专利名称：用于形成复合加劲材和加强构件的装置及方法
技术领域：
发明领域本发明一般涉及复合结构件的形成，更特别的，涉及与这种复合结构件有关且包括呈现弧形或弯曲细长几何形状的加强件在内的加劲材或者其它加强件的形成。
背景技术：
在制造复合结构件时，结构件通常与外皮连接以强化该外皮。这种结构件可包括例如构造用于与复合结构件的外皮连接的肋、翼梁或框架。这种结构件还可包括基本细长且通常称为纵梁或加劲材的加劲件。纵梁或加劲材可成形为呈现各种横截面几何形状，这些几何形状包括例如工字梁、C形(有时称为U形或槽形)、J形、Z形、L形(或角形)、奥米伽形(或者通常称为帽形或帽形槽)的构造。横截面几何形状或轮廓呈现帽形的加劲材或纵梁主要包括具有一对腹板件的盖件和一对法兰件，一个腹板件从该盖件的每端起相对于该盖件以规定角延伸，一个法兰件从每个腹板件起相对于对应腹板件以规定角延伸。在一些帽状加劲材的横截面几何形状中，法兰件被构造成基本平行于盖件。
一种当前用于形成复合帽状加劲材及呈现其它横截面几何形状的加劲材的方法包括用手一次一层地把复合层放置到模具、型芯或者其它类似工具上以形成层状构件。一旦放置每两至三层，就需要压缩或者整合层状构件。这通过利用真空整合来实现，其中，真空袋被放置到层状构件上，并利用该袋给构件施加真空。通常，施加热量以辅助整合过程以及试图进一步压缩层状构件。在层状构件上执行的每次真空整合都是费时的过程。当形成层状构件时，需要在增加层以形成层状构件时进行多次真空压缩。然而，即便在给定层状构件上执行多次真空整合，该层状构件仍然不希望地具有相当大量的松散材料。
一旦所有层都已经定位且层状构件已开始成形(包括对该层状构件进行真空整合处理)，该层状构件可固化并随后利用例如粘合剂与外皮构件连接，或者其可与外皮构件共固化(同时固化)，从而把两组件粘合到一起。层状构件的固化传统上通过把该层状构件放置在固化模具内，并例如在高压蒸锅或类似环境下对其施加高压和高温来实现。
当层状构件置于固化模具内时，因为它们仍然具有相当大量的松散材料，它们有时不能准确地配合在该模具内。此外，尽管层状构件具有的任何残余松散材料都趋向于在固化过程中例如在高压蒸锅内被驱出，但会允许层状构件的层之间发生如果有的话也是微小的滑移，结果，在经固化或者部分固化的层状构件内通常将出现层桥或者层折皱。
尽管可通过在高压下对构件进行多次热整合来获得具有低松散特性的构件，但这是一种非常费时且昂贵的过程。另外，由于层状构件重复受到高温，此过程会缩短层状构件的工作寿命。此外，此费时过程会妨碍层状构件与配合外皮或其它构件共固化的能力。
除了获得低松散构件的问题外，用手形成复合加强构件的传统过程具有其它限制。例如，除了具有预期横截面几何形状以外，用手形成细长加强构件的方法难以获得沿构件纵轴弯曲或者绕构件纵轴扭转的形状。此特征难以实现，部分地因为难以用手操纵层材料以与弯曲和/或扭转一致，而不把额外的折皱或波纹引入所要形成的层状构件内。此外，用手制造层材料是一种极费时且使用大量劳力的过程，从而增大了制造这种部件的成本。
已做出各种尝试以提供这样一种方法，该方法提供细长加强构件而不存在用手放置各复合层的传统过程提出的各种限制。例如，拉挤成形是这样一种方法，该方法已用于把包括纤维加强塑性复合材料在内的塑料成形为具有预期横截面几何形状或轮廓的构件。在O’Connor递交的美国专利5,026,447中阐述了这种拉挤成形方法的一例。O’Connor教导经由多个模具拉伸加强热塑材料的细长体。相互独立地操纵模具，以便可选择这些模具的任意组合来给该细长体的一部分提供横截面几何形状。O’Connor的过程据称允许制造沿其长度具有变化横截面几何形状的细长热塑材料。然而，如本领域普通技术人员将认识到的，存在与拉挤成形有关的许多限制。
例如，拉挤成形通常与采用热塑树脂的材料有关。采用热固树脂会导致材料积聚在模具上，以及导致在形成拉挤成形件的预期横截面形状时相当低效。另外，往往难以使所得到构件的纤维取向显著不同于所成形件的纵轴(即，沿着经由一个或多个模具拉伸该构件的方向)。此外，因为该过程涉及这样形成构件，即，经由模具拉伸多个纤维，然后冷却该构件直至树脂基本再固化，所以此过程一般仅对于形成横截面基本恒定的直线或线性构件有效，而不能有效地形成横截面积显著变化或者沿其长度呈现基本非线性部的构件。还注意，拉挤成形中使用的模具一般制造昂贵，且如果理想的话需要众多模具以制造多于一个横截面几何形状的细长构件。
用于形成细长热塑构件的其它方法包括例如Bhattacharyya等递交的美国专利5,891,379和Berecz递交的美国专利5,182,060。Bhattacharyya公开了一种把纤维加强塑料成形为预期形状的方法，该方法包括把材料加热至比热塑树脂或基材的熔融温度高的温度。经加热材料在熔融温度以下冷却，但仍然维持在比热塑材料的再结晶温度高的温度下，然后通过多个滚轮成形模具以获得预期形状。接着，经定形材料被进一步冷却，以便纤维加强塑料将保持利用滚轮成形模具提供给其的形状。Berecz公开了一种连续形成热塑复合材料的方法，该方法包括加热双向带或织造布、使经加热材料通过一组滚轮、然后通过用作迅速往返冲压机的配合金属模具以形成最终形状。
尽管Bhattacharyya和Berecz教导的方法看起来似乎可相对于传统拉挤成形过程增强对所得到部件的纤维取向的控制，但所公开过程看起来似乎限于采用包括热塑树脂的材料，该过程包括在形成预期横截面几何形状之前使该材料到达树脂的熔融温度或其上的温度。如本领域普通技术人员将理解的，采用热塑树脂为能够熔融或者基本熔融树脂以及随后再加热该树脂以重定形/重制构件和/或通过使其它构件与已熔融或基本熔融树脂材料接触来把该构件粘接到另一构件上提供相当大的灵活性。
然而，这种方法不适用于包括热固材料的加强构件的成形，因为如果热固树脂被加热至特定温度以上以允许该树脂容易流动并从而帮助把复合材料成形为特定横截面几何形状，该热固树脂将交联和固化(cure)。一旦加强构件固化，就不可能执行构件的随后重制。构件也不能经由共固化与另一构件粘合。
例如，Umeda的美国专利5,043,128公开了一种利用热固树脂来形成细长复合结构件的方法，该方法包括经由一对定形滚轮把多个预浸渍碳纤维片状材料送入一种加热并施压成形设备中。该加热并施压成形设备包括加热模具以及构造用以与该加热模具啮合的冲压头。片状材料在加热并施压成形设备内暂时停止，并利用冲压头将其压向加热模具。于是，片状材料被同时加压和加热，使得把该片状材料热固或固化为预期形状。如上所述，包括固化热固树脂的成形构件方法阻止构件的任何随后重制和/或构件与例如复合外皮或其它构件的任何共固化。因此，为由具有未完全固化的热固树脂的复合材料形成具有预期横截面几何形状的构件，仍然采用例如上述用手把多层放置在型芯上的方法。
考虑到现有技术的缺点，有利的是提供这样一种用于形成包括热固树脂材料的细长加强构件的装置和方法，它们能够使该构件呈现预期横截面几何形状而不完全固化该构件。
发明内容
依据本发明的一个方面，提供一种形成细长的复合结构件的方法。该方法包括提供一种其外表面呈现预期几何形状的基本细长型芯。把第一层预浸渍纤维加强材料放置在型芯上，并给该第一层施力以在该第一层内产生预期量的张力。例如通过使至少一个滚轮在型芯和第一层上经过来以共形方式把该第一层压到型芯上。至少一个滚轮在形状上至少部分地与型芯互补。
依据本发明的又另一方面，提供一种用于形成细长复合结构件的装置。该装置包括构造用以绕规定轴转动的转台。至少一个型芯安装在转台上，且呈现具有至少一个弧形部的基本细长几何形状。滑架组件设在转台附近，以及至少一个滚轮呈现这样一种几何形状，该几何形状构造用以当至少一个滚轮沿着至少一个型芯滚动时至少部分地与该至少一个型芯互补啮合，该至少一个滚轮与滑架组件连接。至少一个材料分配设备构造用以把至少一层材料分配到至少一个型芯上。至少一个施力机构被定位且构造用以当材料位于至少一个型芯上以及当至少一个滚轮在设于该至少一个型芯上的至少一层上经过时给该至少一层施加预期力并在其内产生预期量的张力。
附图的简要说明一旦阅读以下详细说明并参照附图，本发明的前述及其它优点将变得明显，其中
图1是依据本发明一种实施例的细长复合件形成装置的透视图；图2是依据本发明一种实施例的图1所示装置的一部分的透视图；图3A-3D表示图1所示装置在形成细长件的不同阶段过程中的局部剖视图；图4是依据本发明另一实施例的图1所示装置的一部分的透视图，图5是依据本发明另一实施例的另一细长复合件形成装置的透视图；图6是依据本发明又另一实施例的另一细长复合件形成装置的透视图；图7是图6所示装置的一部分的放大透视图；图8A和8B表示依据本发明的不同方面且在不同制造阶段处形成的细长加强件的剖视图；图9是依据本发明再一实施例的细长复合件形成装置的透视图；图10是依据本发明又再一实施例的细长复合件形成装置的透视图；图11是表示控制器在依据本发明一种实施例的细长复合件形成装置中的使用的示图；图12A是一种用于形成依据本发明实施例的细长复合件的型芯的透视图；图12B是图12A所示型芯在形成依据本发明实施例的细长复合件过程中的局部剖视图；图13A-13E是可依据本发明形成的示范性几何构造的剖视图；图14A和14B分别表示依据本发明又另一实施例的细长复合件形成系统及装置的俯视图和正视图；图15A表示一种利用图14A和14B所示系统及装置执行的示范过程的示图；图15B-15D表示图14A，14B和15A所示装置的各个组件的细节；图16A和16B表示可与本发明各种实施例结合使用的材料分配设备；图17A和17B表示采用参照图14A，14B，16A和16B所示和所述的系统及装置形成的示范细长件的透视图；图18表示图14A所示装置的放大局部俯视图；图19A和19B分别表示依据本发明又另一实施例的细长复合件形成系统及装置的俯视图和正视图；图20是依据本发明过程形成的细长件的剖视图。
具体实施例方式
参照图1，表示一种装置100，该装置100采用包括例如碳纤维加强材料和热固树脂在内的复合材料形成诸如加劲材或纵梁一类的细长构件或加强件102(这里简称为细长件)。该装置包括基底104，该基底104的一部分被构造为模制件例如型芯106。一种包括框架110的滑架组件108利用例如设在对应轨道件114上的滚轮或滑板112与基底104可移动连接。与轨道件114协作的滚轮或滑板112允许滑架组件108在形成细长件102时沿着纵向限定轴115相对于基底104移动，如这里以下将要更详细说明的。
滑架组件108还包括这里也称为滚轮的滚动件116，该滚轮116构造用于至少部分地与型芯106互补且设在该型芯106的上方。滚轮116可拆除地与滑架组件连接，以便在形成细长件102或者形成具有不同剖面几何形状的细长件的不同阶段处用其它滚轮互换该滚轮116。滚轮116经由适当轴承件118与滑架组件108连接，当滚轮116与基底104啮合且当滑架组件108相对于该基底104移动时，该轴承件118允许滚轮116转动或滚动。滚轮116由例如聚四氟乙烯(PTFE)一类的弹性材料形成或者涂覆以这种材料，以使该滚轮与设在型芯106上的层压材料的表面一致并使力更均匀地分布在该表面上，该层压材料用于当滚轮116在其上越过时形成细长件102。
理想的，滑架组件108的框架110可被构造成使滚轮116可相对于基底104基本垂直地移动或调节。例如，框架110的一部分比如横梁120可相对于框架110的主体部垂直移动。滑架组件108还构造用以通过滚辊106向基底104以及于是细长件102施加一般向下的力。各种机构都可用于施加这种力。例如图1所示，一个或多个重物122可与滑架组件108、更具体地与横梁120连接，以使该重物经由与该横梁120连接的滚轮116施加向下的力。在另一实施例中，致动器例如液压或气压缸可与框架110连接且构造用以给横梁120或一些其它组件施加基本向下的力，以便经由滚轮116给型芯106施加压力。
滑架组件108可以还包括一种构造用以在滚轮116越过细长件102之前加热该细长件102的一部分的加热装置123。加热装置123包括例如具有相关鼓风机的电阻加热器、红外线加热器、超声波加热设备、激光加热设备、电子束加热器或其它适当加热设备。在一个实施例中，加热设备123被构造且定位用以加热型芯106、滚轮116或两者。在另一实施例中，加热设备123被构造且定位用以加热细长件102的一部分、更具体的是一种或多种复合材料的放置在型芯106上以形成所得到细长件102的那部分，如以下将要更详细论述的。这种加热设备123特别适用于由预浸或“预浸渍”材料形成细长件。这种预浸渍材料包括用B-阶段形式(未固化(uncured))的树脂浸渍的单向带材或布材。当在型芯106上形成包括多层重叠片材的构件时，对此预浸渍材料施加热量能够使该片材更易于符合型芯106的形状，且更重要的是有助于使该构件固结。
注意，施加热量可用于在形成细长件102时固化该细长件102(有时称为“飞行固化”)。然而，本发明还设想能够形成基本未固化的细长件102。换句话说，本发明包括形成未超出传统预浸渍材料的B-阶段显著固化的细长件(有时也称为形成“生”构件或部件)。如往往所希望的，形成未固化部件的能力为形成并制造这样一种复合结构件提供相当大的灵活性，该复合结构件具有使细长件与对应复合外皮共固化的能力。
冷却设备124还可以与滑架组件108连接以冷却细长件102、滚轮116或与装置100相关的一些其它工具或组件。冷却设备124包括例如涡流冷却器、用于使冷却液在滚轮116内部流通的系统、低温生成冷却器、或者采用冷凝器及蒸发器的多相系统。
现在结合图1参照图2和图3A-3D，说明细长件102的形成。在图2中，为了清楚和方便，表示了基底104和型芯而没有表示滑架组件108。图2还表示了以至少部分互补方式与细长件102和相关型芯106啮合的多个滚轮116A-116D。注意，如果采用参照图1所示且所述的特定装置100，每个滚轮116A-116D可单独地且选择性地与滑架组件108连接，并与细长件102和型芯106啮合。换句话说，第一滚轮116A可首先与滑架组件108一起使用，然后被移除并用第二滚轮116B替换。可顺序地且渐进地互换滚轮116A-116D以在细长件102上实现中间成型步骤。
例如，在形成细长件102时，多层材料(例如，预浸渍材料)可按层压方式一层位于另一层上地设在型芯106上。然后，第一滚轮116A与滑架组件108连接、构造用以与型芯106啮合并沿着基底104滚动，以形成如图3A所示的中间构件102A或者基本横向于其长度取呈中间横截面几何形状的构件。然后，把第一滚轮116A移离滑架组件108，使第二滚轮116B与该滑架组件108连接。第二滚轮116B与型芯106啮合，并在滑架组件108相对于基底104移动时给第一中间构件102A施加滚动压力以形成如图3B所示的第二中间构件102B。类似的，第三滚轮116C用于形成第三中间构件102C，第四滚轮116D用于形成最终构件102D或当基本横向于细长件的长度时呈最终预期横截面几何形状的构件。
在一个实施例中，一层接一层地形成细长件102。换句话说，这样形成细长件102，即，使第一层定形为具有预期横截面几何形状(例如，通过把该层外加到型芯106上并使滚轮116A-116D在其上越过)、外加第二层材料、以及使该第二层材料定形为具有预期横截面几何形状且与经定形的第一层共形。通过采用滚轮116A-116D使第二或任何随后层定形的操作也用以使这些层固结并整合(debulk)成细长构件102。因此，细长构件的定形和整合以一种基本连续且相互关联的过程进行。
在另一实施例中，把多层材料放置在型芯106上并使其在固结和整合的同时定形为预期横截面几何形状。由此例如，可把两或三层材料放置在型芯106上并利用滚轮116A-116D定形和固结，随后把两或三层材料放置在经定形的层材料上并接着利用滚轮116A-116D使其定形。
与在单个滚轮的单次操作或者单程中形成细长件相比，采用多个滚轮116A-116D顺序地形成中间构件102A-102C和最终构件102D能够在施加较少量应力的同时对材料(例如，预浸渍材料)进行处理。可能更重要的是，用于形成细长件的多层例如预浸渍材料在中间构件102A-102C的形成过程中变得实质上固结和整合。
注意，依据例如所采用材料的种类、用以形成细长件102的层数、在给定操作过程中定形的层数、和/或所得到细长件102的预期横截面形状，更多或更少的滚轮用于形成细长件。类似的，依据类似参数调节滚轮尺寸的递增量。
还注意，在形成中间构件时，滚轮116A-116D的各自几何形状渐进。换句话说，第一滚轮116A仅部分地与型芯及设在该型芯上的材料啮合，即，外部125A仅沿着互补型芯106的侧壁127往下部分地延伸。第二滚轮116B虽然也仅部分地与型芯106啮合，但比第一滚轮116A啮合得多。类似的，第三滚轮116C构造用以比第二滚轮116B更充分地与型芯106啮合。最后，第四滚轮116D构造用以基本完全与型芯106啮合，使其外部125D沿着该型芯106的侧壁127往下充分延伸。
参照图1，2和3A-3C所示且所述的实施例包括阳型芯106和呈互补阴几何形状的滚轮116A-116D。然而在另一如图4所示的实施例中，阴型芯106′与多个互补阳滚轮116A′-116D′一起使用，其中，滚轮116A′-116D′把复合材料压入型芯106′内以形成细长件102。如先前所述的实施例，滚轮116A′-116C′顺序且渐进地用于形成中间构件，第四或最后滚轮116D′用于给细长件102(或者该细长件的单独层，如前所述的)提供最终横截面几何形状。滚轮116A′-116D′之一或多个可包括横向延伸的直径减小部126，以帮助形成细长件102的上角128和凸缘130或横向延伸部。
现在参照图5，表示依据本发明另一实施例用于形成细长件202的装置200。该装置包括一种具有多个型芯206A-206C的可移动基底204。滑架组件208可移动地与固定台架210连接。滑架组件208构造用以如定向箭头211所示沿着台架210水平移动。此外，基底204构造用以沿着轨道214相对于台架210和滑架组件208移动。利用适当驱动机构215例如电机和齿轮箱驱使基底204沿着轨道214移动。基底204沿着轨道214的运动使得能把各种工具(即，其它构造的基底)从台架210的任一端引至该台架210的下面。
构造用以与型芯206A-206C之一或多个互补啮合的滚轮216可拆除地与滑架组件108连接且与致动器217连接，以使该滚轮216可如定向箭头218所示沿基本垂直方向移动。滚轮216还构造用以如定向箭头219所示绕基本垂直轴枢转或转动。滚轮216绕基本垂直轴的转动可例如通过允许该滚轮自由枢转来实现，以便当滑架组件208沿方向211移动时该滚轮一般遵循与其啮合的型芯(例如，206B)。在另一实施例中，如所希望的，致动器可用于绕基本垂直轴驱动滚轮216。
驱动机构220构造用以如定向箭头222所示相对于基底204和台架210横向移动滚轮216及其相关的致动器217。控制滑架组件208相对于基底204的运动的能力允许在形成细长件202时具有相当大的灵活性。例如，同一滚轮216可用于选择性地且单独地与多个型芯206A-206C中的每个啮合。
另外，细长件202可被形成为不仅就它们的横截面几何形状而言、而且就它们沿规定纵轴的几何形状而言都比较复杂的形状。例如，当前所述装置200的基底204包括第一较平坦部224、倾斜部226和第二较平坦部228，且倾斜部226经由弧形过渡部230和232与相邻的平坦部224和228连接。型芯206A-206C一般遵照基底204的轮廓或几何形状。因此，当滑架组件208沿定向箭头211所示纵向移动时，必须如定向箭头218所示垂直移动滚轮216以保持与对应型芯(例如，208B)啮合。
在其它实施例中，型芯206A-206C可相对于基底204的纵向(即，沿着定向箭头222所示的方向)横向偏移。经由所示装置提供的不同自由度，本发明可提供复杂的几何形状。注意，在一个实施例中，滚轮216与肘节234连接，该肘节234允许改变滚轮216的转动轴。因此，即便型芯(例如，206B)相对于其纵向呈现扭曲或回转，滚轮也能够保持与该型芯206B基本接触，从而能够形成相对于其各自纵轴呈现类似扭曲的细长件202。
在采用上述装置200形成细长件202时，按照与参照图1，2，3A-3C和4所述类似的方式操作滚轮216。换句话说，通过采用多个分阶段滚轮(例如，形状逐渐变化以与相关型芯206A-206C渐进啮合的滚轮)来形成中间构件。另外，型芯206A-206C可根据需要或者根据预期为阳或阴部件，对应滚轮216形成用以与该型芯互补。同时，细长件202可通过一次形成单层的形状或者通过同时形成多层的形状来形成。
现在参照图6，表示了依据本发明另一实施例用于形成细长件302的装置300。该装置包括其上安装或设置有多个型芯306A-306D的基底304。定位台架310(或者滑架组件)可移动地与基底304连接，且构造用以例如沿着如定向箭头311所示的纵向相对于该基底304移动。设备312A-312D与每个型芯306A-306D相关，该设备312A-312D用于把多层复合材料搁置在型芯306A-306D上并使该多层复合材料成形。设备312A-312D中的每个都包括一种构造用以分配例如多层布或带材的自动材料分配设备以及一个或多个用于把该多层复合材料成形为预期横截面几何形状的滚轮。
此自动分配设备包括切割、夹紧和起动机构，以便依据所要形成的细长件302的构造按照预期或者规定在空中落下并附加单层。另外，自动分配设备包括一种用于当材料层被分配到型芯306A-306D上时维持该材料层上的张力的机构。在形成细长件302时，给材料层施加张力可理想的使该材料中的任何折皱展开。在一个示范实施例中，当材料层设置在型芯306A-306D上时，给它们施加近似2至15磅(lbf)(近似8.9至66.7牛顿(N))的力。
每个设备312A-312D还包括相关的致动器或驱动机构，以相对于基底304移动该设备312A-312D以及经由相关的滚轮给放置在型芯306A-306D上的任何材料施加压力。依据安装在基底304上的型芯306A-306D的各自构造，每个设备312A-312D可被编程序以形成相同加劲材或者形成不同加劲材。
参照图7，表示了设在其对应型芯306B上方的单个设备312B而没有表示相关的台架(图6)，以清楚地说明该设备312B的操作。该设备包括一种具有多个层分配器322A-322D的自动材料分配器320，该层分配器322A-322D用于把复合材料层分配且搁置在型芯306B上。注意，层分配器322A-322D被构造用以分配宽度变化的复合材料层例如预浸渍带或布。采用这种宽度变化的材料层，细长件302B可被构造成使其在该细长件302B的一个部分呈现比另一部分更大的厚度(即，通过包含更多层)。
例如，结合图7简要参照图8A，第一层分配器322A构造用以分配延伸过细长件的横截面几何形状的整个“宽度”或范围的一层330A。另一层分配器322C分配仅延伸过细长件的横截面几何形状的上横向部322(例如，盖部)的一层330C。由此，通过增加或者减少在细长件302B的给定区域或部分内的有效层数，可依据预期负载和所施加的应力相对于层布置或材料布置来设计和修剪该细长件302B。另外注意，依据细长件302B的预期负载和应力状态，各层材料可根据需要构造用以呈现基本任意的预期纤维取向。因此例如，第一层由呈现0°纤维取向的材料形成，第二层包括呈现45°纤维取向的材料等等。当然，也可采用其它纤维取向和其它层构造。按照这种方式选择性地定向纤维的能力是与其它成形过程例如拉挤成形相比的一显著优点。
结合图7简要参照图8B，另一实施例包括相互呈现类似宽度但相互交错或者横向移动的层330E-330H。因此，所得到的细长件302B′在其一个横向侧上具有阶梯状构造且在其相对的横向侧上呈现该阶梯状构造的倒转图像。这种构造使得多个细长件302B′能够按照并排的关系相互锁定，如果希望这样的话。交错或阶梯状构造可经由适当控制层分配器322A-322D来形成，例如，通过相对于另一层分配器(例如，322B)横向移动一个层分配器(例如，322A)。
在另一实施例中，一个或多个边缘层切割设备341用于修剪分配到相关型芯306A-306C上的任一层330A-330H(图8A和8B)的边缘。此切割设备341包括刮刀、滚动刀片、激光器或者其它构造用以当台架(图7中未表示)相对于型芯306A-306C纵向移动时在预期宽度或横向位置处修剪层330A的边缘的适当切割装置。
仍然参照图7，单个设备312B还包括成形设备340。成形设备340包括多个滚轮342，该多个滚轮342构造用以至少部分地与型芯306B互补啮合并从而按照基本连续的方式顺序形成细长件302B的预期横截面几何形状。滚轮342可各自与多个致动器344例如液压或气压缸之一连接，以便当它们越过被搁置在型芯306B上的多层材料时经由该滚轮施加压力。由此，多个滚轮342可组合成单个单元以在形成细长件302或者其一或多层的预期横截面几何形状的单程过程中直接沿着型芯306B相互跟随，而不用如以上相对于其它实施例所述的，在单程中交换越过相关型芯的滚轮。
现在参照图9，表示了依据本发明又另一实施例用于形成细长件402的装置400。该装置400可包括如上所述的各种组件，这些组件包括可相互移动的基底、台架和/或滑架组件，但为了方便和清楚而没有表示。该装置可还包括例如用于把多层复合材料搁置在型芯404上的自动材料分配设备。
装置400包括多个滚轮406，每个滚轮406都构造用以与型芯404(或者搁置在其上的材料层)的特定部分啮合以形成预期横截面几何形状。例如，第一滚轮406A构造用以把多层材料压向型芯404的顶面。一组滚轮406B构造用以绕阳型芯404的外角形成材料层。另一组滚轮406C构造用以把材料层压向型芯404的侧面。再一组滚轮406D构造用以把材料层压入型芯404的内角，以及最后一组滚轮406E构造用以把材料层压向型芯404的横向延伸部。由此，多个滚轮406共同协作以在型芯404上基本连续地形成具有预期横截面几何形状的细长件402。
简要参照图10，表示另一实施例的装置400′，该装置类似于参照图9所示且所述的，只是型芯404′被构造成阴型芯且滚轮406′构造用以与该型芯404′的特定等同部分啮合以形成细长件402。
简要参照图11，以上任一装置可与控制器500操作性连接，该控制器500包括例如具有处理器502、存储设备504、一个或多个输入设备506和一个或多个输出设备508的计算机。这种控制器被编程序以例如利用计算机数控(CNC)程序设计来控制相关的装置100，200，300和400。控制器500构造用以控制例如这里所述各种装置的基底、滑架组件、台架及滚轮设备的相对位置，该相对位置包括给定装置的垂直、偏转、滚动和间距位置以及滚轮的取向。控制器500构造用以不仅控制滚轮相对于其打算啮合的型芯的垂直位置，而且控制经由该滚轮施加给型芯或者搁置在该型芯上的一或多层材料的压力或者力的大小。此外，控制器500构造用以控制施加给型芯或者相关材料层的热量、材料相对于型芯的位置以及夹紧、切割和起动从自动材料分配器输送的材料。
尽管已主要采用被搁置在相关型芯上的单独预浸渍材料作为例子对上述实施例进行了论述，但应注意的是非浸渍纤维材料也可用作这种被搁置在相关型芯上的材料，同时利用适当树脂或粘合剂基本同时地灌注或者浸渍材料层。例如，现在参照图12A和12B，型芯600形成为一种其内限定了多个孔602的多孔结构。当材料层604被搁置在型芯600上时，如这里以上所述的，一个或多个滚轮606与该型芯互补啮合以把该材料层形成为预期横截面几何形状。另外，一个或多个喷嘴608或者其它沉积设备把树脂或粘合剂注入被搁置且成形的材料层内以形成经定形的预浸渍构件。所得到的细长件部分固化或者固化为B-阶段，以便该细长件随后接着与相关的复合结构件共固化。
注意，这里以上所述的本发明各种示意实施例一般表现为示范性的帽状横截面几何形状，或者将细长件成形为帽形槽。然而，也可设想本发明用于形成具有其它横截面几何形状的细长件。例如，至少一个C形槽形成为如图13A所示；至少一个结构角(或者类似的J形或L形横截面)形成为如图13B所示；呈现至少一个弧形部的构件形成为如图13C所示，如果希望的话，该构件还可包括用于形成奥米伽形的凸缘；多个弧形横截面形状如图13D所示形成为单个构件；或者多个结构角如图13E所示形成为单个构件。同时，这些横截面形状的各种特征可依据例如细长件将要承受的预期负载随意组合。
现在参照图14A和14B，表示了一种系统700，该系统700包括与装置701通信且与该装置701操作性连接的控制器500，该装置701用于形成沿细长件的长度表现为弯曲或弧形部的细长件702(图19)。装置701包括其上设置有多个型芯706A-706D的基底704。装置701还包括台架708以及可移动地与该台架708连接的滑架组件710。例如，台架708包括一个或多个滑板712，该滑板712与同滑架710有关的轴承(未表示)操作性连接，以便该滑架710可如定向箭头714所示相对于台架708移动。
基底704包括一种构造用以绕规定轴718相对于台架708和滑架组件710转动的转台716。电机720或其它致动器可操作地构造用以相对于基底704的支承部722转动转台716。当转台716转动时，滑架组件710与其相关组件一起相对于台架708(即，沿着714所示的方向)移动，以在每个型芯706A-706D顺序地经过该滑架组件710下方时跟随该型芯706A-706D的位置。滑架组件710被构造成例如经由采用控制器500及与该滑架组件710连接的致动器来主动地跟随经过其下方的型芯706A-706D的位置。在另一实施例中，滑架组件710被构造成例如通过使成形设备726的一个或多个组件与型芯706A-706D啮合来被动地跟随经过其下方的型芯706A-706D的位置，如随后经由对这种成形设备726的论述而将变得明显的。
注意，尽管针对图14所述的示范实施例被描述为包括一种绕规定轴718相对于台架708和滑架组件710转动的转台716，但也可设想用于与本发明结合的其它实施例。例如，基底704可包括不转动台，而滑架710和台架708或类似构件被构造成例如通过绕规定轴718转动来相对于该台移动。
还注意，型芯706A-706D不一定沿其各自的整个长度具有恒定的曲率半径。还注意，每个型芯706A-706D可具有不同于其它任一型芯的长度、曲率半径或几何形状特征。
材料分配设备724及成形设备726与滑架组件710连接。材料分配设备724被构造成当转台716相对于台架708转动时把一或多层材料放置在型芯706A-706D上。成形设备726包括多个与致动器730连接且构造用于使放置在型芯706A-706D上的多层材料定形的滚轮728。
例如，参照图15A所示的示图，表示了材料分配设备724和成形设备726的示范操作。当利用一对进料滚轮746促动时，材料740(例如，一层预浸渍布)从供给及张紧滚轮742输送过重定向滚轮744。材料740经过一种用于把该材料切割成特定长度、宽度或者两者的切割设备748，如以上相对于本发明其它实施例所述的。然后，材料740经由支重轮(tack roller)750放置在一部分型芯706A上。
注意，支重轮750(以及材料740随后遇到的滚轮)表示在第一正视图以及直接位于该第一正视图下方的第二旋转正视图中，该第二旋转正视图用以附加理解如何通过各个滚轮与材料740及其下型芯706A的相互协作来使该材料740形成形状。
成形设备726包括多个用于使设在型芯706A(或者设在该型芯706A上的先前定形材料层)上的材料740定形和整合的滚轮728A-728D。因此例如，第一滚轮728A与型芯706A啮合以使材料740与该型芯706A的形状大体一致。第二，一组滚轮728B用于把材料压向型芯706A的侧面754。如果希望，如滚轮728B的旋转正视图所示，这可利用从型芯706A的顶部至底部操作的多组滚轮728B来实现。另一组滚轮728C用于把材料740压入型芯706A的底角756内。刮板758用于在滚轮728A-728D之间的一个或多个中间位置帮助拉伸材料的折皱。最后，一组滚轮728D用于给细长件702的凸缘件施压并使其成形。
注意，形成细长件702的过程包括从里向外地形成、定形并整合材料740。换句话说，支重轮750在中央处给型芯706A及设于其上的材料740施加压力，随后的每个滚轮728A-728D顺序地在进一步朝向该材料740外缘的位置施加压力。已确定此过程能够高效率且有效地移除折皱和层状材料层之间的气隙，从而制造高度固结和整合的复合件。
卷取滚轮760可与成形设备726联合(或者单独与滑架组件710连接)，以收集设在例如用于形成细长件702的预浸渍材料的表面上的载体材料762(也称为背衬)。包括适当聚合物材料的载体材料762不仅防止预浸渍材料在呈卷绕状态时(即，例如当在供给及张紧滚轮742上时)粘附到其本身上，还在材料740被定形、成形且整合时保持在该材料740上以便各个滚轮750和728A-728D不附着在该材料740上或者收集和累积其表面的树脂。另外，这种载体材料的存在可用于在形成细长件702的过程中当各个滚轮728施压并摩擦用于形成细长件702的材料740时保护该材料740。
现在参照图15B，表示也被描述为摩擦滚轮(scrub roller)的第一滚轮728A的附加细节。注意，尽管当前所述实施例的第一滚轮728A被描述为摩擦滚轮，但如果希望的话，其它或者额外滚轮(例如，728B-728D)也可构造成摩擦滚轮。
摩擦滚轮728A包括与轴杆802连接的两个滚轮半部800A和800B。轴杆802与滑架710连接，致动器或其它施力机构(图15B中未表示)构造用以如定向箭头804所示把摩擦滚轮728A压向型芯706A。两个滚轮半部800A和800B被构造成沿着轴杆802(即，沿着该轴杆802的轴线806)轴向移动。致动器或施力机构808与每个滚轮半部800A和800B联合，且构造用以如定向箭头810所示朝向型芯706A的侧壁754偏压每个滚轮半部800A和800B。施力机构808包括例如弹簧、液压致动器或气压致动器。
除了能够设计施加给型芯706A侧壁的力的大小以外，摩擦滚轮728A的这种构造还能够制造具有变化横截面几何形状的细长件702。例如，简要参照图15C，细长件702″呈现变化的横截面几何形状，使得顶面或盖部810在沿着该细长件702″的纵轴812横过时越来越宽。这种细长件702″可用作例如机翼结构中的翼梁。
如图15C所示，当摩擦滚轮728A相对于细长件702″处在第一纵向位置812时，两个滚轮半部800A和800B相对于轴杆802处在第一轴向位置。然而，当摩擦滚轮728A相对于细长件702″处在第二纵向位置814时(在第二纵向位置814处，摩擦滚轮728A用虚线表示)，两个滚轮半部800A和800B相对于轴杆802移动至第二轴向位置。摩擦滚轮728A的这种构造使得能够保持与细长件702″(及其下型芯)的侧壁接触以及保持预期大小的力，而与横截面几何形状的变化(例如，盖部810宽度的变化)无关。
现在参照图15D，示图表示了摩擦滚轮728A与型芯706A(或者更具体的，与设在该型芯706A上的材料740)的相互作用的进一步细节。当摩擦滚轮728A沿着定向箭头820所示的方向相对于型芯706A移动时，滚轮半部800A(为了清楚，用虚线表示)绕定向箭头822所示的方向转动。滚轮半部800A被这样成形、定廓和定位，以使得利用摩擦滚轮728A的力实现的材料740与型芯706A之间的接触在预定位置开始并限制在预期表面区域。例如，当滚轮半部800A转动时，其使材料740在824所示位置开始压向型芯706A的表面。考虑到摩擦滚轮728A的转动，此材料740开始压向型芯706A的位置使该摩擦滚轮728A有效地把材料740压低到型芯706A上。此外，利用摩擦滚轮获得的接触表面区域限制于如图15D中交叉影线所示的规定区域826。摩擦滚轮728A有效地摩擦或刮扫规定区域826内的材料740，以当其被压向型芯706A上时更有效地给该材料740施压并使该材料740定形。利用摩擦滚轮获得的限定接触区域还防止随着该摩擦滚轮728A继续转动(例如在828大体表示的区域内)，该摩擦滚轮728A使材料740上升并升离型芯706A。
注意，利用摩擦滚轮728A获得的材料740与型芯706A之间的初始施压或接触位置可由该摩擦滚轮728A相对于该型芯706A的形状、轮廓和定位来确定。例如，回头简要参照图15B，与型芯706A的侧壁754(或者设在其上的材料)接触的每个滚轮半部800A和800B的表面830呈现基本线性表面(如俯视图中所示)或者呈现弯曲或弧形凸面以进一步控制利用摩擦滚轮728A获得的接触及施压位置。在另一示范实施例中，依据例如细长件702的实际横截面几何形状，摩擦滚轮728A被构造成使每个滚轮半部800A和800B与独立轴杆连接，且每根轴杆相对于图15B或15C中所示的轴线806倾斜或者成一定角度，以控制利用摩擦滚轮728A获得的接触表面区域。
现在参照图16A，在一个示范实施例中，材料分配设备724′包括多个分配器724A-724C，每个分配器724A-724C构造用以把单层材料740A，740B或740C选择性地分配到型芯706A上。每个分配器724A-724C都包括供应及张紧滚轮742A-742C、重定向滚轮744A-744C、进料滚轮746A-746C、切割设备748A-748C和支重轮750A-750C。
分配设备724′的每个分配器724A-724C可包括一批与其它批材料特性不同的材料。例如，第一分配器724A包括呈0°纤维取向的材料740A，第二分配器724B包括呈45°纤维取向的材料740B，以及第三分配器724C包括材料740C，该材料740C所呈现的纤维角不同于包括在第一和第二分配器724A和724B内的材料。在另一实施例中，材料的宽度或厚度可从一个分配器至另一分配器变化。在又一示范实施例中，每个分配器724A-724C内包括不同级别类型的材料。这种构造为形成这样一种细长件702提供相当大的灵活性和有效性，该细长件702是大量且变化材料层的复杂组件。例如，如果仅采用单个分配器724，如图15A所示，为供应具有不同纤维取向或其它变化特性的材料740，就不得不频繁更换供给及张紧滚轮742上的材料740。
简要参照图16B，所示分配设备724″的另一实施例包括多个供给及张紧滚轮742A-742C，每个供给及张紧滚轮742A-742C分配一层材料740A-740C，当利用相关的进给滚轮746A-746C驱动时，该材料740A-740C绕过相关的重定向滚轮744A-744C。在进给滚轮746A-746C之后，每层材料740A-740C选择性地通过公共重定向滚轮768、经过公共切割设备748并用相关的公共支重轮750搁置在型芯706A上。由此，通过进给滚轮746A-746C的独立控制，材料层740A-740C被单独地且选择性地经由切割设备748输送给支重轮750以搁置在型芯上。与参照图16A所述的实施例一样，每个材料层740A-740C呈现与其它材料不同的特性，该特性可以是纤维取向、材料尺寸、材料成分或者一些其它特性。
在其它实施例中，材料分配设备724″可被构造用以分配填充材料例如填充粘合剂或那些本领域普通技术人员公知为“面条(noodle)”的小填充件。例如，若装置构造用以按背对背方式连接两个成形为C形的细长构件以形成工字梁，可采用这种填充材料。如那些本领域普通技术人员认识到的，这种结构通常沿着希望用例如面条填充的两个部件的连接线边缘留有小凹进。
类似的，材料分配设备可构造用以搁置包括例如增粘材料或包装材料在内的其它材料。增粘材料设在各层材料740上以增强相邻层之间的粘性。包装材料在分配一层材料740之前设于型芯706A上，以随后自型芯706A解除细长件702。因此在一些情况中，希望在制造新细长件702之前把一层新包装材料覆盖在型芯上。
现在参照图17A，所示细长件702通过采用参照图14A，14B和15所述的装置形成。细长件702大体沿其整个长度弯曲或呈弧形。如上所记，弯曲或弧形细长件702不需要表现为沿其整个弧长具有恒定半径。实际上，本发明设想制造呈现多样弯曲和各种复杂几何形状的细长件702。仍然参照图17A，细长件被构造成使其沿着该细长件702的第一边缘770呈第一曲率半径R1以及沿着该细长件的第二边缘772呈第二曲率半径R2，其中，第二曲率半径R2大于第一曲率半径R1。这种构造给制造细长件702提出了一个特殊问题，因为从供给及张紧滚轮742分配的材料层(例如，图15A中的材料740)沿其每个侧面都呈大体直线边缘。由此，当材料740放置在弯曲型芯706A上时，其趋向于沿着第一边缘770或者更具体的呈现较小曲率半径的边缘摺叠或者折皱。
为防止材料740折皱(图15A)，当材料740被覆盖到型芯706A(图15A)上时，给该材料740施加预期量的张力。因此，例如结合图15和17A参照图18，分配设备724构造用以在材料740被放置于其上的那点处沿着与型芯706A相切或者与相切偏离微小角的方向给该材料740施加张力。例如，考虑到切线相对于型芯706A的径向中心线772呈90°，在一个实施例中，相对于该径向中心线772以大约89°至91°之间的角度施加张力(如定向箭头774所示)。通过例如在从供给及张紧滚轮742(图15A)分配材料740时限制或者控制该供给及张紧滚轮742的转动来施加这种张力。例如，当从供给及张紧滚轮742分配材料740时且当滑架710和转台716相互移动时，给该供给及张紧滚轮742提供预期量的阻力，导致所分配的材料740张紧。
考虑到采用织造预浸渍材料作为被分配的材料层740，当该材料740被设在型芯706A上时给该材料740施加张力以及随后利用成形设备726使该材料740定形可导致该材料740沿着较大曲率半径(例如，在图17A中R2)伸展，同时防止沿着或者靠近较小曲率半径(例如，在图17A中R1)折皱。
换句话说，当在型芯706A上分配并成形材料740时，张力梯度可横过该材料740的宽度增长。例如，张力梯度可在用于形成细长件702的材料740内增长，以使张力在呈较小曲率半径(例如R1)的侧缘处最小(在某些情况中可几乎为零)，同时张力在呈较大曲率半径(例如R2)的侧缘处最大。梯度不需要从材料740的一个边缘至另一边缘严格为线性梯度。取决于由织物的特定织法确定的材料的“可弯性”，材料740的织法会部分地确定织物提供的伸展量以及需要施加给该织物的力的大小。
在一个示范实施例中，近似30至40lbf(近似133.4至177.9牛顿(N))的力施加给材料740以使该材料适当张紧。当然，施加给材料的力的大小取决于大量因素，这些因素包括例如，所采用材料的种类(包括织物的织法)、材料的宽度、型芯706A的曲率半径或者这些因素的组合。除了给材料740施加张力外，还可给该材料施加热量，以使该材料松弛并促使该材料740沿着或者靠近呈较大曲率半径的边缘伸展。然而，可选择并控制施加给材料740的热量大小和热量强度以防止该材料740早期固化。
现在参照图19A和19B，表示了这样一种系统700，该系统700包括用于形成弯曲或弧形细长件702(图17B)的装置701′的另一实施例。除了少许变形外，装置701′类似于参照图14A和14B所示且所述的装置。概括地说，装置701′包括其上设置有型芯706′的基底704。装置701′还包括台架708以及可移动地与该台架708连接的滑架组件710。基底704包括一种构造用以绕规定轴718相对于台架708和滑架组件710转动的转台716。电机720或其它致动器可操作地构造用以相对于基底704的支承部722转动转台716。
材料分配设备724′及成形设备726′与滑架组件710连接。材料分配设备724′被构造成当转台716绕规定轴718相对于台架708转动时把一或多层材料放置在型芯706′上。成形设备726′包括多个与致动器730连接且构造用于使放置在型芯706′上的多层材料定形的滚轮728。型芯706′通过多个支承构件780以彼此隔开的关系与转台716连接。分配设备724′和成形设备726′位于型芯706′的径向内部，且构造用以当该型芯706′与转台716一起转动时与该型芯706′啮合和相互作用。分配设备724′和成形设备726′的构造和取向称作是平行于转台716，而图14A和14B所示分配设备724和成形设备726的构造和取向称作是垂直于转台716。
参照图17B，表示用参照图19A和19B所示且所述的装置701′形成的示范细长件702′的一部分。细长件702′大致弧形或者弯曲，以使第一表面或边缘782呈第一曲率半径R1′，第二边缘或表面784呈第二曲率半径R2′，第二曲率半径R2′大于第一曲率半径R1′。同前述实施例一样，给设在型芯706′上的任何材料施加力，以产生张力梯度并防止材料在较小曲率半径(例如R1′)处或其附近折皱。
注意，细长件702′的横截面几何形状相对于图17A所示细长件702而言沿着一般半径的曲线786转动。此外注意，弯曲细长件702′不需要具有恒定的曲率半径。制造这种变化构造的细长件702和702′的能力使得可以较容易且较高效地制造针对客户需求定做且相当复杂的构件。
现在参照图20，表示依据本发明另一方面形成的示范细长件702″的横截面示图。细长件702″包括从其第一边缘772起延伸过其“宽度”或者横截面范围的大约一半的第一材料层788，以及与该第一层788邻接并延伸至该细长件702″的第二边缘774的第二材料层790。第三层792按层压方式设在第一和第二层788和790的顶面上，并在这两层的对接缝上形成桥。如果希望的话，额外的层可按照重复图案(或者一些其它规定图案)设在第一、第二和第三层788，790和792上。
采用通过层压“桥”层加强的多个相邻且对接材料层为形成弯曲细长件702″提供了额外的灵活性。例如，如果细长件702″的曲率半径使得不可能采用单层材料来形成整个横截面几何形状，这是因为依旧产生折皱或者因为避免折皱所需要的张力量对材料的强度特性有害，那么可采用宽度较窄的单独层。换句话说，使足够宽到在第一曲率半径R1与第二曲率半径R2之间延伸的材料层伸展所需要的张力大于使足够宽到在例如第二曲率半径R2与第三曲率半径R3之间延伸的材料层伸展所需要的张力。因此，采用多个横向邻接材料层能够构成具有“宽”横截面几何形状的细长件702，同时减小施加给该材料层的张力和该材料层经受的伸展。
注意，可设想本发明的其它变型。例如，尽管所述示范实施例包括型芯和多个互补滚轮，但也可采用两组互补滚轮-上组和下组-来形成细长件。因此例如，多个纤维经过上组阴滚轮和下组阳滚轮以获得预期的横截面几何形状。然而注意，采用例如上述示范实施例中的型芯可更精确地放置材料层以及控制纤维取向。另外，尽管所示各种实施例涉及采用滑架组件和台架，但也可设想采用机器人臂来定位滚轮以及给设在型芯上的材料施加适当力或压力。这种机器人构造用以使相关的一个或多个滚轮可绕多个轴线定位。
另外，各种材料可用于形成细长构件。例如，可采用复合带、织物、干燥织物或者它们的各种组合。此外，填充材料可根据需要引入细长构件内。这种填充材料包括例如泡沫、金属或者其它塑性材料。
尽管本发明允许各种变形和替换形式，但这里以例子方式在附图中表示并详细说明了特定实施例。然而，应理解的是本发明不限于所公开的特定形式。而是，本发明可包括落在如以下所附权利要求限定的本发明实质和范围内的所有变形、等同物和替换方式。
权利要求
1.一种形成细长的复合结构件的方法，所述方法包括把多层复合材料放置在细长型芯上，该细长型芯具有一呈现所需要的几何形状的表面；以及基本同时地挤压并成形所述型芯上的所述多层的一部分以使所述多层至少部分地与所述型芯的所述几何形状一致，同时保持所述多层处于基本未固化状态。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，放置所述多层复合材料进一步包括放置多层用热固树脂预浸渍的纤维材料。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，基本同时地挤压并成形所述型芯上的所述多层的一部分以使所述多层至少部分地与所述型芯的几何形状一致进一步包括使至少一个滚轮沿着所述型芯的长度在所述型芯以及所述多层上经过，所述至少一个滚轮在形状上至少部分地与所述型芯互补。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，使至少一个滚轮在所述型芯以及所述多层上经过包括使多个滚轮按顺序地在所述型芯以及所述多层上经过。
5.根据权利要求4所述的方法，进一步包括这样构造所述多个滚轮，从而使得第一滚轮与所述型芯部分地互补啮合以及最后一滚轮基本与所述型芯完全地互补啮合。
6.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，把所述多层压到所述型芯上进一步包括形成至少一个中间构件和一最终构件。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，形成至少一个中间构件包括成形所述多层以部分地与所述型芯的外表面一致。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，形成最终构件包括成形所述多层以基本完全地与所述型芯的外表面一致。
9.根据权利要求3所述的方法，进一步包括成形所述型芯以具有沿一纵轴延伸的第一部分和偏离所述纵轴的第二部分。
10.根据权利要求3所述的方法，进一步包括把所述型芯连接到基底上，把所述至少一个滚轮连接到滑架组件上，以及，使至少一个滚轮沿着所述型芯的长度在所述型芯以及所述多层上经过包括相对于所述基底使所述滑架组件运动。
11.根据权利要求10所述的方法，进一步包括利用计算机数控控制器来控制所述滑架组件相对于所述基底的运动。
12.根据权利要求3所述的方法，进一步包括形成所述细长复合结构件以当横向于所述细长件的长度时基本呈帽状横截面几何形状。
13.根据权利要求3所述的方法，进一步包括形成所述细长复合结构件以当横向于所述细长件的长度时基本呈至少一个C形的横截面几何形状。
14.根据权利要求3所述的方法，进一步包括形成所述细长复合结构件以当横向于所述细长件的长度时基本呈至少一个角形的横截面几何形状。
15.根据权利要求3所述的方法，进一步包括形成所述细长复合结构件以当横向于所述细长件的长度时基本呈这样一种横截面几何形状，所述横截面几何形状包括至少一个弧形部。
16.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，把所述多层压到所述型芯上包括固结所述多层。
17.根据权利要求3所述的方法，进一步包括在把所述多层压到所述型芯上之前加热所述多层的至少一部分。
18.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，把多层复合材料放置在细长型芯上以及基本同时地挤压并成形所述型芯上的所述多层的一部分以使所述多层至少部分地与所述型芯的几何形状一致包括放置第一层复合材料；挤压并成形所述型芯上的所述第一层以使所述第一层与所述型芯的所述几何形状一致；把第二层放置在所述被挤压和成形的第一层上；以及挤压并成形位于所述被挤压和成形的第一层及所述型芯上的所述第二层以使所述第二层至少部分地与所述第一层和所述型芯的几何形状一致。
19.根据权利要求1所述的方法，进一步包括把热固树脂和粘合剂中的至少一种注入到所述多层内。
20.根据权利要求1所述的方法，进一步包括横过所述多层的至少一层的宽度产生张力梯度。
21.一种形成细长的复合结构件的方法，所述方法包括提供一基本上细长的型芯，该型芯具有一呈现所需要的几何形状的外表面；把第一层预浸渍纤维加强材料放置在所述型芯上；给所述第一层施力以在所述第一层内产生预期量的张力；以共形方式把所述第一层压到所述型芯上，包括使至少一个滚轮在所述型芯和所述第一层上经过，同时保持所述第一层内的所述预期量张力，所述至少一个滚轮在形状上至少部分地与所述型芯互补。
22.根据权利要求21所述的方法，进一步包括把第二层材料放置到所述第一层材料上，给所述第二层施力以在所述第二层内产生预期量的张力，以及利用所述至少一个滚轮以共形方式把所述第二层压到所述第一层上，同时保持所述第二层内的所述预期量张力。
23.根据权利要求22所述的方法，其特征在于，把所述第二层压到所述第一层上包括固结所述第一层和所述第二层。
24.根据权利要求23所述的方法，进一步包括保持所述第一层和所述第二层处于基本未固化状态。
25.根据权利要求22所述的方法，其特征在于，把第一层预浸渍纤维材料放置在所述型芯上包括限定所述第一层以呈现第一纤维取向，以及把第二层材料放置到所述第一层材料上包括限定所述第二层材料以呈现与所述第一纤维取向不同的第二纤维取向。
26.根据权利要求22所述的方法，其特征在于，把第一层预浸渍纤维材料放置在所述型芯上包括限定所述第一层以呈现第一宽度，以及把第二层材料放置到所述第一层材料上包括限定所述第二层材料以呈现与所述第一宽度不同的第二宽度。
27.根据权利要求21所述的方法，其特征在于，使至少一个滚轮在所述型芯和所述第一层上经过包括使多个滚轮按顺序地在所述型芯和所述第一层上经过。
28.根据权利要求27所述的方法，进一步包括这样构造所述多个滚轮，从而使得第一滚轮在所述型芯的第一表面区域上与所述型芯部分地互补啮合，以及第二滚轮在所述型芯的第二表面区域上与所述型芯互补啮合。
29.根据权利要求21所述的方法，进一步包括形成所述型芯以沿着其长度的至少一个部分呈现弧形部。
30.根据权利要求29所述的方法，其特征在于，给所述第一层施力以在所述第一层内产生预期量的张力包括沿着与所述第一层的第一侧缘相邻的区域拉伸所述第一层的一部分。
31.根据权利要求30所述的方法，其特征在于，给所述第一层施力以在所述第一层内产生预期量的张力包括防止在所述第一层内沿着与所述第一层的第二相对侧缘相邻的区域形成折皱。
32.根据权利要求30所述的方法，进一步包括给所述第一层的至少邻近所述第一侧缘的区域施加预期量的热量。
33.根据权利要求29所述的方法，其特征在于，给所述第一层施力以在所述第一层内产生预期量的张力包括在这样一个方向上施力，所述方向在所述第一层被放置于所述型芯上的位置处基本与所述型芯的曲率半径相切。
34.根据权利要求29所述的方法，其特征在于，给所述第一层施力以在所述第一层内产生预期量的张力包括朝向这样一个方向施力，所述方向相对于经过所述弧形部的径向中心线为大约89°至91°。
35.根据权利要求21所述的方法，进一步包括把所述型芯连接到转台上，把所述至少一个滚轮连接到滑架组件上，以及，使至少一个滚轮在所述型芯和所述第一层上经过包括转动位于所述滑架组件下方的所述转台和所述型芯。
36.根据权利要求35所述的方法，进一步包括使所述型芯在所述转台转动的同时跟随所述滑架组件，包括相对于所述转台在径向上移动所述滑架组件。
37.根据权利要求21所述的方法，进一步包括形成所述细长复合结构件以当横向于所述细长件的长度时基本呈帽状横截面几何形状。
38.根据权利要求21所述的方法，进一步包括形成所述细长复合结构件以当横向于所述细长件的长度时基本呈至少一个C形的横截面几何形状。
39.根据权利要求21所述的方法，进一步包括形成所述细长复合结构件以当横向于所述细长件的长度时基本呈至少一个角形的横截面几何形状。
40.根据权利要求21所述的方法，其特征在于，放置第一层预浸渍纤维加强材料包括放置用热固树脂浸渍的第一层纤维加强材料。
41.一种用于形成细长的复合结构件的装置，包括基底；至少一个安装在所述基底上的型芯，所述至少一个型芯呈现基本上细长的几何形状；滑架组件，可移动地与所述基底连接；至少一个滚轮，呈现这样一种几何形状，所述几何形状构造成当所述至少一个滚轮沿着所述至少一个型芯滚动时至少部分地与所述至少一个型芯互补啮合，所述至少一个滚轮与所述滑架组件连接；以及至少第一施力机构，其构造用以通过所述至少一个滚轮给所述型芯施加预期力。
42.根据权利要求41所述的装置，其特征在于，所述基底进一步包括一构造用以绕规定轴转动的台，以及所述装置还包括至少一个材料分配设备，构造用以把至少一层材料分配到所述至少一个型芯上；以及至少第二施力机构，被定位且构造用以当所述材料位于所述至少一个型芯上以及当所述至少一个滚轮在设于所述至少一个型芯上的所述至少一层上经过时给所述至少一层施加预期力并在其内产生预期量的张力。
43.根据权利要求42所述的装置，其特征在于，所述至少一个滚轮包括与所述滑架组件连接的多个滚轮。
44.根据权利要求42所述的装置，其特征在于，所述至少一个材料分配设备构造用以分配呈现第一宽度的第一层材料以及呈现与所述第一宽度不同的第二宽度的至少第二层材料。
45.根据权利要求42所述的装置，其特征在于，所述至少一个滚轮和所述至少一个型芯被互补地构造以形成这样一种细长复合结构件，所述细长复合结构件当横向于其长度时基本呈现帽形、C形、角形和至少一个弧形部中的至少一个的横截面几何形状。
46.根据权利要求42所述的装置，进一步包括至少一个致动器，其可操作地连接在所述滑架组件与所述至少一个滚轮之间，构造用以经由所述至少一个滚轮给所述至少一个型芯施力。
47.根据权利要求46所述的装置，其特征在于，所述至少一个致动器包括液压致动器和气压致动器中的至少一个。
48.根据权利要求42所述的装置，其特征在于，所述至少一个型芯包括多个型芯。
49.根据权利要求42所述的装置，其特征在于，所述滑架组件构造用以相对于所述规定轴在径向上移动。
50.根据权利要求49所述的装置，其特征在于，所述至少一个滚轮构造用以在所述台绕所述规定轴转动的同时跟随所述至少一个型芯的径向偏移。
51.根据权利要求42所述的装置，进一步包括加热设备，被构造且定向用以加热所述至少一层材料的至少一部分。
52.根据权利要求42所述的装置，其特征在于，所述材料分配设备进一步包括至少一个供给滚轮，其具有作为所述至少一层材料的待分配的一批材料；至少一个进给设备，其驱使所述至少一层材料从所述至少一个供给滚轮至所述型芯；以及至少一个支重轮，其构造用以把所述至少一层材料压向所述至少一个型芯的一部分。
53.根据权利要求52所述的装置，其特征在于，所述材料分配设备进一步包括被定位且构造用以切割所述至少一层材料的至少一个切割设备。
54.根据权利要求52所述的装置，进一步包括与所述装置可操作地连接且构造用以控制所述进给设备的控制器。
55.根据权利要求42所述的装置，进一步包括与所述装置可操作地连接且构造用以控制所述台的转动的控制器。
56.根据权利要求42所述的装置，进一步包括与所述装置可操作地连接且构造用以控制所述台的转动的控制器。
57.根据权利要求56所述的装置，其特征在于，所述控制器包括处理器、存储设备、至少一个输入设备和至少一个输出设备。
58.根据权利要求42所述的装置，其特征在于，所述至少第二施力机构被定位且构造用以在所述至少一层被设在所述至少一个型芯上的位置处沿着与所述至少一个型芯基本上相切的方向给所述至少一层施加预期力。
59.根据权利要求42所述的装置，其特征在于，所述至少第二施力机构被定位且构造用以在所述至少一层被设在所述至少一个型芯上的位置处相对于经过所述规定轴且经过所述型芯的径向中心线以近似89°至90°之间的角度给所述至少一层施加预期力。
60.根据权利要求42所述的装置，其特征在于，所述至少第二施力机构构造用以产生横过所述至少一层的宽度的张力梯度。
全文摘要
提供一种用于形成细长的复合结构件(702)的方法和装置，该细长复合结构件当横向于其长度时呈现预期横截面几何形状。一种装置可包括其上安装有基本细长型芯(706)的基底。一个或多个构造用以至少部分地与型芯互补的滚轮构造用以在该型芯上的一或多层复合材料上滚动并施压。型芯可设在转台(716)上并构造成呈现弯曲的细长几何形状，以形成至少部分弯曲或者弧形的细长件。本发明能够用树脂浸渍材料形成细长构件，并维持该材料处于基本未固化状态。然后，所形成构件与外皮或者其它复合结构件共固化。
文档编号B29C70/38GK1829595SQ200480021949
公开日2006年9月6日 申请日期2004年7月30日 优先权日2003年8月1日
发明者V·M·本森, J·斯莱克, T·罗斯维尔, J·L·哈维, M·罗曼, T·奥尔舍韦斯基 申请人:阿利安特技术系统公司