工具和使用該工具形成由復(fù)合材料制成的部件的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及用來形成由復(fù)合材料制成的部件的工具，并且涉及使用所述工具來形成由復(fù)合材料制成的部件的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]根據(jù)第一已知實(shí)施例，由復(fù)合材料制成的部件由預(yù)浸有樹脂的纖維的層片生產(chǎn)。在稱為鋪設(shè)的第一步驟中，纖維的層片被布置在模具10中，該模具成形與其接觸的該部件的表面并且包括圍繞纖維層片的外周的固定的邊界塊體12，該固定的邊界塊體成形如圖1中所示的該部件的邊緣面。
[0003]在第二步驟期間，該纖維層片經(jīng)受溫度和壓力循環(huán)以便獲得固結(jié)的部件。在這個第二步驟期間，當(dāng)溫度超過某一臨界值時，該樹脂軟化，并且在覆蓋物的壓力的作用下，該樹脂流向該部件的外周。結(jié)果，在冷卻之后，獲得的部件的高度傾向于從該部件的中間向著該部件的邊緣面減小。稱為自由邊緣效應(yīng)的這種現(xiàn)象意味著在聚合或固結(jié)之后獲得部件14，如圖1中描繪的。
[0004]其最終橫截面為基本上矩形的這個部件14包括矩形中心部分和梯形橫截面的外周區(qū)域16，該外周區(qū)域的寬度X易于根據(jù)該部件和該材料的厚度而變化。
[0005]在后面的步驟中，該部件14被邊緣修剪以移除梯形橫截面的外周區(qū)域16。
[0006]結(jié)果，根據(jù)這個第一實(shí)施例，有必要考慮自由邊緣效應(yīng)并且增加大致形狀的尺寸使得寬度X小于邊緣處的要被移除的區(qū)域的寬度。
[0007]這個第一實(shí)施例是不盡人意的，因?yàn)樗婕霸黾铀貌牧系牧?，并且更具體地被機(jī)加工的材料的量，并且這傾向于增加原材料成本和生產(chǎn)成本。
[0008]最后，這個過程違反設(shè)法獲得尺寸盡可能接近完工部件的尺寸的大致形狀的制造方法所遵循的目前趨勢。
[0009]文獻(xiàn)FR-2961739提出一種旨在限制自由邊緣效應(yīng)的方案。在那個文獻(xiàn)中，在聚合或固結(jié)階段之前，至少一個另外層片被布置在該部件的邊緣的表面以便補(bǔ)償樹脂的迀移。
[0010]雖然該方案使得可以限制自由邊緣效應(yīng)，但它導(dǎo)致由復(fù)合材料制成的部件的質(zhì)量的增加。
[0011]根據(jù)另一方面，由復(fù)合材料制成的部件通常包括通孔以允許例如緊固件穿過。
[0012]根據(jù)第一過程，這些孔在聚合或固結(jié)之后通過使用切割工具進(jìn)行刺穿而形成。
[0013]切割工具用于刺穿具有的缺點(diǎn)是，它切割該纖維并且增加分層的危險。結(jié)果，為了預(yù)料與使用切割工具的刺穿關(guān)聯(lián)的部件的機(jī)械性質(zhì)的遞減，布置在該表面上的另外的纖維層片或玻璃織物被布置在該孔的區(qū)域中。這個方案是不盡人意的，因?yàn)樗鼘?dǎo)致由復(fù)合材料制成的部件的質(zhì)量的增加。
[0014]根據(jù)第二過程，該孔通過在聚合之前將用于它們的每一個的插入件布置在模具中而形成。這個過程實(shí)施起來相對復(fù)雜并且這傾向于增加生產(chǎn)成本。此外，它不保證孔的精確定位。
[0015]文獻(xiàn)FR-2926745提出第三過程，該第三過程用來在聚合或固結(jié)之后在由復(fù)合材料制成的部件中制造孔，而同時限制這對該部件的機(jī)械性質(zhì)的影響。該第三過程涉及在要制造孔的位置處局部地加熱該部件，使用針來分離該纖維并且推回塑性狀態(tài)的樹脂基體直到實(shí)現(xiàn)希望的孔橫截面，然后冷卻該部件，在希望的橫截面處保持基體被推回的且該纖維被分離。
[0016]這個過程被限制到熱塑性基體并且不能用于熱固性基體。此外，有必要在固結(jié)或聚合階段之后提供另外的步驟。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0017]通過消除固結(jié)或聚合階段之后的某些步驟，諸如邊緣修剪和刺穿步驟，本申請?jiān)O(shè)法補(bǔ)救現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)。
[0018]為了這個目的，本發(fā)明的一個主題是用來形成由復(fù)合材料制成的部件的工具，所述工具包括:模具，該模具被構(gòu)造用來接收嵌在樹脂中的纖維的預(yù)成型件，所述樹脂具有臨界溫度，在該臨界溫度以上，所述樹脂軟化；和壓實(shí)膜，該壓實(shí)膜被構(gòu)造用來覆蓋布置在模具中的預(yù)成型件，該工具的特征在于它包括:
[0019]至少一個剛性元件，該至少一個剛性元件占據(jù)休止位置，在該休止位置中它不與預(yù)成型件接觸，并且該至少一個剛性元件預(yù)期在使用中占據(jù)活動位置，在該活動位置中它與預(yù)成型件接觸；
[0020]至少一個彈性復(fù)位裝置，該至少一個彈性復(fù)位裝置與該剛性元件關(guān)聯(lián)并且被構(gòu)造用來將剛性元件推到活動位置中并且將它保持在其中；和
[0021]至少一個熱熔元件，所述至少一個熱熔元件與所述彈性復(fù)位裝置關(guān)聯(lián)并且被構(gòu)造用來克服所述彈性復(fù)位裝置的作用將所述剛性元件保持在所述休止位置中，只要所述樹脂的溫度低于所述臨界溫度。
[0022]該工具使得可以在固結(jié)或聚合階段期間施加壓力，該壓力如果被施加到該部件的邊緣面，則使得可以限制自由邊緣效應(yīng)的出現(xiàn)，且/或如果以直角被施加到該纖維，則允許具有尖的端部的剛性元件穿透該預(yù)成型件以便制造孔。此外，這種構(gòu)造以相對于樹脂的狀態(tài)同步的簡單設(shè)計(jì)允許剛性元件開始運(yùn)動。
[0023]根據(jù)第一替代形式，該剛性元件是邊界塊體，該邊界塊體包括側(cè)表面，該側(cè)表面基本上垂直于預(yù)成型件布置在其上的模具的表面，該側(cè)表面預(yù)期在使用中與預(yù)成型件的邊緣面的一部分接觸。
[0024]這種替代形式使得可以避免自由邊緣效應(yīng)。
[0025]根據(jù)一個實(shí)施例，所述彈性復(fù)位裝置是彈性板，所述彈性板包括:第一側(cè)邊緣，所述第一側(cè)邊緣相對于所述模具不可移動；和第二側(cè)邊緣，所述第二側(cè)邊緣與所述邊界塊體接觸。所述熱熔元件是管，所述管插在所述模具和所述彈性板之間并且由一種材料制成，該材料的熔點(diǎn)基本上與所述臨界溫度相同。
[0026]根據(jù)另一替代形式，所述剛性元件是包括尖的端部的穿孔元件，所述穿孔元件被設(shè)計(jì)用來在所述預(yù)成型件中制造孔并且沿與要被制造的所述孔的軸線對準(zhǔn)的方向向著所述預(yù)成型件取向，所述模具包括通孔，所述通孔的軸線與要被制造的所述孔的軸線對準(zhǔn)，并且所述工具包括墊板，所述墊板具有孔或外殼，所述孔或外殼允許所述穿孔元件通過，所述孔或外殼的軸線與要被制造的所述孔的軸線對準(zhǔn)。
[0027]作為優(yōu)選，每一個穿孔元件被安裝成能夠在與要被制造的所述孔的軸線對準(zhǔn)的引導(dǎo)件中滑動。根據(jù)一個實(shí)施例，該引導(dǎo)件是空心氣缸，支撐穿孔元件的活塞在該空心氣缸中滑動，并且該彈性復(fù)位裝置是螺旋壓縮彈簧，該螺旋壓縮彈簧被布置在所述活塞和第一端部壁之間，該第一端部壁被設(shè)置在所述空心氣缸的一個端部。所述熱熔元件是管，所述管在所述休止位置中圍繞所述穿孔元件布置并且插在所述活塞和所述模具之間，并且所述管由一種材料制成，該材料的恪點(diǎn)基本上與所述臨界溫度相同。
[0028]根據(jù)一種構(gòu)造，該工具包括:
[0029]包括尖的端部的至少一個穿孔元件，所述至少一個穿孔元件被設(shè)計(jì)用來在所述預(yù)成型件中制造孔并且沿與所述孔的軸線對準(zhǔn)的方向向著所述預(yù)成型件取向，所述穿孔元件被安裝成能夠在與要被制造的所述孔的軸線對準(zhǔn)的引導(dǎo)件中滑動，所述引導(dǎo)件包括空心氣缸，支撐所述穿孔元件的活塞在所述空心氣缸中滑動；
[0030]被制造在所述模具中的至少一個通孔和被制造在所述工具的墊板中的至少一個孔或外殼，所述通孔的軸線和所述孔或外殼的軸線與要被制造的所述孔的軸線對準(zhǔn)；
[0031]至少一個螺旋壓縮彈簧，所述至少一個螺旋壓縮彈簧被布置在所述活塞和第一端部壁之間，所述第一端部壁被設(shè)置在所述空心氣缸的一個端部；和
[0032]至少一個熱恪元件，所述至少一個熱恪元件在所述休止位置中圍繞所述穿孔元件布置并且插在所述活塞和所述模具之間，并且所述至少一個熱熔元件由一種材料制成，該材料的熔點(diǎn)基本上與所述臨界溫度相同。
[0033]本發(fā)明的另一主題是一種使用根據(jù)本發(fā)明的工具來形成由復(fù)合材料制成的部件的方法。
[0034]根據(jù)第一替代形式，該方法的特征在于它包括以下步驟:當(dāng)樹脂的溫度超過臨界溫度時，施加壓力到預(yù)成型件的至少一個邊緣面。
[0035]根