专利名称：由拉-压和弯曲下具有改进的机械性能的复合材料制成的机械构件的制造方法
技术领域：
本发明涉及用复合材料制造机械构件(诸如飞机起落架撑杆的连杆)的方法。
背景技术：
特别从专利文献FR2932409中可知，基于心轴制造此类连杆是公知的，一个或多个碳纤维层编织在该心轴上，碳纤维径向地彼此叠置。该组件然后安装在模具内，以便在树脂聚合化之前将树脂注入到由心轴支承的各层内(例如，通过加热)，以便形成刚性的粗制连杆，该连杆在其接口处可进行加工以形成U形。然后，用图I中所示的编织设备实施加强纤维层的编织，这里用附图标记I表示该编织设备。该设备基本上包括在垂直平面内延伸的环2，因此，该环的转动轴线AX是水平的。该环2支承一组加强纤维3的绕组，汇聚在轴线AX上的某一区域上并相对于环的平面偏离。当编织循环开始时，由附图标记4表示的心轴沿着轴线AX移动，以便通过环2而 越过纤维的汇聚点。同时，由动力的可动支承件支承在环2上的绕组被致动，以便在该心轴4的外表面上制造加强纤维的套筒。—旦心轴完全通过环,也就是说,一旦心轴位置超过纤维的汇聚点,该套筒就在其整个长度上覆盖心轴。然后，在心轴的下游割断加强纤维层并移去心轴，然后重新放置在环的后面，以便再次通过环，以形成径向地叠置在第一层上的第二层加强纤维。因此，如图2示意地所示，可以制造出总体结构，该总体结构在其中心区域内包括心轴，该心轴对两个编织纤维层6、7或更多层形成支承，编织纤维层都围绕心轴并在其整个长度上延伸。具体来讲，如图2所示，一方面，编织层包括被称作卷轴纤维8和9的纤维，它们相对于轴线AX在一侧和另一侧上倾斜诸如大致30度，另一方面，编织层包括平行于轴线AX的纵向纤维11，与纵向纤维交错的卷轴纤维8和9将纵向纤维固定就位。在此类连杆中，主要是纵向纤维承受连杆沿轴线AX受到拉-压时产生的机械应力，以及连杆经受围绕正交于轴线AX的任何轴线的弯曲应力时产生的机械应力。因为编织需要张紧卷轴纤维，与图3的示意图相反的是，纵向纤维11实际上是波状的而不是直线的，这降低了纤维沿AX方向所能承受的机械应力水平。当纵向纤维的波动性很高时，则纵向方向的强度损失就更大，因为编织过程中施加到纤维的张力本身必须相当大，以使组件尽可能紧凑。
发明内容
本发明的目的是提出一种弥补该缺点的方案。
因此，本发明的主题是制造复合材料的机械构件的方法，例如是复合材料的连杆，该方法包括以下连续操作围绕心轴并在该心轴的全部或部分长度上施加编织的加强纤维层，同时将一层径向地叠置在另一层的顶部，在施加编织的加强纤维层的两次操作之间还包括以下步骤-在编织纤维的最后层上，放置至少一个由拉挤的加强纤维形成的元件，每个拉挤元件纵向地定向，并在心轴的至少一部分长度上延伸；-每个拉挤元件至少临时地附连到编织加强纤维的最后层，且其中，一旦所有拉挤的元件已经放置就位，且已经施加所有编织层，则在组件进行聚合化之前，将树脂注射到各个编织层以形成粗制零件。
采用该方案，在与编织层组装之后，并在树脂注射和聚合化之后，拉挤元件形成基本上保持直的纤维的组件，这能显著地提高纵向方向上的机械强度。本发明的另一主题是如上所述的方法，其中，每个拉挤元件是实心杆型。本发明的另一主题是如上所述的方法，其中，用粘结剂或树脂型产品对施加于同一层加强纤维的每个拉挤元件实施附连。本发明的另一主题是如上所述的方法，其中，用通过由心轴、心轴支承的各层和将要被附连的拉挤元件所构成的组件周围的粘合物，对施加于同一层加强纤维的每个拉挤元件实施附连。本发明的另一主题是如上所述的方法，其中，将围绕心轴的纵向方向彼此均匀地间隔开的几个拉挤元件施加于同一层编织纤维。本发明的另一主题是如上所述的方法，其中，在将该组件放置在同一层加强纤维上之前，通过一个或多个横向粘合物将各个拉挤元件彼此连接以形成枝编型组件，从而组装各个拉挤元件。
图I是一示意的立体图，显示带有设计成接纳编织纤维层的心轴的已知编织机；图2是一示意的剖视图，显示形成由复合材料制成的已知连杆的若干层；图3是以立体方式显示编织的加强纤维的一部分的示意图；图4是根据本发明方法制造的带有圆筒形截面的连杆本体的横截面示意图；图5是根据本发明方法制造的带有椭圆形截面的连杆本体的横截面示意图；图6是根据本发明方法制造的由复合材料制成的成品连杆的立体图；图7是根据本发明方法制造的由复合材料制成的连杆的纵向剖视图；图8是放置和附连在编织层上之前组装拉挤元件的示意图。
具体实施例方式本发明基本思想是使用一种通过编织的制造方法，其中，由拉挤的加强纤维形成的预聚合化或聚合化的直杆，通过将它们纵向地放置在连续的编织纤维层之间而进行结合。这嵌入到连杆的完全直的纵向纤维内，并由此显著地提高了连杆在拉-压和弯曲中的机械强度。拉挤轮廓是连续过程中工业化制造恒定截面的复合材料的截面件(Sectionpiece)0具体来说，连续地退卷呈绕组形式的纤维，以便在进入对该树脂进行聚合化或预聚合化的加热的喷丝头之前用树脂浸溃纤维，从而连续地形成刚性截面件，在生产过程中从该刚性截面件切出期望长度的部分。这些拉挤出来的截面件呈明显为实心或中空杆的形式，这些杆由平行的直加强纤维组成，同时通过聚合化或预聚合化的树脂彼此连在一起。拉挤出来的截面件的机械强度沿着截面件的主轴线是相当大的，且制造成本有非常大的竞争力。因此，本发明在于用图I所示的设备将拉挤元件纳入在加强纤维层的编织之间，以便制造出连杆。如图4示意地所示，根据本发明制造的连杆因此包括心轴12，在此情形中心轴12具有圆形截面，通过如图I所示的编织设备可围绕心轴编织一层加强纤维13。一旦该编织层13已经施加在心轴12的整个长度上，也就是说，一旦心轴已经横过 支承加强纤维绕组的环的平面，那么该设备就停车。然后，在心轴下游切割加强纤维层，并移去由心轴12和心轴支承的编织层13形成的组件，以便再次安装在支承绕组的环的上游，用以编织新的加强纤维层。在此阶段，拉挤元件14放置在层13上从而纵向延伸，也就是说，平行于连杆的轴线AX，同时围绕该轴线AX相对于彼此均匀地间隔开。通过事先将粘结剂型产品或树脂施加到层13，可以附连这些拉挤元件。涉及拉挤元件附连的另一方案是，用缠绕的加强纤维包围组件，以便将这些元件夹紧在层13的外表面上。一旦拉挤元件已经放置就位，并以稳定方式将它们固定到位，就编织下一层加强纤维(由附图标记16表示)。通过移动由心轴12、编织纤维层13和沿着该环的轴线通过编织设备的环的拉挤元件14形成的组件，就可进行编织。该操作的结果是形成编织纤维层，然后，通过夹紧拉挤元件使编织纤维层包围拉挤元件14，而不会显著地改变它们的位置。在编织层16的操作过程中，元件14保持纵向定向，并沿着层13的圆周相对于彼此均匀地间隔开。在这些情形中，如图4示意地所示，元件14然后牢固地夹紧在层14和16之间，并且沿着轴线AX纵向地定向。在此阶段，由心轴12、层13和16以及插入在这些层之间的拉挤元件形成的组件安装在模具内，以便注射树脂通过加强纤维层14和16。如果拉挤的截面件是中空杆的话，则将它们的端部堵塞住，以在注射阶段期间防止这些杆用树脂填充。然后启动加热循环，以使该树脂聚合化，从而形成刚性的粗制连杆，然后通过钻削可机加工接口而形成U形，并在将金属环插入这些钻孔内之前进行机加工。图4仅示出插入在两个编织层13和16之间的拉挤元件14的组件。但根据本发明的方法也能够插入在每对连续的编织层之间，一般地，顺序组装拉挤元件来提高该连杆在拉-压和弯曲中的机械强度，并由此提高其翘曲强度。拉挤元件14不一定必须分布在支承拉挤元件的编织层的整个圆周上，但拉挤元件也可有利地仅放置在该圆周的某些区域内，而彼此不必均匀地间隔开。因此，在图5的实例中，心轴12’具有椭圆的截面，而不是圆形的截面，以便形成具有增加的围绕对应于其截面的椭圆短轴的抗弯强度的连杆。该连杆内的拉-压强度也得到提闻。在此情形中，就图4的实例来说，第一层13’围绕心轴12’编织。但拉挤元件14’然后仅放置在最远离该椭圆的相对两端上，以便增加围绕该椭圆短轴抵抗弯曲应力的强度。然后，在将也放置在彼此最远离的该椭圆两端处的其它拉挤元件17’放置就位之前，编织下一层16’。然后，在将树脂注射到组件内之前以及在其预聚合化之前，施加新的编织层18。拉挤元件基本上沿着连杆本体延伸，在图6中该连杆本体用附图标记21表示，其中，该连杆显示为其完工状态。该本体21对应于连杆19的中心区域，S卩，常规类型的壁，该本体21例如具有恒定的截面。这样，拉挤元件可紧密地遵循大致弧形形状，因为拉挤元件的相当大的刚性使其遵循这些形状，同时使曲率尽可能地小。换句话说，这些拉挤元件可放置在弧形形状上，且 拉挤元件的刚性确保其采用略微弯曲的形状，以提供高的机械强度。这里用附图标记14〃表示的拉挤元件径向地放置成三层的形式，但它们不是先验地盖住连杆21的端部22和23，即，该连杆的接口，因为这些端部具有展开的很不规则的部分，这些部分不能应用于直的元件。因此，如图7所示，拉挤元件14径向地分布在三层上，每层插入在两个编织层之间，但通过仅在该连杆的端部22和23之间延伸，使这些元件纳入到连杆内，形成U形。在依据图4和7所述的实例中，拉挤元件可一对一地施加并保持在支承它们的编织层上。但有利地是，拉挤元件14、14’、14〃、17’可在施加之前预制好，以便形成如图8示意地所示的枝编型的组件。在该情形中，拉挤元件例如彼此平行地平直放置，同时彼此均匀地间隔开，它们借助于沿着这些元件相对于彼此均匀地间隔开的几对加强纤维24而彼此固定。然后，每对加强纤维24包括两个纤维，它们大致地沿着垂直于拉挤元件的总体方向的方向定向，并且这两个纤维围绕各个拉挤元件交错，这能使这些元件彼此固定，同时保持它们平行并且两对两地间距开预定的距离。将拉挤元件放置在编织纤维层上，在于抓住由此形成的枝编物，将其施加到所讨论的层的外表面上并将其粘结到外表面，或者用一个或多个圆周的加强纤维粘合物包围该组件。在图中所示的实施例中，根据本发明方法制造的连杆包括两个接口，在本实例中，这两个接口是两个U形。但本发明同样适用于其它类型的连杆，例如，起落架的转向梁，该转向梁包括在其每个端部处的一个接口和位于这些端部之间的第三接口。此外，图中所示实例示出制造复合材料连杆的本发明的实施方式。但本发明还适用于制造其它类型的机械构件，例如，制造飞机推进器的碳纤维叶片，或者，制造设计成配装到扬帆船的碳纤维桅杆。具体来说，推进器的叶片和扬帆船的桅杆经受的机械应力，主要沿其主方向定向，也就是说，纳入其中的拉挤元件的方向，因而根据本发明的方法对该类型的机械构件提供了显著增加的机械强度。
权利要求
1.制造复合材料的机械构件的方法，例如是复合材料的连杆(19)，该方法包括以下连续操作围绕心轴(12、12’ )并在该心轴(12、12’ )的全部或部分长度上施加编织的加强纤维层(13、16 ;13’、16’、18’)，同时将一层径向地叠置在另一层的顶部，在施加编织的加强纤维层(13、16 ;13’、16’、18’ )的两次操作之间还包括以下步骤 -在编织纤维的最后层(13 ;13’、16’ )上，放置至少一个由拉挤的加强纤维(14 ;14’、17’ ；14〃)形成的元件，每个拉挤元件纵向地(AX)定向，并在心轴(12 ;12’)至少一部分长度上延伸； -每个拉挤元件(14 ;14’、17’ ；14〃)至少临时地附连到编织加强纤维的最后层， 且其中，一旦所有拉挤的元件已经放置就位，且已经施加所有编织层(13、16;13’、16’、18’)，则在组件进行聚合化之前，将树脂注射到各个编织层(13、16 ;13’、16’、18’)以形成粗制零件。
2.如权利要求I所述的方法，其特征在于，每个拉挤的元件(14;14’、17’ ；14")是实心杆型。
3.如权利要求I或2所述的方法，其特征在于，用粘结剂或树脂型产品对施加于同一层加强纤维的每个拉挤元件(14 ;14’、17’ ；14〃)实施附连。
4.如权利要求I或2所述的方法，其特征在于，用通过由心轴(12; 12’)、心轴支承的各层和将要被附连的拉挤元件(14 ;14’、17’ ；14〃)所构成的组件周围的粘合物，对施加于同一层加强纤维的每个拉挤元件(14 ;14’、17’ ；14〃)实施附连。
5.如权利要求I至4中任何一项所述的方法，其特征在于，将围绕心轴(12;12’ )的纵向方向(AX)彼此均匀地间隔开的几个拉挤元件(14 ;14’、17’ ；14")施加于同一层编织纤维(13,16 ;13，、16，、18，)。
6.如权利要求I至5中任何一项所述的方法，其特征在于，在将该组件放置在同一层加强纤维上之前，通过一个或多个横向粘合物将各个拉挤元件(14 ;14’、17’ ；14〃)彼此连接以形成枝编型组件，从而组装各个拉挤元件(14 ;14’、17’ ；14")。
全文摘要
本发明涉及一种由复合材料制成的机械构件的制造方法，例如连杆(19)，该方法包括以下连续操作围绕心轴施加编织的加强纤维层，在两次加强纤维层施加操作之间，还包括以下步骤放置至少一个由拉挤的加强纤维(14")形成的元件，拉挤元件纵向地(AX)定向；以及每个拉挤的元件(14")至少临时地固定到编织加强纤维的最后层。根据本发明，在所述树脂聚合化之前，将树脂注射到不同的编织层内以形成粗制的连杆。
文档编号D04C1/06GK102844171SQ201180016250
公开日2012年12月26日 申请日期2011年3月24日 优先权日2010年3月26日
发明者R·梅森, P·邓里维 申请人:梅西耶-布加蒂-道提公司