專利名稱：用可收縮模具制造復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于制造由殼與封閉截面加強(qiáng)件或桁條形成的、由復(fù) 合材料制造的、特別可用于航空機(jī)身的結(jié)構(gòu)的方法。
背景技術(shù)：
重量是航空工業(yè)中的一個(gè)重要方面，因此由復(fù)合材料制造的優(yōu)化結(jié)構(gòu) 勝過金屬材料。
自動(dòng)碳纖維包邊機(jī)(taping machine)是相對(duì)于手工操作的巨大發(fā)展。這 些機(jī)器具有壓制要被包邊的表面的頭，所以所述表面必須反抗所述力。
將前述方面應(yīng)用到航空機(jī)身導(dǎo)致以操作的最低數(shù)量將儀表板與它們的 加強(qiáng)件或桁條結(jié)合，并且導(dǎo)致使所述加強(qiáng)件或桁條最優(yōu)化。
封閉截面的加強(qiáng)件或桁條通過加入相對(duì)于加強(qiáng)件或桁條更低的重量而 允許獲得更強(qiáng)的結(jié)構(gòu)。此類型的加強(qiáng)件或桁條的結(jié)合使制造方法變復(fù)雜， 因?yàn)樗枰訌?qiáng)件或桁條內(nèi)部的模具以允許料件的包邊和復(fù)合材料的固 化，以及在意欲所述加強(qiáng)件或桁條是中空的情況下，從加強(qiáng)件或桁條內(nèi)部 移除加強(qiáng)件或桁條。
用于制造所述結(jié)構(gòu)的方法是己知的，其中，剛性的元件被引入加強(qiáng)件 或桁條部分的內(nèi)部，以反抗包邊壓力和復(fù)合材料固化壓力。
這些方法是昂貴的，因此希望得到更有效率的方法，此目標(biāo)通過本發(fā) 明實(shí)現(xiàn)。

發(fā)明內(nèi)容
在第一方面中，本發(fā)明提出了一種用于以復(fù)合材料制造加強(qiáng)結(jié)構(gòu)的方 法，所述加強(qiáng)結(jié)構(gòu)由外殼和多個(gè)加強(qiáng)件或桁條形成，所述加強(qiáng)件或桁條的 橫截面具有不連續(xù)(broken)的輪廓線，并且至少一個(gè)凸緣接合到所述殼上，所述輪廓線限定了內(nèi)部開口，其特征在于，它包括下列步驟
-提供成型模具，所述成型模具在加強(qiáng)件或桁條的側(cè)面上擁有具有與
所述結(jié)構(gòu)的形狀類似的形狀的外表面，包括用于容納加強(qiáng)件或桁條的槽。 -提供輔助的壓入式陽模，所述輔助的壓入式陽模由能夠由于溫度和/
或壓力的影響而改變它的體積的材料制成的元件組成，以與加強(qiáng)件或桁條
的內(nèi)部開口類似的幾何形狀成型，并且覆蓋有適于使復(fù)合材料固化的膜。
-提供處于新的(fresh)或固化狀態(tài)的加強(qiáng)件或桁條；
-將加強(qiáng)件或桁條布置在模具的槽中，使它們適合槽的幾何形狀，并 且將輔助的壓入式陽模布置在所述加強(qiáng)件或桁條的內(nèi)部開口中，使其適合 它們的幾何形狀。在此步驟中，輔助的壓入式陽模幫助固化膜，以使它本 身適合每一個(gè)加強(qiáng)件或桁條的內(nèi)部幾何形狀。
-在由模具、加強(qiáng)件或桁條以及輔助的壓入式陽模形成的表面上層壓 外殼。成型模具和輔助的壓入式陽模反抗層壓力。
-在高的溫度和壓力的條件下，使加強(qiáng)結(jié)構(gòu)固化。
-移除輔助的壓入式陽模。在固化以后，它們的體積減小，從而允許 移除。
-從模具分離固化了的加強(qiáng)結(jié)構(gòu)。
在第二方面中，本發(fā)明提供了以聚合物例如聚氨酯或聚苯乙烯實(shí)施的 用于前述方法的輔助的壓入式陽模，所述輔助的壓入式陽模，由于方法的 溫度和/或壓力的影響，經(jīng)歷允許之后從加強(qiáng)件或桁條內(nèi)部移除它的變化。
本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于，它有助于制造其中加強(qiáng)件或桁條的截面和面 積在縱向上變化，并且甚至在一個(gè)或兩個(gè)末端中具有比中間截面更小的尺 寸的結(jié)構(gòu)，因?yàn)樗鲚o助的壓入式陽?？梢员怀尚鸵员氵m合它。
另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于，它有助于使用具有壓制包邊頭的機(jī)器，因?yàn)樗鲚o 助的壓入式陽模提供了在加強(qiáng)件或桁條內(nèi)部的用于反抗所述頭的力的基 底。
在對(duì)涉及附圖的物體的說明性實(shí)施方案的下列詳細(xì)描述中，將公開本 發(fā)明的其它特征和優(yōu)點(diǎn)。


圖la、 lb和lc分別顯示由殼與多個(gè)Q形(omega)、梯形和不規(guī)則Z形 的加強(qiáng)件或桁條形成的結(jié)構(gòu)的示意圖。
圖2示意性顯示根據(jù)本發(fā)明的用于制造由殼和多個(gè)Q-形加強(qiáng)件或桁 條形成的結(jié)構(gòu)的方法的步驟，借助于所述步驟，加強(qiáng)件或桁條以及由適于 固化的膜覆蓋的輔助的壓入式陽模被布置在結(jié)構(gòu)成型模具中。
圖3示意性顯示根據(jù)本發(fā)明的用于制造由殼和多個(gè)Q-形加強(qiáng)件或桁 條形成的結(jié)構(gòu)的方法的步驟，借助于所述步驟，進(jìn)行所述殼的包邊工序。
圖4示意性顯示根據(jù)本發(fā)明的用于制造由殼和多個(gè)Q-形加強(qiáng)件或桁 條形成的結(jié)構(gòu)的方法的步驟，借助于所述步驟，進(jìn)行固化工序。
圖5示意性顯示根據(jù)本發(fā)明的用于制造由殼和多個(gè)Q-形加強(qiáng)件或桁 條形成的結(jié)構(gòu)的方法的步驟，借助于所述步驟，使輔助的壓入式陽模的體 積減小，并且將所述結(jié)構(gòu)從用于它的制造的模具分離。
具體實(shí)施例方式
稍后將描述根據(jù)本發(fā)明的方法的一個(gè)實(shí)施方案，所述實(shí)施方案用于以 復(fù)合材料制造加強(qiáng)結(jié)構(gòu)11，所述加強(qiáng)結(jié)構(gòu)11由殼13和多個(gè)Q-形(Q)加強(qiáng) 件或桁條15形成，所述Q-形加強(qiáng)件或桁條15具有接合到殼13上的凸緣 17，和與所述殼13分開的腹板19。
本發(fā)明的方法目的還可應(yīng)用于制造由殼53和多個(gè)梯形-狀加強(qiáng)件或桁 條55形成的加強(qiáng)結(jié)構(gòu)51，梯形-狀加強(qiáng)件或桁條55具有接合到殼53的凸 緣57，和與所述殼53分開的腹板59和頭61;以及由殼73和多個(gè)不規(guī)則 Z-形加強(qiáng)件或桁條75形成的加強(qiáng)結(jié)構(gòu)71， Z-形加強(qiáng)件或桁條75具有接合 到殼73的凸緣77，和與所述殼73分開的腹板79和頭81。
加強(qiáng)件或桁條15、 55和75所共有的是它們的橫截面具有不連續(xù)的輪 廓線，具有至少一個(gè)凸緣17、 57、 77接合到殼13、 53、 73上，所述輪廓 線限定了內(nèi)部開口 23、 63、 83。
結(jié)構(gòu)11、 51、 71可以具有如在飛機(jī)機(jī)身部件情況下的開放形式或旋轉(zhuǎn) 部件形式。
現(xiàn)在進(jìn)入對(duì)該方法的描述，通過下列圖2可以觀察到，Q-形加強(qiáng)件或 桁條15被放置在具有槽33的成型模具31上，并且覆蓋有適于固化復(fù)合材料的膜39的輔助的壓入式陽模37被放置在加強(qiáng)件或桁條上。
可以使用固化了的或未固化的加強(qiáng)件或桁條15。
輔助的壓入式陽模37從例如聚合物像聚氨酯或聚苯乙烯的材料得到， 所述材料通過溫度和/或壓力的影響而在體積上經(jīng)歷改變，這允許從加強(qiáng)件 或桁條15移除所述輔助的壓入式陽模37，并且所述輔助的壓入式陽模37 通過使用適當(dāng)?shù)某尚图夹g(shù)而被提供有與加強(qiáng)件或桁條的內(nèi)部開口 23類似 的幾何形狀。
當(dāng)每一個(gè)輔助的壓入式陽模37被引入到加強(qiáng)件或桁條15的開口 23 中時(shí)，幫助固化膜39結(jié)合到每一個(gè)加強(qiáng)件或桁條15的內(nèi)部幾何形狀。
在將它們結(jié)合之前，可以在將加強(qiáng)件或桁條5和壓入式陽模37布置 在成型模具31上。
在圖3中可以觀察到，在隨后的步驟中，借助于包邊機(jī)的頭35，殼13 被層壓在由成型模具31、加強(qiáng)件或桁條15和覆蓋輔助的壓入式陽模37 的膜39形成的表面上。在此步驟中，成型模具31和輔助的壓入式陽模37 反抗包邊頭35的力。
該方法的變化是殼13的手工包邊操作。
在圖4中可以觀察到，在隨后的步驟中，固化膜41，和可任選的覆蓋 板(caul-plate)43，被放置在總體的結(jié)構(gòu)上。然后，在高壓釜中，在高的溫 度和壓力條件下使該結(jié)構(gòu)固化。在固化工序過程中，覆蓋輔助的壓入式陽 模37的膜39將加強(qiáng)件或桁條15的內(nèi)部與內(nèi)部高壓釜空氣連通，并且實(shí) 現(xiàn)保持壓力在周圍復(fù)合材料即加強(qiáng)件或桁條15與殼13的復(fù)合材料上，從 而引起固化。
一旦結(jié)構(gòu)11被固化和冷卻，就將輔助的壓入式陽模37移除，如圖5 中所示，通過用比初始尺寸更小的尺寸來描述它們，以有助于結(jié)構(gòu)11從 成型模具31分離并且從加強(qiáng)件或桁條15內(nèi)部移除輔助的壓入式陽模37。
可以將由下列權(quán)利要求限定的范圍內(nèi)所包括的更改引入到剛剛描述的 優(yōu)選實(shí)施方案中。
權(quán)利要求
1. 一種用于以復(fù)合材料制造加強(qiáng)結(jié)構(gòu)(11)的方法，所述加強(qiáng)結(jié)構(gòu)(11)由外殼(13)和多個(gè)加強(qiáng)件或桁條(15)形成，所述加強(qiáng)件或桁條(15)的橫截面具有至少一個(gè)凸緣(17)接合到所述外殼(13)上的不連續(xù)輪廓線，所述輪廓線限定內(nèi)部開口(23)，其特征在于，所述方法包括下列步驟a)提供模具(31)，所述模具(31)在所述加強(qiáng)件或桁條(15)的側(cè)面上擁有具有與結(jié)構(gòu)(11)的形狀類似的形狀的外表面，包括用于容納所述加強(qiáng)件或桁條(15)的槽(33)；b)提供輔助的壓入式陽模(37)，所述輔助的壓入式陽模(37)由能夠由于溫度和/或壓力的影響而改變它的體積的材料制成的元件組成，以與所述加強(qiáng)件或桁條的所述內(nèi)部開口(23)類似的幾何形狀成形，并且覆蓋有適于使復(fù)合材料固化的膜；c)提供處于新的或固化狀態(tài)的加強(qiáng)件或桁條(15)；d)將所述加強(qiáng)件或桁條(15)布置在模具(31)的所述槽(33)中，使所述加強(qiáng)件或桁條(15)適合所述槽的幾何形狀，并且將適合它們的幾何形狀的所述輔助的壓入式陽模(37)布置在所述加強(qiáng)件或桁條(15)的內(nèi)部開口(23)中；e)在由所述模具(31)、所述加強(qiáng)件或桁條(15)以及所述輔助的壓入式陽模(37)形成的表面上層壓所述外殼(13)；f)在高的溫度和壓力的條件下，使所述加強(qiáng)結(jié)構(gòu)(11)固化；g)移除所述輔助的壓入式陽模(37)；h)從所述模具(31)分離所述固化了的加強(qiáng)結(jié)構(gòu)(11)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于以復(fù)合材料制造加強(qiáng)結(jié)構(gòu)(ll)的方法， 其特征在于，所述加強(qiáng)結(jié)構(gòu)(ll)是管件。
3. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的用于以復(fù)合材料制造加強(qiáng)結(jié)構(gòu) (ll)的方法，其特征在于，所述加強(qiáng)件或桁條(15)具有Q(omega)形狀。
4. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的用于以復(fù)合材料制造加強(qiáng)結(jié)構(gòu) (ll)的方法，其特征在于，在步驟d)中，將之前已經(jīng)在它們的內(nèi)部開口(23) 中結(jié)合了所述輔助的壓入式陽模(37)的所述加強(qiáng)件或桁條布置在所述模具(31)的所述槽(33)中。
5. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的用于以復(fù)合材料制造加強(qiáng)結(jié)構(gòu) (ll)的方法，其特征在于，步驟e)是通過包邊機(jī)的頭(35)進(jìn)行的。
6. 根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的用于以復(fù)合材料制造加強(qiáng)結(jié) 構(gòu)(ll)的方法，其特征在于，在步驟f)以前，將覆蓋板(43)放置在所述外殼 (13)上。
7. —種輔助的壓入式陽模(37)，所述輔助的壓入式陽模(37)在根據(jù)權(quán) 利要求1-6的任一項(xiàng)的用于制造加強(qiáng)結(jié)構(gòu)(ll)的方法中使用，其特征在于， 所述輔助的壓入式陽模(37)是由聚氨酯制成的。
8. —種輔助的壓入式陽模(37)，所述輔助的壓入式陽模(37)在根據(jù)權(quán) 利要求1-6的任一項(xiàng)的用于制造加強(qiáng)結(jié)構(gòu)(ll)的方法中使用，其特征在于， 所述輔助的壓入式陽模(37)是由聚苯乙烯制成的。
全文摘要
一種用于以復(fù)合材料制造的由外殼(13)和多個(gè)加強(qiáng)件或桁條(15)形成的加強(qiáng)結(jié)構(gòu)(11)的方法，所述加強(qiáng)結(jié)構(gòu)(11)的橫截面具有限定內(nèi)部開口(23)的封閉形式，所述方法包括下列步驟a)提供成型模具(31)；b)提供輔助的壓入式陽模(37)，所述輔助的壓入式陽模(37)的材料能夠由于溫度和/或壓力的影響而改變它的體積，覆蓋有適于固化的膜；c)提供加強(qiáng)件或桁條(15)；d)將所述加強(qiáng)件或桁條(15)布置在模具(31)中，并且將所述輔助的壓入式陽模(37)布置在它們的內(nèi)部開口(23)中；e)層壓外殼(13)；f)在高的溫度和壓力的情況下使所述加強(qiáng)結(jié)構(gòu)(11)固化；g)在減小所述輔助的壓入式陽模(37)的體積以后，將它們移除；h)從所述模具(31)分離固化了的加強(qiáng)結(jié)構(gòu)(11)。本發(fā)明還涉及所述輔助的壓入式陽模。
文檔編號(hào)B29C70/06GK101448627SQ200680054776
公開日2009年6月3日 申請(qǐng)日期2006年3月31日 優(yōu)先權(quán)日2006年3月31日
發(fā)明者何塞·卡拉斯科·卡拉斯卡爾, 何塞·昆卡·林孔, 阿爾貝托·拉蒙·馬丁內(nèi)斯·塞雷索 申請(qǐng)人:空客西班牙公司