接合用接头和加工设备的制造方法

文档序号:9256367阅读:378来源:国知局
接合用接头和加工设备的制造方法
【技术领域】
[0001]本公开总体涉及复合材料,特别是涉及制造复合结构。更具体来说,本公开涉及用于形成复合结构中的形状的方法和装置。
【背景技术】
[0002]正在以越来越大比例的复合材料设计并且制造飞机。在飞机中可以使用复合材料以减少飞机的重量。这样减少的重量改善诸如额定载重量和燃料效率的性能特征。此外,复合材料使得在飞机中的各种部件具有更长的使用寿命。
[0003]复合材料是通过结合两种以上的功能成分而制造的坚固而轻重量的材料。例如,复合材料可以包括联接在聚合物树脂基质中的加固纤维。纤维可以是单向的或可以采取梭织布(woven cloth)或织物的形式。布置并且硬化(cure)纤维和树脂以形成复合材料。
[0004]此外,使用复合材料制造航空复合结构潜在地允许以更大的块或部分制造飞机的各个部分。例如,在飞机中的机身可以圆柱形部分制造。其他实施例在没有限制的情况下包括接合以形成机翼的机翼部分或接合以形成稳定面(stabilizer)的稳定面部分。
[0005]在制造复合结构过程中,复合材料层通常叠层在工具上。复合材料层可以包括以片状的纤维。这些片可以采取织物、条带(tape)、纤维束(tows)、或其他合适的形式。在一些情况下,树脂可以被浸注或预浸渍到片中。这些类型的片通常被称为预浸料坯(prepreg)。
[0006]预浸料坯的不同层可以不同方位叠层,并且取决于制造复合结构的厚度可以使用不同数量的层。预浸料坯的这些层可以通过手或通过使用诸如条带层压机或纤维放置系统的自动层压设备叠层。
[0007]通常情况下,加工设备用于形成复合结构的表面。例如,加工板可以置于复合材料层上方以帮助形成具有期望形状的复合部件。
[0008]在硬化处理之前,加工板通常置于复合部件上。保护涂覆层(coating)可以置于复合部件和加工板之间。在硬化处理期间,加工板将压力、热量、或压力和热量两者转移到复合叠层。因此,加工板制造用于复合部件的光滑表面。
[0009]加工板具有各种形状和尺寸并且由多个不同类型的材料形成。基于使用加工板的复合部件的所期望的表面形状选择加工板的尺寸和形状。
[0010]在形成加工板的形状之后,在加工板上可以执行操作以在加工板上制造各种特征。这些特征可以包括用于相对于用于形成复合部件的工具定位加工板的对准特征件。例如,可以在加工板中钻孔以制造对准特征件。
[0011]然而,以这种方式制造加工板可能花费比所期望的时间更多的时间,在加工板上执行操作时非期望地承担更多错误的风险、或两者皆有。例如,当加工板由复合材料制成时,在硬化处理之后可以在加工板上执行操作。在硬化处理之后在加工板上执行这些操作可以引起发生在加工板中非期望的不一致。不一致的实例包括空隙、分层、外来物(FOD)、裂缝、和其他类型的不一致。如果复合部件由具有不一致的加工板形成,则复合部件可能不具有作为期望的形状或表面特性。因此,可能需要返工或丢弃该复合部件。
[0012]而且,可能使用加工板以在加工板的使用期形成多个复合部件。在使用一段时间之后,加工板可能磨损并且可能使对准特征件变形。因此,当制造复合部件时,对准特征件可能不提供针对加工板的达到期望水平的对准。因此,期望提供一种解决至少部分上述讨论的问题以及其它可能的问题的方法和设备。

【发明内容】

[0013]在一个示意性实施方式中,设备包括加工板、与加工板互接合的接头(tab)、以及与接头相关联的一组对准特征件。加工板被配置为与工具使用以形成复合部件。一组对准特征件被配置为相对于用于形成复合部件的工具定位加工板。
[0014]在另一示意性实施方式中,介绍了用于形成加工设备的方法。第一数量的复合材料层叠层在工具上。具有一组对准特征件的接头相对于第一数量的复合材料层定位。叠层第二数量的复合材料层。第二数量的复合材料层的一部分覆盖接头的平面结构。第一数量的复合材料层、第二数量的复合材料层、和接头互接合以形成加工设备。
[0015]在又一示意性实施方式中,介绍了用于形成复合部件的方法。多个复合材料层相对于工具定位。加工设备定位在多个复合材料层上。加工设备包括加工板和具有与加工板互接合的一组对准特征件的接头。
[0016]在本公开的各种实施方式中可独立实现特性和功能,或在参考下列描述和附图可以看出进一步细节的其他实施方式中,可对特性和功能进行组合。
【附图说明】
[0017]在所附权利要求中阐述了示意性实施方式的新颖的认可的特征。然而,通过参考结合附图所阅读的本公开的示意性实施方式的以下详细描述中,示意性实施方式以及使用的优选方式、其他目的和特征将被充分理解,其中:
[0018]图1是根据示意性实施方式的用于形成复合部件的加工系统的示意图;
[0019]图2是根据示意性实施方式的用于形成复合部件的加工系统的示意图;
[0020]图3是根据示意性实施方式的加工系统和复合部件的分解示意图;
[0021]图4是根据示意性实施方式的接头的立体图;
[0022]图5是根据示意性实施方式的接头的顶视图;
[0023]图6是根据示意性实施方式的接头的立体图;
[0024]图7是根据示意性实施方式的接头的顶视图;
[0025]图8是根据示意性实施方式的形成在工具上的加工设备的示意图;
[0026]图9是根据示意性实施方式的在工具上的第一数量的复合材料层的示意图;
[0027]图10是根据示意性实施方式的在工具上的接头和第一数量的复合材料层的示意图;
[0028]图11是根据示意性实施方式的在工具上的第二数量的复合材料层的示意图;
[0029]图12是根据示意性实施方式的接头的立体图;
[0030]图13是根据示意性实施方式的加工设备设计环境的框图;
[0031]图14是根据示意性实施方式的用于形成加工设备的处理流的程图;
[0032]图15是根据示意性实施方式的用于使用加工设备形成复合部件的处理的流程图;
[0033]图16是根据示意性实施方式的框图形式的飞机制造和保养(service)方法的示意图;
[0034]图17是以其中可以实现示意性实施方式的框图形式的飞机的示意图。
【具体实施方式】
[0035]示意性实施方式认识到并且考虑一个或多个考虑因素。例如,示意性实施方式认识到并且考虑,期望的是定位用于形成复合结构的加工板,使得加工板在复合结构中形成期望的形状。示意性实施方式认识到并且考虑到,相对于用于形成复合结构的工具定位加工板的一种方法是在加工板中使用对准特征件。在示意性实施例中,此对准特征件置于从用于形成复合结构的工具延伸的销上并且相对于复合叠层以期望方式定位加工板。
[0036]然而,示意性实施方式认识到并且考虑,在加工板中形成对准特征件花费比所期望的更多的时间。如一个实施例,示意性实施方式认识到并且考虑到,用于制造加工板的一些当前使用的处理涉及执行使得制造加工板所需时间增加的各种操作。例如,用于制造由复合材料形成的加工板的一些处理涉及硬化复合材料并且然后在加工板上执行钻孔操作、导通选择(routing)操作、或执行两者以形成对准特征件。在硬化处理之后在加工板上执行这些操作将增加发生不一致和可能形成具有非期望形状或表面特性的复合部件的风险。
[0037]因此,示意性实施方式提供用于形成加工设备的方法和设备。在示意性实施方式中,设备包括加工板、与加工板关联的接头、以及与接头关联的一组对准特征件。加工板被配置为与工具使用以形成复合部件。一组对准特征件被配置为相对于用于形成复合部件的工具定位加工板。
[0038]现在参考附图,并且具体地参考图1,根据示意性实施方式描述了用于形成复合部件的加工系统的示意图。在此描述的实施例中,加工系统100包括用于形成复合部件的组件。在此示例性实施例中,加工系统100包括工具102。
[0039]如描述的,工具102是用于形成复合部件的结构。例如,在此示例性实施例中,工具102可以是层叠芯轴(layup mandrel)。工具102具有在其上多个复合材料层104可以叠层的表面103。如在本文中使用的,“多个”项可以是一个或多个项。例如,多个复合材料层104是一个或多个复合材料层。
[0040]在此示例性实施例中,相对于工具102已经定位多个复合材料层104。换言之,多个复合材料层104已经叠层在工具102上。
[0041]在此示例性实施例中,多个复合材料层104可以采取各种形式。例如,多个复合材料层104可以采取织物、布、条带、纤维束、和其他复合材料构造。在一些示例性实施例中,多个复合材料层104可以在每层内已经浸注树脂。当树脂浸注多个复合材料层104时,多个复合材料层104可以具有预浸料坯的形式。
[0042]在其他示例性实施例中,多个复合材料层104在自身内不浸注树脂。在此实例中,可以在硬化处理之前或在硬化处理期间使用各种含浸法在多个复合材料层104内浸注树脂。
[0043]如描述的,工具102包括一组销106。一组销106是从工具102的表面103延伸的装置。如在本文中使用的,“一组”项是一个或多个项。例如,一组销106指一个或多个销。
[0044]一组销106被配置为将加工设备(未示出)相对于工具102和多个复合材料层104对准。如描述的,一组销106包括位于工具102 —端的销110和位于工具102相对端的销 112。
[0045]转向图2,根据示意性实施方式描述了用于形成复合部件的加工系统的示意图。在此描述的实施例中,加工系统100还包括加工设备200。
[0046]加工设备200是用于模制复合部件表面的预形成装置。换言之,在与复合部件的形成独立的处理中形成加工设备200。
[0047]在此示例性的实施例中,加工设备200被配置为在硬化处理期间将期望水平的压力、热量、或压力和热量两者施加至多个复合材料层104。在此示例性的实施例中,加工设备200已经定位在多个复合材料层104上。
[0048]加工设备200被配置为与由多个复合材料层104形成的所期望的部件具有基本上相同的尺寸和形状。在此示例性的实施例中,保护层或脱模剂(未示出)置于多个复合材料层104和加工设备200之间。
[0049]如描述的,加工设备200包括加工板202和一组接头(tab,抽头)204。加工板202被配置为与工具102—起使用以形成复合部件。在此描述的实施例中,加工板202是加工设备200的结构部分。例如,加工板202可以是垫板(caul plate)。
[0050]加工板202用于形成复合部件的外模线。“外模线”是复合部件的外表面。以这种方式,加工板202被配置为在用于形成复合
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