使用镁叶片制造复合结构的方法与系统技术方案

本发明专利技术涉及使用镁叶片制造复合结构的方法与系统。复合制造系统包括压机和叶片。压机具有带复合结构的期望形状的上部和被配置为接收复合材料层的下部。叶片与压机的上部相关联并且被配置为在加热时达到超塑性状态，以使得叶片通过对复合材料层施加热和压力而形成至复合结构。叶片冷却、而无可察觉的收缩，从而在整个冷却循环过程中对复合结构施加期望量的压力。一旦使用叶片形成一个复合结构，则可以对叶片进行再利用而形成相似的结构。

【技术实现步骤摘要】
使用镁叶片制造复合结构的方法与系统
本公开主要涉及制造复合结构。更具体地，本公开涉及一种用于使用镁叶片制造飞机应用的复合结构的方法及系统。
技术介绍
制造商越来越多地使用复合结构为各种应用提供轻便并且结构上合理的部件。使用压缩成型压机制造这些复合结构中的一些。大多数压机系统使用具有严格制造容差的匹配金属工具。利用这种技术，将复合材料放置在压机的下压板的阳模之上并且上压板利用阴模施加压力和热而形成复合结构。这种匹配的金属工具可能难以操作和/或比期望获得的更昂贵。当使用匹配的金属工具时，压机系统通常被配置为制作单部件几何结构或可替代地提供引入工具插入件的略微变形的几何结构。使用压机方法制造复合结构需要花费数小时来完成每个循环。如果制造的最终结构不一致或在所选择的容差之外，则可能需要重新加工，从而导致进一步的延迟。因此，希望具有一种至少考虑上述所述一些问题、以及其他可能的问题的方法和装置。
技术实现思路
本公开的示出性实施方式提供一种包括压机和叶片的复合制造系统。压机包括上部和下部。下部具有复合结构的期望形状并且被配置为接收复合材料层。叶片与压机的上部相关联并且被配置为在加热时达到超塑性状态，以使得叶片通过对复合材料层施加压力而形成复合结构。本公开的另一示出性实施方式提供一种用于形成复合结构的方法。将复合材料层定位在具有复合结构的期望形状的压机的下部中。将与压机的上部相关联的叶片放置在复合材料层之上。关闭压机。将压机的上部与叶片之间的空间加压至压力的第一水平。将叶片加热至超塑性状态，以使得叶片形成至复合结构。然后，将空间加压至比压力的第一水平更大的压力的第二水平，以形成复合结构。叶片与复合材料层直接接触，由此通过循环将热和压力传递至复合材料层。本公开的又一示出性实施方式提供一种用于对飞机的复合结构进行加固和成形的方法。将热塑性材料层定位在具有复合结构的期望形状的压机的下部中。将与压机的上部相关联的叶片放置在热塑性材料之上。关闭压机。将压机的上部与叶片之间的空间加压至压力的第一水平。将叶片加热至超塑性状态，以使得叶片形成至复合结构。然后，将空间加压至比压力的第一水平更大的压力的第二水平，以仅使用一个过程而加固并且形成复合结构。能够在本公开的各个实施方式中独立实现或可以结合其中参考下列描述及附图获得进一步细节的一些其他实施方式实现特征和功能。附图说明所附权利要求中阐述了被视为是示出性实施方式的特征的新颖性特征。然而，当结合所附附图阅读时，通过参考本公开的示出性实施方式的下列细节描述能够对示出性实施方式、以及优选使用方式、进一步目标、以及其特征进行更好的理解，其中：图1是根据示出性实施方式的复合制造系统的立体图的图示；图2是根据示出性实施方式的制造环境的框图的图示；图3是根据示出性实施方式的复合制造系统的更为详细视图的图示；图4是根据示出性实施方式的压机的上部的图示；图5是根据示出性实施方式的压机的上部的另一图示；图6是根据示出性实施方式的压机的横截面图的图示；图7是根据示出性实施方式的压机的横截面图的另一图示；图8是根据示出性实施方式的压机的横截面图的又一图示；图9是根据示出性实施方式形成的复合结构的图示；图10是根据示出性实施方式的叶片的图示；图11是根据示出性实施方式的用于形成复合结构的过程的流程图的图示；图12是根据示出性实施方式的用于对飞机的复合结构进行加固和成形的过程的流程图的图示；图13是根据示出性实施方式的飞机制造和保养方法的框图的图示；以及图14是其中可以实现示出性实施方式的飞机的框图的图示。具体实施方式示出性实施方式识别并且考虑一种或多种不同的考虑因素。例如，示出性实施方式识别并且考虑到复合结构的当前制造过程需要花费比所期望的更多时间。当使用具有匹配金属工具的压机时，制造周期可能需要花费八个或更多的小时来完成。这样的工具具有很长的前置周期(leadtime)，有时是若干星期，并且在工具完成之前通常需要进行重新加工。匹配金属工具缺少飞机制造商所期望的通用性。阳模和阴模对于部件设计是指定的并且被配置为形成具有严格容差的单部件几何结构。在一些情况下，利用插入件实现微小的几何结构变化；然而，如果需要完全不同的部件几何结构，则必须改变阳模和阴模。对于匹配金属工具，由于金属从其加热状态收缩至其冷却状态，在冷却相过程中需要额外的压力来保持复合件的完整性。示出性实施方式还识别并且考虑当形成纤维增强热塑性塑料时，当前使用的一些方案采用经过传统高压釜处理的单面工具。这样的处理需要用于航空级热塑性材料的高温消耗材料、高压敏感带、以及耐高温高压釜。这些部件在处理过程中使用起来可能比期望的更昂贵或更困难。由此，所公开的实施方式提供一种包括压机和镁叶片的复合制造系统。压机具有带复合结构的期望形状的下部。下部被配置为接收复合材料层。镁叶片与压机的上部相关联并且被配置为在加热时达到超塑性状态，以使得镁叶片通过对复合材料层施加压力而形成至复合结构。因为叶片形成在复合结构之上并且与复合结构直接接触，所以镁叶片冷却而不从复合件显著地收缩。在冷却过程中，叶片中的压力穿透叶片并且针对复合结构传递压力，以在整个冷却循环期间施加期望量的压力。一旦使用镁叶片形成复合结构，则可以对叶片进行再利用而形成相似的结构。当利用热塑性塑料进行制造时，在放置于压机中之前，不需要对材料进行加固。可以在单个循环中完成加固和成形。在部件的整个表面上实现热均匀性。现参考附图，并且具体地，参考图1，根据示出性实施方式对复合制造系统的立体图的图示进行描述。复合制造系统100是本示出性实施例中的压缩成型系统。如描述的，复合制造系统100包括具有上部104、下部106、以及控制器108的压机102。在这些示出性实施例中，压机102的上部104和下部106还可以被称为压板。加热机构和供气系统(该视图中未示出)集成在压机102中。将工具110定位在压机102的下部106上。工具110是接收复合材料112的阳模。如图4和图5中详细示出的，上部104具有保持镁叶片处于适当位置的内部支撑结构。在本示出性实施例中，复合材料112包括热塑性材料。当放置于压机102的下部106中的工具110之上时，复合材料112尚未被加固。在其他示出性实施例中，复合材料112可以不包括热塑性塑料。在图3中更为详细地示出了压机102的部分114中的部件。现转向图2，根据示出性实施方式对制造环境的框图的图示进行描述。制造环境200是其中可以使用复合制造系统202内的部件来制造复合结构204的环境。复合制造系统202执行多个过程来制造复合结构204。如此处使用的，当参考各项使用时，“多个”指一项或多项。由此，多个过程指一个或多个过程。复合结构204是被配置为供平台206使用的结构。例如，但不限于，平台206可以是移动平台、固定平台、基于陆地的结构、基于本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种复合制造系统(202)，包括：/n压机(210)，包括：/n上部(220)；和/n下部(222)，具有复合结构(204)的期望形状(228)，其中，所述下部(222)被配置为接收复合材料层(230)；和/n叶片(212)，与所述压机(210)的所述上部(220)相关联并且被配置为在加热时达到超塑性状态(248)，以使得所述叶片(212)通过对所述复合材料层(230)施加压力(250)而形成所述复合结构(204)。/n

【技术特征摘要】
20190517 US 16/415,9851.一种复合制造系统(202)，包括：
压机(210)，包括：
上部(220)；和
下部(222)，具有复合结构(204)的期望形状(228)，其中，所述下部(222)被配置为接收复合材料层(230)；和
叶片(212)，与所述压机(210)的所述上部(220)相关联并且被配置为在加热时达到超塑性状态(248)，以使得所述叶片(212)通过对所述复合材料层(230)施加压力(250)而形成所述复合结构(204)。


2.根据权利要求1所述的复合制造系统(202)，其中，所述叶片(212)包括被配置为在600华氏度与800华氏度之间达到所述超塑性状态(248)的镁。


3.根据权利要求2所述的复合制造系统(202)，其中，所述叶片(212)被配置为将热量(254)传递至所述复合材料层(230)。


4.根据权利要求3所述的复合制造系统(202)，其中，所述叶片(212)是能够再利用的叶片(270)。


5.根据权利要求3所述的复合制造系统(202)，其中，所述复合材料层(230)包括层错结构(272)。


6.根据权利要求2所述的复合制造系统(202)，进一步包括：
支撑结构(224)，连接至所述压机(210)的所述上部(220)并且被配置为在所述复合结构(204)的形成过程中保持所述叶片(212)处于适当位置。


7.根据权利要求6所述的复合制造系统(202)，其中，所述支撑结构(224)包括：
框架(234)，具有脊部(236)，所述脊部(236)被配置为在所述叶片(212)的一部分(242)周围施加压力(244，以建立气密性的密封件(246)，以保持所述叶片(212)处于适当位置；和
中空中心(238)。


8.一种用于形成复合结构(204)的方法，所述方法包括：
将复合材料层(230)定位在位于压机(210)的下部(222)中的工具(226)之上，其中，所述工具(226)具有所述复合结构的期望形状(228)；
将与所述压机(210)的上部(220)相关联的叶片(212)定位在所述复合材料层(230)之上；
关闭所述压机(210)；
将所述压机(210)的所述上部(220)与所述叶片(212)之间的空间(258)加压至压力的第一水平(262)，以使得所述叶片(212)与所述复合材料层(230)接触；
将所述叶片(212)加热至超塑性状态(248)，以使得所述叶片(212)形成至所述复合结构(204)；并且
将所述空间(258)加压至比压力(250)的所述第一水平(262)更大的压力(250)的第二水平(264)，以形成所述复合结构(204)。


9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述叶片(212)包括被配置为在600华氏度与800华氏度之间达到所述超塑性状态(248)的镁。<...

【专利技术属性】
技术研发人员：斯蒂文·M·休丘克，贾斯汀·约瑟夫·谢尔，迈克尔·帕尔默尔·马特拉克，帕维·维尔马，
申请(专利权)人：波音公司，
类型：发明
国别省市：美国;US