用于模制圆柱形部件的复合材料工具制造技术

本发明专利技术涉及一种用于制造复合材料圆柱形部件的复合材料制工具，所述工具被用于形成圆筒部件形成于其上的型芯，所述工具包括一组构件（１），每个构件（１）限定所述工具的一圆柱扇形段，每个构件（１）包括纤维复合材料制支承结构（２），以及模制在所述支承结构（２）上的外壳（３），所述工具进一步包括布置在所述工具构件（１）之间的连接处的密封装置（１１，１２）。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种用于制造复合材料圆柱形部件的复合材料制工具。本 专利技术还涉及一种用于制造这样的工具的方法。
技术介绍
在航空领域，这仅仅用于提及单个应用领域，碳纤维复合材料部件越 来越多用于获得越来越多的轻质结构，同时不牺牲刚性以及其它所需的性 能，而且也用以获得比金属部件具有更多合意方面同时防火的部件。这种复合材料部件的制造需要高精密工具。也可以称为模具的此种工 具应该既能提供任何工具通常的功能(此后将进行回顾)，保证最终的部 件的形位公差，又有时承受相当特别的热力以及压力循环，诸如以进入高 压釜时涉及的那些情形。通常，用殷钢通过钣金加工和机械加工制造的金属模具或者用环氧树 脂预浸渍的碳纤维在称为"母具"的模具中模制金属模具被用于该目的。尽管殷钢技术广泛应用于大规模生产，但仍然存在的事实是，此种模 具的单位成本很高。反过来，用碳纤维制造的模具不是很昂贵，但是所述 模具更脆且实际上不能修理，这主要是缘于它们修理之后出现的泄露问题。如果问题是制造圓柱形部件，尤其是具有大尺寸的圆柱形部件，制造 它们的问题较少来自它们的尺寸以及操作此种模具的困难，而更多地源自 保障部件最终的形位公差，因为形位公差依赖于所述模具在聚合周期中的性能状态并且还非常强烈地依赖于行将获得的所述部件的结构以及该部件 在其模具上时的性能状态。确实，从树脂的热膨胀和收缩所产生的问题经常是不能忽略的。在这样的情况下，只有机械加工方法能够提供所述部件的最终的公差 的保证。有一些复合材料，在高压釜中在高温和高压下模制和聚合，然后可以 被机械加工以获得所需的几何形状，同时能够保持用于制造所述最终的部 件时所需的密封。然而，这样的材料需要制造这样的"母具"，该"母具" 能够经受住这些材料在高压釜中进行聚合反应时的压力和温度条件。这样 的"母具"均更为昂贵和复杂，因为待制造的结构是大尺寸的且几何形状的要求很严苛。作为一个例子，对于4m直径的部件，其公差为+/-0.611101 的情况绝不少见。另外，将工具分割成几瓣以允许从模具中拆卸使得这样 的使用更成问题。如在本说明书开始指示的那样，制造用环氧树脂浸渍的碳纤维的复合 材料部件需要高精密的工具，该工具应该具备任何精密工具的通常功能。 在此处所讨论的
中，所述工具应该允许覆盖通过沉积纤维形成的 具有Q形状轮廓的强化的外壳。所述工具还应该在聚合反应后能够从覆盖 结构中抽出。此外，所述模具应该符合要求的公差以及应该能够容置补强 板及其芯子。最后，用于沉积纤维的表面应该在室温以及在高压釜中的高 温时防漏，以便在聚合反应期间能够放置真空袋。所述工具还应该为聚合 反应阶段而允许连接抛光板或对模(抛光板)。最后，所述工具应该能经 受用于制造所述部件的方法的环境状态。再者，用于制造复合材料圆柱形部件的复合材料工具应该包括热电偶， 应该具有最大为Ra-0.8的粗糙度的接触表面以及应该集成修整所需部件所 需要的过长。
技术实现思路
本专利技术的目的是提出完成各种前述状况且易于操作的工具，尤其是在 聚合反应后从覆盖结构中将所述工具抽出的过程中易于操作。本专利技术的目的通过这样的复合材料制工具而实现，所述复合材料制工 具用于制造复合材料圆柱形部件，所述工具用于形成所述圓柱形部件形成 于其上的型芯。根据本专利技术，所述工具包括一组构件，其中每个构件形成所述工具的 一圆柱扇形段，每个所述构件包括纤维复合材料制支承结构，以及模制在所述支承结构上的外壳，所述工具进一步包括用于放置于所述工具的构件 之间的连接处的密封装置。这样，本专利技术的所述工具包括一组机械组装的构件，且可以根据特定 的顺序逐一拆卸所述构件，所述工具允许从模具中移除已经完成的部件。-制造碳纤维复合材料制标准支承结构。这可以根据标准方法来实现，在于*使用标准可挤压泡沫并且涂"母具"并进行机械加工；这样的母具 不是太昂贵，因为不需要太精确；拳在约4(TC/45。C的低温下在真空炉(因此不是在高压釜中)中烘烤 所述支承结构，接着是提供高温强度的后烘烤周期； *所述支承结构可以为自变硬的，以在所述工具的应用期间承受机械 应力；在这些机械应力中，让我们特别注意在高压釜中进行聚合反应 期间、在处理操作期间以及在所述工具的拆卸和再组装期间、由于覆 盖而涉及到的才几械应力；-小厚度的用环氧树脂预浸渍的碳纤维制成的外壳或者用聚酰亚胺、特 别是双马来酰亚胺预浸渍的碳纤维制成的外壳，将在所述支承结构上模制、 在高压釜中在真空、压力以及高温下烘烤以便获得所需的机械性能以及期 望的材料均一性。所述支承结构允许这样的应用。-通过再次机械加工对由此获得的外壳进行改造，获得需要的几何形状 以及所述构件的集成以得到接触面处的密封是可能的。按照此前描述的方式制造的可以根据特定的次序一个瓦片一个瓦片地 拆开的工具允许从已经造好的部件的模具移除而无需顾及后者的尺寸。我们需要特别注意的是，组成本专利技术的所述模具的构件的数量完全有 赖于所要制造的部件的尺寸以及有赖于每个所述构件某种操作方面的约 束。进一步描述的示范性实施例具有包括7个瓦片的工具，所述数量7个 是任意选择的数量，因此绝不会受到限制或被优先考虑。本专利技术的解决方案特别适合于研制阶段的工具，然而其同样可以被应 用于大规模生产阶段的工具。实际上，用于制造外壳的材料允许在所述工具的寿命期间有必要时进行改造操作和修理，例如作为碰撞或者任何形式 的破坏或者磨损的结果。根据本专利技术的所述工具的所选实施例，所述工具可以具有以下分别考虑的或者根据所有技术上可能的组合的附加特征 -每个所述构件包括碳纤维复合材料的支承结构； -每个所述构件包括用环氧树脂预浸渍的碳制成的外壳； -每个所述构件包括用聚酰亚胺结构树脂预浸渍的碳制成的外壳； -每个所述构件包括用双马来酰亚胺预浸渍的碳制成的外壳； -每个所述构件包括在模制和烘烤之后已经经历了机械加工的外壳，其-密封装置包括O形密封垫；-密封装置包括硅橡胶制成的可膨胀O形密封垫；所述工具包括用于放置在所述外壳侧的所述构件的连接处的防漏插件。本专利技术的目的还可以通过用于制造复合材料圓柱形部件的复合材料制 工具的制造方法实现，所述工具包括一组构件，其中每个构件形成所述工 具的一圆柱扇形段。根据本专利技术，所述方法至少包括以下步骤制造预定数量的具有纤维复合材料制支承结构的构件，在所述支承结构上模制外壳，烘烤所述构件，对每个所述构件的所述外壳进行机械加工，以给每个所述构件提供预 定的尺寸以及给所述外壳提供预定的表面条件。所述工具的外壳扇形段由基于用树脂预浸渍且沿着准等褶皱面 (quasi-iso draping plane )沉积的碳纤维网的复合材料构成。当预浸渍通过工具树脂完成时，对于所述外壳而言，不可能通过模制 所需的形位公差直接获得，也不允许为了确保所需表面粗糙度和密封性的 满意表面的通过机械加工的任何改造。由于这个理由，所述外壳覆盖一层 Hextool⑧型的复合材料层，所述Hextool⑧型复合材料层来自于Hexcel,此7种复合材料具有在表面粗糙度和密封方面的优异性能。有益地，所述外壳制成为具有l-2mm的额外厚度，以便制成的肋部在 制造和检测第一个部件后可以进行再加工。所述外壳的建议厚度为约 10mm。在附图中，序列图示出了本专利技术的工本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于制造复合材料圆柱形部件的复合材料制工具，所述工具用于形成所述圆柱形部件将形成于其上的型芯，其特征在于，所述工具包括一组构件（１），其中每个构件（１）形成所述工具的一圆柱扇形段，每个所述构件（１）包括：纤维复合材料制支承结构（２）；和模制在所述支承结构（２）上的外壳（３），所述工具进一步包括用于放置在所述工具的构件（１）之间的连接处的密封装置（１１，１２）。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】

【专利技术属性】
技术研发人员：多米尼克米谢，皮埃尔瓦里波，菲利普马力诺，丹尼斯哥伦布，
申请(专利权)人：地中海工业制造公司CNIM，
类型：发明
国别省市：FR[法国]