制造复合部件的方法技术

公开了一种制造包括主体和整体凸缘的复合部件的方法，所述方法包括：将纤维增强材料施加在具有主体部分和凸缘成形部分的工具上以提供具有第一、第二和第三连续区域的预成形件，第一区域对应于部件的主体，第二区域对应于部件的整体凸缘；及引起凸缘成形部分和主体部分之间的相对运动，使得所述预成形件的第二区域变形以形成凸缘；其中所述凸缘成形部分和所述主体部分的相对运动导致所述预成形件的第二区域和第三区域与凸缘成形之间的滑动运动，从而在形成凸缘期间，在所述预成形件的至少第二区域中产生张力。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】制造复合部件的方法
本专利技术涉及制造具有主体和整体凸缘的复合部件的方法，特别地，但不排他地为环形复合部件。
技术介绍
复合材料越来越多地用于需要材料性质的特定组合的部件。特别地，由于其高刚度和低重量，复合材料诸如碳纤维增强聚合物(CFRP,CarbonFibreReinforcedPolymer)通常用于航空航天以及其它工业的部件。通常希望制造具有凸缘例如用于燃气轮机的壳体上的环形凸缘的部件，或者机翼的翼梁的侧面。当这些部件由复合材料制成时，凸缘的成形会带来工程问题。例如，可能难以在凸缘模具上铺叠复合材料，特别是在模具的主要部分和凸缘之间的可能难以进入的弯曲区域中。GB2486231公开了一种制造具有整体凸缘的复合部件的已知方法，其公开了一种用于复合预成形件的环形模具，该环形模具具有第一部分和可移动的第二部分。在模具上铺叠多层单向复合胶带之后，将模具和预成形件在高压釜中加热，并且可移动的第二部分被致动以径向向外移动，从而使预成形件的覆盖工具的可移动的第二部分的一端部区域变形以形成凸缘。在GB2486231中，凸缘突然地远离预成形件的圆柱形区域延伸，使得它们之间的过渡区域的横截面看起来相对平整。换句话说，在圆柱形区域和凸缘之间存在高曲率弯曲。在GB2486231中，过渡区域的形状部分地由具有高曲率边缘的反作用成形工具(或阴形成工具)限定，凸缘围绕高曲率边缘形成。通常希望制造在部件的主要区域和凸缘之间具有低曲率过渡的复合部件。例如，低曲率过渡可以降低应力集中并改善部件的结构特性。在使用凸缘模具的情况下，可以在模具上限定低曲率过渡区域。然而，当使用具有可移动部分的工具来形成凸缘时，因为铺叠表面在铺叠构造中是基本连续的，低曲率过渡区域不能预先限定在工具的铺叠表面上。虽然可以提供反作用成形工具部分以在预成形件的外侧限定过渡区域的轮廓，但申请人已经发现，成形部件的过渡区域可能不符合期望的形状，或者可能在该区域中具有成形缺陷，例如在对准中平面外褶皱的形成和层错位。因此，期望提供一种制造复合部件的改进方法。
技术实现思路
根据本专利技术的第一方面，提供一种制造包括主体和整体凸缘的复合部件的方法，所述方法包括：将纤维增强材料施加在具有主体部分和凸缘成形部分的工具上以提供具有第一、第二和第三连续区域的预成形件，第一区域对应于部件的主体，第二区域对应于部件的整体凸缘；并引起凸缘成形部分和主体部分之间的相对运动，使得预成形件的第二区域变形以形成凸缘；其中所述凸缘成形部分和所述主体部分的相对运动导致所述预成形件的第二和第三区域与所述凸缘成形之间的滑动运动，从而在形成凸缘期间，在所述预成形件的至少第二区域中产生张力。所述方法还可以包括在成形操作之后分离形成在工具上的复合材料的一部分，所述复合材料的一部分包括对应于预成形件的第三区域的材料。复合材料的分离部分可以通过切割分离，然后可以被丢弃或再循环。此外，材料的分离部分可以包括对应于预成形件的邻近预成形件的第三区域的第二区域的一部分的材料，以便获得期望的凸缘尺寸和形状。预成形件的第三区域的厚度可以小于预成形件的第二区域的厚度。预成形件的第三区域可以包括比预成形件的第二区域更少层的纤维增强材料。预成形件的第三区域的厚度可以是预成形件的第二区域的厚度的50％或更少。预成形件的第三区域的厚度可以是预成形件的第二区域的厚度的90％或更少，80％或更少，70％或更少，60％或更少，40％或更少，30％或更少，20％或更少，10％或更少，或5％或更少。预成形件的第三区域中的层数可以是层数的50％或更少。预成形件的第三区域中的层数可以是预成形件的第二区域中的层数的90％或更少，80％或更少，70％或更少，60％或更少，40％或更少，30％或更少，20％或更少，10％或更少，或5％或更少。纤维增强材料可以施加在工具上，使得预成形件的第二区域的厚度是基本恒定的，并且使得预成形件的第三区域的厚度是基本恒定的。预成形件的第一区域的厚度可以是基本恒定的，并且可以等于第二区域的厚度。遍及预成形件的第二区域，预成形件的第二区域中的纤维增强材料的层数可以是基本恒定的，并且遍及预成形件的第三区域，预成形件的第三区域中的纤维增强材料的层数可以是基本恒定的。遍及预成形件的第一区域，预成形件的第一区域中的纤维增强材料的层数可以是基本恒定的。预成形件的第一和第二区域中可以有相等数量的层。预成形件可以包括：延伸经过至少预成形件的第二和第三区域的纤维增强材料的基层组；以及延伸经过至少预成形件的第二区域而不经过第三区域的上层组。基层组可以包括至少一层纤维增强材料，并且上层组可以包括多层纤维增强材料。基层组可以包括多层纤维增强材料。基层组可以与工具的表面接触。该方法还可以包括禁止在预成形件的第一区域和工具的主体部分之间的滑动运动。该方法可以包括在成形操作之前将反作用凸缘支撑结构定位为抵靠预成形件，使得预成形件设置在凸缘支撑结构与工具的第一和/或第二部分之间，并且使得在成形操作期间凸缘抵靠凸缘支撑结构成形。凸缘支撑结构可以被定位成使得在工具的第二部分上延伸的预成形件的第二区域与工具的第二部分之间的滑动运动被禁止或阻止。纤维增强材料可以施加在工具上，使得预成形件的第三区域具有至少为预成形件的第二区域的面积的25％的面积。预成形件的第三区域的面积可以是预成形件的第二区域的面积的至少10％，至少50％，至少75％，至少100％或至少150％。可以施加纤维增强材料，使得第一、第二和第三区域沿着大致纵向的方向是连续的，并且预成形件的第三区域可以具有预成形件的第二区域的纵向范围的至少25％的纵向范围。预成形件的第三区域可以具有预成形件的第二区域的纵向范围的至少10％，至少50％，至少75％，至少100％或至少150％的纵向范围。工具的凸缘成形部分可以具有在所述工具的铺叠构造中与工具的主体部分的铺叠表面基本连续的铺叠表面和在所述工具的成形构造中在工具的凸缘成形部分和主体部分的铺叠表面之间延伸的侧表面。通过工具的凸缘成形部分和主体部分的相对运动，工具可在铺叠构造和成形构造之间移动。工具的凸缘成形部分和主体部分的相对运动方向可以平行于凸缘的延伸。复合部件可以是环形或部分环形部件，例如用于燃气涡轮发动机的壳体。工具的主体部分和凸缘成形部分可以被构造为相对的径向移动，并且凸缘可以是径向凸缘。根据本专利技术的第二方面，提供一种用于具有主体和整体凸缘的复合部件的预成形件，所述预成形件包括：第一、第二和第三连续区域，第一区域对应于部件的主体，第二区域对应于部件的整体凸缘；其中预成形件设置在具有主体部分和凸缘成形部分的工具上；其中，所述预成形件被构造成使得在成形操作期间，在所述凸缘成形部分和所述主体部分之间存在相对运动，所述预成形件的第二区域变形以形成所述凸缘；并且其中所述预成形件被构造成使得所述凸缘成形部分和所述主体部分的相对运动导致所述预成形件的第二和第三区域和所述凸缘成形部分之间的滑动运动，从而在凸缘成形期间至少在预成形件的第二区域中产生张力。附图说明现在将参考下图通过举例的方式描述本专利技术，其中：图1示意性地示出了燃气涡轮发动机的剖视图；图2示意性地示出了图1的燃气涡轮发动机的壳体；图3示意性地示出了用于制造复合部件的装置的部分截面视图，其中装置的可移动本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制造包括主体和整体凸缘的复合部件的方法，所述方法包括：将纤维增强材料施加在具有主体部分和凸缘成形部分的工具上以提供具有第一、第二和第三连续区域的预成形件，第一区域对应于部件的主体，第二区域对应于部件的整体凸缘，其中所述预成形件的第三区域的厚度小于所述预成形件的第二区域的厚度；及引起凸缘成形部分和主体部分之间的相对运动，使得所述预成形件的第二区域变形以形成凸缘；其中所述凸缘成形部分和所述主体部分的相对运动导致所述预成形件的第二区域和第三区域与凸缘成形之间的滑动运动，从而在形成凸缘期间，在所述预成形件的至少第二区域中产生张力。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.04.30 GB 1507414.91.一种制造包括主体和整体凸缘的复合部件的方法，所述方法包括：将纤维增强材料施加在具有主体部分和凸缘成形部分的工具上以提供具有第一、第二和第三连续区域的预成形件，第一区域对应于部件的主体，第二区域对应于部件的整体凸缘，其中所述预成形件的第三区域的厚度小于所述预成形件的第二区域的厚度；及引起凸缘成形部分和主体部分之间的相对运动，使得所述预成形件的第二区域变形以形成凸缘；其中所述凸缘成形部分和所述主体部分的相对运动导致所述预成形件的第二区域和第三区域与凸缘成形之间的滑动运动，从而在形成凸缘期间，在所述预成形件的至少第二区域中产生张力。2.根据权利要求1所述的方法，还包括在成形操作之后分离形成在工具上的复合材料的一部分，所述复合材料的一部分包括对应于预成形件的第三区域的材料。3.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述预成形件的第三区域包括比所述预成形件的第二区域更少层的纤维增强材料。4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述预成形件的第三区域的厚度是所述预成形件的第二区域的厚度的50％或更少。5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，纤维增强材料施加在所述工具上，使得所述预成形件的第二区域的厚度是基本恒定的，并且使得所述预成形件的第三区域的厚度是基本恒定的。6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述预成形件包括：延伸经过至少所述预成形件的第二区域和第三区域的纤维增强材料的基层组；以及延伸经过至少所述预成形件的第二区域而不经过第三区域的上层组。7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述基层组包括至少一层纤维增强材料，并且其中所述上层组包括多层纤维增强材料。8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，还包括禁止在所述预成形件的第一区域和所述工具的主体部分之间的滑动运动。9.根据前...

【专利技术属性】
技术研发人员：乔凡尼·安东尼奥·马伦戈，
申请(专利权)人：复合材料技术和应用有限公司，
类型：发明
国别省市：英国,GB