[發(fā)明專利]使用膨脹內(nèi)部工具制造整體結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)和方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201380056806.6
• 申請日: 2013-10-07
• 公開（公告）號: CN104768726A
• 公開（公告）日: 2015-07-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: B·I·萊昂斯;J·羅斯菲爾德;M·沃倫;N·A·弗羅希納爾
• 申請（專利權(quán)）人: 波音公司
• 主分類號: B29C33/52
• 分類號: B29C33/52;B29C33/50;B29C70/44
• 代理公司: 北京紀(jì)凱知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11245
• 代理人: 趙蓉民

背景技術(shù)

復(fù)合結(jié)構(gòu)被用于多種應(yīng)用中。在飛機(jī)構(gòu)造中，所使用的復(fù)合物數(shù)量不斷增加，以形成機(jī)身、機(jī)翼和其他組件。飛機(jī)的機(jī)翼通常是中空的結(jié)構(gòu)，其需要光滑的且尺寸精確的外模線(OML)表面。機(jī)翼可以由復(fù)合蒙皮構(gòu)件構(gòu)成，且可以包括內(nèi)部組件，諸如復(fù)合翼肋、翼梁和/或加強(qiáng)件，以增加機(jī)翼的強(qiáng)度和彎曲硬度。

在用于形成復(fù)合結(jié)構(gòu)，諸如飛機(jī)機(jī)翼或機(jī)身的常見的構(gòu)造技術(shù)中，復(fù)合加強(qiáng)件或其他內(nèi)部組件可以通過粘合和/或機(jī)械緊固的方式被裝配到蒙皮構(gòu)件。對于共同粘合操作，當(dāng)粘合加強(qiáng)件到蒙皮構(gòu)件的內(nèi)表面時(shí)，可以放置心軸到加強(qiáng)件的內(nèi)部，以在施加壓力期間支撐加強(qiáng)件。心軸可以使用可硬化的混合物諸如石膏混合物形成。

不幸的是，從復(fù)合結(jié)構(gòu)的內(nèi)部移走硬化的石膏可能需要使用機(jī)械力以把石膏打碎成小塊。該機(jī)械力的使用可對復(fù)合結(jié)構(gòu)的完整性造成風(fēng)險(xiǎn)。另外，形成心軸和移走硬化的石膏材料的過程是勞動(dòng)密集的且耗費(fèi)時(shí)間的。而且，石膏材料通常是不可循環(huán)再用的材料，其在每次使用后作為廢物被廢棄。

可充氣心軸也被用于制造中空的復(fù)合結(jié)構(gòu)的傳統(tǒng)過程中。可充氣心軸可以被放置在中空的復(fù)合層疊內(nèi)，中空的復(fù)合層疊可以由閉合的凹模支撐。可充氣心軸可被充氣，以抵靠凹模施加內(nèi)部壓緊壓力到復(fù)合層疊上，以加固和固化復(fù)合層疊。當(dāng)復(fù)合層疊的加固和/或固化后，心軸可以被放氣，并且從固化的復(fù)合制品中移走。不幸的是，可充氣心軸通常受限于以高精確度水平形成內(nèi)表面幾何結(jié)構(gòu)的能力。另外，可充氣心軸可受限于其可被暴露的溫度。例如，某些復(fù)合材料可能需要在高于450F的溫度下固化，該溫度可能超出了可充氣心軸的工作極限。

可以看出，在本領(lǐng)域中存在對下述工具系統(tǒng)和方法的需求，其最小化或去除對粘合或機(jī)械緊固組件的裝配件以形成中空的復(fù)合制品的需求。就此而言，在本領(lǐng)域中存在對提供用于生產(chǎn)一致的、整體的復(fù)合制品的裝置的工具系統(tǒng)和方法的需求，所述復(fù)合制品具有帶有復(fù)雜的三維幾何結(jié)構(gòu)的尺寸精確的內(nèi)外模線表面。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明具體解決和緩解了上述與用于中空復(fù)合制品的工具系統(tǒng)有關(guān)的需求，本發(fā)明提供了工具系統(tǒng)，其包括外模線(OML)工具和一個(gè)或多個(gè)內(nèi)模線(IML)工具。該OML工具可以具有OML工具表面。每個(gè)IML工具可以具有IML工具表面，且可以被接收在OML工具內(nèi)。每個(gè)IML工具可以由當(dāng)被加熱時(shí)會(huì)膨脹的材料構(gòu)成。當(dāng)可膨脹材料被加熱時(shí)，每個(gè)IML工具可以施加內(nèi)部壓緊壓力到放置在OML工具表面和IML工具表面之間的復(fù)合裝配件。

在另一個(gè)實(shí)施例中，公開了工具系統(tǒng)，其可以包括外模線(OML)工具和多個(gè)內(nèi)模線(IML)工具。該OML工具可以具有OML工具表面。每個(gè)IML工具可以具有IML工具表面，且可以被接收在OML工具內(nèi)。每個(gè)IML工具可以由當(dāng)被加熱時(shí)會(huì)膨脹的材料構(gòu)成，并且在處理之后可溶于水或其他極性溶劑。當(dāng)可膨脹材料被加熱時(shí)，每個(gè)IML工具可以施加內(nèi)部壓緊壓力到放置在OML工具表面和IML工具表面之間的復(fù)合裝配件。復(fù)合裝配件可以包括內(nèi)部組件，該內(nèi)部組件可以插入到一對IML工具之間，所述IML工具用于當(dāng)可膨脹材料膨脹后施加內(nèi)部壓緊壓力到內(nèi)部組件。

還公開了制造復(fù)合制品的方法。該方法可以包括提供具有OML工具表面的外模線(OML)工具，并且在OML工具內(nèi)裝載內(nèi)模線(IML)工具。該IML工具可以具有IML工具表面，并且可以由可膨脹材料構(gòu)成。該方法可以包括在OML工具表面和IML工具表面之間放置復(fù)合裝配件，加熱可膨脹材料以引起可膨脹材料膨脹，并且響應(yīng)于可膨脹材料的膨脹，在復(fù)合裝配件上抵靠OML工具表面施加內(nèi)部壓緊壓力。

已經(jīng)討論的特征、功能和優(yōu)勢可以在本公開的各種實(shí)施例中單獨(dú)實(shí)現(xiàn)，或者可以在其他實(shí)施例中組合實(shí)現(xiàn)，其進(jìn)一步的細(xì)節(jié)可以參考以下說明書和附圖得到。

附圖說明

本公開的這些和其他特征將在參考附圖后變得更顯然，在附圖中，相同標(biāo)記指代相同的部件，并且其中：

圖1是具有小翼的飛機(jī)的透視圖；

圖2是由復(fù)合材料形成的一致的整體的小翼的側(cè)視圖；

圖3是圖2中所示的小翼的主視圖；

圖4是用于制造復(fù)合小翼且包括外模線(OML)工具的工具系統(tǒng)的實(shí)施例的透視圖；

圖5是沿圖4的線5的截面圖，且說明了具有定位特征的端蓋，該定位特征用于標(biāo)定復(fù)合裝配件和/或IML工具相對于OML工具的位置；

圖6是沿圖4的線6獲取的截面圖，且說明了復(fù)合裝配件和放置在外模線工具內(nèi)的多個(gè)可膨脹的內(nèi)模線(IML)工具；

圖7是復(fù)合裝配件和與復(fù)合裝配件組裝的多個(gè)IML工具的局部分解透視圖；