專利名稱：包括由復(fù)合物制成的插件的機(jī)械部件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種機(jī)械部件，包括由復(fù)合物制成的插件，這種類型的復(fù)合物包括金 屬基體中的陶瓷纖維；本發(fā)明還涉及一種制造該機(jī)械部件的方法，并涉及一種被設(shè)計(jì)以實(shí) 施所述制造方法的卷繞裝置。本發(fā)明適用于目的在于主要沿一個方向傳遞拉伸力和/或壓 縮力的任何種類的機(jī)械部件。
背景技術(shù)：
特別是在航空工程領(lǐng)域，始終存在優(yōu)化機(jī)械部件強(qiáng)度以具有最小重量和尺寸的動 機(jī)。因此，特定機(jī)械部件可具有由金屬基復(fù)合物制成的插件，可使這樣的部件成為單一件。 類似這樣的復(fù)合物包括金屬合金基體，例如由鈦(Ti)合金制成的金屬合金基體；諸如陶瓷 碳化硅(SiC)纖維之類的纖維在所述金屬合金基體內(nèi)延伸。這種纖維具有比鈦高得多的拉 伸和壓縮強(qiáng)度。因此，主要由纖維對載荷作出反應(yīng)，金屬合金基體用作粘接劑以連接到部件 其余部分以及保護(hù)和隔離纖維，其中需使纖維不相互接觸。而且，陶瓷纖維耐腐蝕，但其基 本上通過金屬而增強(qiáng)。如上所述的復(fù)合物在航空工程領(lǐng)域中已知用于制造盤、軸、致動缸主體、殼體、柱 或制造為單一件的增強(qiáng)物(例如葉片)。制造這些部件的一種技術(shù)如具有本發(fā)明技術(shù)背景的文獻(xiàn)FR 2886290中所述，在 此文獻(xiàn)中，基本制造步驟之一包括可成束或成組的涂覆絲線圍繞垂直于其旋轉(zhuǎn)軸線的圓 柱形部件卷繞。這種方式所獲得的所述部件是圓形的且主要適于生產(chǎn)圓形部件，例如，軸， 致動缸主體，殼體，或盤。不過，一些機(jī)械部件所需的性能不同于圓形部件所呈現(xiàn)出的性能。特別是在目的 在于沿一個方向傳遞拉伸載荷和/或壓縮載荷的大致為長形的桿的情況下。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個特定目的在于，一種制造機(jī)械部件的方法，所述機(jī)械部件包括至少 一個由復(fù)合物制成的插件，這種類型的復(fù)合物包括在金屬基體中的陶瓷纖維，所述機(jī)械部 件能夠在其端部之間傳遞沿一個方向的拉伸載荷和/或壓縮載荷。為此，本發(fā)明涉及一種制造機(jī)械部件的方法，所述機(jī)械部件包括至少一個由金屬 基復(fù)合物制成的插件，基體陶瓷纖維在所述復(fù)合物中延伸，所述復(fù)合物插件通過多個涂覆 絲線獲得，每個所述涂覆絲線包括涂覆以金屬包層的陶瓷纖維，包括制造至少一個插件的 方法包括將結(jié)合成組或成束的涂覆絲線圍繞柱形部件卷繞的步驟。根據(jù)本發(fā)明，至少一些 所述卷繞沿直線方向進(jìn)行。由此獲得的機(jī)械部件(例如桿)有利地能夠傳遞沿一個方向的拉伸載荷和/或壓 縮載荷。本發(fā)明還涉及一種專門設(shè)計(jì)以實(shí)施根據(jù)本發(fā)明的制造方法的卷繞裝置。


通過閱讀以下結(jié)合附圖的詳細(xì)描述，本發(fā)明進(jìn)一步的優(yōu)點(diǎn)和特征將變得明顯，其 中圖1是根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的機(jī)械部件的一個示例的立體圖；圖2是根據(jù)本發(fā)明的卷繞裝置的一個示例的立體圖；圖3是根據(jù)本發(fā)明的制造方法獲得的插件一示例的立體圖；圖4是插件、用于容納插件的容器和用于密封容器和插件的金屬蓋的一個示例；圖5是根據(jù)本發(fā)明的制造方法獲得的機(jī)械部件的一個示例的立體圖；圖6是本發(fā)明制造方法的可替代形式；圖7是根據(jù)本發(fā)明的制造方法的可替代形式而獲得的機(jī)械部件的另一示例的剖 視圖；和圖8是根據(jù)本發(fā)明的制造方法的可替代形式而獲得的機(jī)械部件的示例的立體圖。
具體實(shí)施例方式包括如文獻(xiàn)FR 2886290中所述由復(fù)合物制成的插件的機(jī)械部件的制造技術(shù)可用 于本發(fā)明的應(yīng)用環(huán)境中。這樣，該文獻(xiàn)的教示將被認(rèn)為并入本申請中，并在非限制性示例中 包括涂覆絲線的結(jié)構(gòu)及其制造，結(jié)合成組的涂覆絲線的制造，將所述組緊固到供其卷繞其 上的金屬支撐物或緊固到下方成組的層上，絲線的激光焊接或絲線通過兩電極間接觸而進(jìn) 行的焊接，熱等靜壓，和機(jī)加工。圖1圖示出機(jī)械部件的一個示例，例如桿1，其總體形狀為長形，即，細(xì)長形。桿1 具有兩個端部13和14。桿1的目的是在圍繞平行軸線Zl和Z2鉸接到桿端部的兩個部件 之間傳遞運(yùn)動和/或拉伸力T和/或壓縮力C。桿1在其每個端部13和14具有柱形凹部 11或12，凹部11和12的軸線對應(yīng)于平行軸線Zl和Z2。這種類型的桿1可例如用于起落 架設(shè)計(jì)中或用于包括推力桿的渦輪機(jī)組中。圖2圖示出根據(jù)本發(fā)明的卷繞裝置20的示例。在此示例中，卷繞裝置20特別適 于形成用于機(jī)械部件(例如桿)的插件3。這種卷繞裝置20包括中空并呈長形且用作芯棒 的回轉(zhuǎn)部件2，和兩種長形的大致相同的端板21和22。柱形部件2具有回轉(zhuǎn)的幾何形狀， 也就是說，形成通常為彎曲的封閉結(jié)構(gòu)的幾何形狀。端板21和22的尺寸大于柱形部件2 的尺寸，這意味著，每個端板21和22的周邊27延伸超過柱形部件2的周邊。柱形部件2 夾在端板21和22之間。當(dāng)卷繞裝置20圍繞卷繞軸線Z旋轉(zhuǎn)時，絲線32卷繞到柱形部件 2上。端板21和22沿軸向保持和卷繞涂覆絲線32。卷繞裝置20屬于形成卷繞系統(tǒng)的組件。卷繞系統(tǒng)進(jìn)一步包括用于旋轉(zhuǎn)卷繞裝置 20的機(jī)構(gòu)和用于供應(yīng)結(jié)合成組或成束的涂覆絲線32的機(jī)構(gòu)。柱形部件2包括兩個直線卷繞部分24。這些直線卷繞部分24被導(dǎo)向?yàn)榇怪庇诰?繞軸線Z。這樣，絲線32的至少一些圍繞柱形部件2的卷繞是沿直線方向進(jìn)行的。涂覆絲 線32的卷繞垂直于卷繞軸線Z執(zhí)行，或者換句話說，涂覆絲線32被導(dǎo)向?yàn)榇笾麓怪庇诰砝@ 軸線Z。在圖2中所示的示例中，這些直線卷繞部分24平行并裝配在兩個圓形部分25之 間?？筛鶕?jù)所需插件3的尺寸改變柱形部件2的尺寸，特別是其沿軸向Z的厚度、直線卷繞部分24的長度和圓形部分25的曲率半徑。圓形部分25也可具有不同的半徑。這樣，直線 卷繞部分24可以不平行。圍繞包括直線卷繞部分24的柱形部件2進(jìn)行卷繞，可實(shí)現(xiàn)在短時段中形成具有 至少一個直線母線(generatrix)的插件3，所述直線母線包括許多平行且單向的涂覆絲線 32。插件3 —旦卷繞完成，則可通過使端板21和22相互分離而從卷繞裝置20移除。 插件3的由此形成的形狀需要被保持，以防止絲線32喪失取向。存在可用于實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo) 的各種技術(shù)。用于保持插件3的形狀的第一種技術(shù)提供以下步驟在卷繞開始時卷繞用于緊固 插件3的內(nèi)部分的第一金屬箔，和在卷繞結(jié)束時卷繞用于緊固插件3的外部分的第二金屬 箔28。在此示例中，第一金屬箔構(gòu)成了柱形部件2。涂覆絲線32因而自身處于箔2和28 之間，如圖3中所示。而且，如圖2所示，每個端板21和22在其周邊27上具有縫23。端板21的每個 縫23面向端板22的縫23定位，由此形成一對縫23。由于縫23朝向端板21和22內(nèi)側(cè)延 伸至深度d，因而更易于裝配金屬帶31?？p23的深度d必須可形成通入柱形部件2的中空 內(nèi)部29的通路，所述中空內(nèi)部29圍繞卷繞裝置20的轂定位，所述轂在圖2中不可見，包括 交替的縫和齒，轂的縫與端板21和22的縫23對齊。深度d延伸超過柱形部件2的卷繞表 面。每對縫23用于允許附接金屬帶31。金屬帶31由與結(jié)合圖4所述的容器4以及柱 形部件2相同的金屬材料制成。金屬帶31通過接觸焊工藝圍繞插件3固定。金屬帶31沿 被卷繞的插件3而以規(guī)定的間隔定位。一旦插件3已被卷繞且金屬帶31已被裝配，則可通過使端板21和22相互分離而 將插件3從卷繞裝置20移除。由此獲得的插件3的示例顯示在圖3中。這種插件3包括 長形的柱形部件，柱形部件包括裝配在兩個圓形部分35之間的兩個直線平行部分34。用于使插件3保持形狀的第二種技術(shù)不涉及使用帶31，而是提供形成長形芯棒的 柱形部件2，此柱形部件2包括供絲線32卷繞其上的至少一個徑向邊緣，其例如具有L形或 U形截面。當(dāng)使用結(jié)合成組的涂覆絲線32時，可將其緊固到供其卷繞其上的柱形部件2，并 使用兩電極間接觸焊的方法并通過穿過中頻電流而緊固到下面成組的層。絲線32因而隨 卷繞進(jìn)行而焊接到一起，這意味著，當(dāng)插件3從卷繞裝置20移除時，其與柱形部件2形成為 一個部件。然后，插件3被插入如圖4中所示的容器4中。為此目的，容器4包括槽41，槽41 在形狀上與插件3互補(bǔ)并供插件3容納其中。容器4形成金屬合金基體的預(yù)成型件，優(yōu)選 由鈦(Ti)制成。蓋5通過電焊連接到容器4，抽空，然后使用熱等靜壓工藝壓制。然后，整體進(jìn)行機(jī)加工以獲得最終機(jī)械部件10 如圖5中所示的桿10。桿10與圖 1中桿1的形狀相同，其進(jìn)一步包括具有回轉(zhuǎn)幾何形狀的復(fù)合物插件3，其絲線32部分地沿 直線方向?qū)?。此直線方向垂直于軸線Zl和Z2。這種桿10優(yōu)選地能夠傳遞單向的拉伸力 和/或壓縮力。插件3的直線部分34包括均沿一個相同直線方向?qū)虻慕z線。本發(fā)明適用于功能在于主要沿一個方向傳遞拉伸力和/或壓縮力的各種類型的 機(jī)械部件，因而不僅限于桿，桿僅為一個應(yīng)用示例。
根據(jù)本發(fā)明的可替代形式，機(jī)械部件可以是更復(fù)雜的形狀，并包括均可具有回轉(zhuǎn) 幾何形狀的多個插件3，也就是說，其幾何形狀限定了通常彎曲的封閉結(jié)構(gòu)。在圖6中所示 的示例中，通過使用容器4對制造方法進(jìn)行改造，容器4在其兩個相反表面42中的每側(cè)上 包括用于容納插件3的槽41。在熱等靜壓和機(jī)加工之后，所獲得的機(jī)械部件110如圖7中 所示并由此包括插件3。插件3位于機(jī)械部件110的中平面Pl的每側(cè)上。插件3位于相互 成非零角度α的平面Ρ2和Ρ3中。圖8是由此獲得的機(jī)械部件110的立體圖。此機(jī)械部 件110可同樣具有凹部15，以減輕其重量。這樣的機(jī)械部件10或110優(yōu)選地適用于航空應(yīng)用，例如，適用于飛機(jī)的起落架或 渦輪機(jī)組。
權(quán)利要求
一種制造機(jī)械部件(10，110)的方法，所述機(jī)械部件(10，110)包括至少一個由金屬基復(fù)合物制成的插件(3)，基體陶瓷纖維在所述復(fù)合物中延伸，所述復(fù)合物插件(3)由多個涂覆絲線(32)獲得，每個所述涂覆絲線(32)包括涂覆以金屬包層的陶瓷纖維，所述方法包括通過將結(jié)合成組或成束的涂覆絲線(32)圍繞一柱形部件(2)卷繞的步驟制造至少一個插件(3)，其中至少一些所述卷繞沿直線方向進(jìn)行。
2.如權(quán)利要求1所述的制造機(jī)械部件(10，110)的方法，其中，所述柱形部件(2)包括 至少一個直線卷繞部分(24)。
3.如權(quán)利要求1或2所述的制造機(jī)械部件(10，110)的方法，其中，所述柱形部件(2) 具有兩個直線卷繞部分(24)。
4.如權(quán)利要求3所述的制造機(jī)械部件(10，110)的方法，其中，所述兩個直線部分(24) 裝配在兩個圓形部分(25)之間。
5.如權(quán)利要求4所述的制造機(jī)械部件(10，110)的方法，其中，所述兩個圓形部分(25) 具有不同半徑。
6.如權(quán)利要求3或4所述的制造機(jī)械部件(10，110)的方法，其中，所述兩個直線部分 (24)平行。
7.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的制造機(jī)械部件(10，110)的方法，其中，至少一個插 件(3)被插入容器(4)中，以經(jīng)歷熱等靜壓。
8.如前述權(quán)利要求所述的制造機(jī)械部件(10，110)的方法，其中，兩個插件(3)被分別 插入所述容器(4)的兩個相對表面(42)的側(cè)面上，以經(jīng)歷熱等靜壓。
9.如前述權(quán)利要求所述的制造機(jī)械部件(110)的方法，其中，所述插件(3)位于形成非 零角度(α)的平面(Ρ2，Ρ3)中。
10.一種機(jī)械部件(10，110)，包括至少一個由金屬基復(fù)合物制成的插件(3)，基體陶 瓷纖維在所述復(fù)合物中延伸，所述復(fù)合物插件(3)通過多個涂覆絲線(32)獲得，每個所述 涂覆絲線(32)包括涂覆以金屬包層的陶瓷纖維，其中，所述插件(3)具有回轉(zhuǎn)幾何形狀，并 包括部分地沿至少一個直線方向?qū)虻乃鼋z線(32)。
11.如權(quán)利要求10所述的機(jī)械部件(110)，其包括至少兩個插件(3)，所述至少兩個插 件(3)位于所述機(jī)械部件(10)的中平面(Pl)的每側(cè)上。
12.如權(quán)利要求11所述的機(jī)械部件(110)，其中，所述兩個插件(3)位于相互成角度 (α)的平面(Ρ2，Ρ3)中。
13.如權(quán)利要求10至12中任一項(xiàng)所述的機(jī)械部件(10，110)，其構(gòu)成一桿。
14.一種起落架，包括至少一個如權(quán)利要求10至13中任一項(xiàng)所述的機(jī)械部件(10， 110)。
15.一種渦輪機(jī)組，包括至少一個如權(quán)利要求10至13中任一項(xiàng)所述的機(jī)械部件(10， 110)。
16.一種飛機(jī)，包括如權(quán)利要求10至13中任一項(xiàng)所述的機(jī)械部件、如權(quán)利要求14所述 的起落架或如權(quán)利要求15所述的渦輪機(jī)組。
17.—種卷繞裝置(20)，包括圍繞軸線(Z)的柱形部件(2)，部件絲線(32)能夠圍繞所 述柱形部件(2)卷繞，其中所述柱形部件(2)包括垂直于所述卷繞軸線(Z)的至少一個直 線卷繞部分(24)。
18.如權(quán)利要求17所述的卷繞裝置(20)，其中，所述柱形部件(2)包括位于兩個圓形 部分(25)之間的兩個直線卷繞部分(24)。
19.如權(quán)利要求17或18所述的卷繞裝置(20)，其包括兩個長形端板(21，22)，所述長 形的柱形部件(2)被夾在所述兩個端板(21，22)之間。
20.如權(quán)利要求19所述的卷繞裝置(20)，其中，每個端板(21，22)在其周邊(27)處具 有縫(23)。
21.如權(quán)利要求17至20中任一項(xiàng)所述的卷繞裝置(20)，其中，所述柱形部件(2)包括 中空內(nèi)部(29)，所述縫(23)的深度提供通入所述柱形部件(2)的中空內(nèi)部(29)的通路。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種制造機(jī)械部件(10)的方法，機(jī)械部件(10)包括至少一個由金屬基復(fù)合物制成的插件(3)，基體陶瓷纖維在所述復(fù)合物中延伸，所述復(fù)合物插件(3)由多個涂覆絲線(32)獲得，每個涂覆絲線(32)包括涂覆以金屬包層的陶瓷纖維，該方法包括通過將結(jié)合成組或成束的涂覆絲線(32)圍繞柱形部件(2)卷繞的步驟來制造至少一個插件(3)。根據(jù)本發(fā)明，至少一些卷繞沿直線方向進(jìn)行。本發(fā)明還涉及一種由此獲得的機(jī)械部件(10)，并涉及一種被設(shè)計(jì)以實(shí)施根據(jù)本發(fā)明的制造方法的卷繞裝置(20)。
文檔編號C22C47/20GK101999010SQ200880100598
公開日2011年3月30日 申請日期2008年7月10日 優(yōu)先權(quán)日2007年7月26日
發(fā)明者吉爾·克萊恩, 帕特里克·鄧?yán)S, 理查德·馬松, 讓-米歇爾·弗朗 申請人:斯奈克瑪;梅西?！さ赖?br>