用于制造多层纤维结构的方法和工具系统技术方案

本发明专利技术涉及一种用于制造多层纤维结构的方法，其包括：提供接纳表面，该接纳表面由成型工具部件的轮廓工具表面的第一表面区域以及支撑部件的支撑表面形成。另外，通过在接纳表面上铺放多个纤维条带，在接纳表面上形成至少一个纤维层。定位辊装置定位成相对于工具表面按压至少一个纤维层，并且支撑部件和辊装置沿着曲面过渡区域同步地运动，所述曲面过渡区域将工具表面的第一表面区域连接到第二表面区域。由此，至少一个纤维层抵靠工具表面的过渡区域和第二表面区域。本发明专利技术还公开了用于制造多层纤维结构的工具系统。

【技术实现步骤摘要】
用于制造多层纤维结构的方法和工具系统
本专利技术涉及用于制造多层纤维结构的方法和工具系统。
技术介绍
纤维复合材料通常包含嵌入基体材料或被基体材料渗透的多个纤维层。与它们的比重相比，由纤维复合材料构成的纤维复合部件典型地包含高机械强度。出于该原因，交通工具，特别是航空器的结构部件越来越多地由纤维复合材料制造。用于制造纤维复合部件的典型方法包含由干纤维条带或者预浸渍纤维条带形成多层纤维结构。在使用干纤维条带的情况中，用基体材料渗透多层纤维结构，或者通常将基体材料施加于多层纤维结构。最终，进行纤维材料的固化。多层纤维结构通常由自动纤维铺放(automatedfibreplacement)AFP工艺的方式逐层地形成。为形成一层，通过放置装置将多个纤维条带彼此相邻地铺放在工具表面上或者下层纤维带上。工具表面可以包含与所要制造的纤维复合部件的期望形状相对应的平坦形状或者轮廓形状。在第一种情况中，多层纤维结构可以在AFP工艺之后形成目标形状。在第二种情况中，沿着轮廓表面来引导放置装置。文献US2009/0261199A1公开了一种用于形成复杂形状、特别是例如在航空器中使用的框架结构的曲面纤维复合部件的方法。所述方法包含通过AFP工艺的方式形成平坦的层堆叠。所述的层堆叠随后被置于工具的上平坦表面上，从而使得层延伸超过由上平坦表面和轮廓表面形成的边缘。铺放搁板支撑层堆叠延伸超过轮廓表面的区域。为使层堆叠形成期望形状，移除铺放搁板，并通过真空成型工艺的方式使层堆叠相对于所述边缘弯曲。
技术实现思路
本专利技术的一个目标在于提供用于制造多层纤维结构的改进的方法和工具系统。该目标通过独立权利要求的主题来实现。本专利技术有利的实施方式根据从属权利要求以及说明书而变得明显。根据本专利技术的第一方面，提供了一种用于制造多层纤维结构的方法。所述方法包含提供接纳表面，接纳表面由成型工具部件的轮廓工具表面的第一表面区域以及支撑部件的支撑表面形成。工具表面的第一表面区域通过曲面过渡区域连接至工具表面的第二表面区域。支撑部件的支撑表面的前端区域沿着与过渡区域相邻的工具表面的第一表面区域的末端部分延伸。特别地，第二表面区域可以相对于第一表面区域横向地或者倾斜地延伸。另外，第一和第二表面区域可以是相互远离的。第一表面区域可以特别地包含平坦的或平整的或者仅稍微弯曲的扩展区域。工具表面的第一表面区域的末端部分可被定义为从过渡区域延伸预定宽度的第一表面的一部分，例如延伸第一表面部分整个宽度的1％至10％。支撑部分的支撑表面可以特别地包括平坦的或平整的或者仅稍微弯曲的扩展区域。支撑部分的支撑表面的前端区域从支撑部件的前缘或前沿延伸。也就是说，当提供接纳表面的时候，支撑部件就会相对于成型工具部件定位，从而使得支撑部分的前缘相邻于工具表面的第一表面区域的前端部分定位，或者距其一定距离定位，并据此与过渡区域重叠。通过相对于工具表面的第一表面区域定位支撑部分的支撑表面的方式，支撑表面就会跨越或者渡过曲面过渡区域。所述方法还包含通过在接纳表面上彼此相邻地或者彼此重叠地铺放多个纤维条带来成型至少一个纤维层。特别地，一个纤维层通过多个纵向延伸的纤维条带形成，所述纤维条带相互并排地相邻布置或者经布置以在与横向于它们纵向延伸方向的方向上相互重叠。第一纤维层被铺在接纳表面上。一个或多个其它的纤维层可被铺在第一纤维层上。因为支撑表面跨越或者渡过曲面过渡区域，所以纤维条带例如可以通过自动纤维铺放AFP工艺高速铺放。特别地，与在曲面过渡区域上直接放置纤维条带相比，用于铺放或者放置纤维条带的装置可以在接纳表面上方高速移动。由此，根据本专利技术的方法包含提高的效率。所述方法还包含在工具表面的第一表面区域的末端部分定位辊装置，从而相对于工具表面按压至少一个纤维层。特别地，辊装置可以包含一个或多个辊，并相对于工具表面按压一个或多个纤维层，特别是沿着工具表面的第一表面区域的末端部分的整个纵向扩展区域。相对于支撑部件，因此定位辊装置以使得辊装置沿着支撑部件的前缘延伸。在所述方法的其它步骤中，执行支撑部件的支撑表面的前端区域和辊装置沿着工具表面的过渡区域和第二表面区域的同步运动。由此，至少一个纤维层会与工具表面的过渡区域和第二表面区域抵靠。据此，沿着由过渡区域和第二表面区域定义的轮廓引导支撑部件的前缘。与移动支撑部件同步，沿着由过渡区域和第二表面区域定义的轮廓引导辊装置。由此，至少一个纤维层从支撑表面逐步地下拉，并通过辊装置抵靠在过渡区域和第二表面区域上。由此，至少一个纤维层从支撑表面转移至工具表面，并成型为与工具表面对应的形状。在纤维层的其余部分仍然由支撑部件支撑的同时，通过辊装置使至少一个纤维层逐步地抵靠至曲面过渡区域，一个或多个纤维层内的气穴就能被可靠地去除。另外，可以避免起皱或打褶，并且可以以改进的方式迫使一个或多个纤维层形成由工具表面定义的形状。据此，可以通过根据本专利技术的方法制造具有改进质量的复杂形状多层纤维结构。曲面过渡区域可以包含凸起或凹入的弯曲部分。还能够提供具有波状的过渡区域。在工具表面的第一和第二表面区域之一或者二者包含非平坦形状的情况中，过渡区域特别地可以包含曲率半径小于或等于第一或第二表面区域最小曲率半径10％的弯曲部分。根据所述方法的一种实施方式，支撑部件的支撑表面的前端区域以及工具表面的第一表面区域的端部可以在提供接纳表面的步骤中限定150度至210度之间范围的角度。特别地，所述角度例如可以在支撑部件的支撑表面的前端区域切线和工具表面的第一表面区域的端部切线之间测定。在该范围角度内，例如通过AFP工艺，可以以有效的方式容易地放置纤维条带，。根据所述方法的一种实施方式，在提供接纳表面的步骤中支撑部件的支撑表面的前端区域和工具表面的第一表面区域的端部可以置于共同的平面内。特别地，支撑部件的支撑表面前端区域和工具表面的第一表面区域的端部可以形成一平面。由此，可以进一步提高纤维条带的铺放速率。另外，可以极大地避免在表面条带内起皱或打褶。根据所述方法的一种实施方式，支撑部件朝向工具表面的第二表面区域倾斜，同时沿着工具表面的过渡区域移动支撑表面的前端区域。特别地，沿着工具表面的过渡区域和第二表面区域引导支撑部件的前缘，并且支撑部件同步地绕其前缘枢转。由此，可以可靠地避免至少一个表面层在转移至工具表面过程中的急剧弯曲或者扭结。特别地，支撑部件可被倾斜，从而在支撑表面的前端区域和工具表面的实际表面部分之间界定大于或等于100度的角度，同时沿着工具表面的过渡区域和第二表面区域移动支撑表面的前端区域，其中支撑表面的前端区域与工具表面的实际表面部分相邻。实际表面部分可被定义为工具表面的虚拟线或条纹，其位于至支撑部件的前缘的最短可能距离。相对于工具表面的实际表面部分，通过将支撑表面倾斜至大于100度的角度，就可以以非常可靠的方式避免至少一个表面层在转移至工具表面过程中的急剧弯曲或扭结。另外，在该角度范围内可以可靠地避免纤维条带的纤维塌陷。所述角度可以进一步小于180°。根据所述方法的一种实施方式，为成型至少一个纤维层，纤维条带以干纤维条带或者预浸渍纤维条带的形式铺放。通常地，纤维条带由纤维材料形成。干纤维条带形成为织物、编织物或由多个纤维形成的类似结构，并包含区域、特别是纵向扩展区域，其中织物、本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于制造多层纤维结构(F)的方法，包括：提供接纳表面(10)，其由成型工具部件(2)的轮廓工具表面(20)的第一表面区域(21)以及支撑部件(3)的支撑表面(30)形成，其中，工具表面(20)的第一表面区域(21)通过曲面过渡区域(23)连接至工具表面(20)的第二表面区域(22)，并且其中，支撑部件(3)的支撑表面(30)的前端区域(31)沿着与过渡区域(23)相邻的工具表面(20)的第一表面区域(21)的端部(24)延伸；通过在接纳表面(10)上铺放彼此相邻的或者彼此重叠的多个纤维条带(12)形成至少一个纤维层(11)；在工具表面(20)的第一表面区域(21)的端部(24)定位辊装置(4)，从而朝工具表面(20)按压至少一个纤维层(11)；以及沿着工具表面(20)的过渡区域(23)和第二表面区域(22)同步地移动支撑部件(3)的支撑表面(30)的前端区域(31)和辊装置(4)，并由此使至少一个纤维层(11)抵靠工具表面(20)的过渡区域(23)和第二表面区域(22)。

【技术特征摘要】
2016.11.22 EP 16200029.31.一种用于制造多层纤维结构(F)的方法，包括：提供接纳表面(10)，其由成型工具部件(2)的轮廓工具表面(20)的第一表面区域(21)以及支撑部件(3)的支撑表面(30)形成，其中，工具表面(20)的第一表面区域(21)通过曲面过渡区域(23)连接至工具表面(20)的第二表面区域(22)，并且其中，支撑部件(3)的支撑表面(30)的前端区域(31)沿着与过渡区域(23)相邻的工具表面(20)的第一表面区域(21)的端部(24)延伸；通过在接纳表面(10)上铺放彼此相邻的或者彼此重叠的多个纤维条带(12)形成至少一个纤维层(11)；在工具表面(20)的第一表面区域(21)的端部(24)定位辊装置(4)，从而朝工具表面(20)按压至少一个纤维层(11)；以及沿着工具表面(20)的过渡区域(23)和第二表面区域(22)同步地移动支撑部件(3)的支撑表面(30)的前端区域(31)和辊装置(4)，并由此使至少一个纤维层(11)抵靠工具表面(20)的过渡区域(23)和第二表面区域(22)。2.根据权利要求1所述的方法，其中在提供接纳表面的步骤中，支撑部件(3)的支撑表面(30)的前端区域(31)和工具表面(20)的第一表面区域(21)的端部(24)界定150度至210度之间范围内的角度(α)。3.根据权利要求1或2所述的方法，其中在提供接纳表面(10)的步骤中，支撑部件(3)的支撑表面(30)的前端区域(31)和工具表面(20)的第一表面区域(21)的端部(24)定位于共同的平面(E1)内。4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中支撑部件(3)朝向工具表面(20)的第二表面区域(22)倾斜，同时沿着工具表面(20)的过渡区域(23)移动支撑表面(30)的前端区域(31)。5.根据权利要求4所述的方法，其中支撑部件(3)是倾斜的，从而在支撑表面(30)的前端区域(31)和工具表面(20)的实际表面部分(20A)之间界定大于或等于100度的角度(β)，同时沿着工...

【专利技术属性】
技术研发人员：曼努埃尔·容，
申请(专利权)人：空中客车运营有限公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE