CN104093549A - 用于将设备附接到由复合材料制成的结构的方法和系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种将固定板放置在复合材料制成的结构上的方法，通过在真空条件下注入树脂获得所述结构，所述技术包括：将纤维预制体(14)放置在闭合模具中；将热固树脂注入到模具中；以及在冷却之前使得树脂聚合，所述方法应用于在将纤维预制体放置到合适位置中之前抵靠模具壁安装金属板(20)，并且在树脂注入到模具中之后树脂沉积在固定板和纤维预制体之间。方法可以特别地应用于将设备固定在航空发动机的燃气涡轮机的复合材料风扇罩上。

Description

用于将设备附接到由复合材料制成的结构的方法和系统
技术领域
本发明整体涉及将设备固定在复合材料上的总领域。
本发明的应用领域中的一个是用于航空发动机的燃气涡轮机的复合材料风扇罩，所述风扇罩具有多件安装在其上的设备。
背景技术
在燃气涡轮机航空发动机中，风扇罩承担若干功能。风扇罩限定了进入到引擎中的进气通道，风扇罩支撑面向风扇叶片末端的磨损材料，风扇罩支撑可选的声波吸收器结构，用于在引擎入口处实施声学处理，并且风扇罩包括或者支撑可选的遮蔽件，用于遮挡碎片。
由复合材料，特别通过在真空条件下注入树脂(也称作树脂传递模型(RTM))的技术来制造风扇罩已经成为惯例。在这种制造技术中，纤维预制体以叠置层的方式卷绕在形成注射模具的缠绕心轴上。一旦已经闭合模具，便将热固树脂注入到模具内部，然后使其聚合。在风扇罩冷却之后使得风扇罩脱模。可以参照描述了这种方法实施方式的文献EP 1 961 923。
风扇罩还支撑多件设备，诸如，例如，用于保持管道的凸缘和用于附件(探测器等)的支撑件。通常仅仅通过固定螺钉抵靠风扇罩的面中的一面安装这种设备。不幸地，由于固定螺钉旋拧到其中的制成在复合材料中的螺纹的保持力欠佳(特别地与制成在金属材料中的内螺纹相比)，因此这种类型的组件不够坚固。凭借旋拧到风扇罩中的衬套不能解决问题，这是因为将这种衬套放置到合适位置中同样需要在形成在复合材料中的孔中形成螺纹。
发明内容
因此本发明的主要目的是通过提出这样的方法来减轻缺陷，所述方法是为了将设备固定到复合材料结构上而将固定板放置在复合材料结构上的合适位置中以及呈现相当大的保持力。
根据本发明，通过这样的方法来实现此目的，该方法将固定板放置在由复合材料制成的结构上的方法，通过在真空条件下注入树脂的技术获得所述结构，所述技术包括：将纤维预制件放置在闭合模具中；将热固树脂注入到所述模具中；以及在冷却之前使所述树脂聚合，所述方法包括在将所述纤维预制件放置到合适位置中之前抵靠所述模具壁安装金属固定板，所述固定板在处于所述模具中的合适位置中的同时与所述纤维预制件的面中的一面相接触，并且所述树脂在注入到所述模具中的同时沉积在所述固定板和所述纤维预制件之间。
利用这种方法，能够通过将固定板定位在模具中确保固定板的精确位置。此外，通过使用注入到模具中的热固树脂，固定板有利地粘附固定在复合材料结构上。结果，将固定板固定到复合材料不需要特别的粘接步骤，这是因为由注入的树脂实施粘合。
可以通过保持螺钉和夹紧楔形件抵靠模具壁安装固定板。在这种情况下，在树脂已经聚合之后并且在树脂冷却之前完全收回保持固定板的螺钉。因此，能够避免发生固定板保持附接到模具的任何风险。
本发明还提供了一种将设备固定在复合材料制成的结构上的方法，所述方法包括：抵靠如上所述的复合材料结构的面中的一面放置金属固定板的步骤，所述固定板设置有螺纹孔；在复合材料结构中形成与固定板中的螺纹孔对准的平滑孔口的步骤；抵靠复合材料结构的与固定有固定板的面相对的面施加待固定的设备的步骤；和通过将螺钉构件旋拧穿过复合材料结构并且旋拧到固定板中的螺纹孔中而将待固定的设备固定在复合材料结构上的步骤。
利用这种固定方法，复合材料结构夹在一侧的固定板和另一侧的待固定的设备之间。因此固定设备的螺钉位于螺纹孔中，所述螺纹孔形成在金属元件中，即，固定板中。与直接旋拧到复合材料结构中的情况相比，这赋予更大的保持强度。
优选地，在钻制复合材料结构的步骤期间在固定板中形成螺纹孔。而且，固定板的螺纹孔可以与用于抵靠模具壁的固定板的保持螺钉穿过的孔相同。
本发明还提供了如上所述的方法应用在将设备固定在航空发动机的燃气涡轮机的复合材料风扇罩上的用法。
本发明还提供了一种用于将设备固定在复合材料结构上的装置，所述装置包括：金属固定板，所述金属固定板固定在复合材料结构的面中的一面上并且设置有与形成在复合材料结构中的平滑孔口对准的至少一个螺纹孔；和螺钉构件，所述螺钉构件用于穿过待固定的设备和复合材料结构并且用于旋拧到固定板的螺纹孔中，抵靠复合材料结构的面施加所述待固定的设备，所述面与固定有固定板的面相对。
有利地，通过在制造复合材料结构期间使用的热固树脂将固定板粘合固定在复合材料的面上。而且，固定板的螺纹孔可以与用于抵靠模具壁的固定板的保持螺钉穿过的孔相同。
附图说明
从参照示出了不具有限制特征的实施例的附图的以下描述中本发明的其它特征和优势变得显而易见。在所述附图中：
图1示出了根据本发明的用于通过RTM方法制造风扇罩的固定方法的一个步骤；
图2示出了图1中示出的固定方法的另一个步骤；
图3示出了在图1和图2的方法结束时获得的固定装置；和
图4示出了根据本发明的固定方法的变型实施方式。
具体实施方式
本发明涉及将设备固定在由复合材料制成的结构上。因此本发明应用于由复合材料制成且需要将设备固定在其上的任何零件。
本发明的优选(但非排他)的应用领域涉及将设备固定在用于航空发动机的燃气涡轮机的复合材料风扇罩上。
由复合材料制成的风扇罩包括纤维增强件(例如，由碳、玻璃、芳纶或者陶瓷纤维制成)，聚合物基底(例如，环氧树脂、双马来酰亚胺、或者聚酰亚胺)增大所述纤维增强件的密度。通常通过在真空条件下注入树脂的已知为RTM的技术制造风扇罩。
以已知方式，RTM技术包括预先形成三维编织件以便在开卷卷筒(take-off drum)上形成纤维织物。然后将纤维织物以叠置层的形式卷绕在注射模具的心轴上，所述心轴呈现出这样的轮廓：所述轮廓对应于待制造的风扇罩的轮廓。通过在预制体上施加反向模闭合注射模具，并且在低压力的条件下将树脂注入到模具内部。在聚合步骤之后，获得纤维坯料，在脱模并且机械加工成所需风扇罩的最终形状之前冷却所述纤维坯料。
图1示出了在如上所述的RTM技术期间使用的用于由复合材料制造风扇罩的注射模具的心轴10的一部分。心轴10连同两块端板12一起呈现这样的轮廓外表面：所述轮廓外表面对应于待制造的风扇罩的轮廓。
纤维预制体14已经卷绕在心轴上，以便紧密贴合其轮廓并且其端部部分16升高，以抵靠端板12，以便形成对应于待制造的风扇罩的凸缘的预制体部分。因此通过应用反向模(countermold)18将纤维预制体保持在合适位置中。
根据本发明，在将纤维预制体放置到心轴10上的合适位置中之前，抵靠模具壁安装金属固定板20，在已经制成风扇罩之后，所述板后续用于将设备固定到风扇罩。
更加精确地，在图1和图2的实施例中，在将纤维织物卷绕在心轴上之前，将固定板20安装在心轴10的外侧表面上。
固定板20由例如铝、钢等的金属材料制成。通过保持螺钉22和夹紧楔形件24将固定板安装在心轴的外侧表面上，所述保持螺钉22从内侧穿过心轴，所述夹紧楔形件用于当以这种方式安装时将固定板锁定在合适位置中。
密封垫片26定位在心轴上，位于固定板的每个纵向端部处，以便在RTM技术的树脂注入步骤期间防止树脂渗透到心轴的外侧表面和固定板的内侧表面之间。
一旦已经将固定板20安装在心轴的外侧表面上，则能够将纤维织物以多层叠置层的方式卷绕在心轴上。
反向模18闭合注射模具，然后在低压条件下注入热固树脂。树脂特别地沉积在固定板20的外侧表面和纤维预制件14的内侧表面之间。聚合步骤特别地用于使得已经沉积在这个位置中的树脂硬化，然后树脂作为固定板和在这个步骤结束时获得的纤维坯料之间的粘合剂。因此，在不需要使用特殊粘合剂的前提下将固定板固定到纤维坯料。
在RTM技术的冷却步骤之前从注射模具移除用于保持固定板20的螺钉22。为此，一旦已经实施聚合步骤，并且在冷却步骤之前，操作者通过转动四分之一转旋松固定螺钉并且使得夹紧楔形件24(利用棒)运动，以便使得其阶梯部28与保持螺钉齐平(图2中的虚线)。然后能够完全释放保持螺钉。
一旦已经实施RTM技术的冷却步骤之后，则打开注射模具(移除反向模18，见图2)，并且使得用于罩的纤维坯料14'例如沿着图2中的箭头F的方向脱模。
在用于修整目的的机械加工之后，获得理想聚合材料的罩100，其中，金属固定板20粘接到其内侧面(图3)。使用适当的钻制工具，形成贯穿固定板的螺纹孔30，并且同样地形成贯穿罩的平滑孔32，平滑孔与固定板中的螺纹孔对准。
应当指出的是，固定板20的这种螺纹孔30可以与事先形成的用于抵靠模具壁的固定板的保持螺钉22穿过的孔相同。
根据本发明的固定方法，然后能够使用穿过罩并且旋拧到固定板中的螺纹孔30中的固定螺钉36将设备34固定在罩100的外侧面附近。
图4示出了变型实施例，其示出了如何将设备固定在风扇罩的内侧表面上。
在这个变形方案中，固定板20需要安装在罩的外侧表面上。为此，在将纤维预制件14放置到心轴10上的合适位置之前，通过从外侧穿过反向模的保持螺钉(可能借助于如图1和2所示的夹紧楔形件)或通过暂时粘合剂(例如，包括增粘剂)抵靠反向模10的内侧表面安装固定板20。
此外，可以在反向模中在固定板周围形成凹陷部18a。在注入树脂步骤期间，这个凹陷部用于形成固定板周围的纯树脂珠，以增强其在罩上的附接程度。
一旦已经将固定板20安装在反向模的内侧表面上，纤维织物便能够作为多层叠置层卷绕在心轴上，并且能够以与先前描述的实施方式相同的方式继续实施RTM技术。

Claims (10)

1.一种将固定板放置在由复合材料制成的结构上的方法，通过在真空条件下注入树脂的技术获得所述结构，所述技术包括：将纤维预制件(14)放置在闭合模具中；将热固树脂注入到所述模具中；以及在冷却之前使所述树脂聚合，所述方法包括在将所述纤维预制件放置到合适位置中之前抵靠所述模具壁安装金属固定板(20)，所述固定板在处于所述模具中的合适位置中的同时与所述纤维预制件的面中的一面相接触，并且所述树脂在注入到所述模具中的同时沉积在所述固定板和所述纤维预制件之间。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，通过保持螺钉(22)和夹紧楔形件(24)抵靠所述模具壁安装所述固定板。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，在所述树脂已经聚合之后并且在所述树脂冷却之前收回保持所述固定板的螺钉。
4.一种将设备固定在由复合材料制成的结构上的方法，所述方法包括：
·抵靠如权利要求1至3中的任意一项所述的复合材料结构(100)的面中的一面放置金属固定板(20)的步骤，所述固定板设置有螺纹孔(30)；
·在所述复合材料结构中形成平滑孔口(32)的步骤，所述平滑孔口与所述固定板中的所述螺纹孔对准；
·抵靠所述复合材料结构的与固定有所述固定板的面相对的面施加待固定的设备(34)的步骤；和
·凭借旋拧螺钉构件(36)穿过所述复合材料结构并且进入到所述固定板的所述螺纹孔中将待固定的设备固定在所述复合材料结构上的步骤。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，在钻制所述复合材料结构(100)的步骤期间形成所述固定板(20)中的所述螺纹孔(30)。
6.根据权利要求4或者5所述的方法，其中，所述固定板(20)的所述螺纹孔(30)与用于抵靠模具壁的固定板的保持螺钉(22)穿过的孔相同。
7.根据权利要求4至6中的任意一项所述的方法应用在将设备固定在航空发动机的燃气涡轮机的复合材料风扇罩上的用法。
8.一种用于将设备固定在复合材料结构上的装置，所述装置包括：金属固定板(20)，所述金属固定板固定在所述复合材料结构(100)的面中的一面上并且其设置有至少一个螺纹孔(30)，所述螺纹孔与形成在所述复合材料结构中的平滑孔口(32)对准；螺钉构件(36)，所述螺钉构件用于穿过待固定的设备(34)和所述复合材料结构并且用于旋拧到所述固定板的所述螺纹孔中，抵靠所述复合材料结构的与固定有所述固定板的面相对的面施加所述待固定的设备。
9.根据权利要求8所述的装置，其中，通过在制造所述复合材料结构期间使用的树脂将所述固定板粘合固定在所述复合材料结构的面上。
10.根据权利要求8或者9所述的装置，其中，所述固定板(20)的所述螺纹孔(30)与用于抵靠模具壁的固定板的保持螺钉(22)穿过的孔相同。
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