用于制造复合零件的系统和工装及相关方法技术方案

本发明专利技术涉及用于制造复合零件的系统和工装及相关方法。用于制造凸缘管道的公开的系统和工装可以在现有制造技术之上改进，比如通过增加制造简易性和/或通过系统和工装形成的得到的零件的质量。工装的一个实例包括可以连接至基座的第一工具件、和选择性地连接至第一工具件并可从其移除的第二工具件。当一起定位处于闭合位置时，第一工具件和第二工具件形成复合材料接收表面和凸缘表面，复合材料可以在其上放置和固化以形成复合零件，比如凸缘管道。这样的工装可以允许在工装的阳半径的上方放置复合材料，从而与试图将复合材料放入现有技术工装的阴半径相比，改进制造工艺的工效学。

【技术实现步骤摘要】

本公开内容涉及用于制造复合零件比如凸缘管道(flanged duct)的系统与工装(tooling)，和相关的方法。
技术介绍
经常通过将复合材料“敷设(lay up)”至充当模具的一件工装(在本文中还称为“工具”)上来制造用于多种工业应用的复合零件。材料在工装上的适当位置固化(例如，硬化)，并且得到的成形零件在材料固化后从工装移除。不同的成形零件存在不同的制造挑战。执行用于制造零件比如具有一个或多个整体凸缘的管道的现有方法和工装可以是技术上和/或工效学上挑战的。例如，用于形成这样的凸缘管道的现有工装由圆柱形模型构成，所述圆柱形模型具有附加至其(在圆柱形模型的任一端的一个)并且彼此成角度布置的两个平板。板和圆柱形模型的交点在圆柱形模型的每一端处产生“阴(female)”齿根圆角半径，并且为了形成凸缘，复合材料围绕圆柱形模型的外部并且抵靠阴齿根圆角半径敷设并且敷设至板上。这样的工装需要切割和成形许多件不同形状的复合材料，在工装上将件装配在一起，并且在阴齿根圆角半径内形成材料，其中存在极小的工作空间(例如，零件在工装的圆柱形模型的外表面上形成，并且材料必须敷设至在圆柱形模型和板之间形成的齿根圆角半径内)。这可以导致具有不可预知结果的困难的、昂贵的、和耗时的技术和/或具有跨接、褶皱和/或高废品率的缺陷零件。
技术实现思路
当前公开的用于制造复合零件的系统、工装和相关的方法可以减少加工时间、改进工效和/或改进得到的零件的质量。配置为由复合材料制造复合零件(例如，凸缘管道)的系统的一个实例可以包括工具和配置为对工具与复合材料抽真空的真空装置。为了形成复合零件的管状部分，复合材料可以配置为放置在工具的第一复合材料接收表面和第二复合材料接收表面上并基本上贴合(conform)于其，并且为了形成凸缘管道的第一凸缘，复合材料可以配置为贴合于工具的第一凸缘表面。真空装置可以配置为引起复合材料抵靠工具的第一复合材料接收表面、第二复合材料接收表面和第一凸缘表面被挤压，并且系统可以配置为固化复合材料，从而形成复合零件，复合零件在固化后可以选择性地从工具移除。用于制造复合零件的当前公开的工具可以是两件式工具，其包括第一工具件和相对于第一工具件选择性地可移动的第二工具件，以便工具可以从开启位置选择性地移动至闭合位置。第一工具件可以包括第一凸缘表面、与第一凸缘表面相对的第二凸缘表面、和从第一凸缘表面延伸至第二凸缘表面的第一复合材料接收表面。第二工具件可以包括第三凸缘表面、与第三凸缘表面相对的第四凸缘表面、和从第三凸缘表面延伸至第四凸缘表面的第二复合材料接收表面。在闭合位置，第二工具件可以邻近第一工具件定位，第三凸缘表面和第一凸缘表面可以彼此平行，第二凸缘表面和第四凸缘表面可以彼此平行，并且第一复合材料接收表面可以面向第二复合材料接收表面布置，以便第一复合材料接收表面和第二复合材料接收表面限定在其中可以形成复合零件的工具空间。在开启位置，至少一部分的第二工具件可以与第一工具件间隔开，其促进固化的复合零件的移除。形成复合零件的相关的方法可以利用当前公开的系统和工具。例如，相关的方法可以包括提供根据本公开内容的工具，将复合材料施加至工具，以便复合材料贴合于工具的第一复合材料接收表面和第二复合材料接收表面，其中将复合材料施加至工具包括施加复合材料至工具，以便复合材料的材料外表面与工具的第一复合材料接收表面和第二复合材料接收表面直接接触，材料外表面配置为形成复合零件的零件外表面，并且固化复合材料，从而形成复合零件。附图说明图1是航空器的说明性、非排它性实例的透视图，所述航空器可以包括使用根据本公开内容的工装、系统和/或方法制造的一个或多个零件。图2是根据本公开内容的用于制造复合零件的系统的说明性、非排它性实例的示意图。图3是根据本公开内容的用于制造复合零件的工具的说明性、非排它性实例的示意图，其显示处于开启位置。图4是根据本公开内容的用于制造复合零件的工具的说明性、非排它性实例的示意图，其显示处于闭合位置。图5是根据本公开内容的用于制造复合零件的工具的说明性、非排它性实例的示意图，其显示处于开启位置。图6是根据本公开内容的用于制造复合零件的工具的说明性、非排它性实例的示意图，其以侧视图显示。图7是可以使用根据本公开内容的工装、系统和/或方法制造的复合零件的说明性、非排它性实例的示意图，其以侧视图显示。图8是可以使用根据本公开内容的工装、系统和/或方法制造的复合零件的说明性、非排它性实例的示意图，其以侧视图显示。图9是根据本公开内容的第一工具件的一个实例的透视图。图10是根据本公开内容的第二工具件的一个实例的透视图。图11是图9的第一工具件和图10的第二工具件的透视图，其显示定位在闭合位置。图12是处于闭合位置的根据本公开内容的工具的一个实例的透视图。图13是图12的工具的侧视图。图14是根据本公开内容的工具的一个实例的透视图，在所述工具上的适当位置具有复合零件。图15是根据本公开内容的工具的一个实例的透视图，其准备固化在工具上形成的零件。图16是复合零件的实例的透视示意图，其显示用于形成零件的复合材料的件的形状。图17是可以使用根据本公开内容的系统、工具和/或方法制作的复合零件的一个实例的透视图。图18是表示根据本公开内容制造复合零件的方法的框图。具体实施方式本文公开了用于制造复合零件的工装(在本文中还称为工具)、系统和相关的方法。这样的当前公开的工装、系统和方法可以用于制造复合零件，比如可以是航空器或其它大型车辆或设备的组件。在一些实例中，这样的工装、系统和/或方法可以用于制造设备比如在图1中不意性地图解的设备10的复合零件。例如，设备10可以包括使用根据本公开内容的工装、系统和/或方法制造的一个或多个复合零件22。设备10可以以客机12的形式提供；然而，其它设备10在本公开内容的范围内，并且本公开内容不限于航空器和航空器应用。例如，作为说明性、非排它性实例，可以使用根据本公开内容的工装、系统和/或方法构建(或包括使用工装、系统和/或方法构建的零件)的其它设备10包括(但是不限于)船只、陆地车辆、航天器、汽车、军用车辆和/或任何其它设备。而且，航空器12可以采取任何合适的形式，包括商用航空器、军用航空器、私人航空器或任何其它合适的航空器。虽然图1图解了固定翼航空器形式的航空器12，但是其它类型和配置的航空器在根据本公开内容的航空器12的范围内，包括(但不限于)直升机。航空器12可以包括机身14，其在本文中还可以称为机筒(barrel)14，并且其通常对应于用于承载乘客、乘务员、货物和/或装备的航空器12的主体，例如，取决于航空器12的具体配置和/或功能。通常，虽然不是必须的，但是航空器12的机身14是细长的和稍微圆柱形或管状的。在一些实施方式中，机身14可以由沿着机身14纵向地隔开并可操作地连接在一起以限机身14的多个部分构建。航空器12还可以包括机翼16、水平安定面18和垂直安定面20，其中的每个可以作为单一结构被构建或以随后被组装在一起的分段被构建。机身14、机翼16、水平安定面18、垂直安定面20或其结构分段中的一个或多个可以包括使用根据本公开内容的工装、系统和/或方法构建的复合零件22。例本文档来自技高网...

【技术保护点】
配置为由复合材料(38)制造复合零件(22)的系统(30)，所述复合零件(22)包括从第一端(206)延伸至第二端(208)的管状部分(204)、和自所述管状部分(204)径向地向外延伸的第一凸缘(210)，所述第一凸缘(210)邻近所述管状部分(204)的所述第一端(206)定位，并与所述管状部分(204)一体形成，所述系统(30)包括：工具(32)，所述工具(32)包括：第一工具件(34)，其包括第一凸缘表面(76)、与所述第一凸缘表面(76)相对的第二凸缘表面(78)、和从所述第一凸缘表面(76)延伸至所述第二凸缘表面(78)的第一复合材料接收表面(54)；和第二工具件(36)，其包括第三凸缘表面(80)、与所述第三凸缘表面(80)相对的第四凸缘表面(82)、和从所述第三凸缘表面(80)延伸至所述第四凸缘表面(82)的第二复合材料接收表面(56)，其中所述工具(32)配置为在闭合位置和开启位置之间选择性地移动，其中，在所述闭合位置，所述第二工具件(36)邻近所述第一工具件(34)定位，所述第三凸缘表面(80)和所述第一凸缘表面(76)彼此平行，所述第二凸缘表面(78)和所述第四凸缘表面(82)彼此平行，并且所述第一复合材料接收表面(54)面向所述第二复合材料接收表面(56)布置，以便所述第一复合材料接收表面(54)和所述第二复合材料接收表面(56)限定所述复合零件(22)可以在其中形成的工具空间(86)，所述工具空间(86)具有从所述第一凸缘表面(76)朝向所述第二凸缘表面(78)延伸通过所述工具空间(86)的中心的纵向工具轴(74)，并且其中，在所述开启位置，至少部分所述第二工具件(36)与所述第一工具件(34)间隔开；和真空装置(46)，其配置为抵靠所述工具(32)的所述第一复合材料接收表面(54)、所述第二复合材料接收表面(56)和所述第一凸缘表面(76)抽真空，以便抵靠所述工具(32)的所述第一复合材料接收表面(54)、所述第二复合材料接收表面(56)和所述第一凸缘表面(76)挤压在其上接收的所述复合材料(38)，其中所述系统(30)配置为固化所述复合材料(38)，从而形成所述复合零件(22)，所述复合零件在其固化后从所述工具(32)是选择性地可移除的。...

【技术特征摘要】
2015.04.22 US 14/693,3631.配置为由复合材料(38)制造复合零件(22)的系统(30)，所述复合零件(22)包括从第一端(206)延伸至第二端(208)的管状部分(204)、和自所述管状部分(204)径向地向外延伸的第一凸缘(210)，所述第一凸缘(210)邻近所述管状部分(204)的所述第一端(206)定位，并与所述管状部分(204)一体形成，所述系统(30)包括：工具(32)，所述工具(32)包括：第一工具件(34)，其包括第一凸缘表面(76)、与所述第一凸缘表面(76)相对的第二凸缘表面(78)、和从所述第一凸缘表面(76)延伸至所述第二凸缘表面(78)的第一复合材料接收表面(54)；和第二工具件(36)，其包括第三凸缘表面(80)、与所述第三凸缘表面(80)相对的第四凸缘表面(82)、和从所述第三凸缘表面(80)延伸至所述第四凸缘表面(82)的第二复合材料接收表面(56)，其中所述工具(32)配置为在闭合位置和开启位置之间选择性地移动，其中，在所述闭合位置，所述第二工具件(36)邻近所述第一工具件(34)定位，所述第三凸缘表面(80)和所述第一凸缘表面(76)彼此平行，所述第二凸缘表面(78)和所述第四凸缘表面(82)彼此平行，并且所述第一复合材料接收表面(54)面向所述第二复合材料接收表面(56)布置，以便所述第一复合材料接收表面(54)和所述第二复合材料接收表面(56)限定所述复合零件(22)可以在其中形成的工具空间(86)，所述工具空间(86)具有从所述第一凸缘表面(76)朝向所述第二凸缘表面(78)延伸通过所述工具空间(86)的中心的纵向工具轴(74)，并且其中，在所述开启位置，至少部分所述第二工具件(36)与所述第一工具件(34)间隔开；和真空装置(46)，其配置为抵靠所述工具(32)的所述第一复合材料接收表面(54)、所述第二复合材料接收表面(56)和所述第一凸缘表面(76)抽真空，以便抵靠所述工具(32)的所述第一复合材料接收表面(54)、所述第二复合材料接收表面(56)和所述第一凸缘表面(76)挤压在其上接收的所述复合材料(38)，其中所述系统(30)配置为固化所述复合材料(38)，从而形成所述复合零件(22)，所述复合零件在其固化后从所述工具(32)是选择性地可移除的。2.根据权利要求1所述的系统(30)，进一步包括热源(48)，其配置为将热和压力施加至所述复合材料(38)和所述工具(32)。3.根据权利要求1所述的系统(30)，进一步包括真空袋(44)，其配置为放置在所述工具(32)上，从而包裹至少部分所述工具(32)，所述真空袋(44)连接至所述真空装置(46)，并配置为当所述真空装置(46)抽真空时按压至所述工具(32)上，其中所述真空袋(44)包括弹性体。4.形成复合零件(22)的方法(300)，所述复合零件(22)具有零件内表面(62)和零件外表面(60)，所述零件外表面(60)自中心纵向零件轴(72)径向地面向外，所述中心纵向零件轴(72)从第一零件端(206)至第二零件端(208)延伸通过所述复合零件(22)的中心，所述零件内表面(62)限定所述复合零件(22)的中空内部空间(64)并朝向所述中心纵向零件轴(72)径向地面向内，所述方法(300)...

【专利技术属性】
技术研发人员：M·P·汤普森，O·F·莱顿，
申请(专利权)人：波音公司，
类型：发明
国别省市：美国;US