专利名称：一种凹形尤其截面为u型的复合材料件的制造方法及其实施装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种凹形复合材料件的制造方法，尤其是一种带U型截面的纵梁。同时它还涉及一种实施该方法的装置，该装置一方面对纤维预制件喷涂或浸渍适于形成基质的物质，以确保对其均勻浸渍；另一方面保证表面的状态良好，尤其确保外表面的最佳尺寸精度。
背景技术：
复合材料的完成件包括一种基质，诸如由纤维加固的树脂基质。根据一种广泛应用的实施模式，纤维以纤维预制件的形式出现，由一个或数个编织或未编织的纤维折层形式出现。在聚合阶段之前，构成基质的物质应以均勻的方式浸渍这个预制件，使其具有最佳的特性。根据第一种被称作喷涂的操作方式，构成基质的物质一般是树脂，喷涂在预制件的一点或数点上，甚至喷涂在预制件的整个表面上，必要时可添加一种扩散剂。根据另一种被称作浸渍(infusion)的操作方式，形成基质的物质被纳入预制件中，例如它们以一个或数个插入或粘接在构成上述预制件折层内的树脂膜形式出现。要进行这项浸渍工序，主要采用US2004/0219244或US2005/0031720文献中所描述的工具，如图1所示。根据上述文献，预制件10置放在一个由托板14和第一半密封隔膜16限定的第一壳体12内，即通气但阻止适于形成基质的物质通过，至少一个供给点18预置在上述第一壳体12内。进一步地，工具包括第二壳体20，一方面它被第二气密隔膜22限定，另一方面又被第一半密封隔膜16限定。上述壳体20包括至少一个吸气孔对，用以吸取上述第二壳体 20内存在的气体，同样还吸取上述第一壳体12内存在的气体。吸取第一壳体12内的气体会引起适于形成基质的物质在整个预制件内扩散。这样在浸制(infusion)阶段或喷涂阶段，预制件在没有吸取适于形成基质的物质时，第一半密封隔膜16确保预制件的最佳充气和排气。预置的密封件沈确保托板14和第一半密封隔膜16之间的密封性，同样地，密封件观确保托板14和第二密封隔膜22之间的密封性。进一步地，一块引流织物30可置放在第二壳体内，以利于气体的排放。为了使与第一半密封壁16相接触的预制件表面平滑，可在第二壳体20内使用并置入一块抛光板32，插入在引流织物和第一半密封壁16之间。抛光板同样可以使预制件上的压力均勻。根据一种实施方式，半密封隔膜16由一块有微孔的织物组成，该微孔的微小孔径允许气体通过，但阻止例如适于形成基质的物质的粘稠液体通过。
本发明主要涉及制造航空领域里使用的纵梁，诸如飞机中心翼盒处的纵梁。根据图2所示的一种操作模式，要使用图1中所示的那些相同部件来获取带U型截面的纵梁，托板14具有U形的形状，以适应U形截面的内面。用自动或手动方式将托板 14蒙上纤维折层或纤维卷。随后，把装置的其他部件关联到U型预制件上。这种实施模式不令人满意，因为不能控制厚度，且不能获得令人满意的外表面 (与托板14不接触的那个表面)表面状态。为此，聚合之后，必须要对完成件做几何结构校准，使其能与邻近件连接。这个附加的操作会增加部件的制作成本，也会降低部件的强度，因为部件做几何结构校准时会出现纤维断裂。根据图3所示的另一种实施模式，部件在模具14和反向模具32之间完成。置放在U型件支臂之间的托板14蒙上纤维卷或纤维折层之后，再安放反向模具 32.这种操作模式尽管能较好地掌控厚度，但结果也不令人满意，因为使用的反向模具32必须是不随温度变化而膨胀的，例如一种低碳材料的反向模具，使部件能够顺利脱模，这样会大大增加工具的成本。事实上，如果反向模具32是金属的，它在冷却阶段会因为收缩现象而紧固住部件。同样，本发明旨在消除现有技术的缺陷，提出一种制造凹形的，尤其是截面为U型的复合材料件的方法，可以掌控厚度和获得令人满意的表面状态。
发明内容
为此，本发明涉及一种制造包含有一块浸润在基质中的纤维预制件的凹形复合材料件的方法，该方法在于把上述预制件置放在由接触到待完成件外部凹形表面的模具和接触到待完成件内部凹形表面的反向模具所限定的第一壳体内，其特征在于要使用至少包含两个部分的模具和用于控制上述至少两个部分之间间距的部件，这两个部分在聚合阶段由于出现膨胀现象会紧挨在一起。
结合附图，下面将通过举例的方式对本发明的其他特性和优点进行描述，其中，图1示出了根据现有技术用喷涂法制造复合材料件的工具的剖面图；图2示出了根据现有技术的第一个变型，制造U型纵梁的工具的剖面图；图3示出了根据现有技术的另一个变型，制造U型纵梁的工具的剖面图；图4A至4G示出了根据本发明制造一个带U型截面的复合材料件在各个不同工序阶段的剖面图。
具体实施例方式图4F用50表示至少一块待浸润在诸如树脂的基质中的纤维预制件，在聚合后得到一块构成飞行器部件的复合材料件。当然，本发明方法不仅限于航空领域。本发明主要涉及一种具有U型截面的预制件，用以制作比如纵梁。
当然，本发明不限于这种截面形式，截面可以是V型，或凹形的。在后面的说明中，所谓内表面，凹形表面，即U型截面的底部及U型支臂之间所形成的那个区域里的支臂和底部的那些面；所谓外表面，就是与之相反的面。根据各种变型，预制件可通过堆置纤维折层，或者接合数个纤维板获得，纤维可以按照一定的条理排列或者随意排列。基质由一种易感物质形成，例如树脂；该物质在第一状态时为液态，而在第二状态时则为固态。因为本领域技术人员熟知适于形成基质的物质，所以不再详述，然而，它的一些所需的特性在功能上可以变化。根据第一种被称作喷涂的操作模式，预制件的远端容器提供适于形成基质的物质并且它被喷涂到预制件上。根据另一种被称作浸渍的操作模式，适于形成基质的物质以固态形式被置放在预制件中，例如，至少以一种薄膜的形式出现。根据本发明，装置有一个第一模具52，其形状与待完成件的外表面形状相适应，和一个反向模具M，其形状与待完成件的内表面形状相适应。这样，模具接触到待完成件处在凹形外部的表面，而反向模具接触到待完成件处在凹形内部的表面。反向模具M具有多个通气孔56。根据一种适于制造U型件的实施模式，具有U型截面的反向模具的厚度在整个截面上大体上是恒定的，其具有一个底部58和两个大体平行的支臂60及预置在上述支臂60 端部的凸边62，凸边62沿着平行于底部58的方向朝上述支臂60的外部延伸。优选地，反向模具以至少一块具有管路的板材形状出现，管路预置在底部58和支臂60处，开通在上述至少一块板材的两侧。根据一种实施模式，管路56由打孔或微型打孔获得。当模具和反向模具相互嵌合时，在它们之间限定出第一壳体64，预制件50安放其中。如图4F所示，反向模具M的凸边62至少在聚合阶段顶靠住设置在模具52的凸肩上，使部件的厚度处在要求的公差内。如图4F所示，该装置同样有一个第一半密封壁66，即透气但阻止适于形成基质的物质通过，上述壁至少覆盖反向模具M ；—个由第二气密壁70和上述第一半密封壁66所限定第二壳体68，以及一些用于吸取第二壳体68内气体的部件72。吸取气体的部件72包括至少一条管路，其通过至少一个孔洞与第二壳体68相通。 因为本领域技术人员熟知这些部件72，所以不再详述。在喷涂操作模式的情况下，装置包括至少一个供给适于形成基质的物质的供料器 74，通过至少一个孔洞开通至第一壳体64。因为本领域技术人员知晓这种供料器，所以不再详述，然而，供料器尤其可以根据适于形成基质的物质和/或待完成件的功能有不同的构型。第二气密壁70可以以柔软的和密封的隔膜的形式出现，如现有技术中的装置那样。
根据一种实施方式，透气隔膜66由有微孔的织物组成，例如一种Gore-tex 类织物。第一壁66和模具52之间及第二壁70和模具52之间预置有密封件76。进一步地，该装置在预制件两侧有一些有利于完成件脱模的可剥离织物，还有一个带抗粘附保护层的格状物或与可剥离织物配合的格状物，它与托板52直接接触，有利于预制件在喷涂前适于形成基质的物质在大尺寸的预制件上的表面扩散。格状物确保树脂在预制件50的大部分表面上扩散，以实现树脂在大尺寸部件上延伸。根据本发明，模具52和反向模具M是金属的，举例说明，它们由铝合金制造。事实上，模具或反向模具中其中至少一件不使用不随温度变化而膨胀的材料制作的话，这样能降低工具的成本，也就降低了完成件的成本。根据本发明，置放在U型件外部的模具52至少由两个部分52. 1和52. 2组成，两个部分的连接区在底部位置，装置包含控制52. 1部分和52. 2部分之间间距的控制件78，同时控制了待完成件的厚度。优选地，适于形成基质物质的供料器74能穿过结合面80。这种布置同样能在模具冷却后脱模，因为模具在冷却时有收缩的趋势。根据一种实施模式，结合面80处在待完成件的中央面位置。模具52两个部分的尺寸使它们在聚合阶段时(图4F)即在高温时能贴合在一起， 并且它们在聚合阶段之前(图4E，4D和4G)或聚合阶段之后，即在温度不太高时能够分离开。根据一种实施模式，控制模具的两个部分52. 1,52. 2间距的部件78具有一个底座，其上表面有一个具有底部82的盆态形状和边缘84，底部给52. 1和52. 2两个部分提供了一个能支撑和在其中滑动的支撑面；以及两个部分52. 1,52. 2至少在聚合阶段时能顶靠住边缘84，来控制上述两个部分分离开。作为变型，控制模具的两个部分52. 1和52. 2的间距的装置78可以由一块极少随温度变化膨胀的材料做成拉条或拉杆形式。做成拉杆形式时，模具的两个部分可以沿着上述拉杆滑动直至顶靠住预置在上述拉杆每个端部的止动块上，至少在聚合阶段时用以控制上述部分之间的间距。根据各种不同的变型，装置78 一方面具有引导件来控制模具的两个部分52. 1、 52. 2的运动，使其做分离运动，另一方面具有止动块，使模具的两个部分52. 1,52. 2至少在聚合阶段时能够顶住，控制上述部分52. 1,52. 2之间的间距。反向模具M是刚性或半刚性的，从而能承受包膜工序而不变形，在用作构成基质的树脂的聚合温度之下，反向模具M的内部形状与待完成件的内部几何形状相一致形成。装置的使用方式如下。如图4A所示，反向模具M的内表面86在第一时间内备有一个吸取气体的真空袋 88和一个接头90。较优地，同时还预置一个半密封薄膜(通气但阻止树脂通过)和一个置放在反向模具M和真空袋88之间的引流织物。然后，倒置反向模具54，凸边62置放在一个托板上。将反向模具M蒙上纤维折层或纤维卷使其形成一个预制件。在反向模具和预制件之间插入一个可剥离织物是有益处的。这样，反向模具被当作包膜柱使用。如图4B所示，预制件在约100°C至150°C的温度下被真空压实(按照材料性质变化)。为达此目的，一个压固隔膜92覆盖着预制件，插在上述压固隔膜92和反向模具M之间的密封件预置在预制件的周边，使真空袋和压固隔膜形成一个壳体。通过接头90吸取气体以获得压实的效果。优选地，压实隔膜92的外形与预制件的外形相适应，为了不损坏预制件的边角。 这种压实工序能减少在边角处出现暇疵的风险。随后，如图4C所示，移除压实隔膜92，反转反向模具M，将其置放进模具52，如图 4D所示。在预制件和模具52之间事先要放入一块引流织物和一个格状扩散器。为了在翻转反向模具和将其置入模具52中时能够使预制件紧紧顶靠住反向模具，要通过接头90做减压。这样，反向模具被当作预制件的搬运工具使用。随后，如图4E所示，可以移除在压实和包膜预制件时使用的真空袋88及其它可能使用的部件。最后，置放上第一壁66，一块引流织物，第二壁70，以及各种不同的密封件或其它树脂均勻浸渍预制件所必需的部件。根据被称作喷涂的操作模式，要预置一个树脂供料器，在壳体68内实施减压以使树脂均勻浸渍纤维。如图4G所示，聚合之后要移除各种不同的隔膜。温度低于50°C进行制冷脱模，以利用模具和反向模具每个部分的热收缩对应于部件温度收缩的差值，该差值引起反向模具与部件之间的分离和引起模具的至少一个部分与部件之间的分离。
权利要求
1.一种制造包含有浸渍在基质中的纤维预制件(50)的凹形复合材料件的方法，该方法在于把所述预制板(50)置放在由接触到待完成件外部凹形表面的模具(5 和接触到待完成件内部凹形表面的反向模具(54)所限定的第一壳体(64)内，其特征在于要使用至少包含两个部分(52. 1,52. 2)的模具(52)和控制所述至少两个部分(52. 1,52. 2)之间的间距的装置(78)，这两个部分在聚合阶段由于出现膨胀现象会贴合起来。
2.根据权利要求1所述的一种制造复合材料件的方法，其特征在于要使用引导件来控制模具的所述至少两个部分(52. 1,52. 2)之间的间距，使所述模具的两个部分(52. 1， 52. 2)之间做分离运动，还要使用止动块，使所述模具的两个部分(52. 1,52. 2)至少在聚合阶段时能够顶靠住，用来控制所述两个部分(52. 1,52. 2)之间的间距。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的一种制造复合材料件的方法，其特征在于要使用具有多个通气孔(56)的反向模具(M)，并要吸取第一半密封壁(66)限定的壳体(68) 中的气体，即透气但阻止适于形成基质的物质通过，以便适于构成基质的物质扩散到所述预制件(50)中。
4.根据所述权利要求中任意一项权利要求所述的一种制造复合材料件的方法，其特征在于要把所述预制件置放在其内表面备有真空袋(88)和接头(90)的所述反向模具(54) 中，用以吸取气体和维持所述预制件顶靠住所述反向模具。
5.根据权利要求4所述的一种制造复合材料件的方法，其特征在于所述预制件要在真空中压实。
6.根据权利要求5所述的一种制造复合材料件的方法，其特征在于压实所述预制件的温度约为100°C至150°C。
7.根据权利要求5或权利要求6所述的一种制造复合材料件的方法，其特征在于使用的压实隔膜(92)与所述真空袋(88) —起形成壳体，所述预制件安置其中。
8.根据权利要求7所述的一种制造复合材料件的方法，其特征在于使用的隔膜的外形要与所述预制件的外形相适应，为了不损坏所述预制件的边角。
9.一种制造包含有浸润在基质中的纤维预制件(50)的凹形复合材料件的装置，所述装置具有与待完成件外部凹形表面接触的模具(5 和与待完成件内部凹形表面接触的反向模具(M)，其特征在于所述模具(5 至少包含两个部分(52. 1,52. 2)以及所述装置有控制所述至少两个部分(52. 1,52. 2)之间的间距的装置(78)，这两个部分在聚合阶段由于出现膨胀现象会贴合起来。
10.根据权利要求9所述的一种制造复合材料件的装置，其特征在于控制所述模具的所述至少两个部分(52. 1,52. 2)之间间距的装置(78)具有引导件来允许所述模具的所述两个部分(52. 1,52. 2)之间做分离运动，还有使所述模具的所述两个部分(52. 1,52. 2)至少在聚合阶段时能够顶靠住的止动块，用来控制所述两个部分(52. 1,52. 2)之间的间距。
11.根据权利要求9或权利要求10所述的一种制造复合材料件的装置，其特征在于 所述反向模具(54)具有凸边(62)，其至少在聚合阶段能够顶靠住所述模具(5 预置的凸肩上。
全文摘要
本发明涉及一种制造包含有一块浸润在基质中的纤维预制件(50)的凹形复合材料件的方法，该方法在于把上述预制板(50)置放在由接触到待完成件外部凹形表面的模具(52)和接触到待完成件内部凹形表面的反向模具(54)所限定的第一壳体(64)内，其特征在于要使用一个至少包含两个部分(52.1，52.2)的模具(52)和一些用于控制上述至少两个部分(52.1，52.2)之间间距的装置(78)，这两个部分在聚合阶段由于出现膨胀现象会贴合起来。
文档编号B29C33/48GK102216057SQ200980140345
公开日2011年10月12日 申请日期2009年10月2日 优先权日2008年10月6日
发明者塞巴斯蒂安·戈耶, 菲利普·布洛, 马蒂厄·拉农扎尔 申请人:空中巴士运作公司