在波狀外形芯軸表面上壓實未固化復(fù)合構(gòu)件的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本公開總體涉及制造復(fù)合結(jié)構(gòu)的過程，并且更具體地涉及在波狀芯軸表面上壓實復(fù)合層壓縱梁。
【背景技術(shù)】
[0002]在飛行器工業(yè)中使用的細長復(fù)合構(gòu)件(例如縱梁)可以在沿它們長度的一個或多個平面內(nèi)是波狀外形的，以便符合例如機身蒙皮的結(jié)構(gòu)的曲率。通過使用壓實機以便抵靠芯軸(例如固化工具)的波狀表面來壓實未固化的縱梁疊層，可以實現(xiàn)縱梁的波狀外形。已經(jīng)開發(fā)出可屈曲或彎曲的柔性壓實機，其允許細長復(fù)合構(gòu)件在壓實過程期間符合波狀外形工具表面。
[0003]根據(jù)工具波狀外形程度，當未固化的縱梁疊層正被抵靠工具壓實時，其可以產(chǎn)生褶皺，特別是在工具的曲率中心或最大波狀外形附近。這種褶皺的發(fā)生是由于最接近波狀外形工具表面的復(fù)合材料層的彎曲使所述復(fù)合材料層處于壓縮而導(dǎo)致的。用這種方式壓縮材料導(dǎo)致過多的材料積聚并且聚攏成褶皺。褶皺可以對未固化縱梁的性能產(chǎn)生不期望的影響。
[0004]因此，需要一種在波狀外形工具上壓實未固化復(fù)合構(gòu)件(例如縱梁)的方法，該方法可以控制材料褶皺。還需要一種利用柔性壓實機在固化工具上壓實縱梁的方法，該方法減小褶皺的尺寸，同時沿著縱梁的長度大致均勻地分布褶皺。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]未固化復(fù)合構(gòu)件(例如縱梁)可以被彎曲以符合芯軸(例如波狀外形固化工具)的形狀，同時避免在復(fù)合材料內(nèi)形成相對大的褶皺。復(fù)合材料的任意褶皺被限制為沿著縱梁的波狀區(qū)域大致均勻分布的相對小的褶皺。在縱梁內(nèi)避免產(chǎn)生較大褶皺可以提高結(jié)構(gòu)性能和均勻性。通過使用頂點成形方法和柔性壓實機可實現(xiàn)材料褶皺的均勻分布。在頂點成形期間，柔性壓實機被用于放置未固化的縱梁并且抵靠波狀外形工具表面使未固化縱梁彎曲，在波狀外形的頂點開始并且從頂點向外移動。柔性壓實機在其內(nèi)包含一系列橫向切口，在壓實過程期間所述橫向切口可以接收過多的復(fù)合材料，以便允許相對小的材料褶皺的受控的形成，所述相對小的材料褶皺不明顯影響縱梁性能。
[0006]—個公開的實施例提供了抵靠具有波狀外形的芯軸表面壓實未固化復(fù)合構(gòu)件的方法。該方法包括將未固化復(fù)合構(gòu)件連接到壓實機。壓實機也被用于將未固化復(fù)合構(gòu)件與芯軸表面的波狀外形對準，并且還被用于使未固化復(fù)合構(gòu)件在波狀外形的頂點處首先接觸芯軸表面。該方法包含在芯軸表面的波狀外形上形成未固化復(fù)合構(gòu)件，并且壓實機被用于抵靠芯軸表面壓實未固化復(fù)合構(gòu)件?？梢酝ㄟ^使未固化復(fù)合構(gòu)件區(qū)域成型(drapeforming)到芯軸表面上來執(zhí)行未固化復(fù)合構(gòu)件的成型。區(qū)域成型包含當未固化復(fù)合構(gòu)件在芯軸表面上成型時，維持未固化復(fù)合構(gòu)件的末端和芯軸表面之間的基本恒定的關(guān)系?？梢酝ㄟ^沖擊成型來執(zhí)行未固化復(fù)合構(gòu)件的成型。所述成型包含通過在未固化復(fù)合構(gòu)件內(nèi)引起S形彎曲來減小臨近芯軸表面的未固化復(fù)合構(gòu)件內(nèi)的局部壓縮力。在已經(jīng)使未固化復(fù)合構(gòu)件首先接觸頂點處的芯軸表面之后，執(zhí)行在波狀外形上的未固化復(fù)合構(gòu)件的成型。通過從頂點處沿著未固化復(fù)合構(gòu)件向外漸進地使未固化復(fù)合構(gòu)件成型到芯軸表面上可以執(zhí)行所述成型。當未固化復(fù)合構(gòu)件與頂點處的芯軸表面首先接觸時，未固化復(fù)合構(gòu)件具有預(yù)選的方位姿態(tài)，并且當未固化復(fù)合構(gòu)件在芯軸表面的波狀外形上被成型時，未固化復(fù)合構(gòu)件外部區(qū)段的方位姿態(tài)被維持為基本平行于預(yù)選的方位姿態(tài)。使未固化復(fù)合構(gòu)件成型包含將未固化復(fù)合構(gòu)件彎曲成逐漸變小的曲率半徑。該方法可以進一步包括通過允許未固化復(fù)合構(gòu)件內(nèi)的材料壓縮到壓實機中的切口內(nèi)，以便在成型期間分布在未固化復(fù)合構(gòu)件內(nèi)形成的任何褶皺。該方法還可以包括，通過移動未固化復(fù)合構(gòu)件的中性軸的位置，在成型期間使用壓實機減少未固化復(fù)合構(gòu)件的褶皺。
[0007]另一實施例提供了在芯軸表面的波狀外形上使復(fù)合縱梁成型期間控制未固化復(fù)合縱梁的褶皺的方法，其包括將復(fù)合縱梁與芯軸表面的波狀外形的頂點對準，并且使復(fù)合縱梁接觸頂點處的芯軸表面。將復(fù)合縱梁從頂點向下成型到芯軸表面上。從頂點處成型復(fù)合縱梁包含抵靠芯軸表面向下并且從頂點逐漸向外地彎曲復(fù)合縱梁。使縱梁成型包含維持復(fù)合縱梁末端和芯軸表面之間的基本恒定的關(guān)系，并且可以通過區(qū)域成型和沖擊成型之一來執(zhí)行。該方法可以進一步包括在復(fù)合縱梁內(nèi)安裝柔性壓實機，將復(fù)合縱梁連接到壓實機，以及使用壓實機將復(fù)合縱梁接觸頂點處的芯軸表面，并且將復(fù)合縱梁從頂點向下成型到芯軸表面上。通過使用吸力來執(zhí)行將復(fù)合縱梁連接到壓實機。使用壓實機，可以將縱梁從頂點向下成型到芯軸表面上。通過允許將復(fù)合縱梁的材料壓縮到壓實機內(nèi)，控制復(fù)合縱梁的褶皺。通過使用壓實機來執(zhí)行將復(fù)合縱梁從頂點向下成型到芯軸表面上，并且該壓實機被用于促進復(fù)合縱梁內(nèi)褶皺的基本均勻分布。
[0008]又一實施例提供了將未固化復(fù)合構(gòu)件成型到固化工具內(nèi)的波狀外形凹槽中的方法。該方法包括將未固化復(fù)合構(gòu)件連接到壓實機，并且使用壓實機以便使未固化復(fù)合構(gòu)件與沿波狀外形凹槽的波狀外形的頂點處的固化工具首先接觸。壓實機被用于從頂點處向下并且沿著波狀外形凹槽逐漸向外地成型未固化復(fù)合構(gòu)件。壓實機還被用于分布褶皺，該褶皺在向下并且沿著波狀外形凹槽成型未固化復(fù)合構(gòu)件期間形成在未固化復(fù)合構(gòu)件內(nèi)。通過區(qū)域成型和沖擊成型之一來執(zhí)行使用壓實機成型未固化復(fù)合構(gòu)件。
[0009]總之，本發(fā)明的一個方面提供了抵靠具有波狀外形的芯軸表面壓實未固化復(fù)合構(gòu)件的方法，該方法包含將未固化復(fù)合構(gòu)件連接到壓實機；使用壓實機以將未固化復(fù)合構(gòu)件與芯軸表面的波狀外形對準；使用壓實機以使未固化復(fù)合構(gòu)件首先接觸波狀外形頂點處的芯軸表面；從頂點處向外在芯軸表面的波狀外形上形成未固化復(fù)合構(gòu)件；以及使用壓實機以便抵靠芯軸表面壓實未固化復(fù)合構(gòu)件。
[0010]有利地，該方法進一步包含通過允許將未固化復(fù)合構(gòu)件內(nèi)的材料壓縮到壓實機內(nèi)的切口中，而分布在成型期間形成在未固化復(fù)合構(gòu)件內(nèi)的任何褶皺。
[0011]有利地，在該方法中，未固化復(fù)合構(gòu)件具有中性軸并且該方法進一步包含通過移動未固化復(fù)合構(gòu)件的中性軸的位置而在成型期間使用壓實機來減少未固化復(fù)合構(gòu)件的褶皺。
[0012]有利地，在該方法中，成型未固化復(fù)合構(gòu)件包含使用壓實機以在未固化復(fù)合構(gòu)件內(nèi)形成扭轉(zhuǎn)。
[0013]有利地，在該方法中，使未固化復(fù)合構(gòu)件成型是通過將未固化復(fù)合構(gòu)件區(qū)域成型到芯軸表面上執(zhí)行的。
[0014]有利地，在該方法中，所述區(qū)域成型包含，當未固化復(fù)合構(gòu)件被成型到芯軸表面上時，維持未固化復(fù)合構(gòu)件的末端與芯軸表面之間的基本恒定的關(guān)系。
[0015]有利地，在該方法中，使未固化復(fù)合構(gòu)件成型是通過沖擊成型執(zhí)行的。
[0016]有利地，在該方法中，所述沖擊成型包含通過在未固化復(fù)合構(gòu)件內(nèi)引起S形彎曲而減小臨近芯軸表面的未固化復(fù)合構(gòu)件內(nèi)的局部壓縮力。
[0017]有利地，在該方法中，在使未固化復(fù)合構(gòu)件首先接觸頂點處的芯軸表面之后，執(zhí)行在波狀外形上成型未固化復(fù)合構(gòu)件。
[0018]有利地，在該方法中，所述成型通過使未固化復(fù)合構(gòu)件從頂點處沿著未固化復(fù)合構(gòu)件逐漸向外地成型到芯軸表面上而執(zhí)行。
[0019]有利地，在該方法中，當未固化復(fù)合構(gòu)件首先接觸頂點處的芯軸表面時，所述未固化復(fù)合構(gòu)件具有預(yù)選的方位姿態(tài)，并且當在芯軸表面的波狀外形上成型未固化復(fù)合構(gòu)件時，未固化復(fù)合構(gòu)件的外部區(qū)段的方位姿態(tài)被維持基本平行于預(yù)選的方位姿態(tài)。
[0020]有利地，在該方法中，使未固化復(fù)合構(gòu)件成型包含使未固化復(fù)合構(gòu)件彎曲成逐漸變小的曲率半徑。
[0021]本發(fā)明的另一方面提供了由該方法壓實的復(fù)合構(gòu)件。
[0022]本發(fā)明的又一方面提供了一種在芯軸表面的波狀外形上成型復(fù)合縱梁期間控制未固化復(fù)合縱梁的褶皺的方法，包含將復(fù)合縱梁與芯軸表面的波狀外形的頂點對準；并且使復(fù)合縱梁接觸芯軸表面的頂點；以及將復(fù)合縱梁從頂點向下成型到芯軸表面上。
[0023]有利地，在該方法中，從頂點成型復(fù)合縱梁包含從頂點抵靠芯軸表面向下并且逐漸向外地彎曲復(fù)合縱梁。
[0024]有利地，在該方法中，從頂點成型復(fù)合縱梁包含維持復(fù)合縱梁的末端與芯軸表面之間的基本恒定的關(guān)系。
[0025]有利地，在該方法中，使復(fù)合縱梁成型是通過區(qū)域成型和沖擊成型之一執(zhí)行的。
[0026]有利地，該方法進一步包含在復(fù)合縱梁內(nèi)安裝柔性壓實機；將復(fù)合縱梁連接到壓實機；以及使用壓實機以使復(fù)合縱梁接觸芯軸表面的頂點，并且將復(fù)合縱梁從頂點向下成型到芯軸表面上。
[0027]有利地，在該方法中，將復(fù)合縱梁連接到壓實機是通過使用吸力執(zhí)行的。
[0028]有利地，在該方法中，將復(fù)合縱梁從頂點向下成型到芯軸表面上是使用壓實機執(zhí)行的，并且通過允許將復(fù)合縱梁的材料壓縮到壓實機內(nèi)，控制復(fù)合縱梁的褶皺。
[0029]有利地，在該方法中，將復(fù)合縱梁從頂點向下成型到芯軸表面上是使用壓實機執(zhí)行的，并且該壓實機被用于促進復(fù)合縱梁內(nèi)褶皺的基本均勻分布。
[0030]本發(fā)明的另一方面提供了具有通過該方法產(chǎn)生的受控褶皺的復(fù)合縱梁。
[0031]本發(fā)明的又一方面提供了將未固化復(fù)合構(gòu)件成型到固化工具中的波狀外形凹槽內(nèi)的方法，包含將未固化復(fù)合構(gòu)件連接到壓實機；使用壓實機以使未固化復(fù)合構(gòu)件首先接觸沿波狀外形凹槽的波狀外形的頂點處的固化工具；使用壓實機以便使未固