使用复合预浸带制作弯曲复合结构的方法_3

文档序号:8926286阅读:来源:国知局
维40的取向角度改变到大于45度的某个角度Θ。尽管图1-10中所示的层片示例被显示为沿着单一轴线或者两个正交轴线44、45发生变形,但是层片30可以在其他的方向上和其他的平面内变形,这取决于应用的要求和层片30必须符合的工具(未显示)的几何构型,以及拉力52如何被应用到载体薄膜32。而且,正如下文将论述的,可行的是仅使载体薄膜32的一个或多个部分变形,从而在层叠工艺期间只有相应部分(未显示)的层片30被变形。
[0058]在一些应用中,可行的是使用载体薄膜32以便在工具(未显示)上预先定位和放置额外项目的叠层组装件以及层片30,所述额外项目的叠层组装件例如但不限于,加倍器、释放膜以及隔板。例如,图12说明了被放置在载体薄膜32上的层片30,其中复合加倍器54被夹在层片30和载体薄膜32之间。相似地,释放膜条56被沿着载体薄膜32上的边缘裕度36夹在层片30和载体薄膜32之间,释放膜条56可以帮助从已层叠的层片30中释放和剥离载体薄膜32。因此,在该示例中,在层叠工艺期间,使用载体薄膜32允许层片30、加倍器54以及释放膜条56相对于彼此精确地定位,并且在单个步骤中被层叠在工具(未显示)之上。
[0059]正如先前提到的,在一些应用中,可以或期望的是在层叠工艺期间仅仅使部分层片30变形。使用适合零件几何构型和成型要求的若干技术中的任意技术,载体薄膜32的变形可以被定制以便选择性地约束层片载体薄膜32的弹性。图13说明了具有区段32c的载体薄膜32,区段32c包含当载体薄膜32在层叠工艺期间正被变形时可抵抗变形的加强58。在该示例中,区段32c的加强通过将单向纤维60浸渍到载体薄膜32内而实现,并且在载体薄膜32将被变形的方向上被取向,在该示例中为沿着X轴44的方向。
[0060]在变形之前,载体薄膜32具有长度L1并且加强区段32c具有宽度R1,如图13所示。当载体薄膜32沿着X轴44变形时,即对应于纤维60的轴向方向,则纤维60不会充分变形,结果加强区段32c的宽度R1基本保持不变,但是由于被允许变形的加强区段32c的每侧上薄膜32的非加强区段32a、32b,载体薄膜32的总长度变形到L2。同样可行的是在加强区段32c内运用加强58,其允许载体薄膜32的一定程度的变形,但是小于载体薄膜32的其他非加强区域的变形程度。加强58可以包括,例如且不限于,载体薄膜32内的交叉迹线(未显示)。根据使用的加强的类型,当载体薄膜32被拉伸时,加强区段32c的宽度W可以或不可以变得更窄。
[0061]在图13和图14所示的示例的情况中,加强区段32c位于载体薄膜32内的中心并且加强58延伸跨越其整个宽度W。图15说明了加强58区域被从载体薄膜32的边缘裕度36、38向内间隔并且被偏离中心地布置在载体薄膜32的区域内的示例。如图13和14中所示的示例,图15中所示的加强58区域也可以将加强纤维60(见图14)合并到载体薄膜32中,加强纤维60可以是单向或多向的。例如,纤维60可以被编织到一起并且被以抵抗两个正交方向上(例如沿着与加强纤维的取向对应的X轴44和Y轴45)变形的方式合并到载体薄膜32中。相似地,纤维60可以被放置在额外的取向中,例如45度取向,以抵抗加强58区域内载体薄膜32在其他方向上的变形。虽然加强58区域被显示为大致正方形形状,但是各种其他的形状也是可能的。
[0062]用于防止或减小载体薄膜32的局部变形的其他加强技术是可能的。例如,如图16所示,图13、14以及图15的基本不可变形的加强58区域可以通过将载体薄膜32的厚度T1增加到加强58区域内厚度!^而实现。图17说明了实现期望加强的另一种技术,其中载体薄膜32包含呈期望图案63的凸出的凹窝62,在这种情况下,该图案为抵抗一个或多个方向上变形的菱形。在一些应用中,可以期望的是运用多于一种的上述技术以充分实现不可变形的加强58区域。例如且不限于,可以使用凸出的凹窝62、增加的薄膜厚度T2以及加强纤维60的组合。也可以使用一种或多种上述加强技术来实现载体薄膜32的不同区域内不同程度的薄膜伸长。
[0063]现将注意力转向图18,该图概括地说明了使用前述的可变形载体薄膜32来层叠层片以成型复合零件的方法的步骤。在64开始,可变形载体薄膜32被提供为具有适于应用和将被层叠的层片30的尺寸和形状。在66,部分可变形载体薄膜32可以根据需要被加强。在68,根据要求,释放膜56(图12)可以被应用到可变形载体薄膜32以便在层叠之后帮助从层片30中移除载体薄膜32。在70,根据需要,一个或多个层片加倍器54 (图12)或其他材料可以被应用到可变形载体薄膜32。
[0064]在72,预浸层片30通过以下方式被应用到可变形载体薄膜32,即通过人工或者使用自动装备以并行地、可能基本邻接的关系将预浸材料的条带48(图4)铺设在载体薄膜32上。层片30被以相反的类似镜像的方式层叠在载体薄膜32上,从而使层片30的左边和右边倒转。通过使载体薄膜32上的层片30倒转,当被从载体薄膜32转移到工具90 (见图20)时,层片30将具有合适的取向。在74,包含任何加倍器和/或释放膜的层片材料被抵靠可变形载体薄膜32压缩。这种压缩可以通过手工清扫(未显示)或者使用伴随或不伴随热量应用的真空而被机械地进行。在76,载体薄膜32在至少一个方向上变形,进而使层片30变形到对工具90上的叠层最适合的期望的形状和/或尺寸,包含工具90的形状和表面状况。在78,其中层片30位于载体薄膜32上,并且被定位在载体薄膜32和工具90之间,载体薄膜32被用于将层片30定位并且层叠到工具90上(见图20)。在80,将层片30层叠到工具90上之后,载体薄膜32被移除,如通过从已层叠层片30中将其剥离。在82,如果需要,载体薄膜32可以被再次使用,或者被丢弃。步骤68-80可以被重复,直到零件叠层的所有层片30已经被层叠。
[0065]图20图解地说明了图18中所示层叠方法的步骤,其中包括如图19所示的加强件100的弯曲复合结构被层叠在工具90上,所述加强件100具有至少两个边和曲率半径R。工具90包含两个相接的弯曲的工具表面90a、90b以便分别成型包括弯曲腹板10a的第一边和包括加强件100的弯曲法兰10b的第二边,如图19所示。如84所示,单向预浸材料的条带48被并行地铺设在可变性载体薄膜32上,以成型在86处所示的完整的90度的层片30。完整的层片30然后被压缩到载体薄膜32上,之后在88,载体薄膜32然后被拉伸并且如箭头87所示地被径向变形以大体匹配工具表面90a的曲率。如在89所示的,层片30被变形为扇形形状并且使用载体薄膜32被放置到弯曲的工具表面90a上,以成型加强件100的弯曲腹板100a。载体薄膜32和剥离层片(未显示)可以然后被从部分成型的层片30中移除。在载体薄膜32已经被移除的情况下,层片30然后被向下成型在弯曲工具表面90b上,如96所示,以成型加强件100的弯曲法兰100b。虽然以上示例说明了使用载体薄膜32以便成型沿单个平面内的曲线的层片,但是载体薄膜32也可以被用于在具有复合弯曲表面、折接等的工具(未显示)之上成型层片。而且,载体薄膜32可以被运用以成型具有多于两个边的层片叠层,被用于制作具有例如“C”或“Z”形横截面的结构。
[0066]图21说明了包括笔直零度层片30的层片载体组装件34,笔直零度层片30被放置在可变形载体薄膜32上并且与之接合。与先前论述的层片30通过将各狭窄的狭缝带条或丝束操控到弯曲工具上(例如,图20所示的工具90)而被制作的配置不同,图21中所示的零度层片30可以通过铺设单个笔直长度的带33而被成型,所述单个笔直长度的带33具有可以足够宽以成型图19中所示加强件100的腹板10a和法兰10b的长度L和宽度W。虽然所说明的加强件100只具有两个边(腹板10a和法兰100b),但是加强件可以被制作成具有多于两个边和其他的横截面形状,包含但不限于“C”形状和“Z”形状。被用于成型层片30的带33可以包括从带的卷盘或卷轴(未显示)中切割的单向复合预浸带,其中单向加强纤维40被取向在层片载体组装件34的纵向方向上。
[0067]如图22中所示,可以通过使用多层35、37笔直的带成型零度层片30,所述笔直的带具有小于层片30的宽度W但是大于一般丝束(未显示)的宽度的宽度I。在一些示例中,每个层35、37可以包括优选跨越区域41的带的一个或多个片段35a、35b、37a、37b,在区域41中,层片30将在随后的成型步骤期间绕弯曲折弯线或轴线39而成型。此外,片段35a、35b、37a、37b可以有序的操作成型,以便从产生在长距离上的纤维剪切行为中消除重叠区域。
[0068]图23说明了与结合图20在先前论述的工具90相似的弯曲成型工具90。弯曲成型工具90包括被支撑在工具基座90c上的弯曲主体93。弯曲成型工具90包含第一弯曲成型表面90b,其被用于成型结构的第一边,例如图19中所示加强件100的法兰100b,弯曲成型工具90还包含第二弯曲成型表面90a以便成型例如加强件100的腹板10a的结构的第一边。斜面95或圆弧转角(未显不)可以被提供在弯曲工具表面90a、90b的交叉点处,以便在成型工艺期间有助于折叠或折弯一个或多个零度层片30,从而避免被成型层片内的应力集中。
[0069]图24显示了层片载体组装件34,其具有将被操控到工具90上的基本平坦的零度层片30。在该示例中,层片
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