CN101111354A - 用于固化复合工件的混合式工具 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于固化复合工件的混合式工具(1)，包括：由具有高热扩散性的金属材料制成的支撑结构(3)；基板(31)，所述基板与要固化的工件具有相同表面几何形状，由INVAR 36或NILO 36制成；位于支撑结构(3)和基板(31)之间的中间结构(21)，该中间结构具有单元结构，每个单元的各个面都足够轻，以在固化周期期间使基板(31)下部的空气易于流动；以及把中间结构(21)固定到支撑结构(3)上而允许所述中间结构和所述支撑结构自由膨胀的装置。

Description

用于固化复合工件的混合式工具
技术领域
本发明涉及一种用于固化复合工件的工具，更具体地，涉及一种用于固化复合工件的钢及热固性合金混合式工具。
背景技术
材料在提供目标工件的几何形状的模具中的热压罐(autoclave)中的层叠和其随后的固化需要用于固化复合工件。在固化周期期间，树脂分子之间发生键连，从而获得所需的材料机械特性。这就需要使材料在热压罐内经受温度压力周期，并且将片材限制在耐压密闭工具上的外壳内且由真空袋来封闭。
考虑到材料自身和工具的热膨胀系数，在树脂硬化的温度下，工具的几何形状必须是工件最终的几何形状。工具几何形状的校正系数用于说明这种效果，增加了工具设计的困难。理想情况是使用一种用于制造工具的材料，其中所述工具具有与固化时的工件所产生的膨胀系数相同的膨胀系数，在这种情况下，从树脂固化的时刻，在冷却期间工件的几何形状优选适配工具，并且工具上描绘的基准在工件上标记在其正确的位置上。这必须适合的情况是，用于制造工具的材料必须尽可能的具有最小的热质量，且具有特定的机械和耐久性的特征以允许工具用于工业过程中，特别是包括使工具经受蒸养周期(autoclave cycle)而不失去上述的特征。
尤其，尽管诸如商业上称为INVAR36、NILO 36的这些热固性金属材料相对于也用于工具的其它传统的金属材料(例如，构造钢(construction steel))具有一系列缺点，然而所述热固性金属材料的使用可获得用于制造用于高压蒸气养护的工具所必需的特征。下面必须列出会影响工艺的相比最重要的缺点：较少的机械特征、较差的扩散性、较大的热质量、以及非常高的原材料成本。
发明内容
本发明提出一种工具，所述工具令人满意地解决了前述问题，尤其是用于航空工业中所需的大型工具的情况。
根据本发明，所述工具包括：
-支撑结构，所述支撑结构用具有高热扩散性的金属材料(例如，构造钢)制成；
-基板，所述基板与要固化的工件具有相同的表面几何形状，并且由诸如INVAR 36或NILO 36的热固性金属材料制成；
-中间结构，所述中间结构位于支撑结构和基板之间，具有装蛋纸箱型的单元结构，并且由诸如INVRA 36或NILO 36的热固性材料制成；以及
-把中间结构固定到支撑结构上并允许所述中间结构和所述支撑结构自由膨胀的装置。
一方面，工具用低价材料制成，该材料具有高热扩散性以获得合适的热机械性能，另一方面，热固性金属材料的使用表面允许制造复合工件，而不存在由于工件和工具具有不同的膨胀系数而产生的限制。
可获得具有上述结构的具有最小的热质量的工具，减少了所需原材料，继而具有足够的结构刚性，使得工件的几何形状是正确的，该工具尤其具有用于航空工业中的大型工具所需的特征。
本发明的其它特征和优点从下述关于附图对其目的的实施例的详细说明将可以理解。
附图说明
图1是显示形成本发明的工具的三个基本元件的示意图；
图2是本发明的工具的一个转角及其装配部件的透视图；
图3是本发明的工具的支撑结构的透视图；
图4是本发明的工具的支撑结构的转角部的细节视图；
图5和图6分别是本发明的工具的中间结构的透视图和平面图；
图7是本发明的工具的中间结构的转角部的细节视图；
图8是显示中间结构固定到支撑结构的透视图；
图9是形成将中间结构固定到支撑结构的装置的不同元件的分解透视图；
图10是形成将中间结构固定到支撑结构的装置的不同元件的侧视图；以及
图11示意性地显示用于将中间结构固定到支撑结构的螺栓的狭缝结构。
具体实施方式
根据本发明的用于固化的工具1首先包括优选用构造钢制成的支撑结构3以及用于增加提升点面积的横梁(没有呈现)，其中所述支撑结构具有带有腹板(web)中的六边形减重孔9的两个纵向梁5、7，所述纵向梁安装有优选由电焊钢(electrowelded steel)制成的横向管11和对角斜管13。
用诸如INVAR-36、NILO 36或类似材料的热固性合金制成的撑牢的中间结构2 1、以及位于所述中间结构上的基板30被布置在支撑结构3上，其中所述基板也是用热固性合金制成并被加工成要固化在接触工具的表面上的工件的几何形状。
在支撑结构3形成时进行加工的优选用钢制成的校平板(leveling plate)17、19被焊接到支撑结构3的梁5、7的凸缘15上，并且在所述凸缘之下，以通过底板17获得支撑结构3的支撑平面，以及通过顶板19获得中间结构21的支撑和参考平面。
因此，焊接在该梁之下的校平板17限定了支撑结构3的支撑、校平和定心点。
用热固性合金板焊接形成的基板31被焊接在中间结构21上，其中所述基板优选形成为使其适合最终所需的表面。当加工基板31时，所述基板的整个表面上必须耐高温。
中间结构21必须被设计成使得在高压釜养护周期(autoclave curing cycle)期间使基板31下面的空气易于流动。优选结构是图7中详细显示的结构，所述结构通过横向支架23和纵向支架25形成有大的内部减重孔。
基板31在横向支架23上的支撑和焊接分开进行。在支撑点之间的支架的形状是圆弧29，其保证在减重孔和支架轮廓之间的最小的指定距离。基板31在纵向支架25上的支撑和焊接与在横向支架上的支撑和焊接的方式相同。
周边支架优选在底面的整个周边上适配基板31的形状，其中所述支架通过断续的焊珠(weld bead)焊接到所述基板上。
中间结构21通过优选用青铜制成的滑轨35被支撑在支撑结构3上，其中所述滑轨通过焊接(断续的焊珠)到横向支架23上的角铁37连接到中间结构上。滑轨通过螺钉39连接到角铁37上。
所述中间结构21在支撑结构3上的支撑发生在焊接及加工到支撑结构3的梁5、7的上部凸缘15上的校平板17上，所述校平板形成所有滑轨35的共用支撑平面。
中间结构21在支撑结构3上的固定通过螺栓41来实现，所述螺栓通过角铁37、滑轨35、校平板17和梁5、7的凸缘15，通过紧固在梁的一侧的螺母43在滑轨35和支撑所述滑轨的校平板17之间留有余量A。
螺栓41的结构必须允许两个结构3、21独立地自由膨胀，使得在任何膨胀状态下，工具的纵轴和横轴的方向都能得以保持(在膨胀期间基板的膨胀中心保持固定)。这可以通过在和滑动板和角铁中留有狭缝45来获得。确定狭缝45的尺寸必须考虑狭缝的方向必须为同膨胀中心47和螺栓41的中心的连接线的方向。
滑轨35和角铁37上的狭缝45必须具有足够的长度，使得固定在校平板17和梁5、7的凸缘15中的螺栓41的轴可以在整个固化周期中不受干扰地滑动。
基板31必须包含板上制成的开口中焊接(密封焊接)的热固性合金块，以使工具在板上的连接点的钻削不会损失紧密性。
包括在下述权利要求所限定的范围内的任何修改都可以引入上述的优选实施例中。

Claims (5)

1.一种用于固化复合工件的工具(1)，其特征在于，所述工具包括：
a)支撑结构(3)，所述支撑结构由具有高热扩散性的金属材料制成；
b)基板(31)，所述基板与要固化的工件具有相同的表面几何形状，并且由热固性金属材料制成；
c)中间结构(21)，所述中间结构位于支撑结构(3)和基板(31)之间，具有单元结构，每个单元的侧面都足够轻以在固化周期期间使在基板(31)下面的空气易于流动，所述中间结构由热固性金属材料制成；以及
d)将中间结构(21)固定到支撑结构(3)上的装置，所述装置允许所述中间结构和所述支撑结构自由膨胀。
2.根据权利要求1所述的用于固化复合工件的工具，其特征在于，通过减轻的纵向支架(25)和横向支架(23)构成中间结构(21)。
3.根据前述权利要求所述的用于固化复合工件的工具，其特征在于，支撑结构(3)是由通过横向元件(11、13)连接成双T-形的两个纵向梁(5、7)形成，所述梁包含由钢制成的多个校平板(17、19)，所述校平板被焊接在所述梁的凸缘(15)上，以构造其底部支撑表面和其上的中间结构(21)的支撑平面。
4.根据权利要求3所述的用于固化复合工件的工具，其特征在于，把中间结构(21)固定到支撑结构(3)上的所述装置包括校平板(17)上的滑轨(35)和螺栓(41)，其中所述滑轨通过螺钉(39)连接到焊接到横向横梁(25)上的角状元件(37)上，所述螺栓通过所述滑轨和所述角状元件，并经由在滑轨(35)和角状元件(37)上具有狭缝结构的开口穿过校平板(17)和梁(5、7)的上部凸缘(15)，并且所述滑轨和所述角状元件的纵轴朝着基板(31)的膨胀中心(47)取向。
5.根据权利要求1所述的用于固化复合工件的工具，其特征在于，基板(31)包括焊接在其上的开孔中的热固性合金块，以使得可在不丧失紧密性的情况下将所述工具连接在板(31)上。
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