预成型工具和使复合材料成形的方法技术

一种用于使未固化的复合材料成形的预成型工具(30)，该预成型工具包括：中央段，其具有与期望的部件形状的表面对应的模具表面(40)；和至少第一侧段(34)，其以可拆卸方式连接到中央段，并且具有支撑表面，该支撑表面作为模具表面的延续部分延伸；和盖件(36)。模具和支撑表面之间的接合部沿着期望的部件形状的边缘布置。盖件可在接合位置与脱离位置之间移动，在接合位置中，盖件位于模具表面附近以用于保持复合材料，而在分离位置中，盖件布置成比在接合位置离模具表面更远。另外，一种使复合材料成形的方法包括：使复合材料层适形于模具表面；将每个侧段与中央段分离；并且修剪从模具表面沿横向延伸的过量的复合材料。

Preforming tools and methods for forming composite materials

A preforming tool (30) for forming an un cured composite material, which comprises a central section having a mold surface (40) corresponding to the surface of the desired component shape, and at least the first side section (34), which is detachably connected to the central section and has a supporting surface as a support surface. The continuous extension of the mold surface; and the cover part (36). The joint between the die and the supporting surface is arranged along the edges of the desired parts. The cover can be moved between the joint position and the disengagement position. In the joint position, the cover is located near the surface of the die to keep the composite material, and the cover is arranged farther from the die surface than at the joint position. In addition, a method of forming a composite material includes: making the composite layer conforming to the die surface, separating each side from the central section, and trimming an excess of composite material extending laterally from the surface of the mold.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】预成型工具和使复合材料成形的方法相关申请的交叉引用本申请要求2015年12月17日提交的美国临时申请62/268,793的优先权，其全部内容通过引用并入本文。
本申请大体涉及复合部件的制造，并且更具体地涉及对未固化的复合材料在固化之前进行成形。
技术介绍
当形成包括蒙皮和加强件的复合结构时，例如在航空航天工业中，可以使纵梁以其未固化状态成形，然后将其组装到未固化的蒙皮上，用于共固化。使未固化的纵梁成形的过程通常涉及：在凸形预成型工具上施加多层复合材料，并且通过加热和/或减压施加(真空)使这些层形成为适形于工具的模具表面。一旦形成层，它们通常例如通过被支撑在凹形工具中而被转移到修剪工具，在修剪工具中，修剪过量的复合材料。然后，将成形的纵梁从修剪工具脱离，并且在固化之前与蒙皮组装。当纵梁沿其纵向弯曲时，特别是当纵梁沿多于一个方向弯曲时，修剪所需的成形过程和操纵通常变得更复杂。因此，成形未固化纵梁以用于组装可能是耗时的、复杂的，和/或需要相对笨重和/或昂贵的设备。
技术实现思路
在一个方面，提供了一种用于将未固化的复合材料成形为期望的部件形状的预成型工具，该工具包括：包含模具表面的中央段，该模具表面的形状与期望的部件形状的表面的形状相对应；可拆卸地连接到中央段的第一侧段，该第一侧段具有支撑表面，该支撑表面作为中央段的模具表面的延续部分延伸；其中中央段的模具表面与第一侧段的支撑表面之间的第一接合部沿着期望的部件形状的表面的边缘布置；和盖件，该盖件具有与中央段的模具表面互补的表面，该盖件可在接合位置与脱离位置之间移动，其中当盖件处于接合位置时，盖件的表面位于中央段的模具表面附近，用于将复合材料保持在其上，并且当盖件处于脱离位置时，盖件布置成比在接合位置离模具表面更远。在特定的实施例中，中央段包括第一和第二相反的两侧，模具表面在相反的两侧之间延伸，第一侧段可拆卸地连接到中央段的第一侧，所述工具还包括第二侧段，该第二侧段可拆卸地连接到中央段的第二侧并且具有第二支撑表面，该第二支撑表面作为中央段的模具表面的延续部分延伸；中央段的模具表面与第二侧段的支撑表面之间的第二接合部沿着期望的部件形状的表面的第二边缘布置。在特定的实施例中，预成型工具可以包括以下中的任何一个或任何组合：-盖件具有第一和第二间隔开的侧边缘表面，盖件的表面在第一和第二侧边缘表面之间延伸，当盖件处于接合位置时，第一边缘表面与第一接合部对准，并且当盖件处于接合位置时，第二边缘表面与第二接合部对准；-中央段的第一侧包括从第一接合部延伸的第一侧表面，该第一侧表面在第一接合部处相对于模具表面以非零角度延伸，并且中央段的第二侧包括从第二接合部延伸的第二侧表面，该第二侧表面在第二接合部处相对于模具表面以非零角度延伸；-盖件具有第一和第二间隔开的侧边缘表面，盖件的表面在第一和第二侧边缘表面之间延伸，当盖件处于接合位置时，盖件的第一边缘表面作为中央段的第一侧表面的延续部分延伸，并且当盖件处于接合位置时，盖件的第二边缘表面作为中央段的第二侧表面的延续部分延伸；-第一侧表面在第一接合部处以不垂直于模具表面的方式延伸，第二侧表面在第二接合部处以不垂直于模具表面的方式延伸；-第一和第二侧表面包括阳极氧化涂层(anodizedcoating)；-中央段的模具表面是由中央段的凸起限定的阳模表面；-气动系统，该气动系统连接到盖件，并且能够致动以使盖件在接合位置和脱离位置之间移动；-在中央段内的至少一个加热元件，模具表面与所述至少一个加热元件处于热传递关系；-至少一个温度传感器，所述至少一个温度传感器接收来自中央段的温度数据，以及控制系统，该控制系统被配置为基于温度数据来控制所述至少一个加热元件。在另一个方面，提供了一种使复合材料成形的方法，该方法包括：提供具有连接到至少一个侧段的中央段的预成型工具；使多个堆叠的复合材料层与预成型工具的中央段的模具表面适形，堆叠的复合材料层限定从模具表面沿横向延伸并且被接纳在所述至少一个侧段中的每一个上的过量的复合材料，堆叠的复合材料层处于未固化状态；使所述至少一个侧段中的每一个与中央段并且与堆叠的复合材料层脱离；以及在堆叠的复合材料层保持抵靠模具表面的情况下，修剪从模具表面沿横向延伸的过量的复合材料。所述至少一个侧段可以包括两个侧段，中央段被接纳在两个侧段之间并且连接到两个侧段。使多个堆叠的复合材料层适形可以包括：将多个预浸料层远离模具表面堆叠，以形成堆叠的复合材料层；在堆叠之后，将多个堆叠的复合材料层布置在预成型工具的模具表面上；以及对堆叠的复合材料层施加热和负压，直到堆叠的复合材料层与模具表面适形；其中，通过在内部加热中央段来施加热。该方法可以包括：测量中央段的温度，并且基于测量的温度控制施加到中央段的热。可以施加热从而维持模具表面的温度低于150℉。堆叠的复合材料层可以包括环氧树脂和/或碳纤维。修剪过量材料可以用刀片进行，并且该方法可以进一步包括沿着中央段的侧表面移动刀片以修剪过量材料。可以通过具有与中央段的模具表面互补的表面的盖件，将堆叠的复合材料层保持为抵靠中央段。该方法可以进一步包括：在将多个堆叠的复合材料层与模具表面适形以及使侧段脱离之间，向堆叠的复合材料层施加负压和热，以将堆叠的复合材料层压实。可以通过在内部加热中央段来施加热。附图说明现在参照附图，其中：图1a是飞机的示意立体图；图1b是根据特定实施例的复合面板的示意性横截面图，其可用于如图1所示的飞机中；图2是用于形成图1b的复合面板的加强件的预成型工具的示意立体图；图3是图2的预成型工具的示意性前视图；图4是图2的预成型工具的中央段的一部分的示意性底部立体分解图；图5a是图2的预成型工具的部分为横截面形式的示意性前视图，示出了用预成型工具使复合部件成形的步骤；图5b是图2的预成型工具的部分为横截面形式的示意性前视图，示出了用预成型工具使复合部件成形的另一步骤；以及图5c是图2的预成型工具的示意性前视图，示出了用预成型工具使复合部件成形的另一步骤。具体实施方式参照附图并且更具体地参照图1a，飞机被示出为1，并且在本公开中总体上描述飞机1，以为参考目的而例示一些部件。飞机1具有机身2，该机身2具有：前端，驾驶舱位于该前端处；和尾端，该尾端支撑尾部组件，客舱通常位于驾驶舱和尾部组件之间。尾部组件包括具有方向舵的垂直稳定器3和具有升降舵的水平稳定器4。尾部组件具有机身安装的尾部，但其它构型也可以用于飞机1，例如十字形尾部、T形尾部等。机翼5从机身沿横向突出。飞机1具有由机翼5支撑的引擎6，但是也可以将引擎6安装到机身2上。飞机1被示出为喷气引擎飞机，但也可以是螺旋桨飞机。参照图1b，示出了复合组件10。在该特定实施例中，复合组件10是由两个相互连接的元件形成的面板：蒙皮14和纵梁16。纵梁16包括在两个脚部20之间延伸的主体部18，其中每个脚部20延伸与蒙皮14相接触并且与蒙皮14连接。主体部18与蒙皮14间隔开，以限定纵梁腔12。在所示的实施例中，纵梁16具有欧米茄(Ω)形状，主体部18包括：中央壁22，其平行于或沿着蒙皮14的大体方向；以及成角度的侧壁24，其从中央壁22延伸到脚部20，侧壁24之间的距离从中央壁22到脚部20逐渐增加。在特定实施例中，蒙皮14是弯曲的，并本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于将未固化的复合材料成形为期望的部件形状的预成型工具，所述工具包括：中央段，所述中央段包括模具表面，所述模具表面的形状与期望的部件形状的表面的形状相对应；第一侧段，所述第一侧段以可拆卸方式连接到所述中央段，所述第一侧段具有支撑表面，所述支撑表面作为所述中央段的所述模具表面的延续部分延伸；其中所述中央段的模具表面与所述第一侧段的支撑表面之间的第一接合部沿着所述期望的部件形状的表面的边缘布置；以及盖件，所述盖件具有与所述中央段的模具表面互补的表面，所述盖件能够在接合位置与脱离位置之间移动，其中当所述盖件处于所述接合位置时，所述盖件的表面位于中央段的模具表面附近，用于将复合材料保持在所述模具表面上，并且当所述盖件处于所述脱离位置时，所述盖件布置成比在所述接合位置离所述模具表面更远。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.12.17 US 62/268,7931.一种用于将未固化的复合材料成形为期望的部件形状的预成型工具，所述工具包括：中央段，所述中央段包括模具表面，所述模具表面的形状与期望的部件形状的表面的形状相对应；第一侧段，所述第一侧段以可拆卸方式连接到所述中央段，所述第一侧段具有支撑表面，所述支撑表面作为所述中央段的所述模具表面的延续部分延伸；其中所述中央段的模具表面与所述第一侧段的支撑表面之间的第一接合部沿着所述期望的部件形状的表面的边缘布置；以及盖件，所述盖件具有与所述中央段的模具表面互补的表面，所述盖件能够在接合位置与脱离位置之间移动，其中当所述盖件处于所述接合位置时，所述盖件的表面位于中央段的模具表面附近，用于将复合材料保持在所述模具表面上，并且当所述盖件处于所述脱离位置时，所述盖件布置成比在所述接合位置离所述模具表面更远。2.如权利要求1所述的执行工具，其中，所述中央段包括第一和第二相反的两侧，所述模具表面在所述相反的两侧之间延伸，所述第一侧段以可拆卸方式连接到所述中央段的第一侧，所述工具还包括第二侧段，所述第二侧段以可拆卸方式连接到所述中央段的第二侧，并且具有第二支撑表面，所述第二支撑表面作为所述中央段的模具表面的延续部分延伸；所述中央段的模具表面与所述第二侧段的支撑表面之间的第二接合部沿着所述期望的部件形状的表面的第二边缘布置。3.如权利要求2所述的预成型工具，其中：所述盖件具有间隔开的第一侧边缘表面和第二侧边缘表面，所述盖件的表面在所述第一侧边缘表面和所述第二侧边缘表面之间延伸；当所述盖件处于所述接合位置时，所述第一边缘表面与所述第一接合部对准；并且当所述盖件处于所述接合位置时，所述第二边缘表面与所述第二接合部对准。4.如权利要求2或3所述的预成型工具，其中：所述中央段的第一侧包括从所述第一接合部延伸的第一侧表面，所述第一侧表面在所述第一接合部处相对于所述模具表面以非零角度延伸；并且所述中央段的第二侧包括从所述第二接合部延伸的第二侧表面，所述第二侧表面在所述第二接合部处相对于所述模具表面以非零角度延伸。5.如权利要求4所述的预成型工具，其中：所述盖件具有间隔开的第一侧边缘表面和第二侧边缘表面，所述盖件的表面在所述第一侧边缘表面和所述第二侧边缘表面之间延伸；当所述盖件处于所述接合位置时，所述盖件的第一边缘表面作为所述中央段的第一侧表面的延续部分延伸；并且当所述盖件处于所述接合位置时，所述盖件的第二边缘表面作为所述中央段的第二侧表面的延续部分延伸。6.如权利要求4或5所述的预成型工具，其中：所述第一侧表面在所述第一接合部处以不垂直于所述模具表面的方式延伸；所述第二侧表面在所述第二接合部处以不垂直于所述模具表面的方式延伸。7.如权利要求4至6中任一项所述的预成型工具，其中，所述第一侧表面和所述第二侧表面包括阳极氧化涂层。8.如权利要求1至7中任一项所述的预成...

【专利技术属性】
技术研发人员：瑞亚尔·贝利斯勒，路易斯·费尔南德斯，
申请(专利权)人：庞巴迪公司，
类型：发明
国别省市：加拿大,CA