)第三柱形主體部分均具有一對端面132，每個(gè)端面均通過相應(yīng)的圓角凹入部134被連接 至第四柱形主體部分133，第四柱形主體部分133的直徑小于第三柱形主體部分131的直 徑。第四柱形主體部分133的中心軸線軸向?qū)?zhǔn)，它們的中心軸線與內(nèi)模130的旋轉(zhuǎn)軸線 重合，而第三柱形主體部分133的中心軸線也軸向?qū)?zhǔn)，它們的中心軸線從內(nèi)模的旋轉(zhuǎn)軸 線偏移。內(nèi)模130和外模122尺寸調(diào)整成使得在使用中，內(nèi)模130的較大直徑的第三主體 部分131位于外模122的相鄰的第一主體部分之間，同時(shí)相應(yīng)地，外模的較大的第一主體部 分123位于內(nèi)模的第三柱形主體部分131之間，并且定位成與內(nèi)模的直徑較小的第四主體 部分133相對。內(nèi)模和外模彼此間隔開的距離基本上等于希望由其形成禮帽形加強(qiáng)件的纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的厚度。內(nèi)模130的凹入圓角部134的曲率半徑圍繞該內(nèi)模的周邊而變化。在圖12所示的 具體結(jié)構(gòu)中，在鄰近于外模122的位置處曲率半徑具有最大值。類似地，外模122的圓角肩 部125的曲率半徑也圍繞該外模的周邊而變化，并且在圖12所示的結(jié)構(gòu)中也在鄰近于內(nèi)模 130的位置處具有最大值。因此，施加在禮帽形加強(qiáng)件上的曲率半徑處于最大值，其中禮帽 形加強(qiáng)件通過使纖維增強(qiáng)復(fù)合材料通過圖12所示的結(jié)構(gòu)中的內(nèi)模和外模之間而形成。在 該結(jié)構(gòu)中，由于外模122的第二柱形部分1 和內(nèi)模130的第三柱形部分131的橫向偏移， 參照圖11的禮帽形部分或反向溝槽112的高度處于最小值。圖13示出了第二結(jié)構(gòu)中和圖12所示相同的模具120，其中外模122和內(nèi)模133已 旋轉(zhuǎn)，使得在它們鄰近點(diǎn)處外模的圓角肩部125的曲率半徑和內(nèi)模的圓角凹入部134具有 最小值，而外模的第二柱形主體部分1 和內(nèi)模的第四柱形主體部分133之間的距離由于 各自的柱形主體部分的橫向偏移而處于最大值。因此，現(xiàn)在通過使纖維增強(qiáng)復(fù)合材料通過 圖13所示的結(jié)構(gòu)中的模具之間而形成的禮帽形加強(qiáng)件具有大于圖12所示的結(jié)構(gòu)的禮帽高 度，并且禮帽形部分和加強(qiáng)件足部的側(cè)壁之間的曲率半徑較小。在優(yōu)選實(shí)施方式中，圓角肩 部125和圓角凹入部134的曲率半徑在相應(yīng)的內(nèi)模和外模的180°旋轉(zhuǎn)的期間內(nèi)在它們的 最小值和最大值之間變化。當(dāng)一層纖維增強(qiáng)復(fù)合材料通過內(nèi)模和外模之間時(shí)通過使該內(nèi)模 和外模適當(dāng)?shù)匦D(zhuǎn)，禮帽形部分的高度可以改變，并且因此加強(qiáng)件足部的高度可以被改變， 從而制成具有傾斜部分的禮帽形加強(qiáng)件。在圖14中示意地示出了利用本發(fā)明的該實(shí)施方 式的模具工具120形成的禮帽形加強(qiáng)件的實(shí)例，在該圖中可見加強(qiáng)件的足部140的高度在 禮帽形部分142的整個(gè)長度上變化，并且當(dāng)足部相對于加強(qiáng)件的其余部分向下傾斜時(shí)，形 成在禮帽形元件的足部和側(cè)部之間的曲率半徑在這些區(qū)域中處于最小值。
權(quán)利要求
1.一種用于形成具有圓角肩部的C形截面部件的模具工具，所述模具工具包括內(nèi)模，所述內(nèi)模具有柱形主體，所述柱形主體具有通過相應(yīng)的圓角凸起部連接至相對 的平坦端面的柱形外表面；和外模，所述外模具有通過相應(yīng)的圓角凹入部連接至相對的端部凸緣的柱形中央部，其中所述內(nèi)模的一部分布置成設(shè)置在所述外模的所述端部凸緣之間并且與所述端部凸緣 間隔開，以限定與待形成的所述C形截面部件的希望的橫截面對應(yīng)的腔體；所述圓角凸起部和所述圓角凹入部具有圍繞相應(yīng)的所述內(nèi)模和所述外模的周邊而變 化的曲率半徑；并且所述內(nèi)模和所述外?？尚D(zhuǎn)，使得所述內(nèi)模和所述外模彼此鄰近處的所述圓角凸起部 和所述圓角凹入部的曲率半徑當(dāng)該內(nèi)模和該外模旋轉(zhuǎn)時(shí)變化。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的模具工具，其中，所述內(nèi)模和所述外模都是可伸縮的，使得所 述內(nèi)模和所述外模沿其旋轉(zhuǎn)軸線的長度是可變的。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的模具工具，其中，所述內(nèi)模和所述外模的長度被布置成當(dāng)所 述內(nèi)模和所述外模旋轉(zhuǎn)時(shí)變化。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的模具工具，其中，所述內(nèi)模和所述外模的長度被布置成當(dāng)所 述圓角部彼此鄰近處的所述圓角部的曲率半徑隨著所述內(nèi)模和所述外模的旋轉(zhuǎn)而減小時(shí) 增大。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的模具工具，其中，所述內(nèi)模和所述外模的旋轉(zhuǎn)軸 線是平行的。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的模具工具，其中，所述內(nèi)模工具的柱形外表面和 所述外模工具的中央柱形部布置成是平行的。
7.一種形成細(xì)長的纖維增強(qiáng)的復(fù)合C形截面元件的方法，該復(fù)合C形截面元件具有通 過圓角肩部連接至中央腹板的外凸緣，所述圓角肩部的曲率半徑在沿形成的所述C形截面 的長度的一位置處大于在另外的位置處，所述方法包括使纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的細(xì)長部通過根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述的模具工具的所 述腔體；并且當(dāng)所述復(fù)合材料通過所述腔體時(shí)，使所述內(nèi)模和所述外模旋轉(zhuǎn)以改變所述圓角肩部的曲率半徑。
8.一種形成纖維增強(qiáng)的復(fù)合T形截面加強(qiáng)件的方法，所述方法包括根據(jù)權(quán)利要求7 所述的方法形成C形截面元件，隨后沿所述中央腹板的中心軸線折疊所述C形截面元件。
9.一種根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法形成的纖維增強(qiáng)的復(fù)合T形截面加強(qiáng)件。
10.一種用于形成禮帽形截面加強(qiáng)件的模具工具，所述模具工具包括外模，所述外模具有至少兩個(gè)軸向?qū)?zhǔn)的第一柱形主體部分，每個(gè)所述第一主體部分 均通過圓角肩部連接至相對的端面；以及連接在相鄰的所述第一主體部分的所述相對的端 面之間的至少一個(gè)第二柱形主體部分，所述第一柱形主體部分的直徑大于所述第二柱形主 體部分的直徑；和內(nèi)模，所述內(nèi)模具有至少一個(gè)第三柱形主體部分，所述至少一個(gè)第三柱形主體部分具 有相對的端面，每個(gè)所述端面均通過圓角凹入部連接至相應(yīng)的軸向?qū)?zhǔn)的第四柱形主體部分，每個(gè)所述第三柱形主體部分的直徑均大于所述第四柱形主體部分的直徑，其中所述內(nèi)模和所述外模相對于彼此如下設(shè)置，使得所述內(nèi)模的每個(gè)所述第三主體部分均 設(shè)置在所述外模的相鄰的所述第一主體部分之間，所述內(nèi)模和所述外模彼此間隔開；所述外模的所述圓角肩部和所述內(nèi)模的所述圓角凹入部具有圍繞相應(yīng)的所述柱形主 體部分的周邊而變化的曲率半徑；并且所述內(nèi)模和所述外模可反轉(zhuǎn)，使得在任何給定點(diǎn)處所述圓角肩部和所述圓角凹入部的 曲率半徑當(dāng)所述內(nèi)模和所述外模旋轉(zhuǎn)時(shí)變化。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的模具工具，其中所述外模的每個(gè)所述第二柱形主體部分的中心軸線均從該外模的旋轉(zhuǎn)軸線偏移；所述內(nèi)模的每個(gè)所述第三柱形主體部分的中心軸線均從該內(nèi)模的旋轉(zhuǎn)軸線偏移；所述內(nèi)模和所述外模的相應(yīng)的軸向偏移量是相等的。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的模具工具，其中，所述內(nèi)模和所述外模布置成使得當(dāng)在鄰 近于所述內(nèi)模的點(diǎn)處的所述外模的所述圓角肩部的曲率半徑處于最大值時(shí)，所述外模的每 個(gè)所述第二柱形主體均處于距所述內(nèi)模的旋轉(zhuǎn)軸線的最小距離，使得由所述模具工具形成 的所述禮帽形部分的深度是最小值。
13.根據(jù)權(quán)利要求10至12中任一項(xiàng)所述的模具工具，其中，所述外模的所述圓角肩部 的曲率半徑和所述內(nèi)模的所述圓角凹入部的曲率半徑在相應(yīng)的所述模具的周邊的180°范 圍內(nèi)以相等速率在最小值和最大值之間變化。
14.一種形成纖維增強(qiáng)的復(fù)合禮帽形加強(qiáng)件的方法，所述方法包括使纖維增強(qiáng)復(fù)合 材料的片材通過根據(jù)權(quán)利要求10至13中任一項(xiàng)所述的模具工具的所述外模和所述內(nèi)模之 間，并且當(dāng)所述纖維增強(qiáng)材料通過所述內(nèi)模和所述外模之間時(shí)使該內(nèi)模和該外模反轉(zhuǎn)。
15.一種根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法形成的纖維增強(qiáng)的復(fù)合禮帽形加強(qiáng)件。
全文摘要
一種用于形成具有圓角肩部的C形截面部件的模具工具(30)，該模具工具包括內(nèi)模(32)，該內(nèi)模具有柱形主體(36)，該柱形主體具有通過相應(yīng)的圓角凸起部連接至相對的平面端面的柱形外表面；和外模(34)，該外模具有通過相應(yīng)的圓角凹入部(48、50)連接至相對的端部凸緣(46)的柱形中央部(44)，其中內(nèi)模的一部分布置成設(shè)置在外模的端部凸緣(46)之間并且與其間隔開，以限定與待形成的C形截面部件的希望的橫截面對應(yīng)的腔體；圓角凸起部和圓角凹入部具有圍繞相應(yīng)的內(nèi)模和外模的周邊而變化的曲率半徑；并且內(nèi)模和外?？尚D(zhuǎn)，使得該內(nèi)模和該外模彼此鄰近處的圓角凸起部和圓角凹入部的曲率半徑當(dāng)該內(nèi)模和該外模旋轉(zhuǎn)時(shí)變化。
文檔編號B29C70/50GK102123851SQ200980127850
公開日2011年7月13日 申請日期2009年7月14日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月18日
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