CN103302863B - 由复合材料制成的部件的制造方法及其实施工具 - Google Patents

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Abstract

本发明的目的是提供一种复合材料零件的制造方法，复合材料零件由预浸渍树脂的纤维的预制件(50)制成，其特征在于，该方法包括：‑将预制件(50)放置到工具(54)的置放表面上，所述工具具有周边肩部(68)；‑将所述预制件(50)覆盖有由在所述预制件(50)的整个周边上延伸超过预制件的周边侧面(58)的周边边缘(66)限定的整形板(62)；‑使用已被校准的垫片(79)以定位整形板(62)，所述垫片被设置在周边肩部(68)的支撑表面(72)和整形板(62)的周边边缘(66)之间；‑移除已被校准的垫片(79)；‑环绕预制件(50)设置密封装置连接整形板(62)和工具(54)；‑聚合预制件(50)。

Description

由复合材料制成的部件的制造方法及其实施工具
技术领域
本发明涉及一种由复合材料制成的部件的制造方法及其实施工具。本发明更具体地涉及一种飞机机身框架的制造方法。
背景技术
根据图1所示的一个实施例，机身框架10具有Z形横截面的轮廓，其中心部分被称作芯部12，其形成完整的或部分的环。该型材包括第一翼状部14和第二翼状部16，第一翼状部14指的是设置在芯部12的内边缘区域的内翼状部并垂直于后者，第二翼状部16指的是设置在芯部12的外边缘区域的外翼状部并且也垂直于后者。
在文献FR2.928.295中描述了由复合材料制成这种框架的制造方法。
根据该文献，首先，堆叠三个预浸渍纤维层而制成大致矩形的条带，每一层具有沿着某一方向定向的纤维，该条带包括具有不同定向的纤维的层，具有以30°定向的纤维的层，具有以90°定向的纤维的层以及另一个具有以150°定向的纤维的层。
其次，将纤维层的条带设置在由可变形的材料制成的心轴上，再压紧在该心轴上，以便于与其形状相适应。
该可变形的心轴能够在直线位置和曲线位置之间变形，但是存在不可压缩的或者在一定程度上不可压缩的横向截面。
接着，将该设置在由可变形材料制成的心轴上的变形的条带与已加热的工具接触，该已加热的工具在其外围具有径向部分，该径向部分具有与心轴的横向部分互补的轮廓。因此，在弯曲过程中，该条带被压紧并使其经受温度上的增加。
在第一条带设置就位之后，切割具有三个预浸渍的纤维层的第二条带以被设置在另一个可变形的心轴上，然后被压紧在后者上。
然后，在该由可变形材料制成的心轴上变形的第二条带与依然放置在工具上的第一条带接触，再相对第一条带压紧。
为了得到框架，如前所述，在聚合该组件之前有必要在各自的顶部将几个条带连接从而成形。
更常规地，根据一种操作模式，为了由复合材料制成部件，如图2所示，首先，通过在工具24的置放表面22上以一个在另一个之上的方式堆叠层20来制成预浸渍纤维的预制件18，然后，该预制件18经受聚合过程。
本发明尤其涉及这种聚合过程，在聚合过程中，该预制件18由衬垫26遮盖。
在功能层面，该衬垫26必须：
-提供与预制件的一个表面相适应的几何形状；
-确保预制件被外部压力压紧；
-允许包含在预制件内的气体排出；并且
-允许在最小化热梯度的同时加热预制件。
根据一个实施例，工具24包括用于气体排放的装置，其通过至少一个开口28打开，该至少一个开口位于由在该预制件遮盖的区域之外的、但与所述区域相距的距离不远的置放表面的区域。
该衬垫26包括：
-整形板30，其外围边缘32相对该预制件的外围边缘(或侧面)34稍稍往回设置；
-引流织物36，其设置在预制件18和整形板30的外围处，在气体排放装置的开口28的区域与置放表面22接触；
-分模层38，其覆盖该整形板30；
-引流毡40，其覆盖整形板30和引流织物36；以及
-囊状物42，其在引流织物36的外围通过密封装置44连接到置放表面22上。
在衬垫被设置就位后，该预制件经受聚合过程，在聚合阶段后，纤维嵌入到树脂基体内，同时伴随发生有该预制件的收缩，其导致厚度减少大约5-12％。
现有技术的衬垫26并不是完全地令人满意的，由于以下原因：
将衬垫的不同的层设置就位是冗长的和繁重的，如果待遮盖的表面是非可展曲面则更为严重。
考虑其复杂性，衬垫的设置就位仅能被手动完成并且不能被自动完成。
不同的衬垫元件在采购时以及在它们的寿命终结时回收利用它们时都是昂贵的。
当与衬垫接触的部件表面是非可展曲面时，在聚合过程中囊状物的破裂风险就是不容忽视的，这导致了不合格的部件。
最终，这种类型的衬垫并未保证对由衬垫覆盖的表面的几何形状的控制，由于以下原因：
首先，施加到整形板的一个表面上的外部压力在其周围与由预制件施加到该预制件的相反表面上的反作用力不是完全相等的。因为整形板仅与预制件接触，所以由于力的差值该整形板并不稳固而且可以稍稍移动，这意味着可能没有考虑到几何公差(更具体地，那些与厚度有关的几何公差)。
其次，当整形板的外表面是非可展曲面时，该囊状物在整形板上施加力，其可以并不是根据标准严格地定向并且引起所述整形板的变形或位移，这意味着可能没有考虑几何公差(更具体地，那些与厚度有关的几何公差)。
发明内容
因此，本发明旨在通过提供一种由复合材料制造部件的方法来克服现有技术的缺点，该方法在限制不顾及尺寸公差的风险的同时可以使制造成本降低。
为此，本发明的目的在于提供一种复合材料部件的制造方法，该复合材料部件由预浸渍树脂的纤维的预制件制成，其特征在于，其包括：
-将所述预制件放置到工具的置放表面上，所述工具具有外围肩部，所述外围肩部限定了其尺寸大于所述预制件的尺寸的区域，以便于安置所述预制件，所述外围肩部包括与所述置放表面隔开间距值为H的支撑表面；
-将所述预制件覆盖有衬垫，所述衬垫包括由外围边缘限定的整形板，所述外围边缘在所述预制件的整个外围上延伸超过所述预制件的外围侧面，所述整形板和所述外围肩部的尺寸使得所述整形板的外围边缘的下表面面对所述肩部的支撑表面；
-使用已被校准的垫片，以定位所述整形板，所述垫片具有与所述预制件的收缩值基本上相同的厚度，所述垫片被设置在所述支撑表面和所述外围边缘之间；
-移除所述已被校准的垫片；
-环绕所述预制件布置连接所述整形板和所述工具的密封装置；
-聚合所述预制件。
附图说明
根据对本发明的描述，其他的特征和优点将是显而易见的，下面，参考附图，仅通过非限制性示例的方式进行说明，其中：
-图1为飞机机身框架的一部分的透视图；
-图2为根据现有技术的复合材料部件在聚合过程中使用的工具的截面图；
-图3为根据本发明的复合材料部件在聚合过程中使用的工具的截面图；以及
-图4为截面图，其详细地示出了外围肩部。
具体实施方式
图1示出了型材形式的机身框架10，该型材具有Z形截面，该型材的中央部分被称作芯部12，该芯部12形成完整的或部分的环。该型材包括第一翼状部14和第二翼状部16，该第一翼状部14指的是设置在该芯部12的内边缘区域的内翼状部并且垂直于后者，该第二翼状部16指的是设置在芯部12的外边缘区域的外翼状部并且也垂直于后者。
为了给出数量级，该芯部具有80mm的高度，大约4-6mm的厚度。该翼状部具有大约30mm的宽度。
本发明并不限于这种截面形状并且也不限于这种应用。本发明可以用于制造不同形状的部件。
大体上，如图3所示，复合材料部件由预浸渍有树脂的纤维的预制件50而制得，该预制件50设置在工具54的置放表面52上并且被下表面(与该置放表面52接触)、上表面56和外围侧面58限定。
置放表面52必须具有与待制造的部件的被称作第一表面的表面的轮廓互补的轮廓。同时，该预制件的上表面56必须具有预定的轮廓，以使得，在聚合之后考虑到收缩现象，上表面56与待制造的部件的第二表面对应并顾及与第一表面的尺寸公差，尤其与厚度有关的尺寸公差。
根据一种制造方法，通过堆叠纤维层得到该预制件50。然而，本发明并不限于这种制造预制件的方法。
为了执行聚合过程，该预制件50由衬垫60覆盖。
该衬垫60包括整形板62，其下表面64具有与待制造的部件的第二表面的轮廓互补的轮廓。该整形板62是实心的从而是以现有技术的囊状物的方式气密封的。
整形板62由外围边缘66所限定。
根据本发明，在预制件50的整个外围上，该外围边缘66延伸超过该预制件的外围侧面58。
同时，该置放表面52包括外围肩部68，该外围肩部68限定了其尺寸大于预制件50的尺寸的区域以便于容纳该预制件。外围肩部68(在图4中详细地示出)一方面包括第一表面70，该第一表面70优选地垂直于置放表面52，并且在预制件50的外围的至少一部分上与外围侧面58间隔开，外围肩部68另一方面包括被称作支撑表面72的第二表面，其与该置放表面52以值为H的距离间隔开并且大致平行于后者。
该整形板62和外围肩部68具有适于将整形板62的外围边缘66的下表面面向该肩部的支撑表面72的尺寸。
优选地，在待制造的部件的外围周围，外围肩部68的高度H小于并且优选地等于待制造的部件的侧面的高度。因此，在聚合之前，在支撑表面72和整形板62之间具有游隙j，其对应于预制件50的收缩值。通过示例的方式，该游隙等于预制件侧面的高度的约5-12％，即收缩值。在聚合过程结束时，整形板62的外围边缘66与肩部的支撑表面72接触，这考虑到所保证的侧面高度。
在聚合过程中，具有这种肩部限制了整形板的移动，并且尤其在聚合过程结束时为了保证顾及到了尺寸公差。
在预制件50周围，该衬垫60还包括连接整形板62和工具54的密封装置。
根据一个实施例，这些密封装置包括柔性条带74，其在整形板62的整个外围上延伸，该柔性条带74的一个横向边缘覆盖整形板62的外围边缘66，而另一横向边缘与在支撑表面72的区域的工具54接触。第一外围密封接头76被夹在柔性条带74和整形板62的外围边缘66的上表面之间，而第二外围密封接头78被夹在柔性条带74和支撑表面72之间。
工具54包括已被校准的垫片79，其厚度大致与该预制件的收缩值相等。这些设置在支撑表面72和整形板的外围边缘66之间的已被校准的垫片79允许校正其定位。这些垫片在聚合开始之前被移除。
工具54包括气体排出装置，其通过置放表面52的位于肩部68的表面70和预制件50的周边侧面58之间的区域上的至少一个开口80而开设。优选地，工具54包括若干开口80，它们分布在预制件的外围上，这些开口80在预制件的整个外围上延伸的外围空腔82的区域上开设，空腔82由置放表面52、预制件的侧面58、整形板62以及肩部68的表面70限定。这样的布置易于排放包含在预制件内的气体。
根据一个实施例，该工具可以包括用于在聚合过程结束时引射(injecting)预制件内气体的装置，如专利申请FR-2.959.158所示。优选地，开口80可以被用于引射气体。
根据本发明，由于待定位的元件数量有限，即先定位整形板62，再定位柔性条带74以及它的接头76和78，则衬垫的安置就位就变得更容易了。
考虑有限数量的元件以及整形板的刚性，该衬垫的安置就位可以，至少在一部分上，是自动化的。
这些元件可以被使用几次而且它们的采购和回收利用成本与现有技术的那些元件相比大大地减少了。
根据另一个优点，因为整形板在聚合过程结束时支撑在肩部上，所以整形板是完全不能移动的并且被定位，所以顾及了尺寸公差。
根据另一个优点，已被校准的垫片易于整形板的定位。

Claims (9)

1.一种由预浸渍有树脂的纤维的预制件(50)来制造复合材料部件的方法，所述预制件由下表面、上表面(56)和外围侧面(58)限定，所述方法特征在于，其包括：
-将所述预制件(50)放置到工具(54)的置放表面上，所述工具具有外围肩部(68)，所述外围肩部限定了其尺寸大于所述预制件(50)的尺寸的区域，以便于安置所述预制件，所述外围肩部(68)包括与所述置放表面(52)隔开间距值为H的支撑表面(72)；
-将所述预制件(50)覆盖有衬垫，所述衬垫包括由外围边缘(66)限定的整形板(62)，所述外围边缘在所述预制件(50)的整个外围上延伸超过所述预制件的所述外围侧面(58)，所述整形板(62)和所述外围肩部(68)的尺寸使得所述整形板(62)的所述外围边缘(66)的下表面面对所述肩部的所述支撑表面(72)；
-使用已被校准的垫片(79)来定位所述整形板(62)，所述垫片具有与所述预制件的收缩值基本上相同的厚度，所述垫片被设置在所述外围肩部(68)的所述支撑表面(72)和所述整形板(62)的所述外围边缘(66)之间；
-移除所述已被校准的垫片(79)；
-环绕所述预制件(50)布置连接所述整形板(62)和所述工具(54)的密封装置；
-聚合所述预制件(50)。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法包括使用具有外围肩部(68)的工具(54)的步骤，所述外围肩部的高度H等于待制造的所述部件的侧面高度。
3.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述方法包括排出外围空腔(82)内的气体的步骤，所述外围空腔(82)在所述预制件的所述整个外围上延伸，所述空腔(82)由所述置放表面(52)、所述预制件的所述侧面(58)、所述整形板(62)和所述肩部(68)限定。
4.一种用于由预浸渍有树脂的纤维的预制件(50)来制造复合材料部件的工具，所述预制件(50)由下表面、上表面(56)和外围侧面(58)限定，所述工具的特征在于，其包括：
-适于接收所述预制件(50)的置放表面(52)，所述置放表面具有外围肩部(68)，所述外围肩部限定了其尺寸大于所述预制件(50)的尺寸的区域，以便于容纳所述预制件，所述外围肩部(68)包括与所述置放表面(52)隔开间距值为H的支撑表面(72)；
-衬垫(60)，其包括适于覆盖所述预制件(50)的整形板(62)，所述整形板由在所述预制件(50)的整个外围上延伸超过所述预制件的所述外围侧面(58)的外围边缘(66)限定，所述整形板(62)和所述外围肩部(68)的尺寸使得所述整形板(62)的所述外围边缘(66)的下表面面对所述肩部的所述支撑表面(72)；
-密封装置，其环绕所述预制件(50)来连接所述整形板(62)和所述工具(54)；
-垫片，其被校准以定位所述整形板(62)，所述垫片具有与所述预制件的收缩值基本上相等的厚度，所述预制件适于布置在所述肩部的所述支撑表面(72)和所述整形板(62)的所述外围边缘(66)之间。
5.根据权利要求4所述的工具，其特征在于，所述肩部(68)的高度H等于待制造的所述部件的侧面高度，并且所述支撑表面(72)和所述整形板(62)之间的游隙等于所述预制件(50)的收缩值。
6.根据权利要求4所述的工具，其特征在于，连接所述整形板(62)和所述工具(54)的所述密封装置包括柔性条带(74)，所述柔性条带(74)在所述整形板(62)的整个外围上延伸，所述柔性条带(74)的一个横向边缘覆盖所述整形板(62)的所述外围边缘(66)，而另一横向边缘与所述支撑表面(72)接触。
7.根据权利要求5所述的工具，其特征在于，连接所述整形板(62)和所述工具(54)的所述密封装置包括柔性条带(74)，所述柔性条带(74)在所述整形板(62)的整个外围上延伸，所述柔性条带(74)的一个横向边缘覆盖所述整形板(62)的所述外围边缘(66)，而另一横向边缘与所述支撑表面(72)接触。
8.根据权利要求4至7中任一项所述的工具，其特征在于，所述工具包括气体抽取装置，其经由至少一个开口(80)开口到位于所述肩部(68)和所述预制件(50)的所述外围侧面(58)之间的所述置放表面(52)的区域上。
9.根据权利要求8所述的工具，其特征在于，所述工具包括若干开口(80)，所述若干开口在所述预制件的所述外围上分布并且开口到在所述预制件的整个外围上延伸的外围空腔(82)的区域内，所述空腔(82)由所述置放表面(52)、所述预制件的所述侧面(58)、所述整形板(62)和所述肩部(68)限定。
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