製造輪廓部件的方法
2023-05-10 03:54:21 2
專利名稱：製造輪廓部件的方法
技術領域：
本發明涉及一種製造輪廓部件的方法，尤其是在航空和航天領域。
將相對於T形輪廓的製造對本發明和基於本發明的問題進行更加詳 細地描述，雖然它們適用於任何期望的輪廓部件。
背景技術：
成T形輪廓的縱梁廣泛地應用於飛行器工業中。因此，本發明的目 的是儘可能有效率地和成本有效地製造所述縱梁。
在申請人的公司內部已知的一種用於製造T形縱梁的方法提供以下
步驟
疊層(lay-up),其具體地通過自動帶鋪設裝置構造並由帶製成，所述 帶具體地由樹脂基體中的單向碳纖維構成，所述樹脂基體最初放置在成形 工具上。
在另一步驟中，疊層的一端被剛性地夾持在成形工具上，疊層的另一 端在成形工具的邊緣上突出。
在另一步驟中，疊層被加熱，具體通過日光浴器加熱。
在隨後的步驟中，疊層與成形工具一起包裹在真空袋中，且施加真空。 這導致突出端剛性地定位在成形工具上。因此，疊層以相當緊湊的半徑圍 繞邊緣彎曲，形成L形輪廓部件。
這導致在疊層的另一、未夾持端上的所謂"書效應"，該"書效應"依賴 於半徑，引起結合的織物中的單個層或纖維的相對偏移。相對於半徑位於 外側的纖維或層被較大程度地縮短，在從疊層的未夾持端觀看時，類似於 書的打開頁。
夾持具有防止單個層或纖維在夾持端相對偏移的功能，因為這一端將 用作為縱梁的腳部。書效應或對被書效應影響的纖維部分的隨後的機加工 由於強度的原因對縱梁的腳部不利，並且因此應被避免。通過使用另一成形工具對另一疊層重複在開始時所描述的步驟。 在另一步驟中，兩個成形工具彼此相對驅動，使得所形成的L形輪廓
部件在被書效應所影響的它們的端部中的每個端部處壓在一起，以形成裝
配的T形輪廓部件。
在隨後的步驟中，由兩個成形工具和裝配的T形輪廓部件構成的布置
在高壓釜中固化。
在之前描述的方法中，己經發現不利之處在於，首先夾持導致相當費 力的方法。其次，夾持使得皺褶形成在夾具的下遊的疊層區域中。這導致
將要製造的T形輪廓部件的質量的劣化，尤其是在強度方面。
發明內容
因此，本發明的目的是提供一種製造輪廓部件的方法，而不需要上述 的夾持過程。
根據本發明提供了製造具有權利要求1所述的特徵的輪廓的方法。
因此，提供一種具有用於製造航空和航天領域中的輪廓部件的下述步 驟的方法。由複合纖維材料製成的疊層最初放置在成形工具上。在另一步 驟中，通過成形工具使疊層形變，以便形成至少彎曲一次的輪廓，所述輪 廓具有在輪廓的每一相對端部處出現的書效應。在另一步驟中，被彎曲至 少一次的輪廓沿縱向方向被切開，以形成至少兩個單獨的輪廓部件。
基於本發明的思想是允許疊層中的纖維或層相對偏移，並且因此不用 通過夾持來防止所述偏移。這意味著，首先，夾持步驟可被取消；其次， 在引言中提及的皺褶的形成被避免。根據本發明通過沿縱向方向切開輪廓 (即例如切割成兩個)來製造沒有書效應的所需要的端部。因此兩個輪廓 部件被形成，在一端處沿橫向方向具有平滑的切割邊緣(優選地成直角) 和在另一端具有書效應。因此形成的輪廓部件自身可固化，並且隨後可作 為縱梁固定至外殼，以便強化所述外殼。可有利地通過沒經受書效應的輪 廓部件的一端來實現緊固。
因此，根據本發明提供的簡化的方法還使得已製造的輪廓部件的質量 得到改善。
將從從屬權利要求中顯現出根據本發明的方法的有利的改進和拓展。
5術語"由複合纖維材料製成的疊層"在本文件中應理解為編織織物、結 合織物，尤其是帶結合織物，其由層構造和/或具有在厚度方向上一個摞一 個地堆疊的多個纖維。術語"由複合纖維材料製成的疊層"優選地是指帶材 料的層構造，該層構造包括纖維層，所述纖維層被排列且一個摞一個地放 置，關於將要製造的輪廓部件的負載以優化的方式構建所述層構造。"由 複合纖維材料製成的疊層"優選地進一步包括碳纖維、熱塑性聚合物纖維、 金屬線或金屬紡織織物或金屬結合織物，尤其是銅線結合織物及其混合 物。環氧樹脂尤其適合於基體。疊層優選地被預浸，即被引入的基體在疊 層被放置在成形工具上之前僅部分固化。
術語"切開"表示切害U，尤其是用CNC銑刀或CNC鋸。然而，其它切
割方法，例如水噴射切割，也是適合的。"沿縱向方向切開輪廓"意味著切 開過程在縱向方向上具有至少一個空間部件。這優選地包括例如對角地切 開。
術語"輪廓"在本文件中應當理解為在空間方向(在下文中表示縱向方 向)上延伸的構件，該構件具有大致未變化的橫截面。術語"輪廓部件"理 解成通過沿縱向方向切開所述輪廓由此製造的部件。術語"已裝配的輪廓 部件"在本文件中應當理解成由至少兩個輪廓部件形成的構件，輪廓部件 沿橫向方向來彼此連接(尤其是用材料連接)。
根據本發明的優選的拓展，輪廓形成有部分是U形的橫截面，輪廓 部件中的每個部件形成有部分是L形的橫截面。輪廓尤其優選地形成為U 形輪廓，輪廓部件尤其優選地形成為L形輪廓部件。通過沿所述U形的鏡 像對稱線切割，可簡單地由U形輪廓製造兩個鏡像對稱的L形輪廓部件。
根據本發明的優選的實施例，輪廓部件在沒有顯示出書效應的部分處 彼此連接，以便形成已裝配的輪廓部件。以這種方式，T形輪廓部件例如 可以非常簡單的方式由兩個L形輪廓部件製造，所述T形輪廓部件因此未 在腳部區域中展示出書效應，並且能夠通過其腳部沒有任何困難地連接至 外殼，因為輪廓鮮明的邊緣被提供。顯示出T形輪廓部件的書效應的連接 板在製造方面可被輕易地再加工，如果需要，例如用CNC銑刀。在L形 輪廓部件的情形中，術語"沒有書效應的部分"表示腿部，在腿部的一端上 出現書效應。L形輪廓部件可例如具有相等或不等的邊。根據本發明的另一優選的拓展，兩個單獨的輪廓部件中的每個部件由 成形工具的一半來支撐。這導致這樣的優點，在切開之後，兩個單獨的輪 廓部件可彼此獨立地彼此在各自的工具半部上被處理，例如運輸至高壓 釜。當然，對於多於兩個的輪廓部件被支撐在每個工具半部上也是可以的。
根據本發明的另一優選的實施例，在切開之後工具半部被旋轉180°。 以這種方式，表現出書效應的單獨輪廓部件的部分可輕易地彼此靠近地定 位，並且之後彼此連接以形成裝配的輪廓部件。
在本發明的另一優選的拓展中，通過將已旋轉的工具半部壓在一起來 連接單獨的輪廓部件以形成已裝配的輪廓部件。以這種方式將部件壓在一 起製造已裝配的輪廓部件，各自的輪廓部件的鄰近的纖維被緊密地布置或 連鎖，或在已裝配的輪廓部件中實現均勻的樹脂分布。
根據本發明的另一優選的實施例，輪廓被沿所述輪廓的鏡像對稱線切
開。兩個相同的輪廓部件可例如非常簡單地結合以形成T形輪廓部件，因
此可以有利地被製造。根據本發明的另一優選的實施例，熱量被供給以使 疊層形變，尤其是通過感應加熱成形工具。供給的熱量軟化在疊層中出現 的樹脂基體，並且因此能夠用小的外力消耗使所述疊層輕易地形變。被感 應加熱的成形工具允許實現均勻的高熱量輸入到疊層中，尤其是由於疊層 與成形工具接觸的事實。在使用日光浴器的已知的加熱過程中，僅可以通 過輻射的方式進行熱傳遞。另外，感應加熱的成形工具的特點在於非常快 速地加熱至相當高的溫度。因此，可以縮短用於製造輪廓部件的過程時間。 另外，穿過疊層的更均勻的熱量滲透導致包含在疊層中的樹脂基體的流動 得以改善。這對部件品質具有有利的作用，尤其是強度方面。
在本發明的另一優選的實施例中，為了使疊層形變，所述疊層與成形 工具一起被用隔膜包裹，以便成真空密封，並且之後施加真空。隔膜在這 種情形下可以形成為單個隔膜，所述隔膜包圍包含成形工具的疊層，疊層 與成形工具直接接觸。隔膜還可以形成為雙隔膜，所述疊層布置在兩個隔 膜之間，因此，隔膜中的一個用其下側靠在成形工具上，且用其上側與疊 層接觸。在成形工具和下隔膜之間產生真空，以便使疊層形變。在雙隔膜 中，疊層自身優選地處於真空中。
在本發明的另一優選的拓展中，疊層在形變時至少被保持裝置保持，
7保持裝置允許疊層中的層和/或纖維偏移。保持裝置因此僅防止疊層在成形 工具上滑動，這可由例如真空產生的不同的形變力引起。在疊層中的纖維 或層因此還可在保持裝置和成形工具之間的區域中自由偏移，在該區域中 疊層被保持，使得有利地防止本文開始所提及的皺褶的形成。
根據本發明的另一優選的實施例，輪廓部件被固化，尤其是在高壓釜 中。這一步驟可例如在輪廓已經被切開之後進行，之後輪廓部件被單獨固 化。固化過程還可在輪廓部件已經彼此連接或連接至其它的輪廓部件之後 進行。結果，形成固化的零件，其可以例如連接至外殼以加強所述外殼。
在本發明的另一優選的實施例中，疊層形成為帶結合織物，尤其是機 械預機加工的帶結合織物。帶結合織物可被非常有效地製造，尤其是通過 使用自動帶鋪設裝置，從而在將要製造的構件中排列纖維方面具有非常大 的自由度。所述帶優選地由單向碳纖維構成，該碳纖維被樹脂基體浸漬。 因此，可以以非常簡單的方式獲得將要製造的輪廓部件上的優化的外力吸 收。
參考實施例和附圖在下文對本發明進行了更加詳細地描述，其中 圖1示意性地顯示根據本發明的實施例的方法的方法狀況； 圖2顯示根據實施例的另外的方法狀況； 圖3顯示根據實施例的另一方法狀況；— 圖3A是圖3的A局部的放大視圖； 圖4是根據實施例的另一方法狀況； 圖5是根據實施例的另一方法狀況； 圖6是根據實施例的另一方法狀況；和 圖7是根據實施例的另一方法狀況。
在附圖中，除非特別指出，相同參考標號表示相同或功能類似的構件。
具體實施例方式
圖1顯示在提供疊層1的過程中的方法的狀況。如示意性顯示的，例 如，疊層由三個帶層2a、 2b、 2c裝配而成。每層優選地包括單向排列的碳纖維，該碳纖維被環氧樹脂基體預浸漬。在這種情形下，纖維在層2a、 2b、2c中的每一層中以與圖1中的頁平面上的垂線成不同角度(例如45。) 的方式延伸。
疊層1隨後放置在如圖2所示的成形工具3上。成形工具3例如由兩 個工具半部4、 5裝配而成。因此，疊層1的縱向方向被排列垂直於圖1 至6中的頁平面。疊層優選地相對於其橫截面6中心地排列在成形工具3上。
所述半部4、 5被安裝，以便可圍繞旋轉軸線7、 8旋轉，所述旋轉軸 線7、 8垂直於圖2至6中的頁平面延伸。
在疊層1已經放置在成形工具3上之後，保持裝置11優選地布置在 成形工具上，使得通過疊層自身和成形工具3之間的摩擦連接來保持疊層 1，以防止疊層1相對於成形工具3滑動。
在另一步驟中，由成形工具3、疊層l和保持裝置ll構成的整個布置 12以真空密封的方式包裹在示意性地顯示的真空袋或隔膜13中。
在另一步驟中，工具半4、 5中的每一個優選地被感應加熱。之後加 熱的工具半部4、5將其熱量連續供給至疊層1，該熱量使得所述織物變軟。
在另一步驟中，真空施加至由隔膜13包圍的內部14，空氣被從內部 14排出，其由箭頭15顯示。
這導致疊層l形變，以形成如圖3所示的輪廓16。因此，輪廓16具 有內周17，該內周17對應於兩個工具半部的外周18。
已製造的輪廓16具有沿縱向方向(即垂直於圖3的頁平面)延伸的 U形橫截面21。 U形橫截面21被彎曲兩次，其通過各自的工具半部4、 5 的半徑22、 23來實現。由於疊層l圍繞半徑22、 23形變，層2a、 2b、 2c 相對彼此偏移，其反過來導致了如對圖3中的部分細節A中的端部24示 意地顯示地(這在圖3A中示出)在橫截面21的相對端24、 25處的書效 應。
在另一步驟中，隔膜13和保持裝置11被移除。在圖4中顯示了方法 的這種狀況。在另一步驟中，之後輪廓16被沿其鏡像對稱線26切割，該 鏡像對稱線26藉助優選的計算機控制的切割工具27垂直於頁平面沿輪廓 16延伸。在這種情形下，切割工具27尤其優選地在切割的同時延伸進入到兩個工具半部4、 5之間的間隙28中。輪廓16在切割過程中被切開成 兩個輪廓部件31、 32，每個輪廓部件具有L形橫截面33、 34。
在另一步驟中，兩個工具半部4、 5每個被圍繞旋轉軸線7或8樞轉 180°。這由圖5中的箭頭35、 36示出。在圖6中顯示了旋轉的工具半部4、 5。
由於切割過程，輪廓部件31、 32具有端部37或38，所述端部37或 38與形成有書效應的各自的端部24、 25相對，且每個大致以直角斜切和 形成有平滑的切面。根據本發明的實施例每個輪廓部件31或32由長腿部 31a、 32a和短腿部31b、 32b構成。每個短腿部31b、 32b因此包括表現出 書效應的端部24或25，長腿部31a、 32a包括沒有表現出書效應的端部 37或38。
在圖6顯示的方法的狀況之後的另一步驟中，兩個工具半部4、 5中 每個沿箭頭41、 42的方向彼此相對驅動。
通過彼此相對驅動兩個工具半部4、 5將兩個短腿部31b、 32b壓在一 起。結果，短腿部3K 32b中的複合纖維材料至少部分地混合在一起，從 而導致樹脂在兩個短腿部31b、 32b彼此鄰接的區域中非常均勻地分布。
在另一步驟中，圖6的布置與已經彼此相對驅動的工具半部4、 5 — 起優選地包裹在真空袋(未顯示)中，並在高壓釜(未顯示)中固化，以形 成圖7所示的T形輪廓部件43。
結果，製造出如圖7所示的T形輪廓部件43。根據本實施例，T形輪 廓部件43包括連接板44和腳部45。因此腳部45設置有沒有經受書效應 且大致以直角斜切的端部37、 38。在另一步驟中，腳部45可沒有困難地 固定至外殼(未顯示)。之後，外力可經由以直角斜切的端部37、 38不 受限制地從外殼轉移至T形輪廓43。端部37、 38還可滿足它們配置的精 度方面上的任何要求，因為圖4中的切割程序可被非常精確地控制。
表現出書效應的端部24、 25或連接板44，如果需要，可用適合的銑 刀砑光。
雖然參考優選的實施例對本文件中的本發明進行了描述，但是本發明 不限於此，並且可以各種方式進行修改。例如，輪廓16可具有帽子形、C形或至少彎曲一次的其它橫截面。
另外，輪廓部件31、 32還可形成不同形狀，例如是Z形。此外，輪廓部件31、 32可被在任何需要的腿部處彼此固定，即它們還可以被固定在長腿部31a、 32a處。
本發明涉及製造具有L形橫截面的輪廓部件或具有尤其是T形橫截面的已裝配的輪廓部件的方法。為此目的，由複合纖維材料製成的疊層最初放置在成形工具上。在另一步驟中，通過成形工具使疊層形變，以形成具有優選的U形橫截面的輪廓，因此所述輪廓在相對端部處表現出書效應。在另一步驟中，輪廓優選地被切割，以便製造兩個輪廓部件。基於本發明的思想是允許疊層中的層在形變期間偏移，並且之後通過切割過程製造出在輪廓部件上具有平滑的切面的直角斜切的端部。以這種方式，免除了不利的皺褶形成或疊層的複雜夾持。參考標號的列表1疊層
2a層2b層2c層
3成形工具
4工具半部
5工具半部
6橫截面
7旋轉軸線
8旋轉軸線
11保持裝置
12布置
13隔膜
14內部
15箭頭
16箭頭
17內周
18外周
21橫截面
22半徑
23半徑
24端部
25端部
26鏡像對稱線
27切割工具
28間隙
31輪廓部件
31a長腿部
31b短腿部
1232輪廓部件32a長腿部32b短腿部33橫截面34橫截面35箭頭36箭頭37端部38端部41箭頭42箭頭
43 T形輪廓部件44連接板45腳部
權利要求
1.一種製造輪廓部件(31、32；43)的方法，尤其應用在航天和航空領域中，所述方法包括以下步驟將由複合纖維材料製成的疊層(1)放置在成形工具(3)上；通過所述成形工具(3)使所述疊層(1)形變，以形成至少彎曲一次的輪廓(16)，在沿所述輪廓(16)的橫向方向上的相對端部(24、25)上出現書效應；和沿所述輪廓(16)的縱向方向(26)切割被至少彎曲一次的所述輪廓(16)，以形成至少兩個單獨的輪廓部件(31、32)。
2. 根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，被至少彎曲一次的所述 輪廓(16)形成有至少部分是U形的橫截面(21)，和所述至少兩個單獨 的輪廓部件(31、 32)中的每個形成有至少部分是L形的橫截面(33、 34)。
3. 根據權利要求1或2所述的方法，其特徵在於，所述至少兩個單 獨的輪廓部件(31、 32)在表現出所述書效應的部分(31b、 32b)處彼此 連接，以便形成已裝配的輪廓部件(43)。
4. 根據前述權利要求中至少一項所述的方法，其特徵在於，所述至少 兩個單獨的輪廓部件(31、 32)中的每個由所述成形工具(3)的一半部(4、 5)支撐。
5. 根據權利要求4所述的方法，其特徵在於，所述工具半部(4、 5) 在所述切割過程之後旋轉180°。
6. 根據權利要求5所述的方法，其特徵在於，所述方法提供了所述至 少兩個單獨的輪廓部件(31、 32)通過將所述已旋轉的工具半部(4、 5) 彼此壓靠來連接，以形成所述已裝配的輪廓部件(43)。
7. 根據前述權利要求中至少一項所述的方法，其特徵在於，所述輪廓 (16)沿著所述輪廓的鏡像對稱線(26)切割，所述輪廓被至少彎曲一次。
8. 根據前述權利要求中至少一項所述的方法，其特徵在於，熱量被供 給，用於使所述疊層(1)形變，尤其是通過感應加熱所述成形工具(3)。
9. 根據前述權利要求中至少一項所述的方法，其特徵在於，為了使所 述疊層(1)形變，所述疊層和所述成形工具(3) —起被隔膜(13)包裹，以便成真空密封，且之後施加真空(15)。
10. 根據前述權利要求中至少一項所述的方法，其特徵在於，所述疊 層(1)至少在所述形變過程中被保持裝置(11)保持，所述保持裝置(11)允許在所述疊層(1)中的層(2a、 2b、 2c)和/或纖維偏移。
11. 根據前述權利要求中至少一項所述的方法，其特徵在於，所述至 少兩個單獨的輪廓部件(31、 32)和/或已裝配的輪廓部件(43)被固化， 尤其是在高壓釜中。
12. 根據前述權利要求中至少一項所述的方法，其特徵在於，所述疊 層(1)形成為帶結合織物，尤其是機械預機加工的帶結合織物。
全文摘要
本發明涉及一種製造輪廓部件(31、32)的方法，每個輪廓部件(31、32)具有L形橫截面(33、34)，或已裝配的輪廓部件(43)具有尤其是T形橫截面。為此目的，由複合纖維材料製成的疊層(1)最初放置在成形工具(3)上。在另一步驟中，通過成形工具(3)使疊層形變，以形成具有優選的U形橫截面(21)的輪廓(16)，輪廓(16)因此在每一相對端部(24、25)處表現出書效應。在另一步驟中，輪廓(16)優選地沿縱向方向(26)被切割，用於製造兩個輪廓部件(31、32)。基於本發明的思想是允許疊層(1)中的層(2a、2b、2c)在形變過程中偏移和隨後通過切割過程在輪廓部件(31或32)上製造出大致直角斜切的端部(24或25)。因此避免了皺褶的不利的形成和疊層(1)的複雜夾持。
文檔編號B29C70/44GK101652238SQ200880010811
公開日2010年2月17日 申請日期2008年3月27日 優先權日2007年3月30日
發明者豪克·倫斯費爾德 申請人:空中巴士運營有限公司