CN101674986B - 制造加强板的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种制造加强板的方法和用于在这种方法中使用的基准部件。所述方法包括用夹具保持所述板；用所述夹具保持基准部件；将所述板和所述基准部件与桁条接合；以及将所述桁条接合到所述板上。优选地，使用添加法来形成所述基准部件。通过以一系列的层来生成所述基准部件，能够选择每层的形状以使所述基准部件的形状或尺寸能够被优化。

Description

制造加强板的方法
技术领域
本发明涉及一种用于制造加强板的方法和设备，以及用于在这种方法中使用的基准部件。
背景技术
桁条尖端(stringertang)是从桁条的端部纵向延伸的金属突片部。此突片部被用作参考基准并且其中具有螺栓孔。此尖端固定到夹具(其是相对于板的已知基准)上的参考点，因此在空间上使桁条相对于板定位。桁条尖端本身允许桁条拴接到夹具并且由夹具在结构上支撑。因而，桁条相对于板定位于正确的位置。
然后桁条被铆接或紧固到板上，随之通过从夹具中除去板和桁条而使整个组件从夹具中释放。然后将尖端切断并且在它们周围的区域进行处理以除去所有的凸起物或粗糙的边缘。这是费时并且费力的工序。
发明内容
本发明的第一方面在于提供一种制造加强板的方法，所述方法包括：
用夹具保持所述板；
用所述夹具保持基准部件；
将所述板和所述基准部件与桁条接合；以及
将所述桁条接合到所述板，
其中，所述基准部件已经通过添加法制造。
本发明的第一方面消除了对桁条尖端的需求。即，所述基准部件使所述桁条能够相对于所述板定位在正确位置而不需要所述桁条形成有尖端。具有不同形状和尺寸的基准块能够在制造单个板时使用，每个基准块均是特制的以适合各自的桁条。在这种情况下，所述方法包括：用所述夹具保持多个基准部件，至少两个所述基准部件具有不同的形状或尺寸；将所述板与多个桁条接合；将每个所述基准部件与各自的一个所述桁条接合；以及将所述桁条接合到所述板。
添加法用来形成所述基准部件。通过以一系列的层来生成所述基准部件，每层的形状均能被选择以使所述基准部件的形状或尺寸能够被优化。
本发明的第二方面在于提供一种用于在本发明的第一方面的所述方法中的基准部件的制造方法，所述基准部件的制造方法包括用添加法制造所述基准部件。
通常，每层均通过将来自头部的能量和/或材料引导至建造区域的选择部分而生成。所述头部和所述建造区域在生长过程期间可保持固定：例如所述头部可具有固定的激光器阵列和/或喷嘴阵列，所述激光器和/或喷嘴遍布整个所述建造区域并且按需要被调整以将能量和/或材料引导至所述建造区域的所述选择部分。然而更优选地是，所述方法还包括使所述头部和所述建造区域之间产生相对运动。优选地，此相对运动通过移动所述头部而产生，但是应当理解，该相对运动可能通过移动部件或通过两部分的组合运动来产生。
可使用各种添加制造技术，包括其中所述头部将材料引导至所述建造区域的选择部分的技术，和其中一系列材料层沉积在所述建造区域上并且所述头部将能量引导至每层的选择部分上的技术。
前者的实施例包括熔融沉积模型制造(其中所述头部通过喷嘴挤压出热塑料)和粉末原料制造(其中激光束引导能量以当其传送到所述建造区域时熔化粉末状材料)。这些方法的优点在于：
·将制造过程中材料的消耗量减到最小；
·所述基准部件能由不同于所述部件的材料制成；以及
·所述基准部件能够在制造过程期间相对于所述头部旋转，以便形成复杂的形状。
后者的实施例包括激光塑造工艺(其中激光器用来固化液体光敏聚合物层的选择部分)和粉末层制造(其中一系列的粉末层沉积在所述建造区域上并且每层的选择部分均被激光器熔化)。使用所述头部来将能量传递到之前沉积的材料层的选择部分的优点在于：
·每层的未固结部分能够支撑连续的层，使得能够形成相对复杂的形状。
通常，所述基准部件通过例如在粉末成层方法或粉末原料方法中熔化粉末来形成。
通常，所述桁条在一对端面之间纵向延伸，并且所述基准部件接合所述桁条的一个所述端面。
通常，所述基准块包括一个或多个接合所述桁条的弹性构件。至少一个所述弹性构件可包括柔性悬臂和突出部，所述突出部构造成接合所述桁条以形成卡扣接合。可替代地，或另外，至少一个所述弹性构件可包括柔性弹簧，所述柔性弹簧能够弯曲以解决所述桁条的宽度的微小变化。
通常，所述基准部件包括基座；从所述基座延伸出第一距离的一个或多个高度挡块，以及从所述基座伸延出大于所述第一距离的第二距离的两个或更多个侧部挡块。
所述基准部件可包括基座；一个或多个侧部止位块，所述侧部止位块从所述基座延伸并且朝向所述基座的外围定位；以及一个或多个弹性构件。在这种情况下，所述方法还包括：将所述桁条与所述侧部止位块接合；并且用所述弹性构件将所述桁条固定到所述基准部件。
本发明的第三方面在于提供一种在本发明的第一方面的所述方法中使用的基准部件，所述基准部件包括基座；一个或多个侧部止位块，所述侧部止位块从所述基座延伸并且朝向所述基座的外围定位；以及一个或多个弹性构件。
至少一个所述弹性构件可包括柔性悬臂和突出部，所述突出部构造成接合所述桁条以形成卡口接合。可替代地，或另外，至少一个所述弹性构件可包括柔性弹簧，所述柔性弹簧接合所述桁条并且能够弯曲以解决所述桁条的宽度的微小变化。
本发明的第四方面在于提供一种用于通过本发明的第一方面的所述方法制造加强板的设备，所述设备包括：夹具；和一个或多个基准部件，所述基准部件已经通过添加法制造。
附图说明
现将参照附图描述发明的实施方式，其中：
图1示出了夹具模板、蒙皮以及一组桁条；
图2示出了夹具模板、基准部件以及桁条收尾部(stringerrun-out)；
图3是该基准部件的立体图；
图4是该桁条收尾部和基准部件的立体图；
图5是该桁条收尾部和基准部件的放大立体图；
图6是该桁条收尾部和基准部件的端视图；
图7是模穴套板的立体图；
图8是示出了除去一对端头的该模穴套板的立体图；
图9示出了桁条的另一部分；
图10是图9所示的基准部件的立体图；
图11是图9所示的基准部件的平面图；
图12是替代的基准部件的立体图；
图13是替代的基准部件的立体图；
图14是装配到图13的基准部件上的桁条的立体图；以及
图15示出了粉末层添加制造系统。
具体实施方式
图1示出了在组装形成翼盒的上蒙皮或下蒙皮的加强板中的步骤。翼盒包括上蒙皮和下蒙皮，每个蒙皮均在其内表面上承载一系列桁条，该一系列桁条沿着翼盒在翼展方向上延伸。一系列翼肋在翼弦方向上横跨翼盒而延伸，并且接合到上蒙皮和下蒙皮。每个桁条均具有邻近内侧翼肋(按照惯例称为“翼肋1”)的内侧端(按照惯例称为“桁条收尾部”)和外侧端。
图1示出了三个桁条1-3的内侧收尾部，模板4和蒙皮5。模板4形成夹具的一部分，并且具有与翼盒的“翼肋1”相同的形状和尺寸。蒙皮5被夹具的另一部分(未示出)保持。
如图2所示，基准部件10被模板4保持。注意图1未示出基准部件。L形支架的竖直板11通过紧固件12固定到模板4上，并且基准部件10通过紧固件14固定到L形支架的水平板13上。
图3中详细示出了基准部件10的上表面。板20承载三个桁条高度止位块21、一对弹性夹片22以及在板20外围的四个桁条侧部止位块23-26。左侧止位块23和25形成有弹簧23a和25a。
在基准部件10已经在模板4上固定就位之后，如图2所示，桁条30的内侧端被夹到基准部件上的适当位置。图4和6中最清楚地示出了桁条30的结构。桁条30包括腹板31、一对上凸缘32、33以及一对下凸缘34、35。如图4中最清楚地示出的，上凸缘32、33未达到桁条的端部而结束，并且腹板31具有延伸超过上凸缘32、33的端部的坡形板边36。
当固定到基准部件时，下凸缘34、35的下表面接合桁条高度止位块21，并且下凸缘34、35的侧部和端部接合四个桁条侧部止位块23-26的嵌套面，而且被夹片22固定以防止竖直移动。
如图6中最清楚地可见的，高度止位块21从板20延伸出第一距离，并且侧部止位块23-26从基座延伸出大于第一距离的第二距离。
图5是详细示出一个夹片22的放大立体图。另一个夹片22具有相似的形式并且以相似的方式作用。夹片22具有悬臂27和突出鼻部，该突出鼻部构造成具有弯曲的上边缘28和锐利的下边缘29。当将桁条往下推时，凸缘34的边缘接合弯曲的上边缘28并且悬臂27向后弯。当桁条凸缘34的边缘越过锐利的边缘29时，如图4所示，夹片迅速地弹性回位，以形成将桁条牢固地锁定以防止竖直移动的悬臂卡扣接合。
弹簧23a、25a能够弯曲以解决桁条宽度的微小变化。
图7示出了模穴套板40。一系列这种模穴套板沿桁条长度在间隔开的位置处被夹具保持。模穴套板包括一系列的孔41和位于板的上边缘中的槽口42，该孔41容纳用于将模穴套板固定到夹具的紧固件(未示出)。板的上边缘也承载一对可更换的端头43、44。如图2所示，在桁条30的内侧端已经固定到位之后，模穴套板40通过夹具向桁条移动，直到桁条的上凸缘容纳在槽口42中，并且每个下凸缘34、35均被各自的一个可更换端头43、44接合，该端头43、44将下凸缘34、35压靠在蒙皮上。弹簧47设置在槽口42的一侧。弹簧47通过间隙48与模穴套板的主体分离开，并且能弯曲以解决桁条宽度的微小变化。
如图8所示，每个可更换的端头43、44均具有一对容纳在模穴套板40的上边缘中的孔46中的钉45。这使得在端头由于夹紧压力而随时间的流逝变平的情况下，能够将端头43、44除去并用新的端头取代。此外，端头43、44由比模穴套板40更硬的材料形成，以增加对于这种变平的抵抗力。
图9示出了桁条30的另一部分。在这一处蒙皮相对薄，因此要求与夹具以不同的方法接合。图10和11中详细示出的基准部件被夹具的模板(未示出)保持。基准部件包括从块50延伸出并在其远端承载一对夹片52的臂51，如图9所示该一对夹片52紧夹下凸缘的侧部。块50的上边缘具有一对块53，一个块53形成有弹簧53a，该弹簧53a能够弯曲以解决桁条宽度的微小变化。
图12示出了替代的基准部件60。在这种情况下，基准部件具有接合桁条的下凸缘的端部边缘的端部挡块61，并且桁条的侧部被弹簧62-65接合。注意该基准块没有设置夹片。
图13示出了另外的替代的基准部件70。基准部件70包括承载两个桁条高度止位块72、一对弹性夹片73、以及四个桁条侧部止位块块75-77的板71。止位块76和77形成有弹簧76a和77a。
如图14所示，在基准部件70已经固定就位到夹具的模板81上之后，将桁条80的内侧端装配到基准部件上。模板81代表翼的“翼肋1”-即，内侧翼肋。当固定到基准部件70上时，桁条80的下凸缘的下表面接合桁条高度止位块72，下凸缘被弹性夹片73紧夹，并且上凸缘接合块74、75的嵌套面和弹簧76a、77a。
在桁条已经装配到各种基准部件10、50、60、70上并且模穴套板40已经夹紧就位之后，桁条随后沿其长度通过紧固件(未示出)接合到蒙皮上。基准部件10、50、60、70确保了在紧固件装配之前，桁条通过夹具被精确地保持于正确的位置而靠紧在蒙皮上。
基准部件10、50、60、70和模穴套板40每个都通过图15所示的粉末层添加制造系统以一系列的层的方式生成。粉末层系统通过使激光头横向扫描粉末层并将激光引导至粉末层的选择部分而生成该部分。更具体而言，该系统包括一对容纳粉末状金属材料例如粉末状钛的进料容器90、91。辊子92从一个进料容器中获取粉末(在图15的实施例中，辊子92从右手边的进料容器91中获取粉末)并且在支承构件93上碾压连续的粉末层。然后激光头94在粉末层上进行扫描，并且在该部分的计算机辅助设计(CAD)模型的控制之下开启和关闭来自激光头的激光束，以将粉末熔化成希望的二维图案。然后支承构件93向下移动短的距离(通常为0.1mm量级)，以准备生成下一层。在为了熔化的粉末固化而暂停之后，辊子92继续在支承构件93上碾压另一层粉末而为烧结作准备。因而随着该工序进行，烧结的部分95被构造，并被未固化的粉末部分96支承。在该部分已经完成之后，其被从支承构件93中移出并且未固化的粉末96在回到进料容器90、91之前被反复使用。
图15所示的添加法提供了一种以合适其既定目的的形状和尺寸而精确地制造基准部件10、50、60、70和模穴套板40的方便的方法。不同的基准部件能够通过简单地改变CAD模型来制造。这使得相同的夹具能够用来制造各种各样不同的板结构，以及给予了在制造单个板中利用不同形状和尺寸的基准块的能力，每个基准块均是特制的以适合各自的桁条。
虽然已经参照一个或多个优选实施方式在上文中描述了发明，但是应当理解，在没有脱离如随附的权利要求中限定的发明的范围的情况下，可进行各种改变或变型。

Claims (17)

1.一种制造加强板的方法，所述方法包括：
用夹具保持所述板；
用所述夹具保持基准部件；
将所述板和所述基准部件与桁条接合；以及
将所述桁条接合到所述板，
其中，所述基准部件已经通过添加法制造。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述桁条在一对端面之间纵向延伸，并且其中，所述基准部件接合所述桁条的一个所述端面。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述基准部件具有接合所述桁条的弹性构件。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述基准部件包括基座；一个或多个高度挡块，所述高度挡块从所述基座延伸出第一距离；以及两个或多个侧部挡块，所述侧部挡块从所述基座延伸出大于所述第一距离的第二距离。
5.根据权利要求1或2所述的方法，该方法包括：
用所述夹具保持多个基准部件，至少两个所述基准部件具有不同的形状或尺寸；
将所述板与多个桁条接合；
将每个所述基准部件与各自的一个所述桁条接合；以及
将所述桁条接合到所述板。
6.根据权利要求1或2所述的方法，该方法还包括通过添加法制造所述基准部件。
7.根据权利要求6所述的方法，该方法包括以一系列的层来生成所述基准部件，每层均通过将来自头部的能量和/或材料引导至建造区域的选择部分来生成。
8.根据权利要求7所述的方法，该方法还包括使所述头部和所述建造区域之间产生相对运动。
9.根据权利要求7所述的方法，其中，所述添加法包括将一系列的材料层沉积在建造区域上；并且将来自所述头部的能量引导至每层的选择部分。
10.根据权利要求6所述的方法，其中，所述基准部件通过熔化粉末而形成。
11.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述基准部件包括基座；一个或多个侧部止位块，所述侧部止位块从所述基座延伸并且朝向所述基座的外围定位；以及一个或多个弹性构件，并且其中所述方法包括：
将所述桁条与所述侧部止位块接合；以及
用所述弹性构件将所述桁条固定到所述基准部件。
12.一种基准部件，所述基准部件包括基座；一个或多个侧部止位块，所述侧部止位块从所述基座延伸并且朝向所述基座的外围定位；以及一个或多个弹性构件，其中所述基准部件已经通过添加法制造。
13.根据权利要求12所述的基准部件，该基准部件还包括一个或多个高度挡块，所述高度挡块从所述基座延伸出小于所述止位块的距离。
14.根据权利要求12或13所述的基准部件，其中，至少一个所述弹性构件包括柔性悬臂和突出部，所述突出部构造成当使用时接合桁条以形成卡扣接合。
15.根据权利要求12所述的基准部件，其中，至少一个所述弹性构件包括柔性弹簧，所述柔性弹簧构造成当使用时接合桁条，并且能够弯曲以解决所述桁条的宽度的微小变化。
16.用于通过权利要求1所述的方法制造加强板的设备，所述设备包括：夹具；和一个或多个基准部件，所述基准部件已经通过添加法制造。
17.根据权利要求16所述的设备，其中，所述基准部件包括根据权利要求12至15中的任一项所述的基准部件。
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