[發(fā)明專利]用于固化復(fù)合材料的工件的混合式工具

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410239084.4
• 申請日: 2014-05-30
• 公開（公告）號: CN104210670B
• 公開（公告）日: 2018-01-26
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 亞歷杭德羅·費爾南德斯阿朗索;阿基利諾·加西亞加西亞;約根·娟·加利亞納布蘭科;帕布洛·塞沃利亞加羅費;卡洛斯·羅蒙巴諾貢
• 申請（專利權(quán)）人: 空中客車營運有限公司
• 主分類號: B29C70/30
• 分類號: B29C70/30;B64F5/10
• 代理公司: 北京集佳知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司11227
• 代理人: 潘煒,田軍鋒

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明總體上涉及一種用于制造用于飛行器的諸如桁條、抗扭盒，蒙皮壁板、翼面、水平尾翼或垂直安定面(HTP和VTP)等之類的復(fù)合材料(CFRP)結(jié)構(gòu)的工裝。

更特別地，本發(fā)明的目的為提供一種能夠圓滿地固化包括具有最小的厚度和/或非常急劇的厚度變化的部件的CFRP工件的工裝。

背景技術(shù)

使用由有機基質(zhì)和諸如碳纖維增強塑料(CFRP)之類的單向取向的纖維形成的復(fù)合材料構(gòu)建飛行器的一些構(gòu)件，例如機身蒙皮壁板、抗扭盒、桁條、肋、翼梁等在航空業(yè)中是眾所周知的。

通常，蒙皮壁板通過多個縱向排列的桁條(加強筋)來加強，使得桁條提升了蒙皮壁板的強度和屈曲性能。桁條通常通過將兩個部件一起固化或一起結(jié)合而結(jié)合至蒙皮壁板，或僅通過應(yīng)用一層粘合劑(二次結(jié)合)結(jié)合至蒙皮壁板。

桁條的端部引起由桁條和蒙皮支承的負載的再分配。這將產(chǎn)生兩方面的影響：

-當(dāng)增強覆蓋層的彎曲產(chǎn)生牽引負載和壓縮負載時，桁條的結(jié)構(gòu)中(桁條終端部)的這種恰時的變化在其終點中引起力矩，該力矩傾向于使加強件與蒙皮之間的結(jié)合線脫離結(jié)合。

-同時，負載的再分配不得不通過結(jié)合線來實現(xiàn)，以將負載從桁條傳遞至位于桁條終端部區(qū)域處的蒙皮。在高負載水平下(如例如在翼蓋中所實驗的)，結(jié)合線的抵抗力會被降低。

在飛行器翼部的抗扭盒中的蒙皮與桁條之間的共同結(jié)合聯(lián)合體不得不承載成噸位幅度的負載，這些負載處于所述聯(lián)合體在如桁條終端部區(qū)域的某些關(guān)鍵點處的結(jié)構(gòu)能力的極限。這些共同結(jié)合聯(lián)合體在高負載下在該點處能夠裂化，使得因下面兩種影響而引起剝離負載：桁條腹板的消除，這引起高的負載尖峰；以及主桁條終端的消除，這產(chǎn)生剪切負載上的尖峰。在通常構(gòu)型中，這些情景同時發(fā)生，使結(jié)合線的結(jié)構(gòu)性能惡化。

為克服這些與桁條終端部處的負載傳遞相關(guān)聯(lián)的問題，在本領(lǐng)域中熟知的是減小桁條的總截面面積，這通常通過減小桁條腹板的高度(通常通過切掉桁條腹板的一片)，以及通過朝向終端部逐漸地減小桁條腳部的厚度，通過朝向終端部順序地減少板層的數(shù)目(減少板層)來實現(xiàn)。

圖1示出了桁條1的常規(guī)終端部區(qū)段聯(lián)結(jié)至蒙皮壁板2，其中，桁條1具有由腹板3和腳部4形成的T形截面。如在圖1的附圖(a、b)中能夠觀察到的，腹板3和腳部4的厚度朝向桁條的端部逐漸地減小，以減小腹板3和腳部4的截面面積，從而減小該終端部區(qū)段的彈性模量。

例如在美國專利申請US2005/0211846A1和US2012/0100343A1中更詳細地描述了該常規(guī)解決方案的示例。

然而，用于固化復(fù)合材料的工件的現(xiàn)有的金屬工具不能根據(jù)例如用于終端部區(qū)段的腹板和腳部的需要圓滿地制造具有陡的厚度減小的桁條。現(xiàn)有的金屬工裝僅能夠制造通常1:200(坡度)的板層減少，這對于一些需要的應(yīng)用而言是不夠的。

如果金屬工具被用于固化具有大于1:200的板層減少的部件，則會在成品工件中出現(xiàn)孔隙問題，影響該成品工件的質(zhì)量。因工具與復(fù)合堆疊板層5之間的滑動而產(chǎn)生的工裝制造公差和定位公差，會在固定就位的工具與需固化以形成復(fù)合材料桁條的堆疊板層5之間產(chǎn)生間隙和不對準(zhǔn)。

圖2圖示了這些孔隙問題如何因復(fù)合材料的新的堆疊的板層5與一旦金屬工具被定位用于固化過程時和所述板層5接觸的金屬工具6的堅硬的工裝區(qū)域之間產(chǎn)生的間隙7而引起的。在固化過程中，新(未固化)形成的碳纖維的堆疊的板層5被加熱并通過施用真空而被抵著金屬模按壓，使得堆疊的板層5被固化并且同時通過金屬工具6被壓緊。

然而，如果金屬工具6的工作表面8(與堆疊的板層5接觸的表面)與堆疊的板層5之間存在間隙7，則板層5的復(fù)合材料的未固化的熱固性樹脂因所施用真空的影響而朝向這些間隙7流動。如果間隙太大，則樹脂不能填充引起成品工件中的所述孔隙問題的整個間隙。對于通常的桁條的厚度中通常的制造公差，當(dāng)工裝的坡度大于1:200時，則認為該間隙7太大。

相同的限制影響了具有陡的厚度變化的其它CFRP結(jié)構(gòu)元件的制造。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明在所附的獨立權(quán)利要求中限定，并且圓滿地解決了現(xiàn)存的用于固化不能利用常規(guī)的金屬工具來生產(chǎn)的、具有所要求的厚度變化和/或最小的厚度的CFRP工件的現(xiàn)存工裝的以上描述的問題。本發(fā)明的優(yōu)選的實施方式在所附的從屬權(quán)利要求中限定。