用於生產由通過將加強纖維層存放在心軸上而獲得的合成材料製成的部件的方法

2023-05-13 06:50:41 3

專利名稱：用於生產由通過將加強纖維層存放在心軸上而獲得的合成材料製成的部件的方法
技術領域：
本發明涉及製造通過將多層加強纖維施加到心軸上而獲得的合成材料部件。這些層可以是例如通過注入樹脂而彼此結合的碳纖維的交織層、編織層或披蓋層。
背景技術：
在此製造方法中，如用於製作合成材料臂的製造方法，心軸可以是固體的或中空的並且也稱為芯的部件。心軸主要構成支撐件，當將若干加強纖維層施加抵靠於該支撐件時，該支撐件的外形緊接這些加強纖維層，使得最終部件的形狀與要求形狀對應。實際中，通過使用編織機，例如圖I中的標號1，將加強纖維層施加到心軸上。然後，心軸2安裝在編織機I中，編織機I主要包括環3，環3在其後表面承載有一 系列加強纖維卷。加強纖維4在大體位於軸線AX的區域中彼此結合，該軸線AX正交於環3。當編織周期開始時，心軸2沿軸線AX移動，由此使得大量纖維被編織，其中，這些纖維壓靠心軸2的外表面。調整心軸相對於環的行進速度，使得纖維被編織以成一角度定向，該角度具有預定值，如相對於軸AX為六十度。以這種方式執行幾次通過(pass),以便建立包圍心軸的多個編織纖維層。隨後，將由心軸和各種纖維層構成的組件放置於模具中。然後，注入樹脂以浸潰纖維層，在此之後，開始焙燒周期，使得由纖維層和樹脂構成的組件構成剛性整體。實際中，對纖維層，理想地是，儘可能好地壓靠運送纖維層的主軸，從而首先獲得精加工部件和心軸之間的良好幾何匹配，其次在精加工部件中獲得密度儘可能大的加強層，使得機械強度與重量的比率最優化。通過在編織工作期間施加在加強纖維中的張緊程度，編織纖維層壓靠心軸的程度被最優化。一般地，纖維層壓靠心軸的程度由纖維中的張力、纖維相對於軸線AX的定向以及心軸沿軸線AX的行進速度確定。在圖I的例子中，在編織操作中施加加強纖維層。然而，在其它方法中，加強纖維層可呈用於浸潰樹脂的預製纖維織物的形式，或者事實上，呈預浸潰披蓋(drape)的形式。當使用織物時，操作者將織物放置在合適的位置，該操作者同時使織物浸潰樹脂以使其壓靠心軸。當使用預浸潰披蓋時，操作者以類似的方式將各件放置就位在心軸上，而沒有必要繼續使織物浸潰樹脂。因此，在這最後兩個例子中，壓下纖維的問題主要由將加強纖維層放置在合適位置的操作者的技能決定，以致在工業製造環境下，此壓下操作不一定能正確地執行。

發明內容
本發明的目的是提出一種用於改進施加到心軸的加強纖維層的壓下操作的解決方案。針對此目的，本發明提供了一種製造合成材料部件的方法，其中，將一個或多個編織或織造或披蓋的加強纖維層施加到沿縱向延伸並具有由封閉輪廓限定的橫截面的心軸上，所述方法特徵在於，包括在將一個或多個層施加在心軸上之後施加至少一個繩帶的操作，該繩帶繞著並沿著由心軸和心軸承載的每個加強纖維層所構成的組件螺旋地纏卷，以將每個加強纖維層壓靠所述心軸。根據本發明，施於心軸的加強纖維層通過纏繞(taping)操作被壓下，所以不再需要在施加編織纖維層操作期間對纖維內張力進行複雜且耗時的調整。這使得可以首先增加精加工部件和心軸外部形狀之間的幾何匹配，其次增加該部件中加強纖維的密度，以增加其機械強度。本發明也提供如上限定的方法，其中，所使用的繩帶呈帶的形式，並且抵靠由所述 心軸承載的加強纖維層平坦放置。本發明也提供如上限定的方法，其中，每條已纏卷的繩帶的連續卷之間彼此隔開。本發明也提供如上限定的方法，其中，將新的加強纖維層施加到已纏卷有至少一個繩帶的一個或多個層上方，並且其中，已纏卷的至少一個繩帶被退卷，以便在施加新的層時被逐步移除。本發明也提供如上限定的方法，其中，纏卷操作包括纏卷呈帶形式的繩帶，其次包括纏卷呈紗線形式的繩帶。本發明也提供如上限定的方法，其中，在施加新的加強纖維層之前移除呈帶形式的繩帶。本發明也提供如上限定的方法，其中，至少兩個繩帶繞由心軸和心軸承載的加強纖維層所構成的組件沿相反方向纏卷。本發明也提供如上限定的方法，其中，在由心軸和心軸承載的加強纖維層所構成的組件上纏卷的至少一個繩帶由與施於心軸的層的加強纖維相同類型的纖維構成。本發明也提供如上限定的方法，其中，當將加強纖維層存放於組件上時，繞著組件並且沿組件逐步纏卷至少一個繩帶。本發明也提供了一種製造合成材料部件的方法，其中，在將樹脂注入加強纖維層並聚合樹脂之前，將一個或多個編織或織造或披蓋的加強纖維層施加到沿縱向延伸並具有由封閉輪廓限定的橫截面的心軸上，所述方法特徵在於，在注入樹脂之前，包括將每個加強纖維層壓靠心軸的一個或多個操作，每個操作通過具有繞心軸旋轉並承載壓制構件的框架的裝置而執行，該壓制構件至少部分徑向地施加到由心軸和心軸承載的每個纖維層所形成的組件，同時相對於框架並繞平行於縱向的軸線自由旋轉，以將壓緊力施加到將要被壓下的每個纖維層，該壓緊力相對於縱向徑向地定向。通過纏繞操作壓下施於心軸的加強纖維層，使得不再需要在施加編織纖維層的操作期間對纖維內張力進行複雜且耗時的調整。這使得首先可以增加精加工部件和心軸外形之間的幾何匹配，其次增加部件的加強纖維的密度以增加其機械強度。本發明也提供如上限定的方法，其中，壓緊構件是繞由框架承載的一組輪子接合的皮帶，該皮帶的一部分側向壓靠由心軸和心軸承載的每個層所構成的組件的一部分。
本發明也提供如上限定的方法，其中，壓緊操作通過兩個裝置執行，這兩個裝置具有繞由心軸和心軸承載的每個層所構成的組件沿相反方向旋轉的相應框架。本發明也提供如上限定的方法，其中，當將加強纖維層存放在組件上時，逐步實施至少一次壓緊加強纖維層的操作。


圖I是繞心軸編織碳纖維的操作的整體圖。圖2是本發明的帶有纏繞操作的編織操作的不完整側視圖。圖3是用於對由心軸和心軸承載的各層所構成的組件進行纏繞的裝置的整體圖。圖4是本發明第一實例的示意性側視圖。 圖5是精加工部件的縱向截面圖，其示意性地示出了通過本發明第一實例而獲得的多層結構。圖6是本發明第二實例的示意性側視圖。圖7是精加工部件的縱向截面圖，其示意性地示出了通過本發明第二實例而獲得的多層結構。圖8到圖10是本發明第三實例的示意性側視圖。圖11是精加工部件的縱向截面圖，其示意性地示出了本發明第三實施例中的多
層結構。圖12是本發明第四實例的示意性側視圖。圖13是用於實施單個壓延操作的裝置的示意性橫截面圖。圖14是能夠實施雙壓延操作的裝置的示意性橫截面圖。圖15示意性地示出了一個實例的側視圖，其中本發明的方法結合了纏繞繩帶之前的壓延操作。
具體實施例方式本發明所基於的思想是通過繞加強纖維層纏卷繩帶而實施將加強纖維層壓下抵靠心軸的操作，以此大大簡化對該壓下操作的控制。心軸沿AX方向縱向延伸，具有由可以為橢圓形、多邊形或其它形狀的封閉輪廓限定的橫截面。該輪廓大體限定心軸的側面，該心軸由加強纖維覆蓋以形成最終部件。如圖2示意性示出的，繞由心軸承載的纖維層進行纏卷的操作可以與編織所述纖維層的操作結合，以此方式使得沒有必要設置單獨的附加階段。該纏卷操作可以手工或半手工地執行，然而，有利地是通過圖3中由標號8所表示的該類型裝置實施纏卷操作。如圖2和圖3所示，在此示例中，繩帶7繞組件6並沿組件6纏卷，該組件6本身由心軸和心軸承載的纖維層所組成，以大致螺旋的方式放置繩帶，形成沿軸線AX彼此間隔的連續卷(turn)。在圖2和圖3的示例中，繩帶7呈帶的形式，即，繩帶具有輪廓大體為長方形的截面。然後，抵靠由心軸承載的加強纖維層平壓帶7，由此最優地保持纖維並防止纖維形成波紋形狀，而相反，便於纖維獲得儘可能規則的形狀。
該纏卷操作可以由圖7示意性示出的裝置8來執行，然後，在圖3中未示出的編織環3之前繞軸線AX放置該裝置。該構造使得當存放纖維層時能夠逐步地執行纏卷操作。裝置8包括支撐板9，支撐板9帶有以軸線AX為中心的圓形中央開口 11，且組件6從中央開口 11中穿過。支撐板9通過一組六個輪子(標記為13)承載以軸線AX為中心的環12，該組六個輪子將環包圍，同時支撐板9也承載該組六個輪子。輪子本身由支撐板9承載，並且能夠相對於支撐板9旋轉，它們繞以軸線AX為中心的圓規則地隔開，該圓直徑略大於環12的直徑。因此，環12接合在由輪子13限定的圓內部，並且一個或多個輪子是馬達驅動的，以使當致動該馬達時，引起環12繞軸線AX旋轉。如圖3所示，環12也承載繞軸線AX徑向相對定位的兩個捲軸14和16，每個捲軸適合於繞平行於軸線AX的軸線並相對於承載捲軸的環12進行轉動。在操作中，且如圖3示意性示出，環12被設置成通過馬達驅動的輪進行旋轉，同 時，由心軸和心軸承載的編織纖維層所構成的組件6沿軸線AX移動，使得兩個帶7a和7b分別從捲軸14和16退繞，並且繞存放在組件6上的纖維層螺旋地纏卷。圖3的裝置用於同時沿相同方向纏卷此處標記為7a和7b的兩個帶，然而，假定該裝置僅安裝有一個捲軸14，那麼該裝置同樣用於纏卷單個帶7。如圖4示意性示出的，帶7可以繞由編織機繞心軸2施加的加強纖維4的第一層17纏卷。一旦已施加該第一層17，且帶7已繞該第一層17纏卷，可以繞該組件、即在第一層17及包圍第一層17的帶7上施加加強纖維的新層18。在所得到的結構中，並如圖5所示，兩層17和18中的一層疊置在另一層上，然而，如果這兩層17和18彼此結合，帶7保持介入在兩層17和18之間。將容易理解的是，可以有利地使用由與層17和18的加強纖維同種類型的纖維製成的帶7，以便在已注入樹脂後獲得這兩層之間令人滿意的內聚(cohesion)。在本發明方法的另一個實例中，帶7繞加強纖維層17纏卷，以使該層壓靠心軸2，然而，當施加編織纖維的新層18時，逐步將該帶移除。如圖6示意性示出的，當繞由心軸和加強纖維的第一層17構成的組件編織該層時，標號為7』的另一帶繞加強纖維的新層18逐步地纏卷。根據不同情況，外部帶7』可以放置於合適位置，或者如圖7所示，可以被移除，圖7示出了當移除外部帶時由圖6的方法所得到的結構。如圖7所示，因為在施加第二編織層18之前已移除了第一帶7，兩個編織層彼此直接抵靠，從而一旦已注入並烘焙樹脂就使這兩層之間的內聚最優化。如圖8至11的例子中所示，也可以繞纖維層17不僅纏卷帶7，也沿同一方向同時纏卷帶7和紗線7"，以在移除帶7後將紗線7"置於合適的位置，同時施加加強纖維的第二層18。根據不同情況，可以同時與該帶一起纏卷紗線7"，或者隨後在帶7的連續卷之間的間隙中纏卷紗線7"。因此，確切來說，帶7可以用於將層17壓靠於心軸2，而呈紗線形式的繩帶7〃具有在已移除帶7之後將該被壓層保持在合適位置的功能。在此條件下，對應於圖9，在施加附加層18之前移除帶7，可以避免層17不再壓靠心軸的風險。
隨後，在精加工部件中，僅有紗線7〃仍在，藉此保證內層17被適當地壓下，同時因為介入在這些層之間的紗線7〃的表面積相對於這兩層之間結合的總表面積可以忽略，所以也保證層17和18之間的內聚，如圖11中可見的。為確保帶7繞已編織的加強纖維層纏卷而不幹擾這些纖維相對於軸線AX的定向，有利地是，可以沿相反方向纏卷兩帶，如圖12示意性地示出。在此情況下，由加強纖維層上的一個帶施加的纏繞作用通過由沿另一方向纏繞的第二帶施加的相反纏繞進行補償，使得周向張力被平衡。然後，標號為7a』和7b』的兩個帶通過例如圖3中所示類型的兩個裝置進行纏卷，在編織機I前部，此兩裝置中的一個安裝在另一個之前。然後，在此情況下，每個裝置承載單個帶捲軸，並且這兩個裝置的環被控制以繞軸線AX沿相反方向旋轉。在此條件下，由纏卷帶的操作引起的加強層中纖維的偏移被最小化。
應當注意，圖12的實例不排除這種可能性，即，纏卷紗線以允許兩個帶在施加加強纖維的附加層之前被移除，同時避免層17放鬆的風險。在此情況下，該紗線與位於帶7b』下方的帶7a』 一起被纏卷，使得總可以通過移除帶7b』然後移除帶7a』而開始，同時將紗線保留在合適位置。也可以通過在加強纖維層上進行所謂「旋轉壓延」操作而改進加強纖維層的壓下方式，如圖13至15示意性地示出的那樣。如圖13所示，設置標記為19的旋轉壓延裝置，該旋轉壓延裝置包括安裝成繞軸線AX旋轉的框架21，框架21由例如圖3所示類型的裝置承載，並剛性緊固到該裝置的環。框架12承載一組四個輪子22、23、24和25，這些輪子位於與軸線AX正交的公共平面，並且標記為27的皮帶繞這些輪子接合以形成用於壓下纖維的構件。一部分皮帶27因而側向抵靠由心軸2和心軸2承載的加強纖維層所構成的組件6，由此將力施加在這些相對於軸線AX徑向定向的纖維層上。因此，當框架21繞軸線AX旋轉，皮帶的橫向抵靠組件6的部分繞軸線AX轉動，但是沒有在纖維層17中產生周向張力，因為該皮帶同時地繞輪子22至25轉動並因此繞平行於軸線AX的軸線轉動。輪子22至25的一個或多個可以相對於該框架沿徑向安裝在給皮帶一定彈性量的系統上。為此目的，該裝置具有諸如彈簧的回覆裝置，這些回復裝置用於調整皮帶中的張力，即，調整由皮帶徑向施加在由心軸和心軸承載的層所構成的組件上的力。另外，並如圖14所示，可以設置與沿軸線AX的裝置19間隔開的另一個壓延裝置28，該壓延裝置28被致動以繞軸線AX沿與裝置19相對的方向轉動。當使用此雙壓延操作時，首先確保了在心軸2上的或由心軸承載的其它層上的編織層17的壓下操作逐步進行，並且其次，由於兩個壓延裝置19和28在周向應力方面具有反作用，所以保證了施加到層17的周向應力顯著減少。編織層通過皮帶進行壓延，然而，該壓延操作也通過由旋轉框架承載的若干輪或輥直接執行，並直接徑向施加到該心軸承載的編織層。在已施加多個層或事實上已施加所有層之後，在將每個編織層施加到心軸後可進行壓延操作。另外，在圖中所示的例子中，當存放每個加強纖維層時，逐步地實施壓延操作，由此使該層被立即壓下。壓延操作可以單獨實行或者與繞編織層纏卷繩帶的操作組合實施。在單獨實施壓延操作時，可規定例如在將由心軸和心軸承載的層所構成的組件安裝在模具中之前繞心軸壓延每個編織層，以便將樹脂注入其中並且以便樹脂聚合。在與纏卷繩帶或帶的操作結合實施壓延操作時，通過使用圖15中示意性示出類型的設備能夠使編織纖維壓靠心軸的質量進一步提高。
在此情況下，在繞心軸已編織一層或多層後，單個壓延操作或雙壓延操作在將繩帶繞編織層施加之前執行。繩帶可放置在合適的位置或在繞組件裝配另一編織層之前被移除。為此，圖15所示設備沿軸線AX依次包括編織機、兩個壓延裝置19和28，以及一個或兩個用於將帶纏卷到組件6上的裝置。各個裝置沿軸線AX彼此間隔，使得編織操作和加強纖維層的施加、到心軸2上的壓延操作，以及一個或多個繩帶的纏卷操作都在單個階段中執行，在此期間，組件6沿軸線AX行進。一般地，適合地是各圖中所示的例子代表由合成材料製成的部件由第一層和第二層形成的情況。儘管如此，該方法同樣適用於具有更多數量的加強纖維層的部件。在此情況下，纏卷帶和/或紗線的操作可以適當地執行以將單個纖維層壓靠心軸，或者該操作可以執行以將一組加強纖維層一起壓下，該加強纖維層本身已由經由編織機的多次通過而施加。另外，根據不同情況，所使用的繩帶，即繞正在製造的部件而纏卷的帶和紗線，本身由與用於構成加強纖維層本身相同的纖維製成，即典型地為碳纖維，或者其由一些其它材料製成。當要將上述討論的繩帶或帶放置在合適的位置時，有利地是規定該繩帶或帶由與用於編織加強纖維層所使用的纖維相同的纖維製成。然而，當在該製造方法期間移除紗線或該帶條時，同樣可以使用與用於編織層的纖維相同類型的纖維之外的材料。
權利要求
1.一種製造合成材料部件的方法，其中，將一個或多個編織或織造或披蓋的加強纖維(4)層(17，18)施加到沿縱向(AX)延伸並具有由封閉輪廓限定的橫截面的心軸(2)上，所述方法特徵在於，包括在將一個或多個層(17)施加在所述心軸(2)上之後施加至少一個繩帶(7，7a, 7b, 7』，7a』，7b』，7")的操作，所述繩帶繞著並沿著由所述心軸(2)和所述心軸(2)承載的每個加強纖維(4)層(17)所構成的組件(6)螺旋地纏卷，以將每個加強纖維的層(17)壓靠所述心軸(2)，並且其中，將新的加強纖維層(18)施加到已纏卷有至少一個繩帶(7，7a, 7b, 7』，7a』，7b』，7〃)的一個或多個層(17)上方，並且其中，已纏卷的至少一個繩帶(7，7a, 7b, 7』，7a』，7b』 )被退卷，以便在施加所述新的層(18)時被逐步移除。
2.如權利要求I所述的方法，其特徵在於，所使用的所述繩帶(7，7a,7b, 7』，7a』，7b』 )呈帶的形式，並且抵靠由所述心軸(2)承載的所述加強纖維層(17)平坦放置。
3.如權利要求I或2所述的方法，其特徵在於，每條已纏卷的繩帶(7，7a, 7b, 7』，7a』，7b』，7〃)的連續卷之間彼此隔開。
4.如權利要求I至3中任一項所述的方法，其特徵在於，所述纏卷操作包括纏卷呈帶形式的繩帶(7，7a, 7b, 7』，7a』，7b』)，其次包括纏卷呈紗線形式的繩帶(7〃)。
5.如權利要求4所述的方法，其特徵在於，在施加新的加強纖維層(18)之前移除呈帶形式的所述繩帶(7，7a, 7b, 7』，7a』，7b』)。
6.如前述權利要求中任一項所述的方法，其特徵在於，至少兩個繩帶(7a』，7b』)繞由所述心軸(2)和所述心軸(2)承載的加強纖維層(17)所構成的所述組件(6)沿相反方向纏卷。
7.如前述權利要求中任一項所述的方法，其特徵在於，在由所述心軸(2)和所述心軸(2)承載的加強纖維層(17)所構成的所述組件(6)上纏卷的至少一個繩帶(7，7a, 7b, 7』，7a』，7b』，7〃)由與施於所述心軸(2)的層(17，18)的加強纖維(4)相同類型的纖維構成。
8.如前述權利要求中任一項所述的方法，其特徵在於，當將加強纖維層存放於所述組件(6)上時，繞著所述組件(6)並且沿所述組件(6)逐步纏卷至少一個繩帶(7，7a, 7b, 7』，7a』，7b』，7")。
9.一種製造合成材料部件的方法，其中，在將樹脂注入加強纖維層並聚合所述樹脂之前，將一個或多個編織或織造或披蓋的加強纖維(4)層(17，18)施加到沿縱向(AX)延伸並具有由封閉輪廓限定的橫截面的心軸(2)上，所述方法特徵在於，在注入樹脂之前，包括將每個加強纖維層(17)壓靠所述心軸(2)的一個或多個操作，每個操作通過具有繞所述心軸(2)旋轉並承載壓制構件(27)的框架(21)的裝置(19，28)而執行，所述壓制構件至少部分徑向地施加到由所述心軸(2)和所述心軸(2)承載的每個纖維層(17，18)所形成的組件，同時相對於所述框架(21)並繞平行於所述縱向(AX)的軸線自由旋轉，以將壓緊力施加到將要被壓下的每個層(17)，該壓緊力相對於所述縱向(AX)徑向地定向。
10.如權利要求9所述的方法，其特徵在於，所述壓緊構件(27)是繞由所述框架(21)承載的一組輪子(22，25)接合的皮帶(27)，所述皮帶的一部分側向壓靠由所述心軸和所述心軸(2)承載的每個層(17)所構成的組件(6)的一部分。
11.如權利要求10所述的方法，其特徵在於，壓緊操作通過兩個裝置(19，28)執行，所述兩個裝置具有繞由所述心軸(2)和所述心軸(2)承載的每個層(17)所構成的所述組件(6)沿相反方向旋轉的相應框架。
12.如權利要求I至11中任一項所述的方法，其特徵在於，當將加強纖維層(17，18)存放在所述組件(6)上時，逐步實施至少一次壓緊加強纖維層(17，18)的操作。
全文摘要
本發明涉及一種生產由合成材料製成的部件的方法，其中，將一個或多個編織或織造或披蓋的加強纖維(4)層(17)施加到具有總體為旋轉對稱形狀的心軸。在已將一個或多個層(17)施加到心軸(2)後，使用至少一個繩帶(7)或使用包括繞心軸旋轉並承載壓制構件的框架的設備進行壓緊操作，該至少一個繩帶繞著並沿著由心軸(2)和心軸(2)承載的每個加強纖維(4)層(17)所構成的組件(6)螺旋地纏卷，該壓制構件至少部分徑向地施於由心軸(2)和藉此承載的各層(17,18)所形成的組件。
文檔編號B29C70/54GK102770261SQ201080057232
公開日2012年11月7日 申請日期2010年12月16日 優先權日2009年12月18日
發明者B·德茹瓦約, P·鄧裡維, R·梅森 申請人:埃賽公司, 梅西耶-布加蒂-道提公司