CN108262992B - 用于将增强纤维层成型为预成型的t形的型材的膜片工具 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于将未硬化的增强纤维成形为基本上T形的型材的工具，所述工具包括腹板成形工具和成型工具，其中所述成型工具包括可充气的膜片。

Description

用于将增强纤维层成型为预成型的T形的型材的膜片工具
技术领域
本发明涉及一种用于由增强纤维成形T形的型材和/或成形未硬化的T形的预成型的型材的工具，以及涉及一种用于制造这种型材的方法。
背景技术
在飞机制造中，鉴于在飞机运行时的CO2节约和经济性，具有纤维复合材料的轻型结构是非常重要的。尤其基于碳纤维(CFK、CFRP)的纤维复合材料在飞机的生产中变得非常重要。纤维复合材料具有增强纤维，所述增强纤维嵌入到硬化的基体材料中。在此，将预先浸渍的纤维(预浸料)与干燥纤维的应用区分开，在所述预先浸渍的纤维中纤维装配有基体材料(树脂)，而在干燥纤维中事后引入可硬化的基体材料(树脂)。纤维通常以不同的预先制成的半成品的方式被加工，所述半成品例如是垫子、织物、纤维束。一个重要的方法步骤是将平放的、即堆叠的纤维层成型为期望的半成品几何形状(预成形或预成形过程(Pre-Formen oder Pre-Forming)。由复合材料预成形半成品总的来说分为不连续的和连续的生产方法。
飞机结构构件的纵向加强元件也被称作为梁。这是增强型材，其具有不同形状并且例如能够是Ω形、H形或T形的。梁能够在宽度和强度/厚度
Figure GDA0003060031910000011
方面变化并且遵循飞机结构构件的形状，即三维地复杂地成形。在此，在技术术语应用中，当本身已经是三维的梁不是直的或直线的(“二维的”)而是具有弯曲时，使用术语三维。T形的型材具有腹板和底部，对应于字母“T”的竖线和横线。在此，腹板和底部相互间不强制具有直角，而是能够相对于彼此或多或少斜角地定向。
此外，这种型材能够由预浸料或干燥纤维材料制造。已知的是将转台式成形工艺或冲压成形工艺用于制造预成型的T型材。如果必须制造具有高度复杂的几何形状的梁或非常厚的梁，那么这些工艺不能被简单地掌握，由此这些工艺能够是成本高的且慢的。
EP 1481790 A2在此公开了一种用于由复合材料成形承载件的方法和工具。
在US 006701990 B1中提出一种具有用于成形浸渍的织物的辊的机器。
发明内容
现在，证实为根据所有对于本领域技术人员而言意外且不可预见的是，由未硬化的增强纤维的至少两个层成形为基本上T形的型材的工具消除现有技术的缺点，所述工具包括腹板成形工具和成型工具，其特征在于，腹板成形工具适合于固定增强纤维的层的第一部分，而成型工具适合于将增强纤维的层的第二部分分为并且成形为两个区域，其中腹板成形工具是两件式的挤压工具，所述挤压工具能够整面地夹紧和挤压增强纤维的层的第一部分，并且成型工具包括用于分开增强纤维的层的第二部分的机构以及基本上环绕所述机构的、可充气的膜片。在此，腹板成形工具包含期望的构件的整个几何形状。膜片工具确保将纤维层“平滑地”贴靠进而确保非常良好的成型过程。能够实现高度复杂的、而且三维的梁几何形状。所述工具能够使用在连续的工艺中。
优选的是，腹板成形工具包含加热系统，以便需要时激活包含在纤维层中的粘合剂。这能够是引导介质经过的加热通道，或者是通过感应或红外辐射工作的加热装置。还优选的是，在根据本发明的工具中，用于分开增强纤维的层的第二部分的机构是引导板。这种引导板首先能够实现膜片的安装，并且允许在成型过程之前分离自由的层。还优选的是，可充气的膜片具有至少一个内膜片。由此，能够实现从引导板起至梁的外部的底部区域的顺序的或连续的充气。还优选的是，一个或多个内膜片分别具有至少一个孔。由此，能够在内部的腔室(所述腔室直接贴靠引导板)处提供空气入口。通过沿流方向至下一膜片区段的一个或多个小孔能够实现，所述孔通过较小的通流率缓慢地充气。因此，能够从底部的内部出口朝向外部出口对整个膜片充气。在另一实施方式中，在膜片之间没有孔，并且膜片的各个腔室具有自身的接口，并且能够依次用被调温的气体例如热空气填充。因此还优选的是，加热的空气能够流过一个或多个内膜片的一个或多个孔。此外，特别优选是，膜片的贴靠在纤维层上的区域是穿孔的。由此，被调温的气体流向纤维层，并且在需要时激活包含在纤维中的粘合剂。另一方面，穿孔的尺寸必须设计为，使得通过施加真空能够使膜片贴靠到引导板上。还优选的是，可充气的膜片具有至少一个用于加热被包围的空气的机构。替选地，能够加热导入的空气。还优选的是，在腹板成形工具旁边设置有辅助平台，所述辅助平台接触增强纤维的层的第二部分。由此，在将纤维层堆垛或分为两个半部的纤维层堆垛(Stack)装入时，所述纤维层堆垛能够被保持住，直至腹板成形挤压工具作用。接着，能够移除所述平台，因为随后不必再保持下部。所述下部在过程中本来就要向下成型，而上部由引导板保持。本发明也包括一种用于由未硬化的增强纤维制造基本上T形的预成型的型材的方法，其中使用根据本发明的工具，并且所述方法包含下述方法步骤：
a)放置由未硬化的增强纤维的至少两个层构成的堆垛；
b)借助于腹板成形工具固定已放置的堆垛的第一部分，以形成T形的型材的腹板；
c)通过将成型工具引入堆垛的第二部分中，将已放置的堆垛的第二部分分为两个子堆垛；
d)通过对膜片充气，将T形的所述型材的底部成形。在另一实施方式中，所述方法也包括e)(在干燥纤维中)导入热量以激活粘合剂。在另一实施方式中，也能够装入两个纤维层堆垛，并且在装入第一纤维层堆垛之后将工具引入，使得第二纤维层堆垛能够放置到引导板上。因此，不需要耗费地分开纤维层堆垛的两个半部。在此优选的是，加热用于对膜片充气的气体。为此，能够使用已加热的流体。整个膜片能够在使用热空气的情况下也在与材料的接触部位处具有穿孔。由此，材料能够由热空气穿流进而也能够在深处的材料强度大时激活粘合剂。本发明也包括硬化的T形的型材，其可通过这种方法得到，如果使用预先浸渍的纤维(预浸料)以及包括还未硬化的预成型的型材，如果使用干燥纤维。
本发明的上述方面和其他方面、特征和优点同样能够从实施方式的实例中得到，下面参照附图描述所述实例。
附图说明
图1示出在成型周期之前的工具和要成形的层堆垛。
图2示出在成型周期之后的工具和要成形的层堆垛。
在附图中，相同的附图标记用于相同的或至少类似的元件、部件或方面。要注意的是，下面详细描述实施方式，所述实施方式仅用作说明而不进行限制。
具体实施方式
图1示出在成型周期之前的工具和要成形的层堆垛。挤压工具由上部的挤压工具1和下部的挤压工具2构成。两个挤压工具1和2同时形成腹板成形工具。在上部的和下部的挤压工具1、2之间设置有层堆垛，层堆垛的第一部分5由挤压工具固定。层堆垛的第二部分6伸出超过挤压工具1、2。所述部分应成型为T型材的底部。层堆垛本身由各个层4以及较长的层3构成，所述层4仅形成腹板并且是短的，所述较长的层不仅形成T形的型材的底部，而且形成腹板。T形的型材的底部，换言之“T”的横线借助于成型工具由层堆垛的第二部分6成形。成型工具具有膜片承载件7、引导板8和膜片9。在开始成型过程之前，能够将膜片9通过施加真空紧密地贴靠在引导板8上和膜片承载件7上。此外，能够设有保持板10，所述保持板防止层堆垛的第二部分6由于重力影响而使层堆垛的第二部分6变形。通过将挤压工具部件1和2移动到一起，层堆垛的第一部分5以彼此相叠的方式朝向彼此移动12并且挤压到一起。引导板8和膜片9部分地由层堆垛环绕。在成型工具被激活之前，将保持板从成型工具的作用区域中移除13。
图2示出在成型周期之后的工具和要成形的层堆垛。同时，示出膜片的其他细节。一旦层堆垛的第一部分5由挤压工具1、2固定，进而行程腹板，换言之“T”的垂直线，就用气体对膜片9充气。膜片具有至少一个内膜片14，使得首先对第一膜片区段15充气。在此总共示出三个内膜片14。对第一膜片区段15的充气引起，层堆垛的第二部分6的之前近似平行定向的层弯曲并且挤压到挤压工具1、2的自由端侧上，进而形成T型材的底部。通过在内膜片14中的孔能够使空气流入其他膜片区段中。由此，将T型材的底部完全挤压到挤压工具1、2的自由端侧上。挤压工具1、2能够是可加热的，或者构成为，使得能够实现热量到构件中的输入，例如通过感应或红外辐射。如果纤维层施加有粘合剂，例如热塑性粘合剂，那么一方面能够通过挤压工具1、2将腹板热塑性地固定，并且另一方面通过将适当调温的空气吹入到膜片9中，将T形的型材的底部热塑性地固定。在内膜片中的孔16的尺寸在此确定为，使得足够的被调温的气体流，例如空气流穿过成型工具流动。膜片的与T形的型材的底部接触的部分还能够将是精细穿孔的。由此，能够将另外的热量传递到预成型的型材上，以便激活粘合剂。在此，穿孔的尺寸确定为，使得能够将膜片9成功地固定在引导板8和膜片承载件7上，如在图1中示出。这种工具的巨大优点是，所述工具可非常灵活地应用于所有T形梁。此外，在此实现相对少的过程时间，因为能够快速地执行成型过程并且通过穿孔的导热是特别良好的。此外，在此涉及非常不复杂的且单级的工艺。
本发明在示图和上文中详细被说明和描述，而有意的是，这种说明和描述仅是解释性的或示例性的并且不是限制性的，使得本发明不局限于公开的实施方式。在权利要求中，表述“具有”不排除其他元件并且不定冠词“一个”不排除多个。
本发明的主题不仅限于在不同的实施例中提到特定特征的情况。也能够有利地使用这些特征的组合。在权利要求中的附图标记不应限制权利要求的范围。
附图标记列表
1 (上部的)挤压工具
2 (下部的)挤压工具
3 纤维层，长
4 纤维层，短
5 层堆垛，第一部分
6 层堆垛，第二部分
7 成型工具，膜片承载件
8 成型工具，引导板
9 成型工具，膜片
10 保持板
11 挤压工具运动方向
12 层堆垛运动方向
13 保持板运动方向
14 内膜片
15 第一膜片区段
16 内膜片中的孔。

Claims (9)

1.一种用于将未硬化的增强纤维的至少两个层成形为基本上T形的型材的工具，所述工具包括腹板成形工具和成型工具，
其特征在于，所述腹板成形工具适合于将增强纤维的层的第一部分固定，而所述成型工具适合于将增强纤维的层的第二部分分为并且成形为两个区域，其中所述腹板成形工具是两件式的挤压工具，所述挤压工具能够整面地夹紧和挤压增强纤维的层的所述第一部分，并且所述成型工具包括用于分开增强纤维的层的第二部分的机构以及基本上环绕所述机构的、能充气的膜片。
2.根据权利要求1所述的工具，其特征在于，所述用于分开增强纤维的层的第二部分的机构是引导板。
3.根据权利要求1或2所述的工具，其特征在于，可充气的所述膜片具有至少一个内膜片。
4.根据权利要求3所述的工具，其特征在于，一个或多个所述内膜片分别具有至少一个孔。
5.根据权利要求3所述的工具，其特征在于，加热的空气能够流过一个或多个所述内膜片的一个或多个孔。
6.根据权利要求1或2所述的工具，其特征在于，能充气的所述膜片具有至少一个用于加热环绕的空气的机构。
7.根据权利要求1或2所述的工具，其特征在于，在所述腹板成形工具旁边设置有辅助平台，所述辅助平台接触增强纤维的层的所述第二部分。
8.一种用于由未硬化的增强纤维制造基本上T形的预成型的型材的方法，其中使用根据权利要求1至7中任一项所述的工具，并且所述方法包含下述方法步骤：
a)放置由未硬化的增强纤维的至少两个层构成的堆垛；
b)借助于腹板成形工具固定已放置的所述堆垛的第一部分，以形成T形的所述型材的腹板；
c)通过将成型工具引入所述堆垛的第二部分中，将已放置的所述堆垛的第二部分分为两个子堆垛；
d)通过对膜片充气将T形的所述型材的底部成形。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，加热用于对所述膜片充气的气体。
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