CN108790220A - 施加纵向曲率至复合材料部件的拉挤成型系统 - Google Patents

Abstract

本发明的题目是施加纵向曲率至复合材料部件的拉挤成型系统。提供了用于施加纵向曲率至复合材料部件的系统和方法。一种实施方式是方法，其包括通过连续地进行下述步骤制造弯曲的拉挤成型间隙填料的预成型件：加热纤维增强材料至纤维增强材料内的构成材料的粘着点温度，和当纤维增强材料被加热至粘着点温度时，进给纤维增强材料通过模具，所述模具展现纤维增强材料通过其行进的曲率，模具使纤维增强材料形成为间隙填料的预成型件。制造弯曲的拉挤成型预成型件进一步包括随着预成型件穿过模具，改变预成型件内纤维的路径长度，和从模具牵引出预成型件。

Description

施加纵向曲率至复合材料部件的拉挤成型系统

技术领域

本公开内容涉及复合材料领域，并且具体而言涉及增强复合材料中接头的强度的预成型件。

背景技术

构成材料(例如，碳纤维增强聚合物(CFRP))的多层层压板可以在它们固化为整体复合材料部件之前形成为任意的各种形状。例如，模具和/或其它成形工具可用于改变层压板片材的形状。一些类型的层压板已经被浸渍有可固化树脂，并且被称为“预浸料”层压板。其它类型的层压板包括还没有被浸渍有树脂的“干纤维”，和包括热塑性树脂而不是热固性树脂的热塑性碳纤维。

通常的复合材料部件包括航空器的纵梁。然而，由于平层的弯曲，这种复合材料部件可能展现具有紧凑(tight)半径的尖锐的弯曲/拐角，以便形成纵梁的三维结构。例如，用于航空器的“帽(hat)”纵梁可以在层压板之间具有接头，并且这些接头可以展现紧凑的内角半径。当层压板被共同固化时，接头上的紧凑的内角半径可以引起接头展现低于期望的粘结强度。因此，间隙填料(通俗地称为“条状物(noodle)”)期望地占据当平的层压板被折叠时留下的间隙并且与其它折叠的或平的层压板匹配。可以制造间隙填料并且在接头处插入以填充那些接头的折叠留下的间隙。间隙填料对于展现各种复杂形状的纵梁仍然是期望的。尤其是对于已经被平放并且然后弯曲成许多形状以形成具有C形、I形、J形、Z形等横截面的结构的层压板。例如，形成“I”形——其由两个背-对-背“C”通道(channel)和使“C”通道脱帽的平的层压板制成——的结构可以包括需要间隙填料的多个位置。

因此，设计复合材料部件的人们继续期望增强的系统，其能够以成本有效的方式产生间隙填料，能够制造具有期望的强度的间隙填料，并且还能够降低超出容限的间隙填料的发生率和严重性。

发明内容

本文描述的实施方式提供了能够自动拉挤成型弯曲的间隙填料的增强的技术和系统，该弯曲的间隙填料展现与弯曲的纵梁对应的沿着其长度的曲率半径。具体而言，本文描述的实施方式可利用具有集成冷却系统的弯曲的拉挤成型模具以永久地强制施加(enforce)期望的几何形状至材料上。该自动过程提高了可以产生弯曲的间隙填料的精度和速度。

一种实施方式是方法，其包括通过连续地进行下述步骤制造用于弯曲的拉挤成型间隙填料的预成型件：加热纤维增强材料至纤维增强材料内的构成材料的粘着点温度，并且当纤维增强材料被加热至粘着点温度时，进给纤维增强材料通过模具，该模具展现纤维增强材料通过其行进的曲率，该模具使纤维增强材料形成为间隙填料的预成型件。制造弯曲的拉挤成型预成型件进一步包括随着预成型件穿过模具改变预成型件内的纤维的路径长度，并且从模具牵引出预成型件。

进一步实施方式是包括拉挤成型模具的装置。拉挤成型模具包括弯曲的通道，其在模具内从模具的入口内部地延伸至模具的出口；冷却室，其位于模具的入口下游的内部；和相对于冷却室定位的多个通路(passage)，其促进室在入口和出口之间的位置处的热传递。

仍进一步实施方式是一种装置，该装置包括条状物供应器，其提供用于形成为条状物的预成型件的纤维增强材料；加热器，其提高从条状物供应器接收的纤维增强材料的温度；模具，其赋予曲率至已经被加热的材料，形成预成型件；和条状物拉紧设备，其拉紧预成型件，从而牵引预成型件通过模具。

又另一实施方式是一种系统，其包括至少一个线轴，其用于保持包括构成材料的纤维增强材料卷；和线轴下游的加热器，其加热纤维增强材料至构成材料的粘着点温度。系统还包括加热器下游的拉挤成型模具，其展现具有在纤维增强材料的长度上强制施加的纵向曲率的通道，并且将纤维增强材料形成为间隙填料的预成型件；冷却预成型件的冷却室；和位于拉挤成型模具的下游并且形成拉挤成型模具的横截面形状的压区(nip)的辊。

其它示例性实施方式(例如，关于前述实施方式的方法和计算机可读介质)可以在下面描述。已经讨论的特征、功能和优势可以在各种实施方式中独立地实现或可以在又其它实施方式中组合实现，参考以下描述和附图可见其进一步细节。

附图说明

现在仅通过举例方式和参考附图描述本公开内容的一些实施方式。在所有的附图中，相同的参考数字表示相同的要素或相同类型的要素。

图1图解了示例性实施方式中的帽纵梁。

图2A-2B图解了示例性实施方式中帽纵梁的进一步视图。

图3-4图解了示例性实施方式中弯曲的间隙填料的预成型件。

图5A-5B是图解制造示例性实施方式中弯曲的间隙填料的预成型件的拉挤成型系统的图。

图6-8图解了示例性实施方式中用于拉挤成型系统的辊的各种布置。

图9-11图解了示例性实施方式中用于拉挤成型系统的辊的进一步布置。

图12是图解示例性实施方式中用于操作拉挤成型系统的方法的流程图。

图13是示例性实施方式中拉挤成型系统的方框图。

图14是示例性实施方式中航空器生产和服务方法的流程图。

图15是示例性实施方式中航空器的方框图。

具体实施方式

附图和以下描述阐释了本公开内容的具体示例性实施方式。因此将认识到，本领域技术人员将能够设想虽然本文没有明确描述或显示但是体现本公开内容的原理并且包括在本公开内容的范围内的各种布置。此外，本文描述的任何实例旨在帮助理解本公开内容的原理，并且应被解释为不限于这种具体叙述的实例和条件。结果，本公开内容不限于下面描述的具体实施方式或实例，而是由权利要求和其等价形式限定。

图1是示例性实施方式中弯曲的复合材料部件100的透视图。在该实施方式中，复合材料部件100包括具有多层层压板基底110和多层层压板“帽”120的用于航空器的“帽”纵梁。在该实施方式中，每个层压板包括多层构成材料，比如可以通过粘合剂(例如，增粘剂)稳定的“干纤维”形式(即，缺少浸渍的树脂)的碳纤维。在敷设并且符合期望的形状(例如，经由预成型件的固结)之后，基底110和帽120被共固化(例如，经由在真空中施加热)以便形成整体复合材料部件(例如，展现期望的强度的固化的碳纤维纵梁)。

更深入探究复合材料部件100的几何形状，图2A-2B提供了与图1的视图箭头2对应的复合材料部件100的端视图。图2A是分解端视图，而图2B是标准端视图。如图2B中所显示，帽120和基底110在接头220处结合。没有间隙填料的预成型件250，接头220将展现紧凑的曲率半径。因此，期望预成型件250形成没有空隙的接头220。因此，部件100包括在接头220处放置在体积210内的预成型件250。预成型件250还可以被称为“条状物”或“间隔件”的预成型件。预成型件250在接头220处填充空隙，从而增加接头220的强度并且防止基底110和帽120之间的脱粘。还图解了层压板包装(wrap)230以进一步固定复合材料部件100内的预成型件250。可以将显示用于复合材料部件100的各种组件共固化在一起，以便将其统一(unify)成单个的整体复合材料部件100。

图3是间隙填料的预成型件250的放大的前视图。具体而言，图3与图2B的视图箭头3对应。如图3中所显示，预成型件250展现宽度W和厚度T。这些特性可以沿着预成型件250的长度变化，并且宽度甚至可以在预成型件250内变化。在该实施方式中，预成型件250包括与粘合剂340结合(或在粘合剂340内)的纤维330(例如，碳纤维)。粘合剂340可以包括热塑性遮蔽物(veil)、热固性树脂或甚至其组合。同时，碳纤维可以是连续的和直的，或甚至可以是织物、编织的，或包括随机取向的的短切纤维。请注意，在一些实施方式中，预成型件250可以由材料的一个或多个层/片层制成。由于显示了单个片层实施方式，在图4中没有图解单个的层/片层用于参考目的。

图4是图3的预成型件250的俯视图。图4图解了预成型件250沿着其长度(L)弯曲。图4进一步图解了预成型件250内的纤维330被取向，使得它们随着预成型件250弯曲而沿着预成型件250的长度延伸。虽然显示预成型件250为图4中其宽度的大致10倍长，但是应理解，预成型件250可以是特别长的(例如，大约数十米)和特别窄的(例如，宽度上变化但是平均几厘米)，并且可以由连续的制造过程产生。在其中利用长的连续纤维来形成预成型件250的实施方式中，可以将预成型件250拼接在一起以便增加长度。

结合上面容易描述的预成型件250的特性，图5-11图解了自动制造弯曲的预成型件的系统。图5A是图解示例性实施方式中用于制造弯曲的间隙填料的预成型件的拉挤成型系统500的图。拉挤成型系统500能够拉挤成型材料的带材520以便将期望的曲率永久地强制施加至带材520上。带材520在拉挤成型期间被加热至高于粘着点温度，并且然后在已经被强制施加曲率之后冷却以便永久地将形状改变为预成型件。即，转变温度激活带材520的构成材料(例如，增粘剂)的粘合特性。然后可以将预成型件放置在层压板内，而不在层压板内起皱或聚束。因此，由层压板固化得到的复合材料部件的强度将增强。

拉挤成型系统500运行以展开来自线轴510的带材卷520(包括例如碳纤维增强材料)(在位置L1处)，加热带材520高于带材520内的材料(例如，热塑性粘合剂或热固性粘合剂)的粘着点温度(在位置L2处)，和进给带材520通过模具550(在位置L3处)，其具有强制施加曲率至带材520上的通道。随着带材520行进通过模具550，拉挤成型系统500进一步冷却带材520(在位置L4处)，并且将带材520从模具550牵引出(在位置L5处)。这导致离开拉挤成型系统500的弯曲的、拉挤成型预成型件250。

在该实施方式中，拉挤成型系统500包括线轴510，其存储用于成型为弯曲的间隙填料的预成型件250的缠绕带材520。线轴510还可以被称为“条状物供应器”，因为它供应用于形成为“条状物”的材料。带材520可以包括在固化为复合材料部件之前能够经历塑性变形的任何适当的材料。在该实施方式中，除了热塑性粘合剂(例如，图3中的粘合剂340)、热塑性遮蔽物等以外，带材520的长度包括在带材内纵向延伸的碳纤维(例如，512，514)。

带材520从线轴510展开，继续行进经过加热器530，其将热量(Δ)施加至带材520，引起热塑性遮蔽物(或热固性树脂)达到或超过粘着点温度和/或玻璃化转变温度(例如，对于热固性树脂为80-160摄氏度(C)，或对于热塑性遮蔽物为140-240℃)。加热确保带材520能够通过模具550被重新成型，而不会破裂或断裂。加热器530可以包括任何适当的加热组件，比如利用红外辐射加热元件的辐射加热器。在进一步实施方式中，多个片层(例如，来自多个线轴510的带材的多个卷筒)被展开，粘合在一起，并且加热，以便制备用于拉挤成型为单个预成型件250的一批片层。

在带材520通过加热器530之后，将带材520进给至模具550的入口552内，其包括促进带材520进入模具550的弯曲处554。模具550包括牵引带材520通过其的弯曲的通道556。通道556展现在带材520离开模具550时施加至带材520的曲率。在该实施方式中，模具550由限定内半径562的部件(piece)560和限定外半径572的部件570形成。部件560形成通道556的下半部分，并且部件570形成通道556的上半部分。在一些实施方式中，模具550的入口552可以展现圆形入口几何形状。在这种实施方式中，通道556可以沿着其长度转变(transition)，从大的净横截面扫描至较小的净横截面，或通道556可以通过沿着期望的半径扫描净横截面形成。

随着带材520被进给通过模具550，带材520被迫形成由模具550(例如，以数百磅的压力)限定的横截面形状(557，图5B中所显示的)。通过通道556带材520被进一步主动地弯曲成期望的形状。因为曲率将被强制施加在带材520上，带材520内的纤维512和514将相对于彼此在模具550内滑动。也就是说，在外半径572处的纤维512将利用比在内半径562处的纤维514更大的纤维长度。该滑动发生在带材520的纤维之间。在其中带材520的多个片层被拉挤成型在一起以形成单个预成型件250的实施方式中，当拉挤成型时带材的单个层可以相对于彼此滑动，引起外部片层中的纤维形成比内半径更大长度的半径，当与内道(innerlane)相比时，类似于跑道的外道(outer lane)。即使当曲率的平均半径很大(例如，五十至一百英寸)并且内半径和外半径之间的差异很小(例如，四分之一英寸)时，也可能存在滑动。因此，通过进给带材520通过模具550的通道556，拉挤成型系统500在带材520内的纤维之间强制施加变化的路径长度。当通过模具550的拉挤成型纤维被主动地成型时，通过在纤维之间相对于彼此强制施加滑动，拉挤成型系统500防止所得预成型件250中褶皱的形成。模具550可以由例如金属或弹性塑料构成。

模具550的每个部件还包括冷却室564，加压流体566(例如，气态压缩空气、液态水或制冷剂)可以通过冷却室564行进。加压流体566被冷却至低于期望的温度(例如，至环境温度或低于环境温度)，并且随着带材520在模具550内行进，通过通路568将加压流体566吹至带材520上。在一些实施方式中，液体和化学制冷剂用于通过穿过蒸发器或常规的制冷回路的传导冷却带材520。在这样的实施方式中，模具550可以被调整尺寸使得这些液体在冷却期间不直接接触带材520。

以这种方式，当行进通过模具550时，带材520(和/或模具550)经由与加压流体566的强制对流热传递被快速冷却至低于粘着点温度。这使得带材520在离开模具550时固化。在该实施方式中，经由端口542将加压流体566从供应源540供应至室564。此外，室564在入口552的下游。图5B图解了模具550的横截面，其进一步图解了端口542、室564、通道556和横截面形状557。图5B与图5A的视图箭头5B对应。

在进一步实施方式中，模具550的每个部件被可拆卸地安装在恰当的位置(例如，经由螺钉、夹具等)。以这种方式，模具550的部件可以被拆卸并且用具有不同曲率半径的部件替代。然后可以重新开始(例如，对于带材520的同一线轴510)加工以施加新的曲率至带材520的不同区段。

经由区域10中的辊将带材520牵引出模具550的出口558。在该实施方式中，辊包括辊590和辊580。辊590沿方向592旋转，并且辊580沿方向582旋转。辊590和辊580可以被共同地称为“条状物拉紧设备”。辊590和辊580之间的压区584对带材520提供夹持(grip)和牵引动作。辊施加拉力(例如，一百磅的力)以便将带材520(其现在已经形成为预成型件250)从模具550牵引出。该力还对带材520施加张力，确保带材520保持张紧(taught)。在进一步实施方式中，辊580、辊590和/或线轴510可以包括离合器和/或制动器以利于张力控制。

然后可以存储预成型件250的长度，用于稍后施加至将被固化成复合材料部件的层压板。在整个过程中，控制器596可以通过防止在带材520处的张力超过目标值或落在目标范围外面调节带材520的展开、进给和牵引。

控制器596可以管理以上描述的拉挤成型系统500的组件的各种操作。例如，控制器596可以调节由辊580和590施加的拉力的量，经由连接冷却室564至通道556的通路568施加的加压流体的量，或由加热器530施加的热的量，以便确保达到稳态过程，其中展开、加热、进给、冷却和牵引在沿着带材的不同位置处在带材上同时进行。控制器596可以例如作为定制电路、作为执行编程指令的硬件处理器或其一些组合被实施。传感器598也在图5A中被描绘，并且可以被控制器596利用以测定/监测带材520的拉挤成型速度。控制器596因此可以通过基于来自传感器598的输入调节辊580和辊590的拉力来参与主动反馈控制。传感器598可以包括照相机、激光器、滚动传送器传感器等。在线轴510处的传感器512检测待施加的扭力的量以保持带材520在期望的张力水平。传感器513还可以被控制器596利用来提供辊580和590的反馈控制以维持期望的进给速率。辊510提供带材520中的张力以确保在形成过程期间纤维之间的密切接触。辊590和580被控制以维持材料通过该系统的进给速率。

在进一步的实施方式中，辊580和/或辊590包括测量被牵引的带材520的阻力的传感器。该测量表示在带材520处的张力水平。因此，控制器596可利用来自辊580和/或辊590的输入来调节由这些辊施加至带材520的力的量。这可以被执行以便确保在带材520处的张力保持在期望的最小和最大张力水平之间。

图6-10图解了示例性实施方式中形成压区584的拉挤成型系统500的辊的各种布置。图6-9从图5A的视图箭头6所指示的横截面图图解了这些辊。图10从图5的区域10的侧视图图解了辊。图6图解了牵引具有三角形横截面620的预成型件250的一对辊602和604。在该实施方式中，辊604包括与用于处理预成型件250的压区584的两个面(682，684)对应的凹槽610。同时，辊602与用于处理预成型件250的压区的第三面对应。辊602和604可以以期望水平的力(例如，五十磅的力)彼此抵靠保持或彼此相关以确保它们与预成型件250接触，或可以被安装以确保随着辊602和604旋转施加期望水平的摩擦力(和因此拉力)至预成型件250。图7图解了与图6相似的实施方式，其中具有凹槽710的辊704与另一辊702配合工作。然而，在图7中，辊702包括弯曲表面712以使压区的边缘贴合具有弯曲横截面(例如，在其中模具550在带材520的一个或多个面上强制施加弯曲形状的情况中，需要具有弯曲边缘的压区)的预成型件250。图8图解了进一步实施方式，其中三个单独的辊800、810和820各自与预成型件250的不同面保持接触。在进一步实施方式中，可以利用任何适当数目的辊(例如，三个)(例如，以形成接触预成型件250的任何适当数目的面的压区)。在一些实施方式中，压区584略微小于预成型件250的横截面，其促进当向前牵引预成型件250时的夹持/摩擦力。

图9-10图解了进一步实施方式，其中辊902和900展现不同尺寸(图10与图5A的区域10对应)。在这种实施方式中，可以调节由辊施加的旋转速度和/或扭矩以确保带材520在辊之间行进而无延迟和断裂。可以分析在压区处的辊旋转速度和卷筒扭矩阻力以控制在整个过程中的牵引速度，而不使预成型件250断裂。在该实施方式中，辊900是具有凹槽910的大鼓，其内半径1000与模具550的内半径562对应，并且其外半径1010与模具550的外半径572对应。通过利用这种辊的组合，预成型件250不经历应力或应变，其否则可起因于从模具550的出口“径直牵引出”(即，在垂直于模具550的出口的方向上)预成型件25。以这种方式，随着预成型件250离开模具550，防止预成型件250的扭结。也就是说，辊的组合有助于防止在离开模具550之后进一步曲率(或非期望的曲率)被施加至预成型件250。模具550的出口可以具有比模具550的入口更小的横截面积。这可以与随着带材520被牵引通过模具550，带材520的横截面积的减小对应。

图11图解了在示例性实施方式中利用具有螺旋槽1110的辊1100的进一步实施方式。辊1100与辊1102相互作用以牵引预成型件250。螺旋槽1110包括脊1120。在该实施方式中，随着辊1100沿着旋转轴(AOR)旋转，螺旋槽1110沿着辊1100的圆周延续，以便沿着辊1100缠绕(wrap)预成型件250多次，用于存储。因此，槽1110像螺旋弹簧一样围绕辊1100盘绕。由箭头1130所指示，辊1100在旋转期间沿着AOR平移(translate)，引起预成型件250(由带材520形成)陷入螺旋槽1110内。以这种方式，预成型件250可以围绕辊1100的圆周被缠绕多次(例如，像线圈一样)。这增加了可以存储在辊1100处的预成型件250的量。

将关于图12讨论拉挤成型系统500的操作的说明性细节。对于该实施方式假设操作者已经装载了带材520的线轴510，并且已经进给了带材520的有角度的(例如，切割的)尖端通过模具550并且进入辊580和590。因此，可能存在预成型件250的引导区段(leadersection)，其还不具有期望的横截面或曲率。该引导区段可以被牵引通过拉挤成型系统500并且然后被去除。因此，引导区段用于准备好(prime)预成型件产生的过程，并且当敷设成复合材料部件时将不是预成型件250的部件。拉挤成型系统500通过辊580和590的操作能够拉动另外的带材520通过模具550。

图12是图解示例性实施方式中用于操作拉挤成型系统的方法1200的流程图。参考图1的拉挤成型系统500描述了方法1200的步骤，但是本领域技术人员将认识到，方法1200可以在其它系统中执行。本文描述的流程图的步骤不是包括全部的并且可以包括未显示的其它步骤。本文描述的步骤还可以以可选的顺序执行。

控制器596引导驱动辊580和590的操作以开始旋转，其施加摩擦力至预成型件250，引起预成型件250(和因此带材520)前进，从上游被牵引至下游。这导致带材520从线轴510展开(步骤1202)。在该过程期间，控制器596可主动地利用来自传感器(例如，传感器598)的输入以调节由辊580和辊590施加的力的量，以便确保张力经由压区584维持在期望的水平。因此，压区584可以被调整尺寸为小于预成型件250的横截面以便提供足够的夹紧力。预成型件250的材料几何形状已经通过加热、成形和冷却过程被设定。因此，当预成型件250在压区584处被压缩时，一旦预成型件250离开压区584，预成型件250的形状将完全恢复。

在从线轴510展开之后，将带材520牵引穿过施加热量(图5A的Δ)的加热器530，热量使带材520升温至高于热塑性粘合剂340的粘着点温度(步骤1204)。随着带材520在L1处继续被展开，该加热过程在L2处在带材520的一个区段内发生。

辊580和590继续操作，当带材520被加热至(即，在或高于)粘着点温度时引起带材520被进给通过模具550(步骤1206)。模具550使带材520形成为预成型件250。模具550可以展现与带材520进入模具550之前实质上不同的横截面积。例如，模具550可展现出存储在线轴510处的带材520的宽度的十分之一。这意味着随着带材520进入模具550并且形成预成型件250，将大量的压缩压力施加至带材520(例如，一百磅每平方英寸或更大)。模具550展现预成型件250通过其行进的曲率(例如，半径562和半径572)。将该曲率强制施加至预成型件250上，并且引起纤维512和514，和/或片层关于彼此滑动，而带材520仍然是可锻造的。以这种方式，随着预成型件250穿过模具550，预成型件250内纤维的路径长度变化(步骤1208)。随着预成型件250继续行进通过模具550，通过施加加压流体566至通路568(或以上讨论的其它手段)将预成型件250冷却至低于粘着点温度(步骤1210)。这使预成型件250内的热塑性粘合剂340固化，其使预成型件250硬化。

辊580和590继续运行以在预成型件250已经被冷却至低于粘着点温度之后从模具550牵引出预成型件250(步骤1212)。然后可以将从模具550牵引出的预成型件250存储在鼓上，用于稍后施加至将被固化成复合材料部件的层压板。

方法1200提供相对于用于形成预成型件的现有技术的实质性益处，因为方法1200允许沿着其长度弯曲的预成型件250经由拉挤成型工艺形成。当预成型件250被施加至等待固化的层压板时，该技术防止褶皱形成。此外，该技术允许预成型件的快速和经济的自动制造。

实施例

在下述实施例中，在利用弯曲的模具的拉挤成型系统的背景中描述了另外的工艺、系统和方法。

图13是在示例性实施方式中拉挤成型系统1300的方框图。拉挤成型系统1300加热、成型和冷却带材1320以便符合期望的曲率。在该实施方式中，拉挤成型系统1300包括线轴1310，带材1320围绕线轴1310缠绕。带材1320包括热塑性或热固性粘合剂1324，以及增强带材1320的强度的碳纤维1322。在该实施例中，加热器1330施加辐射热，辐射热使带材1320的温度增加，直到带材1320是柔软的。带材1320行进至模具1340内，其包括部件1342。每个部件1342限定曲率的内半径或外半径。在该实施方式中，每个部件1342进一步包括室1344和多个通路1346。来自供应部1352的加压空气经由端口1350进入室1344以便冷却带材1320，引起带材1320固化，同时展现期望的曲率。辊1360将带材1320——其已经被冷却直到硬化成预成型件1370——从模具1340牵引出，用于敷设复合材料部件。

更具体地参考附图，在如图14中所显示的航空器制造和服务方法1400和如图15中所显示的航空器1402的背景中描述了本公开内容的实施方式。在预生产期间，示例性方法1400可以包括航空器1402的规格和设计1404和材料采购1406。在生产期间，进行航空器1402的组件和子部件制造1408和系统集成1410。在此之后，航空器1402可以通过认证和交付1412以便投入使用1414。当由客户使用时，航空器1402被安排日常维修和服务1416(其还可以包括改进、重新配置、整修等)。可以在生产和服务方法1400(例如，规格和设计1404、材料采购1406、组件和子部件制造1408、系统集成1410、认证和交付1412、服务1414、维修和服务1416)的任何一个或多个适当的阶段期间采用本文呈现的装置和方法，和/或航空器1402的任何适当的组件(例如，机身1418、系统1420、内部1422、推进系统1424、电气系统1426、液压系统1428、环境系统1430)。

方法1400的每个过程可以由系统集成商、第三方、和/或运营商(例如，客户)执行或进行。为了描述的目的，系统集成商可以包括但不限于任何数目的航空器制造商和主系统分包商；第三方可以包括但不限于任何数目的提供商、分包商和供应商；并且运营商可以是航空公司、租赁公司、军事实体、服务组织，等等。

如图15中所显示，由示例性方法1400生产的航空器1402可以包括具有多个系统1420的机身1418和内部1422。高级系统1420的实例包括推进系统1424、电气系统1426、液压系统1428和环境系统1430中的一个或多个。可以包括任何数目的其它系统。尽管显示了航空航天实例，但是本发明的原理可以被应用至其它工业，比如汽车工业。

如上面已经提到，可以在生产和服务方法1400的任何一个或多个阶段期间采用本文呈现的装置和方法。例如，与生产阶段1408对应的组件或子部件可以以当航空器1402投入使用时生产的组件或子部件相似的方式被加工或制造。而且，例如，通过大幅加速航空器1402的装配或降低航空器1402的成本，在生产阶段1408和1410期间可以利用一个或多个装置实施方式、方法实施方式、或其组合。类似地，当航空器1402投入使用时，例如并且但不限于，维修和服务1416，可以利用装置实施方式、方法实施方式、或其组合中的一个或多个。例如，本文描述的技术和系统可用于步骤1406、1408、1410、1414、和/或1416，和/或可用于机身1418和/或内部1422。这些技术和系统甚至可用于系统1420，包括例如推进系统1424、电气系统1426、液压系统1428、和/或环境系统1430。

在一种实施方式中，预成型件250包括在机身1418处的纵梁的一部分，并且在组件和子部件制造1408期间被制造。然后可以在系统集成1410中将纵梁装配到航空器中，并且然后被用于服务1414，直到磨损导致纵梁不可使用。然后，在维修和服务1416中，纵梁可以被丢弃并且用新制造的纵梁替代，或可以被修理。新的预成型件250可以在整个组件和子部件制造1408中使用，以便促进新的纵梁的制造。

在附图中显示或在本文描述的任何的各种控制元件(例如，电气或电子组件)可以被实施为硬件、实施软件的处理器、实施固件的处理器、或这些的一些组合。例如，元件可以被实施为专用硬件。专用硬件元件可以被称为“处理器”、“控制器”或一些类似术语。当由处理器提供时，该功能可以由单个专用处理器、单个共享处理器、或多个单独的处理器提供，其中的一些可以被共享。而且，术语“处理器”或“控制器”的明确使用不应被解释为排他地指能够执行软件的硬件，并且可以隐含地包括但不限于数字信号处理器(DSP)硬件、网络处理器、专用集成电路(ASIC)或其它电路、现场可编程门阵列(FPGA)、用于存储软件的只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、非易失性存储器、逻辑、或一些其它物理硬件组件或模块。

而且，控制元件可以被实施为可由处理器或计算机执行的指令以执行元件的功能。指令的一些实例是软件、程序代码和固件。当由处理器执行时指令是可操作的以引导处理器执行元件的功能。指令可以被存储在由处理器可读的存储设备上。存储设备的一些实例是数字或固态存储器，磁性存储介质比如磁盘和磁带，硬盘驱动器，或光学可读的数字数据存储介质。

本发明还涉及下述条款，这些条款不与权利要求混淆。

A1.一种方法，其包括：

通过连续地进行下述步骤制造预成型件：

加热纤维增强材料(520)至纤维增强材料内的构成材料的粘着点温度(1204)；

当纤维增强材料被加热至粘着点温度时，进给纤维增强材料通过模具(550)，该模具展现纤维增强材料通过其行进的曲率，该模具使纤维增强材料形成为预成型件(250)(1206)；

随着预成型件穿过模具，改变预成型件内的纤维(512)的路径长度(1208)；和

从模具牵引出预成型件(1212)。

A2.还提供了段落A1的方法，其中：

进给纤维增强材料通过模具以强制施加在纤维增强材料内的纤维之间的滑动，该滑动强化纤维增强材料。

A3.还提供了段落A1的方法，其中：

纤维增强材料是带材。

A4.还提供了段落A3的方法，进一步包括：

从至少一个线轴(510)展开带材。

A5.还提供了段落A1的方法，进一步包括：

当纤维增强材料继续行进通过模具时将预成型件冷却至低于粘着点温度。

A6.还提供了段落A1的方法，其中：

在已经将预成型件冷却至低于粘着点温度之后进行从模具牵引出预成型件。

A7.还提供了段落A1的方法，其中：

牵引预成型件包括通过操作驱动辊(580，590)连续地拉紧预成型件，驱动辊夹紧预成型件并且从模具牵引出预成型件，使得张力沿着纤维增强材料的长度被施加。

A8.还提供了段落A1的方法，其中：

在不同的位置处同时进行展开、加热、进给、冷却和牵引。

A9.还提供了段落A1的方法，其中：

通过辐射加热元件(530)进行加热带材，辐射加热元件(530)加热带材至150和200摄氏度之间。

A10.还提供了段落A1的方法，其中：

冷却预成型件包括引导气体通过模具的室(564)并且进入与模具接触的通路(568)，产生强制对流热传递。

A11.还提供了段落A1的方法，其中：

冷却预成型件包括通过引导流体通过模具来冷却模具。

A12.还提供了段落A1的方法，进一步包括：

基于来自监测预成型件的传感器(598)的输入，利用调节展开、进给、和牵引的控制器(596)防止张力落在目标范围之外。

A13.还提供了段落A1的方法，其中：

当牵引预成型件时进行加热纤维增强材料。

A14.还提供了段落A1的方法，进一步包括：

由纤维增强材料的多个片层形成预成型件，其中每个片层来源于不同的线轴(510)。

根据本发明的进一方面，提供了：

B1.一种装置，其包括：

拉挤成型模具，其包括：

弯曲的通道(556)，其在模具内从模具的入口(552)内部地延伸至模具的出口(558)；

冷却室(564)，其位于模具的入口下游的内部；和

相对于冷却室定位的多条通路(568)，其促进室在入口和出口之间的位置处的热传递。

B2.还提供了段落B1的装置，其中：

拉挤成型模具进一步包括：

限定弯曲的通道的上半部分的第一部件(570)；和

限定弯曲的通道的下半部分的第二部件(560)，

其中第一部件和第二部件可以从纤维增强材料拆卸，以便用具有与第一部件和第二部件不同的曲率半径的部件替代。

B3.一种装置，其包括：

条状物供应器(510)，其提供用于形成为条状物的预成型件(250)的纤维增强材料(520)；

加热器(530)，其增加从条状物供应器接收的纤维增强材料的温度；

模具(550)，其赋予曲率至已经被加热的材料，形成预成型件；和

条状物拉紧设备(580，590)，其拉紧条状物，从而牵引预成型件通过模具。

B4.还提供了段落B3的装置，其中：

条状物拉紧设备包括两个辊(580，590)，其形成拉紧条状物的压区(584)。

B5.还提供了段落B3的装置，其中：

条状物供应器包括纤维增强材料的线轴(510)。

B6.还提供了段落B3的装置，其中：

纤维增强材料包括与粘合剂结合的碳纤维。

B7.还提供了段落B3的装置，其中：

纤维增强材料包括干燥碳纤维。

B8.还提供了段落B3的装置，其中：

纤维增强材料包括玻璃纤维。

B9.还提供了段落B3的装置，其中：

模具包括弯曲的通道(556)，纤维增强材料通过弯曲的通道(556)被拉挤成型，并且模具的入口(552)沿着曲率被扫描。

B10.还提供了段落B9的装置，其中：

入口是圆形的。

B11.还提供了段落B9的装置，其中：

通道具有比入口小的出口。

B12.还提供了段落B9的装置，其中：

模具包括选自金属和塑料的材料。

根据本发明的进一步方面，提供了：

C1.一种系统，其包括：

至少一个线轴(510)，其用于保持包括构成材料的纤维增强材料卷；

线轴下游的加热器(530)，其将纤维增强材料加热至构成材料的粘着点温度；

加热器下游的拉挤成型模具(550)，其展现具有纵向曲率的通道(556)，该纵向曲率被强制施加在纤维增强材料的长度上，并且将纤维增强材料形成为预成型件(250)；

冷却预成型件的冷却室(564)；和

辊(580，590)，其位于拉挤成型模具的下游并且形成拉挤成型模具的横截面形状的压区(584)。

C2.还提供了段落C1的系统，其中：

构成材料包括热塑性粘合剂；和

加热器包括辐射加热器，其将带材加热至150和200摄氏度之间。

C3.还提供了段落C1的系统，其中：

模具的入口(552)是弯曲的。

C4.还提供了段落C1的系统，其中：

模具的入口是圆形的。

C5.还提供了段落C1的系统，其中：

模具包括可拆卸部件(560，570)，其可以互换以调节曲率半径。

C6.还提供了段落C1的系统，其中：

模具的出口(558)具有比模具的入口小的净横截面积。

C7.还提供了段落C1的系统，其中：

其中辊中的一个包括沿着辊的圆周延伸的螺旋槽1110，并且螺旋槽在预成型件离开模具之后匹配预成型件的横截面。

C8.还提供了段落C7的系统，其中：

辊在旋转期间沿着其旋转轴轴向地平移，引起预成型件缠绕至螺旋槽内。

C9.还提供了段落C1的系统，其中：

辊包括具有等于模具曲率的外半径的辊，并且辊通过旋转施加张力至离开模具的预成型件。

C10.还提供了段落C1的系统，其中：

辊中的至少一个包括与离开模具之后的预成型件的至少一侧的形状对应的槽。

C11.还提供了段落C1的系统，其中：

随着预成型件离开模具，对于预成型件的每一侧，辊包括：

直接接触模具的该侧并且匹配模具的该侧的形状的辊。

C12.还提供了段落C1的系统，其中：

冷却室在模具内。

C13.还提供了段落C1的系统，其中：

模具由选自金属和塑料的材料制成。

C14.还提供了段落C1的系统，其中：

预成型件包括用于复合材料部件的间隙填料的预成型件。

虽然本文描述了具体实施实施方式，但是本公开内容的范围不限于那些具体实施方式。本公开内容的范围由权利要求和其任何等价形式限定。

Claims (15)

1.一种方法，其包括：

通过连续地进行下述步骤制造预成型件：

加热纤维增强材料(520)至所述纤维增强材料内的构成材料的粘着点温度(1204)；

当所述纤维增强材料被加热至所述粘着点温度时，进给所述纤维增强材料通过模具(550)，所述模具展现所述纤维增强材料通过其行进的曲率，所述模具使所述纤维增强材料形成为预成型件(250)(1206)；

随着所述预成型件穿过所述模具，改变所述预成型件内的纤维(512)的路径长度(1208)；和

从所述模具牵引出所述预成型件(1212)。

2.根据权利要求1所述的方法，其中：

进给所述纤维增强材料通过所述模具以强制施加在所述纤维增强材料内的纤维之间的滑动，所述滑动强化所述纤维增强材料。

3.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：

当所述纤维增强材料连续行进通过所述模具时，冷却所述预成型件低于所述粘着点温度。

4.根据权利要求1所述的方法，其中：

牵引所述预成型件包括通过操作驱动辊(580，590)连续地拉紧所述预成型件，所述驱动辊夹紧所述预成型件并且从所述模具牵引出所述预成型件，使得张力沿着所述纤维增强材料的长度被施加。

5.根据权利要求1所述的方法，其中：

在不同的位置处同时进行展开、加热、进给、冷却和牵引。

6.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：

基于来自监测所述预成型件的传感器(598)的输入，利用调节展开、进给和牵引的控制器(596)防止张力落在目标范围之外。

7.一种装置，其包括：

条状物供应器(510)，其提供用于形成为条状物的预成型件(250)的纤维增强材料(520)；

加热器(530)，其增加从所述条状物供应器接收的纤维增强材料的温度；

模具(550)，其赋予曲率至已经被加热的材料，形成所述预成型件；和

条状物拉紧设备(580，590)，其拉紧所述条状物，从而牵引所述预成型件通过所述模具。

8.根据权利要求7所述的装置，其中：

所述条状物拉紧设备包括两个辊(580，590)，其形成拉紧所述条状物的压区(584)。

9.根据权利要求7所述的装置，其中：

所述条状物供应器包括所述纤维增强材料的线轴(510)。

10.根据权利要求7所述的装置，其中：

所述模具包括弯曲的通道(556)，所述纤维增强材料通过所述弯曲的通道被拉挤成型，并且所述模具的入口(552)沿着曲率被扫描。

11.根据权利要求10所述的装置，其中：

所述通道具有比所述入口小的出口。

12.一种系统，其包括：

至少一个线轴(510)，其用于保持包括构成材料的纤维增强材料卷；

在所述线轴下游的加热器(530)，其将所述纤维增强材料加热至所述构成材料的粘着点温度；

在所述加热器下游的拉挤成型模具(550)，其展现具有纵向曲率的通道(556)，所述纵向曲率被强制施加在所述纤维增强材料的长度上，并且使所述纤维增强材料形成为预成型件(250)；

冷却所述预成型件的冷却室(564)；和

辊(580，590)，其位于所述拉挤成型模具的下游并且形成所述拉挤成型模具的横截面形状的压区(584)。

13.根据权利要求12所述的系统，其中：

所述构成材料包括热塑性粘合剂；和

所述加热器包括辐射加热器，其将所述带材加热至150和200摄氏度之间。

14.根据权利要求12所述的系统，其中：

所述模具包括可拆卸部件(560，570)，其可以互换以调节所述曲率半径。

15.根据权利要求12所述的系统，其中：

其中所述辊中的一个包括螺旋槽(1110)，其沿着所述辊的圆周延伸，并且在所述预成型件离开所述模具之后，所述螺旋槽匹配所述预成型件的横截面。