通过覆合制造复合部件的方法和装置制造方法

通过覆合制造复合部件的方法和装置制造方法
【专利摘要】本发明涉及一种通过覆合成型操作由复合材料制造部件(1)的方法，其中所述部件具有至少一个凸状内表面，以及涉及一种实施所述方法的工具，其中包括：至少一个外部制造模具(10)，其内表面(11)大体上限定了将要制造的所述部件的外部线；以及至少一个中间模具(20)，将被设置为与所述外模具的内表面相对并且被设计以使得所述中间模具的内表面(21)至少部分地限定将要制造的所述部件的中间部分的模塑线。
【专利说明】通过覆合制造复合部件的方法和装置

【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种制造由复合材料制成的部件的方法以及实施所述方法的设备。

【背景技术】
[0002] 由复合材料制成的部件的制造通常是通过模塑方法和带有随后被聚合的具有树 脂的纤维浸渍。
[0003] 通常，这种制造方法包括设置纤维层到模具表面上的步骤，称为覆合操作，随后是 聚合环绕纤维的树脂的步骤。
[0004] 很多实施可替代方案可以被引用。
[0005] 首先，所述树脂在设置所述层的期间可能已经存在，被称为预-浸渍层。
[0006] 在覆合所述预-浸渍层之后，整个聚合在高压灭菌器下执行。
[0007] 所述类型的方法通常称为手动覆合。
[0008] 其他可替代方案使用干燥板层并且包括增加树脂的步骤。
[0009] 在所述树脂传递模塑的方法，或者RTM中，树脂的增加在包含所述层的模具/反向 模具组的内部通过在压力下的注射被执行。
[0010] 所述模具通常称为凹模或者基质，而所述反向模具构成凸出部分，也称为冲压机。
[0011] 所述树脂浸渍模塑方法也可以被引用，其中所述模具被关闭是利用了允许树脂的 受控通道的柔性覆盖物，为了提供刚性部件将在纤维增强元件里面浸渍并且随后将聚合。
[0012] 树脂的传播是由在所述覆盖物的某些点上的凹陷产生的驱动力造成的，引入到模 具的树脂朝向凹陷移动。
[0013] 在传统的浸渍方法中，所述模塑工具因此是由基质模具和密封盖组成的，密封盖 如帆布盖作为反向模具部分。
[0014] 制造复合部件的这些方法，无论它们是手动覆合、RTM或者树脂浸渍，都是这样一 种技术，其中模塑工具很重并且被设计为一种将要制作的特定部件的形状。这导致很高的 加工成本以便能够制造不同的部件。
[0015] 对于涉及完整性的技术原因和所述复合材料部件的机械性能以及旨在限制模塑 和脱模操作的经济原因，需要能够使整个部件处于单独模塑/脱模操作中。
[0016] 使得部件在圆周上小于180度是相对容易的。然而，对于具有在超过180度的大 角区域上延伸的和具有非-脱模线的几何形状的部件来说，这种情况不适用，也就是说，在 所述部件制造完成后不允许模具的抽出。
[0017] 于是在这种情况下有必要制造具有几个可分离部分的模具，在模塑之后允许每个 部分的抽出。
[0018] 这使得制作操作更加复杂，需要模具的装配与拆卸的额外时间并且导致模具的巨 大的额外制造成本。
[0019] 尤其难以通过该类方法并使用复合材料制造部件的例子是涡轮喷气发动机的外 部结构，例如用于称为0管型机舱结构的推力反向可移动罩。
[0020] 特别地，飞机通过一些涡轮喷气发动机被移动，每个发动机设置在机舱内，机舱用 于引导由涡轮喷气发动机产生的气流，机舱也可以容纳一组保证不同功能的装置例如推力 反向装置，作用是通过向前重定向至少一部分二次气流来改善飞机的致动性能。机舱通常 具有管状结构，该结构包括位于涡轮喷气发动机上游的进气口，用来围绕涡轮喷气发动机 风扇的中间部分和容纳所述推力反向装置以及用来包围涡轮喷气发动机燃烧室的下游部 分，并且机舱通常终止于排气喷嘴，排气喷嘴位于涡轮喷气发动机的下游。
[0021] 所述推力方向装置包括反向装置，在反向阶段，允许阻塞至少部分的冷气流路径 以及将至少一部分冷气流向机舱前部重定向，从而产生增加到飞机轮子的制动上的反-推 力。用来执行实现所述冷气流重定向的装置根据推力反向器的类型而变化。然而，在所有 情况下，推力反向器的结构包括一个或者多个可移动罩，在打开或者"反向喷射"位置与关 闭或者"直接喷射"位置之间移动，其中，在打开或者"反向喷射"位置，该可移动罩在机舱 中打开用于转向气流的通道，在关闭或者"直接喷射"位置，该可移动罩关闭该通道。
[0022] 在格栅式推力反向器的情况下，所述气流的重定向通过格栅叶片执行的，并且可 移动罩仅有简单的滑动功能，目的是暴露或者再覆盖这些格栅。
[0023] 根据一个实施例，已知用来被涡轮喷气发动机的挂架支撑的机舱包括推力反向装 置，该装置具有基本上是外围的和几乎环形单独单件的可移动罩，可滑动地安装在配置在 所述挂架每个边上的导轨上。
[0024] 这种罩通常被称为"0管"，关于这种罩的套圈-形状，与"D管"截然相反，实际上 包括两个半-罩，每个在机舱的半圆周上延伸。
[0025] 因此可以理解通过单独模塑由复合材料制造这种0管型罩是精细和困难的操作。
[0026] 目前应用的解决方案在于在机械地连接所有或者部分的机舱组件的外部空气动 力结构之前，从内部空气动力表面（外部流动路径）直到机舱的外部制造构成面板的套圈。
[0027] 通常，所述推力反向结构的内部空气动力线是不可脱模的，也就是说，它具有凸 形，这防止了在模塑加工的一个方向或者另一个方向上通过简单抽出造成的部件的脱模。 这种用于由复合材料制造这种结构的方案在于在几个沉重、复杂和不可靠部分中采用凸状 工具。
[0028] 特别地，称为键工具的工具通常被使用。
[0029] 这种工具通常由三个、四个或者五个部分组成，其中在元件之间的固定被内部地 实现到所述结构中，或者机械地通过螺栓连接或者通过键的自动捆绑和处理的复杂系统实 现。
[0030] 为了制造0-管型可移动推力反向器的套圈，可以按照下面进行：
[0031] 首先，所述键被装配和密封到一起。如果有必要在套圈进行中的声学应用的情况 下，内表层继而被覆合、聚合、拆卸和穿孔。
[0032] 组成内部结构的芯体传递惯性到所述套圈，可以例如由蜂窝或者泡沫结构组成。 这些芯体兀件放置和固定在第一表层上（内表层）。
[0033] 用于形成外表层的表层是过-覆合在芯体元件上的并且整个被聚合以形成可移 动罩的第一元件。
[0034] 独立地，停留在空气动力外线上的外部套圈在可移动套圈的内部元件上机械地被 制造和装配。
[0035] 键加工结构的缺点具体是：
[0036] -在所述键之间获得合适密封的困难性以及甚至是不可能性导致所述部件或者是 要废弃的或加工的部件的制造周期时间增加，
[0037]-连接到所述键接头的空气动力表面降解的危险，
[0038] -庞大的、昂贵的和难以处理的元件的存在导致在处理期间对模具元件的潜在损 害、用于所述键处理的长期时间、以及对于合适的工作站允许操作者进入所述键的需要，
[0039] -每个单独处理中，在每个带有损害模具元件风险的聚合作用之后，需要修复所述 键。
[0040] 此外，由于所述键工具导致了所述装配部件的几个缺点。包括具有附加外部面板 的需要，还有随后的安装所述外部面板的中间加强框的困难，由于越来越拉紧的空气动力 线减少了进入并且使得紧固件的调节变得困难。
[0041] 也可能涉及到外部以及甚至内部存在紧固件，由于外部结构的机械输入，以及由 于在连接界面内部套圈上的外部面板的可能的不适当放置，可能存在外部线性能的空气动 力降解。
[0042] 因此，非常需要一种工具和实施的解决方案，允许制造这样的0管型结构，以及更 普遍的任何复合部件延伸超过180度和/或者具有凸状内部结构使得它不可能脱模。


【发明内容】

[0043] 为此，本发明涉及一种通过至少一个聚合和覆合操作制造复合材料部件的方法， 所述部件具有至少一个凸状内表面，包括下面步骤目的在于：
[0044]-在内表面上设置外部制造模具至少部分地限定将要制造的所述部件的外表面的 线，对于将要制造的所述部件的外部的制造有必要的元件，
[0045]-通过树脂注射方法和所述树脂的至少局部聚合进行的将要制造的所述部件的所 述外部的制造，
[0046]-在预先制造的外部的内表面的一部分上安装，内表面的中间模具，其中首先，目 的是保证与预先制造的外部的内表面的剩余部分的交接，其次，至少部分地限定，将要制造 的所述部件的中间部分的模塑线，
[0047]-所述中间部分的元件的设置以及通过覆合操作和所述树脂的至少部分聚合进行 的制造，
[0048]-在所述制造中间部分上设置，将要制造的剩余内部的元件以及通过覆合操作和 所述树脂的至少部分聚合进行的制造。
[0049] 因此，通过提供外部主要模具和开始从外部到内部的所述部件的制造，S卩，与现有 技术相反，可以避免在非-脱模几何形状下在内部区域使用模具，
[0050] 所述外部模具因此可以由单件组成并且没有机械部件或者机械键。设置工具也变 得更加迅速。
[0051] 补充地，所述方法包括再加工所述制成的外部的附加中间步骤。所述再加工目的 是保证与所述部分的适当交接的实现。
[0052] 有利地，制造所述外部的步骤和制造中间部分的步骤在一个共同的步骤中完成。
[0053] 优选地，在所述剩余元件的安装和最后聚合之前，至少一些所述内部的元件是 预-聚合的。
[0054] 本发明也涉及一种工具，用于实施制造复合材料部件的方法，所述复合材料部件 具有至少一个凸状内表面包括：
[0055] -至少一个外部制造模具，其内表面大体上限定了将要制造的所述部件的外部线， 以及
[0056] -至少一个中间模具能够设置为与外部模具的内表面相对并且被设计以使得所述 中间模具的内表面限定将要制造的所述部件的中间部分的模塑线的至少一部分。
[0057] 有利地，所述中间模具装配有相对所述外部模具定位的装置。
[0058] 有利地，所述外部模具包括用于补充定位的对应装置。
[0059] 优选地，所述中间模具装配有反向-形状的囊状物（counter-shape bladder)用来 朝向所述外部模具的内表面并且与所述外部模具的模塑表面的至少一部分互补。
[0060] 有利地，所述中间模具装配有至少一个由弹性材料类型的柔性材料制成的部分， 特别是在连接角铁处。
[0061] 有利地，所述工具包括用于所述外部模具和所述中间模具之间密封的装置。
[0062] 优选地，所述外部模具在圆周上延伸超过至少180度。

【专利附图】

【附图说明】
[0063] 根据参照附图的详细描述，本发明将被更好地理解，其中：
[0064] -图1示出了根据现有技术的由复合材料制成的用于涡轮喷气发动机机舱推力反 向器的外部罩的纵向截面示意图，
[0065]-图2示出了与图1的罩相似的用于通过本发明的方法制造的构成可移动罩的元 件，
[0066]-图3和图4是根据本发明的工具的立体图，所述工具用来实施根据本发明的用于 图1和图2的罩的制造的方法，
[0067]-图5到图13是制造根据本发明方法的图1的罩的不同步骤的纵向截面示意图。

【具体实施方式】
[0068] 图1和图2示出了使用根据本发明的方法由复合材料制造的0-管型推力反向可 移动罩1的纵向截面图。如上文所述，该类型的可移动罩除了用于挂架通道的上部区域几 乎在机舱的整个外围上延伸，用于固定涡轮喷气发动机。更具体地，所述可移动罩超过斜剖 面的180度延伸，这使得制造为单件并且它的脱模尤为复杂如所述应用的介绍中解释的。 [0069] 更具体地，可移动罩1具有用来限定气流路径外部表面的内部气动表面。所述内 表面是非-脱模凸状表面，也就是说，这防止了因此由一个方向或者另一个方向上的所述 工具的简单抽出造成的所述部件的脱模。
[0070] 当然应该注意的是本发明的所述方法和加工物件不限于实施所述可移动罩并且 更通常地涉及任何具有非-脱模凸状表面的复合材料结构。
[0071] 通常，如图1所示，由复合材料制成的罩1包括：
[0072] -限定机舱的外部空气动力线的外部套圈101，
[0073] -限定冷气流路径的内部空气动力线的内部套圈102,并且所述套圈选择性地装 配有带有穿孔声学表面的声衰减结构，
[0074] -形成罩1内部结构的芯体103。所述芯体通常可以是蜂窝面板或者泡沫面板。
[0075] 如上所述，根据现有技术的制造方法是基于内部套圈102的初始制造和所述芯体 的安装。所述外部套圈101是独立制造的然后机械地连接和固定（紧固件104)到最初制 造的内部套圈102上的。然后所述可移动罩1的制造大体上从内部到外部通过使用内部凸 状模具被执行。这种实施例的缺点上面已经提到。
[0076] 根据本发明的方法建议从外部套圈到所述罩2的内部制造可移动罩2使用主要外 部凹状模具并且所述罩能够被制成单件。
[0077] 机舱的外部空气动力线在该等级上通过机舱的舯剖面下游的主要外部模具限定 并且因此限制在制造的结构上游的脱模几何结构。
[0078] 为此，罩2被再分为几个部分，如图2所示。
[0079] 首先，罩2具有基本上与外部套圈101相对应的外部201，以及包括外表层2011、 内表层2012以及位于外表层2011与内表层2012之间的芯体结构2013。
[0080] 然后罩2具有基本上与内部套圈102的外壁相对应的中间部分202并且用来保证 罩2的内部和前述外部3之间的交界面。
[0081] 罩2最后具有包括内表层2031和芯体结构2032的内部203。
[0082] 罩2因此在外部套圈和内部套圈的连接处具有芯体面板。
[0083] 所述罩2是根据本发明的方法目的制造的。
[0084] 为此，所述方法使用如图3和图4所示的工具并且包括：
[0085] -至少一个外部制造模具10,其内表面11基本上限定了罩2 (外部201)的外部线， 以及
[0086] -至少一个中间模具20能够设置在与外部模具的内表面11相对的外部模具10的 里面并且被设计以使得所述中间模具20的内表面21至少部分地限定罩2的中间部分202 的模塑线。
[0087] 外部模具10将有利地以单件形式（整体）被制造，超过与将要制造的所述部件之 一相对应的角形扇区。当然，如果所述工具不需要覆盖圆周上大于大约330度的扇区上的 部件，可以包括入口或者所述工具内部的可视开口。
[0088] 在所述特殊情况中，将要注意的是罩2具有用于紧固桅杆通道的开口结构，所述 开口可以在外部模具10和内部模具20上被加入，并且作为入口和/或者可视控制开口。 [0089] 有利地，对于项目的处理和设置原因，所述工具组被限定为垂直并且最展开部分 被优先地向上放置。
[0090] 根据有利的补充特性，有利地所述中间工具被密封在所述外部工具上：
[0091] -所述中间工具相对于所述外部工具是居中的，
[0092]-所述中间工具从属于所述外部工具，
[0093] -所述中间工具在外部套圈里面的至少一部分是以自我为中心的。
[0094] 根据本发明的制造方法现在参照图5到图13将被更加详细地描述。
[0095] 首要步骤包括制造外部套圈，更确切地说是外部201 (图5到7)。
[0096] 外部201，代表罩2的所有或者部分外表面，在一个操作中被制成。
[0097] 为此，制造所述外部201所必需的元件设置在外模具10的内表面11上，并且包 括：
[0098] -外表层 2011，
[0099] -芯体结构2013和/或者内部加固件，
[0100] -内表层 2012。
[0101] 根据图5所示的第一可替代实施例，外表层2011在下游部分被中断，所述下游部 分在与水平面相对应的等级上，水平面与和所述中间部分相对应的隔膜面相交界，所述中 间部分随后将被制造（步骤3)。
[0102] 具有朝向所述结构内部的过-厚度的芯体结构2013被安装，内表层2012的内板 层的覆合在溢出状态下同样被制造。
[0103] 整体至少部分地被聚合，并且芯体2013的内表面和内表层2012通过加工进行修 整（图6加工之后）以保证与所述部分的适当交界的实现。
[0104] 根据另一可替代方案（未示出），在下一个步骤中可以设置带有完成的肋部的芯 体和补偿潜在缝隙。
[0105] 在另一个可替代方案中（图7)，可以延伸外表层2012的覆合，以最后的厚度或者 以中间的厚度直到外部的结构的下游端，并且因此几乎在外模具10的整个内表面11上延 伸。所述结构剩余部分的实施与局部外表面的第一可替代方案的过程相同。
[0106] 所述方法的第二个步骤目的在于制造中间部分202(图8到图10)。
[0107] 为此，中间模具的内表面21保证与先前制造的外部201的一部分内表面相交界并 且部分地限定将要制造的中间部分202的模塑线，中间模具安装在先前制造的外部201的 一部分内部套圈2012上。
[0108] 更确切地说，中间工具20被配置以保证与位于外部201的芯体2013下游的形状 和内表层2012相交界。
[0109] 优选地，中间工具20集中在外部工具10的中心。中间工具20的上游部分可以 具体地集中在外部工具10或者从内侧或者通过将中间工具堆叠在所述外部工具上以及索 弓丨、定位、定中心和固定系统，具体地和外部模具10的补充索引工具相协作。
[0110] 根据可替代实施例（图9)，中间工具20的下游端可以被完全或者部分地从弹性混 合物中制造，通过作为连接角铁205的复合板层，所述弹性混合物通过保证外部201的加固 件可替代物与内部203的接触压力来实现允许集成所述模型缝隙。
[0111] 所述加固角铁205至少连接外部201的内表层2012的内部返回与中间部分202 的板层的外表面。
[0112] 将要制造的中间部分202在所述特殊情况下是位于外部201之间的分离隔膜，夕卜 部201包括一组形成壁的板层。
[0113] 一旦构成所述中间部分202的板层被安装，我们通过覆合操作和至少部分的树脂 聚合继续它的制造。
[0114] 密封可以在两个工具10、20之间相联合以隔离已经从剩余结构中聚合（外部201) 的部分。
[0115] 一旦所述组设置有板层加固件，可以完成中间部分202的覆合。
[0116] 这是由工具20的整个内部21从所述结构的上游到下游的最新的覆合。粘合板层 被连接到需要的区域。
[0117] 在第一可替代方案中，其中外部201的外表层2011是局部的，所述中间部分在所 述结构的下游区域处也被用作外表层。板层的数目、方向和设置是由本领域的技术人员自 主来决定的。
[0118] 在第二可替代方案中，其中外表层2011延伸至外部201的下游端，两种情况可以 区别开来：
[0119] -中间表层的覆合在芯体2013的下游端停止，
[0120] -中间表层的覆合部分地或者全部地延伸至所述套圈的下游端。
[0121] 根据图10所示的可替代方案，外部面板201的内表层2012的覆合可以在芯体 2013溢出结构上完成，为了被用作中间表层202上的返回加固件。
[0122] 此外，为了移除之前第二步骤2中的中间聚合循环，能够设置中间工具20带有弹 性-类型的反向 -形状的囊状物30 (counter-shape bladder)(如图10所示）。
[0123] 所述囊状物施加压力到外部201的内表层2012上同时在一般的聚合阶段作为外 部真空袋紧压在中间表层202上。
[0124] 可替代地，中间工具20如果不经过中间聚合阶段的话可以直接复制外表层2011 的内部形状。否则，中间工具的外部形状与外表层的内部形状无任何联系因为其中间聚合 步骤已经被加强了。
[0125] 需要进一步注意的是中间工具20可以在其整个长度上是刚性结构或者仅在部分 长度上是刚性的并且通过加固-硅树脂囊状物在长度上终结或者在步骤4的覆合之后在外 部真空袋下与反向-金属板相关联。
[0126] 第四步骤包括设置内部203和它的芯体（图11和图12)。
[0127] 外部201被聚合，设置构成罩2内部203的芯体2032的步骤被执行。
[0128] 有利地，芯体2032被准备与中间表层202相交界。
[0129] 所有芯体被固定在所述结构上并且聚合所述步骤的阶段可以被进行。
[0130] 所述聚合阶段可能是有必要的如果需要芯体2032的修整和内部表面堆焊的话。 否则，能够直接继续下一个步骤，所述步骤包括在内部203上制造内表层2031 (图11)。
[0131] 如果不是声学的，空气动力内表层2031可以由最新的覆合构成如果设置例如泡 沫状物的支撑允许的话。
[0132] 在声学结构的情况下，有必要通过预煮至少制造声学表层以保证对于在蜂窝上的 界面的空气线的所需特性并且对于最佳空气动力性能避免禁止的"浮印"。
[0133] 所述表层可以在粘在蜂窝之前被穿孔。
[0134] 有利地，非-声学部分可以是最新-覆合的与覆盖声学表层的上游区域合并如下 图所示。所述新鲜覆合可以上至中间结构202的最-上游。
[0135] -旦内部被装配，我们继续其聚合。
[0136] 完成的罩2如图13所示。
[0137] 尽管本发明已经用特定的典型实施例进行了描述，很明显它绝没有被限制并且它 包括描述的方法的所有技术可替代方案以及落入在本发明范围内的它的组合方案。
【权利要求】
1. 一种通过覆合操作从复合材料中制造部件（1)的方法，所述部件具有至少一个凸状 内表面，包括下面步骤目的在于： -在内表面（11)上设置外部制造模具（10)至少部分地限定将要制造的所述部件的外 表面的线，对于将要制造的所述部件的外部（201)的制造，元件（2011，2012, 2013)是必须 的， -通过板层铺设的方法和所述树脂的至少局部聚合进行将要制造的所述部件的所述外 部的制造， -安装至少在预先制造的外部的内表面的一部分上，中间模具（20)的内表面（21)的目 的在于，一方面，保证与预先制造的外部的内表面的剩余部分的交界，另一方面，至少部分 地限定，将要制造的所述部件的中间部分（202)的模塑线， -设置所述中间部分的元件以及通过覆合操作和所述树脂的至少部分聚合进行的制 造， -在所述制造中间部分（202)上设置，将要制造的剩余内部（203)的元件（2031,2032) 以及通过覆合操作和所述树脂的至少部分聚合进行的制造。
2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，它包括再-加工制造外部（201)的中间附 加步骤。
3. 根据权利要求1或2中任一项所述的方法，其特征在于，制造外部（201)的步骤和制 造中间部分（202)的步骤被执行为一个共同的步骤
4. 根据权利要求1到3中任一项所述的方法，其特征在于，至少一些内部（203)的元件 是先于剩余元件的安装和最后的聚合被预-聚合的。
5. -种实施制造复合材料部件方法的工具，所述复合材料部件具有至少一个凸状内表 面包括： -至少一个外部制造模具（10)，其内表面（11)大体上限定了将要制造的所述部件的外 部线（1)，以及 -至少一个中间模具（20)能够设置为与外部模具的内表面的相对并且被设计以使得 所述中间模具的内表面（21)至少部分地限定将要制造的所述部件的中间部分（202)的模 塑线。
6. 根据权利要求5所述的工具，其特征在于，中间模具（20)装配有相对外部模具（10) 用于定位的装置。
7. 根据权利要求5或6中任一项所述的工具，其特征在于，中间模具（20)装配有反 向-形状的囊状物（30)用来朝向所述外部模具（10)的内表面（11)，并且补充所述外部模 具的模塑表面的至少一部分。
8. 根据权利要求5至7中任一项所述的工具，其特征在于，中间模具（20)装配有至少 一个由弹性-类型的柔性材料制成的部分，特别是在连接角铁处。
9. 根据权利要求5至8中任一项所述的工具，其特征在于，它包括用于在外部模具 (10)和中间模具（20)之间密封的装置。
10. 根据权利要求5至9中任一项所述的工具，其特征在于，外部模具（10)在圆周上延 长超过至少180度。
【文档编号】B29L31/30GK104066569SQ201380005747
【公开日】2014年9月24日 申请日期:2013年1月8日 优先权日:2012年1月17日
【发明者】居·伯纳德·沃琪尔, 埃里克·皮隆, 让-吕克·马佐尼 申请人:埃尔塞乐公司