[發明專利]在波狀外形芯軸表面上壓實未固化復合構件

在審

• 申請號: 201480022123.3
• 申請日: 2014-03-24
• 公開（公告）號: CN105189094A
• 公開（公告）日: 2015-12-23
• 發明（設計）人: S·R·斯蒂沃特
• 申請（專利權）人: 波音公司
• 主分類號: B29C70/38
• 分類號: B29C70/38;B29C31/00
• 代理公司: 北京紀凱知識產權代理有限公司 11245
• 代理人: 趙蓉民;張穎

技術領域

本公開總體涉及制造復合結構的過程，并且更具體地涉及在波狀芯軸表面上壓實復合層壓縱梁。

背景技術

在飛行器工業中使用的細長復合構件(例如縱梁)可以在沿它們長度的一個或多個平面內是波狀外形的，以便符合例如機身蒙皮的結構的曲率。通過使用壓實機以便抵靠芯軸(例如固化工具)的波狀表面來壓實未固化的縱梁疊層，可以實現縱梁的波狀外形。已經開發出可屈曲或彎曲的柔性壓實機，其允許細長復合構件在壓實過程期間符合波狀外形工具表面。

根據工具波狀外形程度，當未固化的縱梁疊層正被抵靠工具壓實時，其可以產生褶皺，特別是在工具的曲率中心或最大波狀外形附近。這種褶皺的發生是由于最接近波狀外形工具表面的復合材料層的彎曲使所述復合材料層處于壓縮而導致的。用這種方式壓縮材料導致過多的材料積聚并且聚攏成褶皺。褶皺可以對未固化縱梁的性能產生不期望的影響。

因此，需要一種在波狀外形工具上壓實未固化復合構件(例如縱梁)的方法，該方法可以控制材料褶皺。還需要一種利用柔性壓實機在固化工具上壓實縱梁的方法，該方法減小褶皺的尺寸，同時沿著縱梁的長度大致均勻地分布褶皺。

發明內容

未固化復合構件(例如縱梁)可以被彎曲以符合芯軸(例如波狀外形固化工具)的形狀，同時避免在復合材料內形成相對大的褶皺。復合材料的任意褶皺被限制為沿著縱梁的波狀區域大致均勻分布的相對小的褶皺。在縱梁內避免產生較大褶皺可以提高結構性能和均勻性。通過使用頂點成形方法和柔性壓實機可實現材料褶皺的均勻分布。在頂點成形期間，柔性壓實機被用于放置未固化的縱梁并且抵靠波狀外形工具表面使未固化縱梁彎曲，在波狀外形的頂點開始并且從頂點向外移動。柔性壓實機在其內包含一系列橫向切口，在壓實過程期間所述橫向切口可以接收過多的復合材料，以便允許相對小的材料褶皺的受控的形成，所述相對小的材料褶皺不明顯影響縱梁性能。

一個公開的實施例提供了抵靠具有波狀外形的芯軸表面壓實未固化復合構件的方法。該方法包括將未固化復合構件連接到壓實機。壓實機也被用于將未固化復合構件與芯軸表面的波狀外形對準，并且還被用于使未固化復合構件在波狀外形的頂點處首先接觸芯軸表面。該方法包含在芯軸表面的波狀外形上形成未固化復合構件，并且壓實機被用于抵靠芯軸表面壓實未固化復合構件。可以通過使未固化復合構件區域成型(drapeforming)到芯軸表面上來執行未固化復合構件的成型。區域成型包含當未固化復合構件在芯軸表面上成型時，維持未固化復合構件的末端和芯軸表面之間的基本恒定的關系。可以通過沖擊成型來執行未固化復合構件的成型。所述成型包含通過在未固化復合構件內引起S形彎曲來減小臨近芯軸表面的未固化復合構件內的局部壓縮力。在已經使未固化復合構件首先接觸頂點處的芯軸表面之后，執行在波狀外形上的未固化復合構件的成型。通過從頂點處沿著未固化復合構件向外漸進地使未固化復合構件成型到芯軸表面上可以執行所述成型。當未固化復合構件與頂點處的芯軸表面首先接觸時，未固化復合構件具有預選的方位姿態，并且當未固化復合構件在芯軸表面的波狀外形上被成型時，未固化復合構件外部區段的方位姿態被維持為基本平行于預選的方位姿態。使未固化復合構件成型包含將未固化復合構件彎曲成逐漸變小的曲率半徑。該方法可以進一步包括通過允許未固化復合構件內的材料壓縮到壓實機中的切口內，以便在成型期間分布在未固化復合構件內形成的任何褶皺。該方法還可以包括，通過移動未固化復合構件的中性軸的位置，在成型期間使用壓實機減少未固化復合構件的褶皺。

另一實施例提供了在芯軸表面的波狀外形上使復合縱梁成型期間控制未固化復合縱梁的褶皺的方法，其包括將復合縱梁與芯軸表面的波狀外形的頂點對準，并且使復合縱梁接觸頂點處的芯軸表面。將復合縱梁從頂點向下成型到芯軸表面上。從頂點處成型復合縱梁包含抵靠芯軸表面向下并且從頂點逐漸向外地彎曲復合縱梁。使縱梁成型包含維持復合縱梁末端和芯軸表面之間的基本恒定的關系，并且可以通過區域成型和沖擊成型之一來執行。該方法可以進一步包括在復合縱梁內安裝柔性壓實機，將復合縱梁連接到壓實機，以及使用壓實機將復合縱梁接觸頂點處的芯軸表面，并且將復合縱梁從頂點向下成型到芯軸表面上。通過使用吸力來執行將復合縱梁連接到壓實機。使用壓實機，可以將縱梁從頂點向下成型到芯軸表面上。通過允許將復合縱梁的材料壓縮到壓實機內，控制復合縱梁的褶皺。通過使用壓實機來執行將復合縱梁從頂點向下成型到芯軸表面上，并且該壓實機被用于促進復合縱梁內褶皺的基本均勻分布。