CN107076188B - 用来存在于由复合材料制成的零件的表面上的固定器装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种固定器装置(1；11；21；31)，包括：由复合材料制成的主体(2；2’)，该主体包括纤维结构和存在于纤维结构的孔中的基质；以及固定器构件(3；30)，所述固定器构件包括基部(4)和在基部(4)各侧从该基部(4)延伸的固定器片(5a；5b；35a；35b)，固定器片(5a；5b；35a；35b)将限定将第二零件(26)固定在第一零件(25)上的固定区域(Z)，该固定器装置的基部(4)位于主体(2；2’)中，固定器片(5a；5b；35a；35b)穿过主体(2；2’)的表面(S)。

Description

用来存在于由复合材料制成的零件的表面上的固定器装置

技术领域

本发明涉及一种用于将零件固定在一起的装置。

背景技术

为了将零件固定在一起，可以将其中一个零件与一个固定器构件相配合，所述固定器构件限定一固定区域，另一零件将被容纳在所述固定区域中。该固定器构件可以通过粘合剂直接紧固到该零件上。然而，直接粘结在复合材料零件的表面上的固定器构件的粘附性不一定完全令人满意，并且可能发生固定器构件脱开的情况。

因此，存在改进固定器构件对由复合材料制成的零件，特别是改进由复合材料制成的航空发动机的壳体的粘合性的需求。

发明内容

为此，在第一方面，本发明提供一种固定器装置，用于存在于由复合材料制成的第一零件的表面上，以便能够将第二零件固定在第一零件，该固定器装置包括：

·由复合材料制成的主体，其包括纤维结构和存在于纤维结构的孔中的基质；以及

·固定器构件，其包括基部和从所述基座的任一侧延伸的固定器片，所述固定器片用于限定固定区域，所述固定区域用于将所述第二零件固定在第一零件，所述固定器装置的基部存在于主体中，以及固定器片突出穿过该主体的表面。

因此，本发明包括使用固定器装置，其中固定器构件嵌入由复合材料制成的主体中。作为例子，主体可以由有机基质复合材料(OMC)材料或陶瓷基质复合材料(CMC)材料制成。作为例子，当主体由有机基质复合材料制成时，所述主体可以具有通过模制而获得的由热塑性材料制成的基质，纤维结构构成基质的加强。主体用于使固定器构件紧固在第一零件。本发明有利地获得了固定器构件与第一零件的粘附性，所述粘结性与其中固定器构件直接粘合到第一零件的情况相比得到了改善，这是由于固定器构件经由复合材料制成的主体紧固到了第一零件。

在一个实施例中，固定器装置的基部可以插入在至少一个第一密化纤维层和至少一个第二密化纤维层之间，第二纤维层具有一开口，固定器片延伸穿过该开口。

特别是，具有开口的至少一个第三密化纤维层可以存在于第一纤维层和第二纤维层之间，固定器构件的基部被容纳在第三纤维层中的开口中。

这种配置有利地使得可以限制或甚至消除与固定器构件的基部的厚度相关联的固定器装置中的额外厚度。

在一个变型中，纤维结构可是通过三维编织获得的一纤维结构。

在一个实施例中，固定器片可被配置为使第二零件能够被夹紧到第一零件。在一个变型中，固定器片可被配置为限定夹紧套环，所述夹紧套环适于通过将其夹紧到第一零件来固定第二零件。

在一个实施例中，该装置还可以包括一个或多个定心桩，所述定心桩存在于装置的表面上，所述表面与固定器片穿过的表面相对。

在一个实施例中，固定器构件通常为弹簧夹的形式。

本发明还提供了一种由复合材料制成的零件，所述零件在其表面上具有如上所限定的固定器装置。

该零件可构成航空发动机的壳体。

固定器装置可以通过一层粘合剂紧固到该零件。

本发明还提供了一种组件，其包括如上所限定的第一零件和使用固定器装置固定到第一零件的第二零件。

作为例子，第二零件可以是管、电缆或阻燃被件。

本发明还提供一种安装有如上所限定的组件的飞机。

本发明还提供一种制造如上所限定的固定器装置的方法，该方法包括以下步骤：

a)向存在于模腔中的至少一个纤维结构施加压力，所述纤维结构包括：

·固定器构件；以及

·至少一个第一浸渍纤维层和至少一个第二浸渍纤维层，固定器构件的基部存在于第一和第二浸渍纤维层之间，第二浸渍纤维层具有一开口，固定器片穿过该开口，所述第二浸渍纤维层的中心部面向固定器构件的基部，第二浸渍纤维层的侧部位于所述中心部的任一侧；

在步骤a)过程中施加的压力施加在第二浸渍纤维层的中心部和侧部上；以及

b)实施热处理，以在第一和第二层的孔中形成基质，从而获得固定器装置，在步骤b)过程中维持在步骤a)过程中施加的压力。

这样的方法是有利的，因为它可以在限制孔隙现象和干燥区域的同时获得对固定器装置的侧部和中心部的均匀挤压。这有利地使得可以在施加热处理之后获得用于固定器构件的插入的良好的平整度。

在一个实施方案中，纤维结构可以存在于支撑件和底部块之间，固定器片延伸穿过该底部块，底部块在步骤a)过程中施加压力至第二浸渍纤维层的侧部。

在一个实施方案中，底部块可以通过将两个半块组装在一起而形成，两个半块在将所得到的固定器装置从模具中取出的同时在固定器片的任一侧上相互分离。

在一个实施方案中，至少在步骤b)过程中，模腔可被抽成真空。

在一个实施方案中，纤维结构还可以包括至少一个具有开口的第三浸渍纤维层，该第三纤维层存在于第一纤维层和第二纤维层之间，固定器构件的底部被容纳在第三个纤维层的开口中。

在一个实施方案中，纤维结构可以存在于支撑体上，面向纤维结构的支撑件的表面具有多个盲孔。

该实施方案是有利的，因为它可以例如由于组合物而在固定器装置的表面上形成定心桩，该组合物在固定器装置的制造过程中浸渍流入盲孔中的层。

在一个实施方案中，可以同时处理多个纤维结构。

附图说明

本发明的其他特征和优点从以下对作为非限制性例子给出的本发明的具体实施方案的描述和参考附图而显而易见，其中：

图1是本发明的固定器装置的第一元件的图；

图2是本在其表面上具有图1固定器装置的本发明的零件的视图；

图3至图6是表示本发明的固定器装置的变型的视图；

图7至图9是表示制造本发明的固定器装置的方法的实施方案的视图；以及

图10和11表示在制造本发明的固定器装置过程中适合使用的元件的细节。

具体实施方式

图1显示本发明的固定器装置1的第一例子。图1的固定器装置1包括由复合材料制成的主体2，该主体2包括在其孔中具有基质的纤维结构。作为例子，该主体可以是具有有机基质的复合材料或具有陶瓷基质的复合材料。固定器装置1还包括固定器构件3，固定器构件3包括基部4和从基部4的任一侧延伸的固定器片5a和5b。固定器构件3可以由金属材料制成。在图1所示的例子中，固定器构件3的基部4存在于第一密化纤维层10a和第二密化纤维层10b之间，第二纤维层10b具有固定器片5a和5b延伸穿过的开口。在朝向基座4的方向上，每个固定器片5a或5b形成弯曲部分6a或6b，并突出穿过主体2的表面S。固定器装置1将设置在由复合材料制成的第一零件25的表面S'上。这种结构在图2中显示，其中固定器装置1经由一层粘合剂20紧固到第一零件25的表面S'上。然而，该结构不是必需的，如下文所阐述的那样。例如，第一零件可以是航空发动机的壳体，该壳体由例如具有有机基质的复合材料或具有陶瓷基质的复合材料制成。装置1的固定器片5a和5b限定一固定区域Z，第二零件26被容纳在该固定区域Z中，以固定到第一零件25上。

在图1所示的示例中，固定器装置1是弹簧夹的通常形式。换句话说，当从固定器片5a和5b的端部7a和7b朝向主体2的表面S行进时，接头5a和5b之间的距离d开始减小，然后增加，然后减小。

如图1所示，固定器片5a和5b的长度l的主要部分(超过50％)从主体2突出。

在该结构中的固定器片5a和5b设置为夹在第二零件26上。为此，第二零件26经由端部7a和7b朝向表面S插入到片5a和5b之间，直到被夹紧在区域Z中。在所示例中，区域Z存在于两个区域Z₁和Z₂之间，其中在片5a和5b之间的距离d为最小。该夹持使得第二零件能够通过使用固定器装置而被固定在第一零件上。

图3显示出本发明的固定器装置11的一种变型。以与图1相同的方式，固定器构件3的基部4存在于第一密化纤维层10a与第二密化纤维层10b之间，第二密化化纤维层具有固定器片5a和5b延伸穿过的开口。在图3的例子中，在第二纤维层10b和第一纤维层10a之间存在至少一个第三密化纤维层10c。该第三纤维层10c具有一个通孔，固定器构件的基部4容纳在该通孔中。固定器构件的基部4的厚度e₁可大致等于第三纤维层10c的厚度e₂。在该结构中，所获得的固定器装置11不具有与固定器构件3的基部4的厚度相关联的任何额外的厚度。在一变型中，基部4的厚度e₁可以小于或大于厚度e₂。

图4显示本发明的固定器装置21的另一个例子，其中主体2'包括通过三维编织，例如通过多层编织获得的纤维结构。为了获得该结构，可以将纱线直接编织在固定器构件3周围。

术语“三维编织”或“3D编织”在本文中用于表示其中至少一些经纱层在多个纬纱层上互连纬纱层的编织。

术语“多层编织”在本文中用于表示具有多个纬纱层的3D编织，其中每层的基本编织等同于常规的2D编织，例如平纹、缎纹或斜纹型的编织，但是该编织的某些点将纬纱连接在一起。

图5显示固定器装置31的另一示例。在该例中，定心桩P位于装置31的与片5a和5b延伸穿过的其表面相对的表面S”上。这些定心桩P的存在使得固定器装置31易于正确地定位在第一零件上，一旦第一零件就位，也可避免固定器装置31转动。如上所述，桩P可以在固定器装置的制造过程中通过模制获得。在一变型中，桩P可以由安装在层中的分离的元件构成。

在图6所示的变型中，装置41具有一固定器构件30，固定器构件30具有固定器片35a和35b，所述固定器片35a和35b被构造成限定夹紧套环，所述夹紧套环适于通过夹紧在第二零件周围来将第二零件固定到第一零件上。作为例子，由片35a和35b形成的夹紧套环可以是Serflex类型的。

接下来描述与如图1和图2中所示的固定器装置1的制造有关的图7。最初，将固定器构件3放置在用树脂预浸渍的第一纤维层12a上。此后，将用树脂预先浸渍的第二纤维层12b重叠在其上。如图所示，第二纤维层12b具有开口13a和13b，在第二纤维层12b已经在第一纤维层12a上就位之后，固定器片延伸穿过所述开口13a和13b。图7显示其中使用多个第一层12a和多个第二层12b的例子。对于要使用的单个第一层12a和/或单个第二层12b，其不超出本发明的范围。一旦第二层12b在第一层12a上就位，就可以对第一和第二层12a和12b施加压力。然后在维持压力的同时实施热处理，以聚合树脂，并在第一和第二层12a和12b的孔中形成基质，以将这些层12a和12b粘合在一起。在该热处理结束时，获得图1和图2所示类型的固定器装置1。粘合剂可以可以选择性地使用，以改善固定器装置与第一和第二层之间的紧固。

图7显示在插入固定器构件之前层12a和12b已经浸渍有树脂的情况。在一变型中，开始可以将固定器构件放置在干燥的第一纤维层上，然后将第二纤维层在干燥时放置在干燥的第一纤维层上。然后可以使用涂抹器例如滚筒将树脂涂抹到干燥的第一层和第二层上。然后可以如上所述继续该方法，以获得固定器装置(施加压力和实施热处理以在维持压力的同时聚合树脂)。

图7中所示的例子还显示了纤维层12a和12b的使用，当从上方观察时，纤维层12a和12b是矩形的。这些层是某种其他形状，例如正方形或圆形，其不会超出本发明的范围。

本领域技术人员知道如何根据预期应用来选择所使用的层的数量、形状和化学性质。

参考图2，其表明固定器装置1可以通过粘合剂紧固到第一零件25的表面。但是这并不是必需的。具体来说，当使用浸渍的第一纤维层时，可以将它们放置在用于第一零件的坯件上，该坯件包括具有位于其孔中的树脂的纤维预成形件，然后进行热处理。所得的热处理用于使位于第一纤维层中和坯件中的树脂聚合，从而使固定器装置能够固定到第一零件。在这种情况下，可因此避免使用粘合剂来将固定器装置紧固到第一零件上。

图8显示使用限定一纤维结构50存在于其中的模腔的模具来制造本发明的固定器装置的方法的例子。在该纤维结构50中，固定器构件的基部4被插入在第一纤维层12a和第二纤维层12b之间。如图所示，在第一和第二纤维层12a和12b之间存在第三纤维层12c。如上所述，第三纤维层具有一通孔14，固定器构件的基部4容纳于所述通孔中。该结构50位于刚性支撑件40上。在该方法中，经由面朝固定器构件的基部4的第二层12b的中心部C以及经由位于中央部分C的任一侧的第二层12b的侧部L向纤维结构体50施加压力。具体地，中心块43对中心部C施加压力，同时底部块45对侧部L施加压力。中心块43在固定器构件的中心处压靠层。至少在中心块43的与固定器构件相接触的区域中，中心块43可由可能涂覆有非粘性涂层的金属材料制成。在一变型中，中心块43可由聚四氟乙烯制成。底部块45被加工成具有用于接纳固定器构件的肩部。底部块45可以由金属材料制成，可涂覆有非粘性的涂层。存在模具的侧壁42a和42b以及顶壁44，以便关闭模具并将其与外部介质密封。在维持压力的同时，实施热处理，以聚合浸渍层12a、12b和12c的树脂，从而获得固定器装置。在发生聚合的同时，可以对模具(在其高部分和其低部分中)施加真空。

图9是适于制造本发明的固定器装置并具有如图8所示的横截面的模具的立体图。如图所示，多个纤维结构50位于模腔中，它们被同时处理。所示的模具用于处理四个纤维结构50，如果在模具中存在一些其他数量的纤维结构，则自然不会超出本发明的范围。

图10显示底部块45的细节。在该实施例中，底部块45通过将两个半块45a和45b组装在一起而制成，两个半块45a和45b可在轴线X的相对侧相互分离。在该实施例中，半块45a和45b在将所得到的固定器装置从模具中取出的过程中可在固定器片的任一侧分离。该实施例是有利的，因为它有利于将各种元件插入模具中，并且还可有利于将所得到的固定器装置从模具中取出。一旦两块半块已经就位，它们就被夹在一起。自然，在一变型中可以使用由单件构成的底部块。

图11示出了纤维结构所在的支撑件40的细节。将放置为面向纤维结构的支撑件40的面F设有盲孔46，用于通过浇注浸渍所述层的树脂来制造定心桩。在制造固定器装置的方法过程中，一旦树脂聚合，树脂就流入盲孔46，以便形成定心桩。面F还包括隔离器壁47，用于限定放置纤维结构的不同区域。在一变型中，可以使用一支撑件，其中将面向纤维结构的面将不具有任何盲孔或任何隔离器壁。

术语“位于……到……的范围内”应该被理解为包括边界。

Claims (16)

1.一种固定器装置，该固定器装置设置在由复合材料制成的第一零件的表面上，以使第二零件能够被固定到所述第一零件，所述固定器装置包括：

·主体，该主体由复合材料制成，并包括纤维结构和存在于所述纤维结构的孔中的基质；以及

·固定器构件，该固定器构件包括基部和从所述基部的任一侧延伸的固定器片，所述固定器片用于限定一固定区域，所述固定区域用于将所述第二零件固定到第一零件上，所述基部存在于所述主体中，所述固定器片穿过所述主体的表面。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述基部插入在至少一个第一密化纤维层和至少一个第二密化纤维层之间，所述第二密化纤维层具有所述固定器片延伸穿过的开口。

3.根据权利要求2所述的装置，其中，至少一个具有一开口的第三密化纤维层存在于所述第一密化纤维层和所述第二密化纤维层之间，所述基部被容纳在所述第三密化纤维层的开口中。

4.根据权利要求1所述的装置，其中，所述纤维结构是通过三维编织得到的纤维结构。

5.根据权利要求1所述的装置，其中，所述固定器片的结构使所述第二零件能够被固定到所述第一零件。

6.根据权利要求1所述的装置，其中，所述固定器片的结构限定一夹紧套环，所述夹紧套环适于通过夹紧将所述第二零件固定到所述第一零件。

7.根据权利要求1所述的装置，其中，其还包括一个或多个定心桩，所述定心桩设置在所述装置的与所述固定器片所穿过的表面相对的表面上。

8.根据权利要求1所述的装置，其中，所述固定器构件通常为弹簧夹的形式。

9.一种零件，该零件由复合材料制成，并在其表面上具有根据权利要求1所述的固定器装置。

10.根据权利要求9所述的零件，其中，其构成航空发动机的壳体。

11.一种组件，该组件包括根据权利要求9所述的第一零件和使用固定器装置固定到所述第一零件上的第二零件。

12.一种安装有根据权利要求11所述的组件的飞机。

13.一种制造根据权利要求2所述的固定器装置的方法，该方法包括以下步骤：

a)向存在于一模腔中的至少一个纤维结构施加压力，所述纤维结构包括：

·固定器构件；以及

·至少一个第一浸渍纤维层和至少一个第二浸渍纤维层，所述固定器构件的基部位于所述第一浸渍纤维层与所述第二浸渍纤维层之间，所述第二浸渍纤维层具有固定器片穿过的开口，所述第二浸渍纤维层的面朝所述固定器构件的基座的中心部，和所述第二浸渍纤维层的位于所述中心部的任何一侧的侧部；

在步骤a)过程中施加的压力施加在所述第二浸渍纤维层的中心部和侧部上；以及

b)实施热处理，以在所述第一浸渍纤维层和所述第二浸渍纤维层的孔中形成基质，从而获得所述固定器装置，在步骤a)过程中应用的压力在步骤b)过程中保持。

14.根据权利要求13所述的方法，其中，所述纤维结构位于支撑件与所述固定器片延伸穿过的底部块之间，所述底部块在步骤a)过程中对所述第二浸渍纤维层的侧部施加压力。

15.根据权利要求14所述的方法，其中，所述底部块通过将两个半块组装在一起形成，所述两个半块在将所得到的固定器装置从模具中取出的同时可在固定器片的任一侧相互分离。

16.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，至少在步骤b)过程中将模腔抽真空。