在波狀外形芯軸表面上壓實(shí)未固化復(fù)合構(gòu)件的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本公開(kāi)總體涉及制造復(fù)合結(jié)構(gòu)的過(guò)程，并且更具體地涉及在波狀芯軸表面上壓實(shí)復(fù)合層壓縱梁。
【背景技術(shù)】
[0002]在飛行器工業(yè)中使用的細(xì)長(zhǎng)復(fù)合構(gòu)件(例如縱梁)可以在沿它們長(zhǎng)度的一個(gè)或多個(gè)平面內(nèi)是波狀外形的，以便符合例如機(jī)身蒙皮的結(jié)構(gòu)的曲率。通過(guò)使用壓實(shí)機(jī)以便抵靠芯軸(例如固化工具)的波狀表面來(lái)壓實(shí)未固化的縱梁疊層，可以實(shí)現(xiàn)縱梁的波狀外形。已經(jīng)開(kāi)發(fā)出可屈曲或彎曲的柔性壓實(shí)機(jī)，其允許細(xì)長(zhǎng)復(fù)合構(gòu)件在壓實(shí)過(guò)程期間符合波狀外形工具表面。
[0003]根據(jù)工具波狀外形程度，當(dāng)未固化的縱梁疊層正被抵靠工具壓實(shí)時(shí)，其可以產(chǎn)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(fā)生是由于最接近波狀外形工具表面的復(fù)合材料層的彎曲使所述復(fù)合材料層處于壓縮而導(dǎo)致的。用這種方式壓縮材料導(dǎo)致過(guò)多的材料積聚并且聚攏成褶皺。褶皺可以對(duì)未固化縱梁的性能產(chǎn)生不期望的影響。
[0004]因此，需要一種在波狀外形工具上壓實(shí)未固化復(fù)合構(gòu)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(shí)機(jī)在固化工具上壓實(shí)縱梁的方法，該方法減小褶皺的尺寸，同時(shí)沿著縱梁的長(zhǎng)度大致均勻地分布褶皺。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]未固化復(fù)合構(gòu)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(shí)避免在復(fù)合材料內(nèi)形成相對(duì)大的褶皺。復(fù)合材料的任意褶皺被限制為沿著縱梁的波狀區(qū)域大致均勻分布的相對(duì)小的褶皺。在縱梁內(nèi)避免產(chǎn)生較大褶皺可以提高結(jié)構(gòu)性能和均勻性。通過(guò)使用頂點(diǎn)成形方法和柔性壓實(shí)機(jī)可實(shí)現(xiàn)材料褶皺的均勻分布。在頂點(diǎn)成形期間，柔性壓實(shí)機(jī)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(diǎn)開(kāi)始并且從頂點(diǎn)向外移動(dòng)。柔性壓實(shí)機(jī)在其內(nèi)包含一系列橫向切口，在壓實(shí)過(guò)程期間所述橫向切口可以接收過(guò)多的復(fù)合材料，以便允許相對(duì)小的材料褶皺的受控的形成，所述相對(duì)小的材料褶皺不明顯影響縱梁性能。
[0006]—個(gè)公開(kāi)的實(shí)施例提供了抵靠具有波狀外形的芯軸表面壓實(shí)未固化復(fù)合構(gòu)件的方法。該方法包括將未固化復(fù)合構(gòu)件連接到壓實(shí)機(jī)。壓實(shí)機(jī)也被用于將未固化復(fù)合構(gòu)件與芯軸表面的波狀外形對(duì)準(zhǔn)，并且還被用于使未固化復(fù)合構(gòu)件在波狀外形的頂點(diǎn)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(fù)合構(gòu)件，并且壓實(shí)機(jī)被用于抵靠芯軸表面壓實(shí)未固化復(fù)合構(gòu)件?？梢酝ㄟ^(guò)使未固化復(fù)合構(gòu)件區(qū)域成型(drapeforming)到芯軸表面上來(lái)執(zhí)行未固化復(fù)合構(gòu)件的成型。區(qū)域成型包含當(dāng)未固化復(fù)合構(gòu)件在芯軸表面上成型時(shí)，維持未固化復(fù)合構(gòu)件的末端和芯軸表面之間的基本恒定的關(guān)系。可以通過(guò)沖擊成型來(lái)執(zhí)行未固化復(fù)合構(gòu)件的成型。所述成型包含通過(guò)在未固化復(fù)合構(gòu)件內(nèi)引起S形彎曲來(lái)減小臨近芯軸表面的未固化復(fù)合構(gòu)件內(nèi)的局部壓縮力。在已經(jīng)使未固化復(fù)合構(gòu)件首先接觸頂點(diǎn)處的芯軸表面之后，執(zhí)行在波狀外形上的未固化復(fù)合構(gòu)件的成型。通過(guò)從頂點(diǎn)處沿著未固化復(fù)合構(gòu)件向外漸進(jìn)地使未固化復(fù)合構(gòu)件成型到芯軸表面上可以執(zhí)行所述成型。當(dāng)未固化復(fù)合構(gòu)件與頂點(diǎn)處的芯軸表面首先接觸時(shí)，未固化復(fù)合構(gòu)件具有預(yù)選的方位姿態(tài)，并且當(dāng)未固化復(fù)合構(gòu)件在芯軸表面的波狀外形上被成型時(shí)，未固化復(fù)合構(gòu)件外部區(qū)段的方位姿態(tài)被維持為基本平行于預(yù)選的方位姿態(tài)。使未固化復(fù)合構(gòu)件成型包含將未固化復(fù)合構(gòu)件彎曲成逐漸變小的曲率半徑。該方法可以進(jìn)一步包括通過(guò)允許未固化復(fù)合構(gòu)件內(nèi)的材料壓縮到壓實(shí)機(jī)中的切口內(nèi)，以便在成型期間分布在未固化復(fù)合構(gòu)件內(nèi)形成的任何褶皺。該方法還可以包括，通過(guò)移動(dòng)未固化復(fù)合構(gòu)件的中性軸的位置，在成型期間使用壓實(shí)機(jī)減少未固化復(fù)合構(gòu)件的褶皺。
[0007]另一實(shí)施例提供了在芯軸表面的波狀外形上使復(fù)合縱梁成型期間控制未固化復(fù)合縱梁的褶皺的方法，其包括將復(fù)合縱梁與芯軸表面的波狀外形的頂點(diǎn)對(duì)準(zhǔn)，并且使復(fù)合縱梁接觸頂點(diǎn)處的芯軸表面。將復(fù)合縱梁從頂點(diǎn)向下成型到芯軸表面上。從頂點(diǎn)處成型復(fù)合縱梁包含抵靠芯軸表面向下并且從頂點(diǎn)逐漸向外地彎曲復(fù)合縱梁。使縱梁成型包含維持復(fù)合縱梁末端和芯軸表面之間的基本恒定的關(guān)系，并且可以通過(guò)區(qū)域成型和沖擊成型之一來(lái)執(zhí)行。該方法可以進(jìn)一步包括在復(fù)合縱梁內(nèi)安裝柔性壓實(shí)機(jī)，將復(fù)合縱梁連接到壓實(shí)機(jī)，以及使用壓實(shí)機(jī)將復(fù)合縱梁接觸頂點(diǎn)處的芯軸表面，并且將復(fù)合縱梁從頂點(diǎn)向下成型到芯軸表面上。通過(guò)使用吸力來(lái)執(zhí)行將復(fù)合縱梁連接到壓實(shí)機(jī)。使用壓實(shí)機(jī)，可以將縱梁從頂點(diǎn)向下成型到芯軸表面上。通過(guò)允許將復(fù)合縱梁的材料壓縮到壓實(shí)機(jī)內(nèi)，控制復(fù)合縱梁的褶皺。通過(guò)使用壓實(shí)機(jī)來(lái)執(zhí)行將復(fù)合縱梁從頂點(diǎn)向下成型到芯軸表面上，并且該壓實(shí)機(jī)被用于促進(jìn)復(fù)合縱梁內(nèi)褶皺的基本均勻分布。
[0008]又一實(shí)施例提供了將未固化復(fù)合構(gòu)件成型到固化工具內(nèi)的波狀外形凹槽中的方法。該方法包括將未固化復(fù)合構(gòu)件連接到壓實(shí)機(jī)，并且使用壓實(shí)機(jī)以便使未固化復(fù)合構(gòu)件與沿波狀外形凹槽的波狀外形的頂點(diǎn)處的固化工具首先接觸。壓實(shí)機(jī)被用于從頂點(diǎn)處向下并且沿著波狀外形凹槽逐漸向外地成型未固化復(fù)合構(gòu)件。壓實(shí)機(jī)還被用于分布褶皺，該褶皺在向下并且沿著波狀外形凹槽成型未固化復(fù)合構(gòu)件期間形成在未固化復(fù)合構(gòu)件內(nèi)。通過(guò)區(qū)域成型和沖擊成型之一來(lái)執(zhí)行使用壓實(shí)機(jī)成型未固化復(fù)合構(gòu)件。
[0009]總之，本發(fā)明的一個(gè)方面提供了抵靠具有波狀外形的芯軸表面壓實(shí)未固化復(fù)合構(gòu)件的方法，該方法包含將未固化復(fù)合構(gòu)件連接到壓實(shí)機(jī)；使用壓實(shí)機(jī)以將未固化復(fù)合構(gòu)件與芯軸表面的波狀外形對(duì)準(zhǔn)；使用壓實(shí)機(jī)以使未固化復(fù)合構(gòu)件首先接觸波狀外形頂點(diǎn)處的芯軸表面；從頂點(diǎn)處向外在芯軸表面的波狀外形上形成未固化復(fù)合構(gòu)件；以及使用壓實(shí)機(jī)以便抵靠芯軸表面壓實(shí)未固化復(fù)合構(gòu)件。
[0010]有利地，該方法進(jìn)一步包含通過(guò)允許將未固化復(fù)合構(gòu)件內(nèi)的材料壓縮到壓實(shí)機(jī)內(nèi)的切口中，而分布在成型期間形成在未固化復(fù)合構(gòu)件內(nèi)的任何褶皺。
[0011]有利地，在該方法中，未固化復(fù)合構(gòu)件具有中性軸并且該方法進(jìn)一步包含通過(guò)移動(dòng)未固化復(fù)合構(gòu)件的中性軸的位置而在成型期間使用壓實(shí)機(jī)來(lái)減少未固化復(fù)合構(gòu)件的褶皺。
[0012]有利地，在該方法中，成型未固化復(fù)合構(gòu)件包含使用壓實(shí)機(jī)以在未固化復(fù)合構(gòu)件內(nèi)形成扭轉(zhuǎn)。
[0013]有利地，在該方法中，使未固化復(fù)合構(gòu)件成型是通過(guò)將未固化復(fù)合構(gòu)件區(qū)域成型到芯軸表面上執(zhí)行的。
[0014]有利地，在該方法中，所述區(qū)域成型包含，當(dāng)未固化復(fù)合構(gòu)件被成型到芯軸表面上時(shí)，維持未固化復(fù)合構(gòu)件的末端與芯軸表面之間的基本恒定的關(guān)系。
[0015]有利地，在該方法中，使未固化復(fù)合構(gòu)件成型是通過(guò)沖擊成型執(zhí)行的。
[0016]有利地，在該方法中，所述沖擊成型包含通過(guò)在未固化復(fù)合構(gòu)件內(nèi)引起S形彎曲而減小臨近芯軸表面的未固化復(fù)合構(gòu)件內(nèi)的局部壓縮力。
[0017]有利地，在該方法中，在使未固化復(fù)合構(gòu)件首先接觸頂點(diǎn)處的芯軸表面之后，執(zhí)行在波狀外形上成型未固化復(fù)合構(gòu)件。
[0018]有利地，在該方法中，所述成型通過(guò)使未固化復(fù)合構(gòu)件從頂點(diǎn)處沿著未固化復(fù)合構(gòu)件逐漸向外地成型到芯軸表面上而執(zhí)行。
[0019]有利地，在該方法中，當(dāng)未固化復(fù)合構(gòu)件首先接觸頂點(diǎn)處的芯軸表面時(shí)，所述未固化復(fù)合構(gòu)件具有預(yù)選的方位姿態(tài)，并且當(dāng)在芯軸表面的波狀外形上成型未固化復(fù)合構(gòu)件時(shí)，未固化復(fù)合構(gòu)件的外部區(qū)段的方位姿態(tài)被維持基本平行于預(yù)選的方位姿態(tài)。
[0020]有利地，在該方法中，使未固化復(fù)合構(gòu)件成型包含使未固化復(fù)合構(gòu)件彎曲成逐漸變小的曲率半徑。
[0021]本發(fā)明的另一方面提供了由該方法壓實(shí)的復(fù)合構(gòu)件。
[0022]本發(fā)明的又一方面提供了一種在芯軸表面的波狀外形上成型復(fù)合縱梁期間控制未固化復(fù)合縱梁的褶皺的方法，包含將復(fù)合縱梁與芯軸表面的波狀外形的頂點(diǎn)對(duì)準(zhǔn)；并且使復(fù)合縱梁接觸芯軸表面的頂點(diǎn)；以及將復(fù)合縱梁從頂點(diǎn)向下成型到芯軸表面上。
[0023]有利地，在該方法中，從頂點(diǎn)成型復(fù)合縱梁包含從頂點(diǎn)抵靠芯軸表面向下并且逐漸向外地彎曲復(fù)合縱梁。
[0024]有利地，在該方法中，從頂點(diǎn)成型復(fù)合縱梁包含維持復(fù)合縱梁的末端與芯軸表面之間的基本恒定的關(guān)系。
[0025]有利地，在該方法中，使復(fù)合縱梁成型是通過(guò)區(qū)域成型和沖擊成型之一執(zhí)行的。
[0026]有利地，該方法進(jìn)一步包含在復(fù)合縱梁內(nèi)安裝柔性壓實(shí)機(jī)；將復(fù)合縱梁連接到壓實(shí)機(jī)；以及使用壓實(shí)機(jī)以使復(fù)合縱梁接觸芯軸表面的頂點(diǎn)，并且將復(fù)合縱梁從頂點(diǎn)向下成型到芯軸表面上。
[0027]有利地，在該方法中，將復(fù)合縱梁連接到壓實(shí)機(jī)是通過(guò)使用吸力執(zhí)行的。
[0028]有利地，在該方法中，將復(fù)合縱梁從頂點(diǎn)向下成型到芯軸表面上是使用壓實(shí)機(jī)執(zhí)行的，并且通過(guò)允許將復(fù)合縱梁的材料壓縮到壓實(shí)機(jī)內(nèi)，控制復(fù)合縱梁的褶皺。
[0029]有利地，在該方法中，將復(fù)合縱梁從頂點(diǎn)向下成型到芯軸表面上是使用壓實(shí)機(jī)執(zhí)行的，并且該壓實(shí)機(jī)被用于促進(jìn)復(fù)合縱梁內(nèi)褶皺的基本均勻分布。
[0030]本發(fā)明的另一方面提供了具有通過(guò)該方法產(chǎn)生的受控褶皺的復(fù)合縱梁。
[0031]本發(fā)明的又一方面提供了將未固化復(fù)合構(gòu)件成型到固化工具中的波狀外形凹槽內(nèi)的方法，包含將未固化復(fù)合構(gòu)件連接到壓實(shí)機(jī)；使用壓實(shí)機(jī)以使未固化復(fù)合構(gòu)件首先接觸沿波狀外形凹槽的波狀外形的頂點(diǎn)處的固化工具；使用壓實(shí)機(jī)以便使未固