用于制造增强复合材料的装置制造方法及图纸

一种用于形成增强基体复合材料部件的模制工具（１００），包括主体（１０５）。主体（１０５）包括能够容纳一部分复合材料预型件（３０１）的主体表面。第一端板（１０１）和第二端板（１０３）连接在主体（１０５）上，并且包括设置成垂直于该主体表面的大致平面表面。第一（１１９）组和第二（１２１）组板（１０７）连接在相邻于该主体表面的第一（１０１）和第二（１０３）端板上，并且具有一定的几何形状，该几何形状包括由第一（１１９）组和第二（１２１）组板（１０７）限界的第一和第二空腔（２０３）以及第一（１０１）和第二（１０３）端板。第一和第二空腔（２０３）能够容纳一部分复合材料预型件（３０１）。第二空腔（２０３）与第一空腔（２０３）流体连通，第一空腔（２０３）与真空源（１１７）流体连通。

【技术实现步骤摘要】

本申请涉及与2004年12月22日提交的转让给本专利技术受让人的专利申请“用于制造增强复合材料的方法”同时地申请的专利申请No.11/021804(代理人档案号为133632(07783-0213))，该申请通过引用而完整地结合于本文中；本申请还涉及与2004年12月22日提交的转让给本专利技术的受让人的申请“增强基体复合材料的容纳导管”同时地申请的专利申请No.11/021805(代理人档案号为161341(07783-0215))，该申请通过引用而完整地结合于本文中。本专利技术涉及一种用于制造复合材料的装置。更具体而言，本专利技术涉及一种用于制造增强基体复合材料的装置。
技术介绍
航空发动机设计持续地要求航空发动机的构件为轻质材料，以提供航空器的燃料效率和推力性能。在过去，航空器构件由钢制成。然而，钢比较重，现在已由轻质高强材料如铝或钛等来代替。生产轻质零件的进一步进展导致非金属材料的出现，例如嵌入聚酰亚胺树脂中的石墨纤维。复合材料是包括基体材料内的嵌入纤维的材料。纤维提供了对基体材料的增强。在嵌入基体中之前的纤维结构一般称为预型件。嵌入聚酰亚胺树脂内的石墨纤维具有一些缺点，包括，将材料模制成部件的困难性、高度多孔性、微裂纹、分层，以及昂贵的设备和工艺。用于燃气轮机中的复合材料风道需要具有高强度的法兰和基本上没有起皱和波纹的复合材料。石墨环氧树脂复合材料风道可利用交迭工具来制造，这种工具公开于授予Pratt的美国专利5145621(′621专利)中，其通过引用而完整地结合于本文中。在′621专利中，织造石墨纤维预型件安装在大卷轴上，以形成石墨环氧树脂复合材料的风道。纤维设置成可在卷轴的任一端处提供法兰。卷轴的形状大致限定了完成复合材料的最终形状。交迭工具拉紧卷轴上的石墨纤维以提供张力。该工具通过使用复杂的十字叉架工具来拉纤维，该十字叉架工具环绕着纤维的法兰部分，并在与三个独立真空密封外壳组合在一起时提供了压力。′621专利中所公开的交迭工具和方法的缺点包括复杂的工艺，以及难于使用的昂贵工具。石墨环氧树脂复合材料风机外罩也可通过模制系统由弹性体材料制成，以有助于在制造期间在增强材料层片上施加力，如授予Desautels等人的美国专利5597435(′435专利)中所公开，该专利通过引用而完整地结合于本文中。为了生产复合材料基体，将未固化的纤维-增强预浸渍层片(即层片)安装在模具上。预浸渍层片是在安装于模具上之前浸渍有未固化的基体材料的层片。迫压件和限制件设在层片上以将层片保持就位。迫压件设在限制件和模具上的层片之间。将模具、层片、限制件和迫压件放入炉中进行加热。当组件加热时，迫压件均匀地膨胀，均匀的压力就施加在层片上。结果，层片在温度上升时受压。′435专利工艺具有的缺点在于，它仅仅将材料形成一个整体，而未拉紧织物以提供可使完成复合材料具有高强度和均匀性的纤维定向。用于将基体材料浸渍成增强纤维预型件的现有方法包括，将基体材料膜层放在增强纤维预型件层之上或之中，以覆盖全部或大部分预型件。对整个预型件进行涂覆，使得在加热树脂熔融相的过程中，基体材料熔融，并且流过预型件的厚度以便浸渍该预型件。浸渍利用单层或多层树脂膜来进行。将树脂膜施加在增强纤维预型件的整个表面上。或者，基体材料可被编织在预型件层之间，以便覆盖整个增强纤维预型件层。将树脂层全覆盖在预型件上会夹带可形成空隙(即空隙空间)的空气以及来自于基体材料或其它气体的挥发性材料，这会在固化部件的主体中形成非所需的孔隙。尤其在更复杂部件中的部件特征处或附近，多孔性是不合要求的。这类特征包括复合材料的从部件平面段延伸的那部分。特征性的示例包括燃气轮机部件中的加强段或嵌件。来自于固化增强基体复合材料中的空隙空间的多孔性会降低部件的机械性能，并且会产生不可接受的表面特征，例如点蚀。增强纤维预型件的完全覆盖所具有的另外缺点在于，该方法难于实施，并且需要大量的时间来进行涂覆，因为树脂必须涂覆在预型件的整个表面积上。本专利技术通过提供一种可形成纤维增强基体复合材料、同时没有现有技术的缺点的方法和工具，来解决现有技术的问题。
技术实现思路
本专利技术是用于形成燃气轮机所用的、包括主体的增强基体复合材料部件的模制工具。该主体包括第一端、第二端和能够容纳复合材料预型件第一部分的主体表面。第一端板可释放地固定在主体的第一端上，并且具有设置成垂直于主体表面的大致平面表面。第二端板连接在主体的第二端上，并且具有垂直于主体表面的大致平面表面。第一组板连接在第一端板的第一表面上。第一组板包括设置成相邻于主体表面的至少一个第一板。第二组板连接在第二端板的第一表面上。第二组板包括相邻于主体表面的至少一个第二板。第一板和第二板可释放地固定，并且包括大致平面的第一板表面和大致平面的第二板表面。第一板和第一端板具有一定的几何形状，其包括由第一板和第一端板限界的第一空腔。第二板和第二端板具有一定的几何形状，其包括由第一板和第一端板限界的第二空腔。第一和第二空腔具有足以容纳复合材料预型件第二部分的体积。第二空腔流体式连接在第一空腔上。第一空腔与真空源流体连通。本专利技术的方法和工具可形成轻质增强基体复合材料，其适用作复合材料容纳导管，例如风机外罩，其中该复合材料具有高的强度和均匀性。本专利技术的方法尤其适用于制造用于燃气轮机的涡轮机翼型构件。特别是，本专利技术的方法适用于制造复合材料容纳导管，例如风机外罩。本专利技术的优点在于，本专利技术允许制造复合材料容纳导管，其能够包含在操作期间从燃气轮机上松脱的风机叶片。本专利技术的方法和工具尤其适用于制造大的复合材料部件，包括直径大于约5英尺的圆柱形部件，包括直径为约10英尺的部件。本专利技术的优点在于，这种工具和方法能够制造大的部件，例如大的复合材料风机外罩，同时保留容纳性能、更轻的重量、高的强度以及整个部件上的更佳均匀性。本专利技术的方法和工具提供了一种用于制造具有完成产品形状的纤维增强基体复合材料的方法，这种材料在安装之前几乎不或者完全不需要进行修边。本专利技术的优点在于，这种工具和方法以在安装和使用之前几乎不或者完全不需要额外步骤的方式来生产部件。减少或消除另外的步骤会减少用于制造的成本和时间。本专利技术的方法和工具提供了一种用于制造纤维增强基体复合材料的方法，这种材料具有高的成分均匀性和较少的缺陷，例如多孔性和起皱。均匀的成分和较少的缺陷就允许用于较少废弃和/或修复的部件。较少废弃和/或修复的部件就允许用于以较低成本来制造复合材料部件，包括大的复合材料部件。本专利技术的方法和工具提供了一种用于利用简单、便宜的设备来制造纤维增强基体复合材料的方法。另外，工具取出部件几乎不或者完全不需要另外拆下工具。本专利技术的优点在于，制造纤维增强复合材料容纳导管所需的设备和人工成本得以降低，因为设备比较便宜，并且在部件的制造期间不需要大规模的装配或拆卸。本专利技术的方法和工具提供了一种用于制造纤维增强基体复合材料的方法，其中，该工艺只需要单个真空密封外壳。本专利技术的优点在于，该工具和方法采用可提供制造纤维增强复合材料容纳导管所需的必要容纳效应和作用力的单一真空密封外壳，而无需使用多个真空密封外壳。单一密封外壳的使用提供了更均匀的真空施加，并且与多个密封外壳相比，所需要的装配和拆卸更少。从以下结合附图对优选实施例的描述中，可本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于形成燃气轮机所用的增强基体复合材料部件的模制工具（１００），包括：主体（１０５），其包括第一端、第二端以及能够容纳复合材料预型件（３０１）第一部分的主体表面；第一端板（１０１），其可释放地固定在所述主体（１０５）的第 一端上，并且具有设置成垂直于所述主体（１０５）表面的大致平面表面；第二端板（１０３），其连接在所述主体（１０５）的第二端上，并且具有垂直于所述主体表面的大致平面表面；第一组（１１９）的板（１０７），其连接在所述第一端板（１０ １）的第一表面上，并且包括设置成相邻于所述主体表面的至少一个第一板（１０７，１１９）；第二组板（１０７，１２１），其连接在所述第二端板（１０３）的第一表面上，并且包括相邻于所述主体（１０５）表面的至少一个第二板（１０７，１２１）；　 　所述第一板（１０７，１１９）和第二板（１０７，１２１）可释放地固定，并且包括大致平面的第一板（１０７，１１９）表面和大致平面的第二板（１０７，１１９）表面；所述第一板（１０７，１１９）和第一端板（１０１）具有一定的几何形状，其 包括由所述第一板（１０７，１１９）和第一端板（１０１）限界的第一空腔（２０３）；所述第二板（１０７，１２１）和第二端板（１０３）具有一定的几何形状，其包括由所述第二板（１０７，１２１）和第二端板（１０３）限界的第二空腔（２０３）；　 　所述第一和第二空腔（２０３），其具有足以容纳复合材料预型件（３０１）第二部分的体积；所述第二空腔（２０３），其流体式连接在所述第一空腔（２０３）上；和真空源（１１７），所述真空源（１１７）是流体连通的。...

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：LA布兰顿，GJ梅伯斯，RP费尔班克斯，SM怀特克，RT普赖斯，MB布切克，
申请(专利权)人：通用电气公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]