[發明專利]固結工具及固結熱塑性復合材料的方法

在審

• 申請號: 202010868346.9
• 申請日: 2020-08-26
• 公開（公告）號: CN112440486A
• 公開（公告）日: 2021-03-05
• 發明（設計）人: 邁克·P·馬特拉克;亞歷山大·M·羅賓;蘭德爾·D·威爾克森;阿莫爾·奧咖勒
• 申請（專利權）人: 波音公司
• 主分類號: B29C70/30
• 分類號: B29C70/30;B29C33/42;B29C33/34;B29C33/02
• 代理公司: 北京康信知識產權代理有限責任公司 11240
• 代理人: 李佳佳

本公開涉及一種熱塑性復合材料形成方法及用于執行該方法的工具。更具體地，本公開涉及一種用固結工具制造大型復雜的熱塑性復合零件形狀的方法，該固結工具具有順應性的工具囊，該工具囊加熱工具中的熱塑性材料并在工具中在多個方向上提供熱塑性材料固結壓力以形成熱塑性復合材料的零件形狀。一種新穎的工具構思用于制造使用傳統方法難以生產的大型復雜的熱塑性復合零件形狀。該工具構思采用如下固結工具，該固結工具提供這樣的方法，即應用由順應性工具囊提供的熱塑性材料的固結壓力，該工具囊在工具中在多個方向上提供熱塑性材料固結壓力，這些方向無法通過其中模具零件在基本上豎直的工具打開方向和工具關閉方向上移動的常規蛤殼式模具實現。

技術領域

本公開涉及一種熱塑性復合材料形成方法和用于執行該方法的工具。更具體地，本公開涉及一種固結工具，該固結工具提供通過順應性的(conformable)工具囊(toolingbladder)來施加熱塑性材料固結壓力的方法。

背景技術

在航空航天級品質的復合零件制造中，需要熱塑性復合材料的益處，諸如與對于熱固性復合材料的可能的加工和材料特性相比的快速的加工和改進的材料性能。因此，熱塑性復合零件優選于熱固性復合零件。

然而，難以用傳統的方法來生產復雜的熱塑性復合零件。熱塑性復合材料的復合模線形狀通常無法由常規的蛤殼式(翻蓋式，clamshell type)模具來生產，在蛤殼式模具中，模具零件在基本上豎直的工具打開方向和工具關閉方向上移動。當前的工具系統通常不向復雜的熱塑性復合材料模線形狀提供足夠的固結壓力。

在大型和/或復雜的熱塑性復合零件的生產中，通過常規的模制方法(即，蛤殼式模制方法)的快速材料鋪設當前并不能夠支持高速制造。此外，熱塑性復合零件的模制中的熱膨脹作用使得難以使用傳統工具來實現航空航天級的品質。

發明內容

本公開涉及一種在制造使用傳統方法難以生產的復雜的熱塑性復合零件中的使用的新穎的工具構思及其方法。在制造復雜的熱塑性復合零件中使用的固結工具包括基部，該基部具有工具表面，其中，腔向下凹進到工具表面中。

第一插入部可移除地定位于腔中。第一插入部具有第一截面構造。第一插入部在腔中可由第二插入部或具有不同截面構造的其他多個插入部中的一個插入部取代。

第一插入部的截面構造由位于第一插入部中的凹槽限定。該凹槽具有對應于待制造的零件的截面構造。該凹槽構造為用于在熱塑性材料的管被切縫(slit)并且跨越凹槽展開為熱塑性材料的片材時，將熱塑性材料的管接收在凹槽中，并且將熱塑性材料的管保持在凹槽中。

管狀的壓力囊構造為在凹槽中定位在跨越凹槽展開的熱塑性材料的片材的頂部上。該壓力囊可調整地加熱。該壓力囊可在凹槽中充氣以加熱并抵靠跨越凹槽展開的熱塑性材料的片材施加壓力，并且在多個方向上將熱塑性材料的片材按壓到凹槽中。

具有底部表面的按壓部被支撐在基部上。該按壓部可朝向和遠離基部的工具表面移動，并且可朝向和遠離插入到工具表面的腔中的第一插入部移動。按壓部的底部表面構造為抵靠基部的工具表面接合并且抵靠壓力囊接合，該壓力囊在凹槽中在跨越凹槽展開的熱塑性材料的片材的頂部上充氣。當按壓部朝向基部的工具表面移動時，跨越凹槽展開的熱塑性材料的片材通過在凹槽中充氣的壓力囊以及按壓部的抵靠基部的工具表面和壓力囊接合的底部表面在多個方向上被按壓到凹槽中。

當按壓部和充氣的壓力囊將跨越凹槽展開的熱塑性材料的片材按壓到凹槽中時，第一插入部和壓力囊被加熱，以向熱塑性材料的片材施加熱量。施加到熱塑性材料的片材的熱量以及通過按壓部的底部表面和充氣的壓力囊抵靠熱塑性材料施加的壓力使熱塑性材料的片材符合第一插入部中的凹槽的截面構造，由此制造熱塑性復合零件。

然后冷卻插入部和壓力囊，該壓力囊被放氣并且將熱塑性復合零件從固結工具移除。

已經討論的特征、功能和優點可憑借各種實施例獨立地實現，或可與其他實施例相結合，參考下文的描述和附圖可看到其進一步細節。