CN103182783A

CN103182783A - 用于制造具有变化厚度的复合材料的工件的方法

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Publication number: CN103182783A
Application number: CN2012105915775A
Authority: CN
Inventors: 亚历杭德罗·费尔南德斯·阿隆索; 阿奎利诺·加西亚·加西亚; 卡洛斯·罗蒙·巴诺贡; 弗朗西斯科·哈维尔·奥诺拉托·鲁伊斯; 乔治·胡安·加利亚纳·布兰科; 巴勃罗·赛沃利亚·加罗费; 佩德罗·诺格罗莱斯·瓦因斯
Original assignee: Airbus Operations SL
Current assignee: Airbus Operations SL
Priority date: 2011-12-29
Filing date: 2012-12-31
Publication date: 2013-07-03
Also published as: ES2415773B1; EP2610047A1; ES2415773R1; ES2415773A2; US20130168009A1

Abstract

提供了一种用于制造具有变化厚度的复合材料的工件的方法。方法包括第一堆叠阶段和第二定形和干燥阶段，其中，在所述第二阶段，在受到厚度变化影响的区域之外，使用成形工具（29），其适合于工件（11）的配置；在所述第一阶段，所述工件的一个或多个预成型件（21、23）依次地堆叠有具有产生所述厚度变化所需的尺寸的一些织物（31、33）、可剥离材料的一些压层（35）、以及一些补充的织物（41、43），其方式使得所产生的层具有适于成形工具（29）的所需厚度，并且在所述第二阶段结束时，移除来自所述补充的织物（41、43）以及可剥离的材料的压层（35）的压层（45、47）。

Description

用于制造具有变化厚度的复合材料的工件的方法

技术领域

本发明涉及制造复合材料工件的方法，并且更具体而言，涉及用于具有边缘区域的航空结构的由复合材料制成的工件的制造方法，具有最小的厚度和/或厚度急剧变化。

背景技术

目前，尤其在航空工业中，在大量不同的结构元件内，大规模地使用包括有机基质和连续纤维的材料，尤其例如，碳纤维增强塑料或CFRP，以及玻璃纤维增强塑料或GRFP。

例如，使用CFRP，可制造包括飞机升力面（肋条、桁条、翼梁（spar）、以及蒙皮）的载荷传递箱（load transfer box）的所有元件。

沿着翼展的方向，使用桁条加强形成载荷传递箱的一部分的蒙皮，这就提高了蒙皮的屈曲特性以及阻力，具有不同的横断面，例如，T、I或J形的横断面。由于增强板元件具有更大的惯性，所以桁条（stringer）元件的整个高度有利于稳定面板。

通常，桁条部署成彼此平行，从而形成所确定的角度，均具有前翼梁和后翼梁。这种配置能够使桁条处于主载荷方向，并且在最重要的结构区域内，增大桁条的数量。

桁条具有这种平行的配置以及这两个翼梁彼此不平行的事实，使得桁条接近翼梁时，由于存在所述翼梁，所以桁条受到干扰。

由于桁条抵靠前翼梁向上延伸或者由于任何其他原因，所以在结束之后且在延伸出（未加强的）蒙皮面板之前，桁条的端部使得载荷的重新分布由桁条和蒙皮所支撑。这就产生了两个主要的影响：

-由于向上或向下弯曲加强的蒙皮，会产生张紧和压缩的情况，所以桁条伸出（脱离）时，蒙皮的结构配置的离散变化会产生桁条脱离的力矩，该力矩易于剥离桁条和蒙皮之间的连接线。

-同时，必需通过连接线，重新分布载荷，从而在桁条脱离之后，将桁条所承受的载荷移动到蒙皮中。高载荷级别（例如，机翼上经受的载荷级别）的情况会损害连接线的阻力。

在机翼的侧向载荷传递箱的盖体内，蒙皮和桁条之间的共同结合的接点在高载荷的情况下承受几百吨的高载荷，接近一些临界区域内其最大的结构载荷，例如，机翼内桁条的脱离区域的情况。由于两个主要的影响造成的高剥离载荷，所以这些共同结合的接头可就在桁条基部（foot，底部）处断裂：第一个影响在于，消除了桁条芯部，这就在桁条脱离时，引起剥离力，在完全消除芯部的位置具有载荷峰值；第二个影响在于，由于桁条基部脱离，这就在桁条基部结束的位置，产生切割载荷峰值。在普通的桁条脱离的配置中，桁条的基部和芯部在相同的位置中结束，并且所述负荷重叠，影响到接头的结构可靠性。

从结构上看，在其边缘区域逐渐减小桁条的基部和芯部的厚度，这有助于解决所述问题，然而，由于这涉及到厚度的减小与通常用于制造桁条的成形工具不匹配，所以这会引起制造问题。

在由复合材料制成的其他工件（在某个区域内，其厚度急剧变化）内，可发现相似的问题。

本发明的目的在于解决这些问题。

发明内容

本发明的一个目的在于，提供一种用于制造复合材料的工件（11）的方法，所述工件在其一区域中具有厚度变化，并且尤其在厚度非常小的接近其端部的边缘区域上。

本发明的另一个目的在于，提供一种用于制造由复合材料制成的工件方法，所述工件在工件的区域内具有厚度变化，并且尤其在边缘区域上，相同设备用于制造不具有厚度变化的工件。

利用用于制造在其区域内具有厚度变化的复合材料的工件的方法，获得这些和其他目的，所述方法包括第一堆叠阶段和第二定形和干燥阶段，在所述第二定形和干燥阶段中，在受到所述厚度变化影响的所述区域之外，使用成形工具，所述成形工具适合于所述工件的构造；。在所述堆叠阶段的第一子阶段中，利用具有产生所述厚度变化所需的尺寸的一些织物来堆叠所述工件的一个或多个预成型件。在所述堆叠阶段的第二子阶段中，具有可剥离材料的压层使用在所述第一子阶段得到的堆叠上。在所述堆叠阶段的第三子阶段中，在受到所述厚度变化影响的区域内，在所述复合材料压层堆叠一些补充的织物，其方式使得所获得的堆叠具有适于成形工具的必需厚度。在所述定形和干燥阶段结束后，分离了成形工具之后，移除从所述补充的织物和可剥离材料的压层（35）得到的压层。

为了获得最好的优点，工件的织物为由CFRP制成的织物，并且补充的织物为由CFRP或GFRP制成的织物。

可适用本方法的复合材料的工件是由芯部和基部构造的航空结构的加强桁条，在桁条的区域内，其厚度变化，并且尤其地，在桁条的边缘区域内，其厚度减小。

在用于制造T形桁条的本发明的方法的一个实施例中，在所述堆叠阶段，利用工件的织物、由可剥离材料制成的一些压层以及一些补充的织物来堆叠两个扁平的预成型件。在所述定形和干燥阶段，在第一子阶段内从所述扁平的预成型件获得一些L形预成型件，并且在所述第二子阶段，从通过连接所述L形预成型件获得的桁条移除从所述补充的织物和可剥离材料的压层获得的压层，从而获得T形桁条。

为了获得最好的优点，T形桁条的厚度变化是，芯部和基部两者的厚度在所述边缘区域减小。

为了获得最好的优点，芯部和基部在所述边缘区域的端部处的厚度减小包括60%至80%之间的相邻区域的厚度。

参看附图，在通过其目标的示范性实施例描述的具体实施方式中，公开了本发明的其他特征和优点。

附图说明

图1显示了用于制造T形复合材料的桁条的已知方法的示意图；

图2显示了根据本发明用于制造T形复合材料的桁条的方法的示意图；

图3显示了在根据本发明的制造具有厚度减小的边缘区域的T形复合材料的桁条的方法中所使用的织物的堆叠；

图4a和4b分别为T形桁条的顶视图和正视图，使用根据本发明的方法由复合材料制造该桁条。

具体实施方式

在航空工业中，众所周知工件的制造工序，其基本上包括第一堆叠阶段和第二成形阶段。

在堆叠阶段，几层复合材料位于适当成形的模具/成形工具内，复合材料例如为预浸材料，其为储存易感纤维增强和聚合物基质的混合物。

这种材料可具有多种形式，并且尤其具有织物的形式。对于热固性基质而言，通常部分地干燥树脂，或者以其他方式达到该树脂的粘度，称为B阶段。

并非随意地放置复合纤维织物，而是将其设置在每个区域内，根据每个区域内支撑工件的力的性质和大小，确定纤维增强（通常为碳纤维）的数量和方向。

在第二阶段，执行成形和干燥工序，其基本上包括，将从第一阶段得到的扁平的压层放置在具有适当几何结构的成形工具或心轴上，并且根据给定周期来施加热量和真空，从而所述压层适于成形工具的形式。

继续采用这种工序，众所周知制造T形桁条的工序，如图1中的示意图所示。

在堆叠阶段，使用由CFRP制成的一些织物31、33，获得一些扁平的预成型件21、23。

这些预成型件21、23经受第一成形子阶段（未显示），在该阶段，获得L形预成型件24、27，然后，使用成形工具29，这些预成型件经受成形和干燥的第二子阶段。在成形和干燥工序结束时，移除成形工具25之后，获得T形桁条11。

下面描述根据本发明制造T形桁条的方法。

本发明要解决的问题涉及，制造具有厚度变化的区域的这些桁条中的一些桁条（在其余桁条内未发现这种厚度变化），或者这种厚度变化包括对于可用成形工具来说织物急剧减少。使用可用的成形工具制造桁条，这会由于未将成形工具调整成适合于桁条的配置，从而引起桁条孔隙度问题。

图2显示了根据本发明的具有很小厚度的边缘区域的T形桁条的制造工序。

在堆叠阶段，应用两个扁平的预成型件21、23。进入图3，可见，在第一子阶段，堆叠用于扁平的预成型件21的CFRP的一些织物31，在到达边缘区域13的端部之前，切割一部分织物，其方式使得逐渐减小厚度；在第二子阶段，可剥离材料的压层35位于织物31上，并且在第三子阶段，堆叠补充的织物41，这些织物可为由CFRP、GFRP或其他材料制成的织物。

利用相似方法，堆叠用于扁平的预成型件23的CFRP的一些织物33，在到达边缘区域13的端部之前，切割一部分织物，从而逐渐减小厚度；可剥离材料的压层35位于织物33和补充的织物43上方，这些织物可为由CFRP、GFRP或其他材料制成的织物。

该定形（成形）和干燥子阶段与图1中的定形和干燥子阶段相似。在定形和干燥阶段结束时，移除成形工具29时，获得具有恒定厚度的边缘区域的桁条11'，并且通过移除与所述补充的织物41、43及可剥离材料的压层35相应的压层45、47，从中获得所需要的桁条11。

图4a和4b显示了根据本发明的工序制造的T形桁条11的边缘区域，具有厚度减小的芯部53和基部51，与蒙皮55结合。桁条11的芯部53的边缘部分显示了制造之后产生的切口。

本发明的优点在于，需要制造具有厚度减小的边缘区域或剧削薄的芯部53的桁条时，在其边缘或另一个区域内，无需修改成形工具29。

本发明的另一个优点在于，避免了在桁条的边缘区域的制造缺陷，尤其是孔隙度缺陷。

虽然已经根据若干个实施例描述了本发明，但是根据所述实施例，必需理解的是，能够具有部件的组合、变化或改进，这在本发明的范围内。

Claims

1.一种用于制造复合材料的工件（11）的方法，所述工件在其一区域中具有厚度变化，所述方法包括第一堆叠阶段和第二定形和干燥阶段，其特征在于：

-在所述第二定形和干燥阶段中，在受到所述厚度变化影响的所述区域之外，使用成形工具（29），所述成形工具适于所述工件（11）的形状；

-在所述堆叠阶段的第一子阶段中，堆叠所述工件的一个或多个预成型件（21、23），所述预成型件具有产生所述厚度变化所需的尺寸的一些织物（31、33）

-在所述堆叠阶段的第二子阶段中，在从所述第一子阶段得到的堆叠物的顶部上使用可剥离材料的压层（35），

-在所述堆叠阶段的第三子阶段中，在受到所述厚度变化影响的区域内，在所述复合材料压层（35）的顶部上堆叠一些补充的织物（41、43），使得所获得的堆叠物具有适于成形工具（29）的必需厚度，

-在所述定形和干燥阶段结束时移除成形工具（29）之后，从所述补充的织物（41、43）和可剥离材料的压层（35）中移除所获得的压层（45、47）。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述织物（31、33）是由CFRP制成的织物，并且所述补充的织物（41、43）是由CFRP或GFRP制成的织物。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述工件（11）是航空结构的加强桁条，所述加强桁条包括芯部和基部。

4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述桁条（11）是T形的。

5.根据权利要求4所述的方法，其中，在所述堆叠阶段期间，两个扁平的预成型件（21、23）被堆叠有织物（31、33）、由可剥离材料制成的一些压层（25）以及一些补充的织物（41、43），在所述定形和干燥阶段中，在第一子阶段中由所述扁平的预成型件（21、23）获得一些L形预成型件（25、27），并且在所述第二子阶段中，从通过连接所述L形预成型件（25、27）获得的桁条（11'）移除由所述补充的织物（41、43）和可剥离材料的压层（35）获得的L形压层（45、47），从而获得T形桁条（11）。

6.根据权利要求5所述的方法，其中，在桁条（11）的边缘区域（13）上发生所述厚度变化。

7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述厚度变化是，芯部（53）和基部（51）两者的厚度在所述边缘区域（13）内减小。

8.根据权利要求7所述的方法，其中，芯部（53）和基部（51）在所述边缘区域（13）的端部处的厚度减小包括相邻区域（15）的厚度的60%至80%之间。