CN108367511A - 预成型工具和使复合材料成形的方法 - Google Patents

Abstract

一种用于使未固化的复合材料成形的预成型工具(30)，该预成型工具包括：中央段，其具有与期望的部件形状的表面对应的模具表面(40)；和至少第一侧段(34)，其以可拆卸方式连接到中央段，并且具有支撑表面，该支撑表面作为模具表面的延续部分延伸；和盖件(36)。模具和支撑表面之间的接合部沿着期望的部件形状的边缘布置。盖件可在接合位置与脱离位置之间移动，在接合位置中，盖件位于模具表面附近以用于保持复合材料，而在分离位置中，盖件布置成比在接合位置离模具表面更远。另外，一种使复合材料成形的方法包括：使复合材料层适形于模具表面；将每个侧段与中央段分离；并且修剪从模具表面沿横向延伸的过量的复合材料。

Description

预成型工具和使复合材料成形的方法

相关申请的交叉引用

本申请要求2015年12月17日提交的美国临时申请62/268,793的优先权，其全部内容通过引用并入本文。

技术领域

本申请大体涉及复合部件的制造，并且更具体地涉及对未固化的复合材料在固化之前进行成形。

背景技术

当形成包括蒙皮和加强件的复合结构时，例如在航空航天工业中，可以使纵梁以其未固化状态成形，然后将其组装到未固化的蒙皮上，用于共固化。

使未固化的纵梁成形的过程通常涉及：在凸形预成型工具上施加多层复合材料，并且通过加热和/或减压施加(真空)使这些层形成为适形于工具的模具表面。一旦形成层，它们通常例如通过被支撑在凹形工具中而被转移到修剪工具，在修剪工具中，修剪过量的复合材料。然后，将成形的纵梁从修剪工具脱离，并且在固化之前与蒙皮组装。当纵梁沿其纵向弯曲时，特别是当纵梁沿多于一个方向弯曲时，修剪所需的成形过程和操纵通常变得更复杂。因此，成形未固化纵梁以用于组装可能是耗时的、复杂的，和/或需要相对笨重和/或昂贵的设备。

发明内容

在一个方面，提供了一种用于将未固化的复合材料成形为期望的部件形状的预成型工具，该工具包括：包含模具表面的中央段，该模具表面的形状与期望的部件形状的表面的形状相对应；可拆卸地连接到中央段的第一侧段，该第一侧段具有支撑表面，该支撑表面作为中央段的模具表面的延续部分延伸；其中中央段的模具表面与第一侧段的支撑表面之间的第一接合部沿着期望的部件形状的表面的边缘布置；和盖件，该盖件具有与中央段的模具表面互补的表面，该盖件可在接合位置与脱离位置之间移动，其中当盖件处于接合位置时，盖件的表面位于中央段的模具表面附近，用于将复合材料保持在其上，并且当盖件处于脱离位置时，盖件布置成比在接合位置离模具表面更远。

在特定的实施例中，中央段包括第一和第二相反的两侧，模具表面在相反的两侧之间延伸，第一侧段可拆卸地连接到中央段的第一侧，所述工具还包括第二侧段，该第二侧段可拆卸地连接到中央段的第二侧并且具有第二支撑表面，该第二支撑表面作为中央段的模具表面的延续部分延伸；中央段的模具表面与第二侧段的支撑表面之间的第二接合部沿着期望的部件形状的表面的第二边缘布置。

在特定的实施例中，预成型工具可以包括以下中的任何一个或任何组合：

-盖件具有第一和第二间隔开的侧边缘表面，盖件的表面在第一和第二侧边缘表面之间延伸，当盖件处于接合位置时，第一边缘表面与第一接合部对准，并且当盖件处于接合位置时，第二边缘表面与第二接合部对准；

-中央段的第一侧包括从第一接合部延伸的第一侧表面，该第一侧表面在第一接合部处相对于模具表面以非零角度延伸，并且中央段的第二侧包括从第二接合部延伸的第二侧表面，该第二侧表面在第二接合部处相对于模具表面以非零角度延伸；

-盖件具有第一和第二间隔开的侧边缘表面，盖件的表面在第一和第二侧边缘表面之间延伸，当盖件处于接合位置时，盖件的第一边缘表面作为中央段的第一侧表面的延续部分延伸，并且当盖件处于接合位置时，盖件的第二边缘表面作为中央段的第二侧表面的延续部分延伸；

-第一侧表面在第一接合部处以不垂直于模具表面的方式延伸，第二侧表面在第二接合部处以不垂直于模具表面的方式延伸；

-第一和第二侧表面包括阳极氧化涂层(anodized coating)；

-中央段的模具表面是由中央段的凸起限定的阳模表面；

-气动系统，该气动系统连接到盖件，并且能够致动以使盖件在接合位置和脱离位置之间移动；

-在中央段内的至少一个加热元件，模具表面与所述至少一个加热元件处于热传递关系；

-至少一个温度传感器，所述至少一个温度传感器接收来自中央段的温度数据，以及控制系统，该控制系统被配置为基于温度数据来控制所述至少一个加热元件。

在另一个方面，提供了一种使复合材料成形的方法，该方法包括：提供具有连接到至少一个侧段的中央段的预成型工具；使多个堆叠的复合材料层与预成型工具的中央段的模具表面适形，堆叠的复合材料层限定从模具表面沿横向延伸并且被接纳在所述至少一个侧段中的每一个上的过量的复合材料，堆叠的复合材料层处于未固化状态；使所述至少一个侧段中的每一个与中央段并且与堆叠的复合材料层脱离；以及在堆叠的复合材料层保持抵靠模具表面的情况下，修剪从模具表面沿横向延伸的过量的复合材料。

所述至少一个侧段可以包括两个侧段，中央段被接纳在两个侧段之间并且连接到两个侧段。

使多个堆叠的复合材料层适形可以包括：将多个预浸料层远离模具表面堆叠，以形成堆叠的复合材料层；在堆叠之后，将多个堆叠的复合材料层布置在预成型工具的模具表面上；以及对堆叠的复合材料层施加热和负压，直到堆叠的复合材料层与模具表面适形；其中，通过在内部加热中央段来施加热。

该方法可以包括：测量中央段的温度，并且基于测量的温度控制施加到中央段的热。可以施加热从而维持模具表面的温度低于150℉。

堆叠的复合材料层可以包括环氧树脂和/或碳纤维。

修剪过量材料可以用刀片进行，并且该方法可以进一步包括沿着中央段的侧表面移动刀片以修剪过量材料。

可以通过具有与中央段的模具表面互补的表面的盖件，将堆叠的复合材料层保持为抵靠中央段。

该方法可以进一步包括：在将多个堆叠的复合材料层与模具表面适形以及使侧段脱离之间，向堆叠的复合材料层施加负压和热，以将堆叠的复合材料层压实。可以通过在内部加热中央段来施加热。

附图说明

现在参照附图，其中：

图1a是飞机的示意立体图；

图1b是根据特定实施例的复合面板的示意性横截面图，其可用于如图1所示的飞机中；

图2是用于形成图1b的复合面板的加强件的预成型工具的示意立体图；

图3是图2的预成型工具的示意性前视图；

图4是图2的预成型工具的中央段的一部分的示意性底部立体分解图；

图5a是图2的预成型工具的部分为横截面形式的示意性前视图，示出了用预成型工具使复合部件成形的步骤；

图5b是图2的预成型工具的部分为横截面形式的示意性前视图，示出了用预成型工具使复合部件成形的另一步骤；以及

图5c是图2的预成型工具的示意性前视图，示出了用预成型工具使复合部件成形的另一步骤。

具体实施方式

参照附图并且更具体地参照图1a，飞机被示出为1，并且在本公开中总体上描述飞机1，以为参考目的而例示一些部件。飞机1具有机身2，该机身2具有：前端，驾驶舱位于该前端处；和尾端，该尾端支撑尾部组件，客舱通常位于驾驶舱和尾部组件之间。尾部组件包括具有方向舵的垂直稳定器3和具有升降舵的水平稳定器4。尾部组件具有机身安装的尾部，但其它构型也可以用于飞机1，例如十字形尾部、T形尾部等。机翼5从机身沿横向突出。飞机1具有由机翼5支撑的引擎6，但是也可以将引擎6安装到机身2上。飞机1被示出为喷气引擎飞机，但也可以是螺旋桨飞机。

参照图1b，示出了复合组件10。在该特定实施例中，复合组件10是由两个相互连接的元件形成的面板：蒙皮14和纵梁16。纵梁16包括在两个脚部20之间延伸的主体部18，其中每个脚部20延伸与蒙皮14相接触并且与蒙皮14连接。主体部18与蒙皮14间隔开，以限定纵梁腔12。在所示的实施例中，纵梁16具有欧米茄(Ω)形状，主体部18包括：中央壁22，其平行于或沿着蒙皮14的大体方向；以及成角度的侧壁24，其从中央壁22延伸到脚部20，侧壁24之间的距离从中央壁22到脚部20逐渐增加。

在特定实施例中，蒙皮14是弯曲的，并且复合面板10限定机身2中的一段。或者，复合面板10可以限定内部隔壁的一部分、机翼5的一部分，或飞机1的任何其它适当的结构元件，和/或蒙皮14和复合板10可以是平坦的。虽然示出了单个纵梁16，但是应该理解，复合板10可以包括并且通常确实包括彼此间隔开的多个纵梁16。在特定实施例中，纵梁16沿着蒙皮14的相应尺寸的仅一部分在纵向上延伸，即蒙皮14在纵向方向上延伸超出纵梁16。在另一实施例中，纵梁16沿蒙皮14的整个对应尺寸在纵向上延伸。

纵梁16和蒙皮14由复合材料形成。在组装时，至少纵梁16未以稳定的几何结构固化(在本文中称为“未固化”)，即具有粘度降低但未被加热至聚合通常开始的温度点的基体(例如预浸料坯)。在特定实施例中，蒙皮14和纵梁16在被组装在一起时都未以稳定的几何结构固化，例如以便被共固化。

在组装到蒙皮14之前，纵梁16被成形(形成并修剪)为期望的构造。图2-3示出了用于执行纵梁16的这种成形的预成型工具30的示例性实施例。应该理解，本文示出的特定的预成型工具30被成形为用于特定的纵梁几何结构，并且仅作为示例示出；预成型工具30的构造可以随着被成形的纵梁或其它复合部件的构造而变化。

预成型工具30是伸长的，并且通常包括中央段32、两个侧段34和盖件36。中央段32包括相反的伸长侧38和在相反的两侧之间延伸的顶部模具表面40(参见图3)。模具表面40具有的形状对应于纵梁16的内表面26的期望形状(参见图1b)。在所示的实施例中，模具表面40因此限定了形成阳模表面的凸起，阳模表面具有与纵梁腔12的形状互补的形状。

特别参考图3，中央段32的每侧38限定了上侧表面48，该上侧表面48从模具表面40的对应边缘52延伸，相对于模具表面40的从该边缘52延伸的部分成非零角度。在所示的实施例中，每个上侧表面48以不垂直于模具表面40的相邻部分的方式延伸；上侧表面48成角度为随着离对应的模具表面边缘52的距离增加而彼此远离。每侧38还包括竖向延伸的下侧表面50。如将在下面进一步描述的，上侧表面48成角度以便于修剪。在特定实施例中，上侧表面48包括阳极氧化涂层。

仍然参照图3，中央段32包括外部42和可移除的内部44。外部42限定中央段32的两侧38以及模具表面40，并且具有沿其底部限定的伸长的开口槽46。可移除的内部44与伸长槽46互补，并且被可拆卸地接纳在伸长槽46中。

在特定实施例中，预成型工具30自加热，以促进热成型。参照图4，中央段32的内部44包括一个或多个加热元件，并且内部44被接纳在外部42中，使得模具表面40与加热元件处于热传递关系；内部加热元件因此加热模具表面40。在所示的实施例中，加热元件包括多个加热毯54，所述多个加热毯54被接纳在内部44的顶部处，并沿其长度分布。由绝热材料制成的板56设置在加热毯54下方，并且在特定实施例中由铝制成的金属板58沿其长度封闭内部44的底部。应该理解，可以替代地使用任何其它类型的合适的加热元件，包括但不限于嵌入工具中并且接收热流体的管道、红外灯和等压元件(isobar element)。

一个或多个温度传感器(例如，热电偶60)设置在中央段32中，用以(直接或间接)监测模具表面40的温度；在所示的实施例中，热电偶60设置在中央段32的内部44中，在加热毯54上方。控制系统62可以连接到加热毯54和热电偶60，以基于从热电偶60接收的温度数据来控制加热毯中的功率，例如以便避免超过一定温度，以确保复合材料在成型期间不会不利地固化。

仍然参照图3，预成型工具30的两个伸长侧段34彼此在横向上间隔开，并且中央段32在两个伸长侧段34之间延伸。每个侧段34可拆卸地连接到中央段32的相应侧38。每个侧段34都具有顶部支撑表面64，该顶部支撑表面64作为模具表面40的相邻部分的延续部分延伸。每一个侧段34可以在其一端或两端处包括手柄，以便于在侧段34从中央段32脱离时促进侧段34的移动。

在包括权利要求书的本说明书中，作为延伸为另一表面的延续部分的表面的表征旨在包括对准或基本对准的表面，这些表面在它们的接合部处具有相同或基本相同的角度，并且彼此充分接近，使得在由相互配合的两个表面限定的形状中没有实质上的不连续性。

支撑表面64和模具表面40被适当地处理成能够从其释放复合材料。例如，在特定实施例中，模具表面40和支撑表面60的接纳复合材料的部分上在接纳复合材料之前被离型膜覆盖。

在所示的实施例中，每个侧段34具有包括成角度的上侧表面66和竖向的下侧表面68的一侧，该成角度的上侧表面66和竖向的下侧表面68共同限定与中央段32的相邻侧38的侧面轮廓互补的侧面轮廓。侧段34可以通过任何合适类型的附接机构可拆卸地连接到中央段32。例如，在特定实施例中，侧段34通过多个螺纹紧固件70(见图2)连接到中央段32。

当在模具表面40上形成纵梁时，模具表面40的两个侧边缘52，或者换句话说，在模具表面40和每个支撑表面64之间限定的两个接合部各自沿着在相应的脚部20的端部处限定的纵梁内表面26的相应边缘28布置(参见图1b)。换句话说，模具表面40被构造成从一个边缘28到另一个边缘28与纵梁16的内表面26在形状和尺寸上对应。如图2所示，模具表面的侧边缘52以及在模具表面40与每个支撑表面64之间的相应的接合部处可以限定缺口或凹陷，如果在纵梁的最终形状中需要对应的缺口或凹陷的话。在成型时，沿横向延伸超过模具表面40并且延伸到侧段34的支撑表面64上的复合材料是在未固化的纵梁的最终形状中不需要的过量材料。

再次参照图3，盖件36具有与中央段32的模具表面40互补的底表面72。在所示的实施例中，盖件36的底表面72因此限定了阴模表面，该阴模表面的形状对应于纵梁16的外表面27的形状(参见图1b)。盖件36可从接合位置(如图所示)移动到脱离位置。在接合位置中，盖件36的底表面72位于中央段32的模具表面40附近，与中央段32隔开一定距离，以允许复合材料抵靠中央段32被充分压缩以便固持。例如，在特定实施例中，盖件36的底表面72的大部分与复合材料隔开，并且盖件36仅与边缘52相邻地并且沿着边缘52接触复合材料，以将纵梁形式的边缘固定就位。在脱离位置中，盖件36充分地移动远离模具表面40，以允许将成形的纵梁从预型件工具30移除。在特定实施例中，脱离位置在接合位置上方，并且在接合位置与脱离位置之间的移动是线性的竖向运动。应该理解，替代地可以使用任何其它适当的分离位置和运动类型。

返回参照图2，气动系统包括连接到盖件36的活塞74。活塞可被致动，以使盖件36在接合位置和脱离位置之间移动。或者，可以使用任何其它适当的致动机构，或者盖件36可以在两个位置之间手动移动。

再次参照图3，盖件36在每侧上都具有伸长的边缘表面76，并且模具表面72在两个侧边缘表面76之间延伸。在所示的实施例中，每个边缘表面76都与相应的中央段32的模具表面40的对应的边缘52(以及也与中央段32和相邻的侧段34之间的对应的接合部)对准。当盖处于接合位置时，盖件36的每个侧边缘表面76成角度，并且作为中央段32的相邻的上侧表面48的延续部分延伸。因此，沿横向延伸超过盖件36的侧边缘表面76的复合材料是在未固化的纵梁的最终形状中不需要的过量材料；如下面将进一步描述的那样，盖件36的侧边缘表面76成角度并且定位成便于修剪。

预成型工具30可以用于形成和修剪复合材料，以便将复合材料成形为准备与蒙皮组装的未固化的纵梁。下面详细描述使用预成型工具30对复合材料进行成形的方法的示例。

参照图5a，预成型工具30与连接到中央段32的侧段34组装在一起。盖件36处于脱离位置。未固化的堆叠复合材料层80被适形于中央段32的模具表面40。

在一个特定实施例中，每个材料层是预浸料坯(预浸渍)复合材料层，包括通过具有稳定几何结构的基体材料结合的纤维以便于处理，使得基体材料变成固体但保持柔性和粘性。在特定实施例中，基体材料是B阶树脂或合适的热塑性材料；可以使用任何适当类型的热固性或热塑性基体材料，包括但不限于环氧树脂、双马来酰亚胺树脂(BMI)、酚醛树脂、聚乙烯酯树脂、聚醚醚酮(PEEK)、聚苯硫醚(PPS)、尼龙和聚乙烯(PE)。合适的纤维材料包括但不限于碳纤维、玻璃纤维和对位芳族聚酰胺(Kevlar)纤维，并且纤维可以以任何适当的形式提供，包括但不限于诸如机织织物和无皱褶织物(NCF)的双向纤维，以及单向纤维。

应该理解的是，这些层中的一些层或全部层可以包括彼此不同的纤维取向，和/或彼此不同的材料。

在图5a的实施例中，复合材料层80一个接一个堆叠，然后被放置在模具表面40上，并且例如以平坦构型从模具表面40移走。在特定实施例中，堆叠包括13层或14层；可以替代地使用其它合适数量的层。复合材料层80的平坦堆叠被布置在预成型工具30的模具表面40上。该堆叠具有一些柔性，从而允许其弯曲成与模具表面40的形状接近但不适形的构型。例如通过将装袋(bagging)材料82与施加在预成型工具30上的任何适当类型的密封材料84(例如，粘性化合物、双面胶带)接合并且限定围绕复合材料层80的周边，合适的装袋材料82被接合到预成型工具30而形成容纳复合材料的密封的封壳。使用内部加热毯54加热中央段32，并且使用适当的真空系统将密封的封壳置于真空或负压(即，相对于周围环境压力的减压)下。真空端口78可以设置在侧段34(图2)中以促进该过程。在特定实施例中，随着复合材料层80的堆叠移动且变形以适形模具表面40的形状，逐渐施加减压，例如以减少皱褶的风险。如图5b所示，将热和负压施加到复合材料层80上，至少直到它们适形于模具表面为止。

一旦这些层适形于模具表面，就可施加热和减压来对这些层进行减薄(即，在适度的热和真空下压实这些层并去除这些层之间的空气和挥发物，以确保支承在工具上，防止皱褶和/或促进粘附)。

或者，复合材料层80可以直接堆叠在预成型工具30上。预成型工具30的中央段32可以在仅施加第一层期间或者可选地在施加每层的过程中被加热。在加热或不加热中央段32的情况下，可以在施加层的过程中以规则的间隔执行使用负压的减薄和压实；当需要施加负压时，如上所述形成袋以围起预成型工具30上的复合材料，并且移除袋以便堆叠随后的层。

虽然没有示出，但应该理解的是，每次将密封的封壳限定为容纳复合材料并且施加负压时，通过添加必要的附加材料来适当地制备密封的封壳，所述附加材料诸如是例如透气材料、对复合物的基体材料不可渗透或基本上不可以渗透的阻挡层或离型膜(即，防止或基本上防止基体材料在固化期间从其中流过并且在固化后可从复合材料剥离)、加强层等。制备密封的封壳以用于向复合材料层施加负压是众所周知的，并且适当附加材料的选择和放置在本领域技术人员的公知常识范围内，因此这里将不详细讨论。

一旦复合材料被成形，可能需要修剪以获得所需的纵梁形状。如上所述，从模具表面40沿横向延伸并且被接纳在侧段34上的任何复合材料都是在纵梁的最终形状中不需要的过量材料。参照图5c，在层成形之后，将侧段34从中央段32脱离并且移开，从而也使复合材料层80脱离。在修剪期间，盖件36下降在接合位置以将复合材料保持在模具表面40上。可以在移除侧段32之前或之后使盖件36下降。

仍然参照图5c，在盖件36将复合材料层80保持到位的情况下，修剪从模具表面40沿横向延伸的过量材料，并且在示出的实施例中，从盖件36修剪过量材料。在特定实施例中，中央段32在修剪期间也被加热，以便软化复合材料的树脂以促进修剪。

在所示的实施例中，盖件36的成角度且对准的侧边缘表面76以及中央段32的上侧表面48限定刀片86可以抵靠其滑动的引导件，以引导对过量材料的切割。刀片86沿着形成的纵梁的长度抵靠对准的表面48、76移动，直到所有的过量材料被移除并且获得期望的纵梁的最终形状为止。

在成型和修剪期间，热水平被维持足够低，以避免复合材料的固化。例如，在复合材料层80包括嵌入环氧树脂中的碳纤维的特定实施例中，材料的温度被保持在150℉(85.6℃)以下；在特定实施例中，成型和减薄在大约135℉-140℉(57.2℃-60℃)的温度下进行，并且在大约100℉(37.8℃)下进行修剪。其它温度可能是合适的；根据所使用的复合材料的类型选择合适的温度在本领域技术人员的技能范围内。模具表面40的温度可以由温度传感器(例如，热电偶60)监测，并且由控制系统62基于传感器数据进行控制。或者，可以执行手动温度控制。

在修剪之后，复合材料层80限定了成形的纵梁16。将纵梁从预成型工具30脱离。此时，纵梁16仍未固化，而是处于保形状态，即由于压实和减薄，使得它可以被运输以组装到蒙皮14上。在将成形的纵梁16从预成型工具30脱离之前，可以将合适的支撑件接合到成形的纵梁16上以帮助其维持其形状，例如具有与纵梁16的外表面27互补的阴型表面的工具(例如，内模线隔板)。然后将纵梁16在合适的支撑下与蒙皮14接触，并且通过适当地的加热和加压将组件10共固化。

预成型工具30也可用于在成型之后修剪复合材料，而不用在修剪期间加热材料。当不需要加热时，可以省略内部加热元件(例如，热电偶60)。

在纵梁16单独固化的实施例中，例如在组装到蒙皮14之前，可以将预成型工具30加热到足够高的温度，以便在复合材料层80已经在模具表面40上形成为期望的形状之后使复合材料层80固化。优选在固化之前进行修剪，此时可以更容易地切割材料。

可以理解的是，尽管纵梁16已经被示出为具有欧米茄形横截面，并且预成型工具30已经被示出为具有与这样的横截面相对应的形状，但是预成型工具30可以替代地被成形为用于形成具有其它形状的纵梁，包括但不限于三角形(Δ)横截面，以及各种开放横截面，诸如T形横截面、C形横截面、L形横截面和I形横截面。例如，在适合于给定的纵梁形状的情况下，预成型工具30可以包括单个可移除侧段34。

还应理解的是，本文所述的预成型工具30和方法可用于成型其它类型的复合部件，例如需要在其未固化状态下成形的任何增强部件。

因此，预成型工具30有利地提供了一种多合一工具(all-in-one tool)，在特定实施例中，该多合一工具对复合材料成型、加热复合材料并且允许对复合材料进行精确修剪，从而允许在单个工具上执行以期望的形状(例如，准备与蒙皮组装的纵梁形状)构造复合材料所需的步骤。由于减少了所需工具的数量，因此使用单个工具进行多个步骤可节省成本和/或时间。

预成型工具30还允许成型具有弯曲轮廓的纵梁(或其它部件)，其中纵梁的纵向轴线沿单一方向弯曲，例如用于与弯曲的蒙皮组装，或者纵梁的纵向轴线例如在多个方向上弯曲，例如用于与弯曲的蒙皮组装并且沿着与定义蒙皮曲面的方向不同的方向与附加的曲面和/或扭结组装。

应该理解，不同实施例的要素的任意组合或子组合都在本公开的范围内。虽然已经参照以特定顺序执行的特定步骤描述和示出了本文描述的方法和系统，但是应理解，在不背离本发明教导的情况下，这些步骤可以被组合、细分或重新排序以形成等同的方法。因此，这些步骤的顺序和分组不是对本发明的限制。

对本领域技术人员来说，对本发明的上述实施例的修改和改进可能变得显而易见。前面的描述旨在是示例性的而不是限制性的。因此，本发明的范围旨在仅由所附权利要求的范围来限定。

Claims (22)

1.一种用于将未固化的复合材料成形为期望的部件形状的预成型工具，所述工具包括：

中央段，所述中央段包括模具表面，所述模具表面的形状与期望的部件形状的表面的形状相对应；

第一侧段，所述第一侧段以可拆卸方式连接到所述中央段，所述第一侧段具有支撑表面，所述支撑表面作为所述中央段的所述模具表面的延续部分延伸；

其中所述中央段的模具表面与所述第一侧段的支撑表面之间的第一接合部沿着所述期望的部件形状的表面的边缘布置；以及

盖件，所述盖件具有与所述中央段的模具表面互补的表面，所述盖件能够在接合位置与脱离位置之间移动，其中当所述盖件处于所述接合位置时，所述盖件的表面位于中央段的模具表面附近，用于将复合材料保持在所述模具表面上，并且当所述盖件处于所述脱离位置时，所述盖件布置成比在所述接合位置离所述模具表面更远。

2.如权利要求1所述的执行工具，其中，所述中央段包括第一和第二相反的两侧，所述模具表面在所述相反的两侧之间延伸，所述第一侧段以可拆卸方式连接到所述中央段的第一侧，所述工具还包括第二侧段，所述第二侧段以可拆卸方式连接到所述中央段的第二侧，并且具有第二支撑表面，所述第二支撑表面作为所述中央段的模具表面的延续部分延伸；所述中央段的模具表面与所述第二侧段的支撑表面之间的第二接合部沿着所述期望的部件形状的表面的第二边缘布置。

3.如权利要求2所述的预成型工具，其中：

所述盖件具有间隔开的第一侧边缘表面和第二侧边缘表面，所述盖件的表面在所述第一侧边缘表面和所述第二侧边缘表面之间延伸；

当所述盖件处于所述接合位置时，所述第一边缘表面与所述第一接合部对准；并且

当所述盖件处于所述接合位置时，所述第二边缘表面与所述第二接合部对准。

4.如权利要求2或3所述的预成型工具，其中：

所述中央段的第一侧包括从所述第一接合部延伸的第一侧表面，所述第一侧表面在所述第一接合部处相对于所述模具表面以非零角度延伸；并且

所述中央段的第二侧包括从所述第二接合部延伸的第二侧表面，所述第二侧表面在所述第二接合部处相对于所述模具表面以非零角度延伸。

5.如权利要求4所述的预成型工具，其中：

所述盖件具有间隔开的第一侧边缘表面和第二侧边缘表面，所述盖件的表面在所述第一侧边缘表面和所述第二侧边缘表面之间延伸；

当所述盖件处于所述接合位置时，所述盖件的第一边缘表面作为所述中央段的第一侧表面的延续部分延伸；并且

当所述盖件处于所述接合位置时，所述盖件的第二边缘表面作为所述中央段的第二侧表面的延续部分延伸。

6.如权利要求4或5所述的预成型工具，其中：

所述第一侧表面在所述第一接合部处以不垂直于所述模具表面的方式延伸；

所述第二侧表面在所述第二接合部处以不垂直于所述模具表面的方式延伸。

7.如权利要求4至6中任一项所述的预成型工具，其中，所述第一侧表面和所述第二侧表面包括阳极氧化涂层。

8.如权利要求1至7中任一项所述的预成型工具，其中，所述中央段的所述模具表面是由所述中央段的突起限定的阳模表面。

9.如权利要求1至8中任一项所述的执行工具，还包括连接至所述盖件的气动系统，所述气动系统能够致动以使所述盖件在所述接合位置与所述脱离位置之间移动。

10.如权利要求1至9中任一项所述的预成型工具，还包括在所述中央段内的至少一个加热元件，所述模具表面与所述至少一个加热元件处于热传递关系。

11.如权利要求10所述的预成型工具，还包括：至少一个温度传感器，所述至少一个温度传感器接收来自所述中央段的温度数据；以及控制系统，所述控制系统被配置为基于所述温度数据控制所述至少一个加热元件。

12.一种使复合材料成形的方法，所述方法包括：

提供预成型工具，所述预成型工具具有中央段，所述中央段连接到至少一个侧段；

使多个堆叠的复合材料层适形于所述预成型工具的中央段的模具表面，所述堆叠的复合材料层限定从所述模具表面沿横向延伸并且被接纳在所述至少一个侧段中的每一个上的过量的复合材料，所述堆叠的复合材料层处于未固化状态；

使所述至少一个侧段中的每一个与所述中央段脱离，并且与所述堆叠的复合材料层脱离；以及

在所述堆叠的复合材料层保持抵靠所述模具表面的情况下，修剪从所述模具表面沿横向延伸的所述过量的复合材料。

13.如权利要求12所述的方法，其中，所述至少一个侧段包括两个侧段，所述中央段被接纳在所述两个侧段之间，并且被连接到所述两个侧段。

14.如权利要求12或13所述的方法，其中，使所述多个堆叠的复合材料层适形包括：

将多个预浸料层远离所述模具表面地堆叠，以形成所述堆叠的复合材料层；

在堆叠之后，将所述多个堆叠的复合材料层布置在所述预成型工具的模具表面上；以及

对所述堆叠的复合材料层施加热和负压，直到所述堆叠的复合材料层适形于所述模具表面；

其中通过在内部加热所述中央段来施加热。

15.如权利要求14所述的方法，还包括：测量所述中央段的温度，并且基于所测量的温度来控制施加到所述中央段的热。

16.如权利要求14或15所述的方法，其中，施加热以维持所述模具表面的温度低于150℉。

17.如权利要求12至16中任一项所述的方法，其中，所述堆叠的复合材料层包括环氧树脂。

18.如权利要求12至17中任一项所述的方法，其中，用刀片对过量材料进行修剪，并且所述方法还包括使所述刀片沿着所述中央段的侧表面移动以修剪所述过量材料。

19.如权利要求12至18中任一项所述的方法，其中，通过具有与所述中央段的所述模具表面互补的表面的盖件，将所述堆叠的复合材料层保持为抵靠所述中央段。

20.如权利要求12至19中任一项所述的方法，其中，所述堆叠的复合材料层包括碳纤维。

21.如权利要求12至20中任一项所述的方法，还包括：在使所述多个堆叠的复合材料层适形于所述模具表面以及使所述侧段脱离之间，向所述堆叠的复合材料层施加负压和热，以将所述堆叠的复合材料层压实。

22.如权利要求21所述的方法，其中，通过在内部加热所述中央段来施加热。