具有一體化配件的熱塑性復(fù)合材料支撐結(jié)構(gòu)及其制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本公開總體上涉及一種復(fù)合材料零件的制造，更具體地涉及具有一體化配件的纖維增強(qiáng)的熱塑性支撐結(jié)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]支撐結(jié)構(gòu)常常具有提供用于附接、支撐該結(jié)構(gòu)或者將該結(jié)構(gòu)與其他部件連接的點的特有配件。在飛行器產(chǎn)業(yè)中，某些支撐結(jié)構(gòu)可以從具有針對特定應(yīng)用而獨特地形成的部分的加工金屬構(gòu)件形成，有時被稱之為“拱起(hog-out)”。盡管被實施，然而，這些特定配置的加工構(gòu)件可能比預(yù)期的重并且制造起來比較昂貴。
[0003]用于解決該問題的部分解決方案憑借著利用連續(xù)的壓縮成型處理從纖維增強(qiáng)的熱塑性樹脂形成類似突起的支撐結(jié)構(gòu)，其中使用支撐結(jié)構(gòu)裝配金屬性的或者單獨的成型配件。然而，這種解決方法是勞動密集型的并且還導(dǎo)致支撐結(jié)構(gòu)比預(yù)期的要重。
[0004]因此，需要一種具有既是輕重量的又容易制造的獨特配件的復(fù)合材料支撐結(jié)構(gòu)。此外，還需要一種制造能夠使特有構(gòu)造的配件一體化并且非常適合高生產(chǎn)率環(huán)境的復(fù)合材料支撐結(jié)構(gòu)的方法。
[0005]本申請涉及于2013年12月3日提交的美國專利申請序列號14/095，711 (代理人案號13-0763-US-NP)和于2013年12月3日提交的美國專利申請序列號14，095,693(代理人案號 13-0764-US-NP)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本公開的實施方式提供了一種具有獨特配置、一體化配件的復(fù)合材料支撐結(jié)構(gòu)，該一體化配件適合用于形成附接點，該附接點用于支撐或者將其他部件和/或傳輸負(fù)荷或者附接至其他結(jié)構(gòu)。通過將配件一體化至支撐結(jié)構(gòu)中減少了制造成本并且可以增強(qiáng)結(jié)構(gòu)性能。可以生產(chǎn)在連續(xù)長度上具有配件的支撐結(jié)構(gòu)，該配件沿著零件長度被一體化在期望的位置上。
[0007]根據(jù)一個公開的實施方式，提供了一種制造具有至少一個一體化配件的復(fù)合材料零件的方法。壓縮汽缸被放置在具有零件腔和至少一個配件腔的模具上，并且壓縮汽缸和模具相對于彼此移動。纖維增強(qiáng)的樹脂薄片的裝料被放置在汽缸中，并且薄片中的樹脂熔化形成樹脂和纖維的可流動的混合物。隨著壓縮汽缸和模具相對于彼此移動，可流動的混合物被壓縮到零件腔和配件腔中。通過相對于壓縮汽缸間歇性地或者連續(xù)地移動模具可執(zhí)行移動模具。多個壓縮汽缸可被放置在模具上的不同位置處以形成零件的不同區(qū)域?？呻x線(off-line)填充壓縮汽缸。通過推動活塞經(jīng)過汽缸執(zhí)行壓縮可流動的混合物。樹脂可以是熱塑性樹脂并且纖維可具有大于約0.25英寸的長度。纖維可具有約0.50英寸的長度。
[0008]根據(jù)另一公開的實施方式，提供了一種制造具有一體化配件的伸長的、纖維增強(qiáng)的熱塑性結(jié)構(gòu)的方法。該方法包括形成纖維增強(qiáng)的熱塑性零件并且使熱塑性配件在纖維增強(qiáng)的熱塑性零件上壓縮成型。通過連續(xù)壓縮成型可以形成纖維增強(qiáng)的熱塑性零件。使熱塑性配件壓縮成型可包括將壓縮汽缸放置在零件上并且使用壓縮汽缸將熱塑性樹脂和隨機(jī)定向增強(qiáng)纖維的可流動混合物壓縮在零件上。壓縮汽缸可沿著零件的長度被移動至各個區(qū)域以在零件上連續(xù)形成多個配件中的每一個。該方法可進(jìn)一步包括使用可流動的樹脂使零件的區(qū)域熔化在一起。使熱塑性配件壓縮成型可包括將模具定位在零件上，并且使用壓縮汽缸將熱塑性樹脂和纖維的可流動混合物壓縮在模具中并且抵靠在零件上。該方法還可包括將熱塑性預(yù)浸料薄片的裝料引導(dǎo)至壓縮汽缸中，并且通過加熱壓縮汽缸內(nèi)的裝料使預(yù)浸料薄片中的樹脂熔化。
[0009]仍然根據(jù)另一公開的實施方式，復(fù)合材料結(jié)構(gòu)包括:伸長的零件，該伸長的零件由使用纖維增強(qiáng)的的熱塑性樹脂形成；以及至少一種配件，該至少一種配件與零件成一整體并且由使用隨機(jī)定向的纖維進(jìn)行增強(qiáng)的熱塑性樹脂形成。隨機(jī)定向纖維每個可具有約0.25英寸與約0.50英寸之間的程度。增強(qiáng)零件的纖維基本上是連續(xù)的并且是單向的。增強(qiáng)零件的纖維分別具有基本上隨機(jī)的纖維定向。零件的樹脂與配件的樹脂熔化在一起。
[0010]總之，根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供了一種制造具有至少一個一體化配件的復(fù)合材料零件的方法，包括:將壓縮汽缸放置在具有零件腔和至少一個配件腔的模具上；相對移動壓縮汽缸和模具；將纖維增強(qiáng)的樹脂薄片的裝料放置在汽缸中；使薄片中的樹脂熔化以形成樹脂和纖維的可流動混合物；并且隨著壓縮汽缸和模具相對于彼此移動，將可流動混合物壓縮到零件腔和配件腔中。
[0011]有利地，在該方法中，通過相對于壓縮汽缸連續(xù)移動模具來執(zhí)行相對移動壓縮汽缸和模具。
[0012]有利地，在該方法中，通過相對于壓縮汽缸間歇性地移動模具來執(zhí)行相對移動壓縮汽缸和模具。
[0013]有利地，該方法進(jìn)一步包括將纖維增強(qiáng)的樹脂薄片的裝料放置在多個壓縮汽缸的每一個中；并且將壓縮汽缸中的每一個放置在模具上的不同位置處以分別形成零件的不同區(qū)域。
[0014]有利地，在該方法中，通過推動活塞經(jīng)過汽缸來執(zhí)行壓縮可流動的混合物。
[0015]有利地，在該方法中，樹脂是熱塑性樹脂。
[0016]有利地，在該方法中，樹脂中的每一個具有大于約0.25英寸的長度。
[0017]有利地，在該方法中，纖維中的每一個具有約0.5英寸的長度。
[0018]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種制造具有一體化配件的伸長的、纖維增強(qiáng)的熱塑性結(jié)構(gòu)的方法，包括:形成纖維增強(qiáng)的熱塑性零件；并且在纖維增強(qiáng)的熱塑性零件上使熱塑性配件壓縮成型。
[0019]有利地，在該方法中，通過連續(xù)壓縮成型來執(zhí)行形成纖維增強(qiáng)的熱塑性零件；并且使熱塑性配件壓縮成型包括將壓縮汽缸放置在零件上并且使用壓縮汽缸將熱塑性樹脂和隨機(jī)定向的增強(qiáng)纖維的可流動混合物壓縮至零件上。
[0020]有利地，在該方法中，壓縮汽缸沿著零件的長度移動至各個區(qū)域以在零件上連續(xù)形成多個配件中的每一個。
[0021]有利地，該方法進(jìn)一步包括使用可流動的樹脂將零件的各個區(qū)域熔化在一起。
[0022]有利地，在該方法中，使熱塑性配件壓縮成型包括將多個模具中的每一個定位在零件上；并且使用壓縮汽缸將熱塑性樹脂和纖維的可流動混合物壓縮直模具中的每一個中并且抵靠在零件上。
[0023]有利地，該方法進(jìn)一步包括將熱塑性預(yù)浸料薄片的裝料引導(dǎo)至壓縮汽缸中；并且通過對壓縮汽缸內(nèi)的裝料進(jìn)行加熱使預(yù)浸料薄片中的樹脂熔化。
[0024]根據(jù)本發(fā)明的又一方面，提供了一種復(fù)合材料結(jié)構(gòu)，包括:伸長的零件，該伸長的零件由使用纖維增強(qiáng)的的熱塑性樹脂形成；和至少一個配件，該至少一個配件與零件成一整體并且由具有使用隨機(jī)定向纖維增強(qiáng)的的熱塑性樹脂形成。
[0025]有利地，在復(fù)合材料結(jié)構(gòu)中，隨機(jī)定向纖維均具有約0.25英寸與約0.50英寸之間的長度。
[0026]有利地，在復(fù)合材料結(jié)構(gòu)中，增強(qiáng)零件的纖維基本上是連續(xù)并且是單向的。
[0027]有利地，在復(fù)合材料結(jié)構(gòu)中，增強(qiáng)零件的纖維分別具有基本上隨機(jī)的纖維定向。
[0028]有利地，在復(fù)合材料結(jié)構(gòu)中，增強(qiáng)零件的纖維均具有約0.25英寸與約0.50英寸之間的長度。
[0029]有利地，在復(fù)合材料結(jié)構(gòu)中，零件的樹脂與配件的樹脂熔化在一起。
[0030]參考下列描述和附圖在本公開的各種實施方式或者可以組合能夠看出另外的細(xì)節(jié)的又一些其他實施方式中可以獨立地實現(xiàn)特性、功能以及優(yōu)點。
【附圖說明】
[0031]在所附權(quán)利要求中闡述了被認(rèn)為是新穎性特征的示例性實施方式的特性。然而，通過參照結(jié)合附圖閱讀時對本公開的示例性實施方式的以下詳細(xì)描述中，將充分地理解示例性實施方式以及所使用的優(yōu)選的方式、其他目的和優(yōu)點，在附圖中:
[0032]圖1是示出了根據(jù)所公開的實施方式的具有一體化配件的熱塑性復(fù)合材料支撐結(jié)構(gòu)的立體圖。
[0033]圖2是示出了圖1中示出的支撐結(jié)構(gòu)的側(cè)面正視圖。
[0034]圖3是示出了沿著圖2中的直線3-3截取的截面圖。
[0035]圖4是示出了用于形成圖1至圖3中所示的支撐結(jié)構(gòu)的裝置的縱截面圖的示圖，該支撐