CN109982463B - 包含具有非磁性金属芯的张紧构件的感应加热单元 - Google Patents

Abstract

公开了包括具有非磁性金属芯的张紧构件的感应加热单元。还公开了操作这种单元的方法，例如，处理复合部件。张紧构件的非磁性金属芯提供优异的拉伸强度。此外，非磁性金属芯允许形成长张紧构件，从而导致大型感应加热单元可以用于处理大型复合部件，例如飞机机身部件、机翼部件等。这些非磁性金属芯的直径小于在单元工作期间使用的磁场的感应加热阈值，这确保了芯与磁场的有限相互作用或无相互作用。芯可以设置成张紧构件，该张紧构件延伸穿过并压缩感应加热单元的模具。当使用多个芯时，这些芯彼此电绝缘，例如使用绝缘壳或将这些芯彼此隔开。

Description

包含具有非磁性金属芯的张紧构件的感应加热单元

技术领域

本发明涉及包含具有非磁性金属芯的张紧构件的感应加热单元。

背景技术

加工大型部件，尤其是具有复杂形状的大型部件可能非常具有挑战性。例如，施加压力以固结和成形加工部件在用于加工的工具中产生主要的力。同时，用于各种工具组件的许多材料可能不具有机械强度。例如，陶瓷通常用于感应加热单元中的模具，因为这些材料不与电磁辐射相互作用。电磁辐射用于感应加热单元中，仅用于加热特定组件和/或加工部件。因此，电磁辐射必须穿过其他组件，从而允许局部加热。陶瓷模具必须依靠增强结构来压缩地预加载这些模具并抵消在加工期间在感应加热单元中产生的拉力。因此，压缩预加载保持了模具的机械完整性。与陶瓷一样，这些增强结构不应与电磁辐射相互作用，或应限制它们的相互作用。该电磁透明性要求限制了用于增强结构的材料选择。

发明内容

公开了包括具有非磁性金属芯的张紧构件的感应加热单元。还公开了操作这种单元的方法，例如，处理复合部件。张紧构件的非磁性金属芯提供优异的拉伸强度。此外，非磁性金属芯允许形成长张紧构件，从而导致大型感应加热单元可以用于处理大型复合部件，例如飞机机身部件、机翼部件等。这些非磁性金属芯的直径小于在单元的操作期间使用的磁场的感应加热阈值，这确保了芯与磁场的有限相互作用或无相互作用。芯可以设置成张紧构件，该张紧构件延伸穿过并压缩感应加热单元的模具。当使用多个芯时，这些芯与其它芯电绝缘，例如使用绝缘壳或将这些芯彼此隔开。

提供了一种感应加热单元，其包括模具、感应加热器和第一张紧构件。模具包括第一侧和第二侧。模具还包括成形表面，该成形表面至少部分地在第一侧和第二侧之间延伸。成形表面用于限定在感应加热单元中处理的部件的形状。感应加热器的至少一部分，例如感应加热器的感受器(susceptor)邻近模具的成形表面设置。感应加热器配置为使用磁场在成形表面处或附近产生热量。例如，感应加热器的感应线圈产生磁场，而感受器与磁场相互作用并引起局部加热。模具和第一张紧构件配置为不与磁场相互作用，这允许避免在感应加热单元的操作期间加热这些组件。

第一张紧构件在模具的第一侧和第二侧之间延伸穿过模具。第一张紧构件沿第一方向延伸。第一张紧构件包括一个或多个股线(strand)。一个或多个股线中的每一个包括非磁性金属芯。在一些实例中，非磁性金属芯在垂直于第一方向的平面内具有圆形横截面或基本上圆形的横截面。非磁性金属芯的最大横截面尺寸(例如，圆形横截面的直径)小于磁场的感应加热阈值。这确保了第一张紧构件在感应加热单元操作期间不与磁场相互作用。

出于本公开的目的，非磁性金属芯被定义为由金属或金属合金制成的芯，其在感应加热单元操作期间是非磁性的并且对磁场具有最小的反应或没有反应。例如，非磁性金属芯的金属或金属合金可以具有在不同方向上取向并且内部平衡的原子的偶极矩。为了比较，磁性材料具有协调的偶极矩，使得这些偶极矩通常指向相同方向，这导致对磁场的强烈反应。

在一些实例中，第一张紧构件的一个或多个股线包括多个股线。多个股线中的每一个与多个股线中的任何另外一个电绝缘。该特征允许多个股线的束在感应加热单元操作期间避免与磁场反应，因为每个股线的直径低于磁场的感应加热阈值并且没有来自多个股线的累积效应。

在一些实例中，多个股线物理上彼此接触。在这些实例中，多个股线中的每一个包括围绕非磁性金属芯设置的绝缘壳。这些壳允许多个股线物彼此物理接触，而它们的非磁性金属芯保持彼此电绝缘。在一些实例中，绝缘壳包括聚酰亚胺、聚丙烯或金属氧化物中的一种。

在一些实例中，多个股线捻合在一起。不受任何特定理论的限制，认为将多个股线捻合在一起增强了由这些多个股线形成的束的整体机械强度。

在一些实例中，多个股线物理上彼此分离。分离提供了多个股线的电绝缘。在具体的实例中，这些多个股线不具有绝缘壳，并且依靠物理分离来保持非磁金属芯的电绝缘。

在一些实例中，非磁性金属芯直接接合模具。换句话说，非磁性金属芯不具有壳体，并且第一张紧构件不具有构件外壳(构件管壳，member casing)。可替换地，感应加热单元还包括构件外壳，其设置在第一张紧构件周围并将第一张紧构件与模具分离。构件外壳允许移除和/或更换第一张紧构件中的一个或多个股线。除了绝缘壳体之外还使用构件外壳，因为多个股线设置在紧密贴近构件外壳内部。

在一些实例中，一个或多个股线中的每个的非磁性金属芯的最大横截面尺寸小于1.5毫米。在一些实例中，非磁性金属芯包括不锈钢合金、铝或钛中的一种。非磁性金属芯可以具有至少约2.6×10^-8欧姆-米的电阻率。在一些实例中，第一张紧构件在第一侧和第二侧之间的模具上施加压缩力。

在一些实例中，感应加热单元还包括延伸穿过模具并且例如平行于平面的第二张紧构件。在一些实例中，第一张紧构件在模具的成形表面上的投影和第二张紧构件在模具成形表面上的投影基本上垂直。

在一些实例中，第一张紧构件是第一组的一部分，其包括其他张紧构件。在一些实例中，第一组的所有张紧构件彼此平行。第一组的第一张紧构件根据成形表面的轮廓分布在整个模具中。

在一些实例中，模具沿第一方向且在第一侧与第二侧之间的尺寸为至少5米。该尺寸允许处理各种大型部件，例如飞机部件。模具可以由陶瓷材料形成。

还提供了一种操作感应加热单元的方法。该方法包括向设置在感应加热单元内部的部件施加热量的步骤。感应加热单元包括模具、感应加热器和第一张紧构件。使用磁场通过感应加热器施加热量。例如，感应加热器包括产生磁场的感应线圈和感受器，感受器将磁场的电磁能局部地转换成热量。

该方法还包括向设置在模具的成形表面上的部件施加压力的步骤。第一张紧构件延伸穿过模具并在向部件施加压力的同时向模具施加压缩力。第一张紧构件包括一个或多个股线。一个或多个股线中的每一个包括非磁性金属芯。在一些实例中，非磁性金属芯在垂直于第一方向的平面内具有圆形横截面。非磁性金属芯的最大横截面尺寸(例如，圆形横截面的直径)小于磁场的感应加热阈值。

在一些实例中，该方法还包括控制由第一张紧构件施加到模具的压缩力。该方法可包括安装或更换第一张紧构件的步骤。

附图说明

图1示出了根据一些实例的感应加热单元的横截面视图。

图2A-图2C示出了根据一些实例的第一张紧构件的横截面视图，该第一张紧构件是图1中所示的感应加热单元的一部分。

图3A和图3B示出了根据一些实例的第一张紧构件的股线的横截面视图。

图3C和图3D示出了根据一些实例的在第一张紧构件中设置多个股线的实例。

图4示出了根据一些实例的在模具中设置多个张紧构件的实例。

图5示出了根据一些实例的在模具中设置两组张紧构件的实例。

图6是根据一些实例的操作感应加热单元的方法的工艺流程图。

图7示出了根据一些实例的航空器制造和服务方法的实例的流程图。

图8示出了根据一些实例的航空器的实例的框图。

具体实施方式

在以下描述中，阐述了许多具体细节以便提供对所呈现概念的透彻理解。可以在没有这些具体细节中的一些或全部的情况下实践所呈现的概念。在其他情况下，没有详细描述公知的处理操作，以免不必要地模糊所描述的概念。虽然将结合具体实例描述一些概念，但是应该理解，这些实例并非旨在进行限制。

概述

复合材料，例如纤维增强树脂，在各种应用中变得越来越流行，例如航空器、汽车等。这些材料具有高强度重量比或高刚度重量比，以及所需的疲劳特性。在制造期间，将包含嵌入在未固化的基质材料(例如，有机树脂)中的连续、编织和/或短切纤维的预浸料堆叠，并将该堆叠放入用于固化的感应加热单元中，其涉及加热和施加压力。这种感应加热单元也可用于钛部件和/或其他金属部件的超塑性成形。本领域普通技术人员将理解，感应加热单元的各种其他应用也在本公开的范围内。为简单起见，将参考加工部件，并且实例涉及复合材料。

感应加热单元包括成形表面，其(至少部分地)限定加工部件的最终形状。在一些实例中，成形表面通过在加工期间直接接合加工部件或支撑单元的另一部件(例如，符合成形表面的感应加热器的感受器)来限定该最终形状。感应加热单元用于向加工部件施加压力和/或热量。当加工部件是复合材料时，这种施加压力和/或导致基质材料流动、改变形状、消除空隙和固化。

在一些实例中，感应加热单元包括两个或更多个模具。其中一个模具包括用于接收使用单元处理的部件的成形表面。感应加热单元还包括感应加热器，在一些实例中，感应加热器至少部分地集成到模具中(例如，延伸通过模具的感应加热器的线圈)。在一些实例中，感应加热器包括一个或多个配置为产生磁场的感应线圈。磁场用于直接和/或通过感应加热器的感受器对加工部件进行局部加热。例如，当经加工的部件不能与磁场充分相互作用并且被磁场直接加热时，使用感受器。当使用感受器时，感受器热耦合(热连接，thermally couple)到经加工的部件。应使感应加热单元的其他组件与磁场的反应最小化。

在感应加热单元的操作期间，感应线圈产生振荡的电磁场，其可以穿过模具而没有显着的干扰。专门选择模具的材料以允许电磁辐射的无阻碍通过。在一些实例中，模具由陶瓷材料或复合材料制成。单元的经加工部件和/或感受器吸收磁场的电磁能并将该能量转换成局部热量。这样，可以在不加热大部分感应加热单元的情况下局部加热经加工的部件。这种局部加热降低了整体热质量，允许快速加热和冷却循环，并减少对单元的各种组件的热应力。与对流或其他类型的加热相比，不仅加工吞吐量和效率显着提高，而且这种方法还导致显着的节能和设备保存。

在加工期间，模具可承受各种载荷。例如，由于将模具彼此压靠和压靠在加工部件上和/或由于加热和改变加工部件的形状，可以产生这些载荷。如前文的描述，模具的材料，例如陶瓷或复合材料，不易受感应加热的影响。在一些实例中，这些材料具有小的热膨胀系数和热传递。此外，这些材料具有高抗压强度但是非常低的拉伸强度并且在施加拉伸应力时可容易地破裂。为了解决这种拉伸强度限制，模具用张紧构件加强，以向陶瓷模具施加压缩力。这些压缩力抵抗单元在其操作期间经受的拉伸载荷，从而保持模具的完整性。换句话说，使用一个或多个张紧构件压缩预加载感应加热单元。

通常，张紧构件由玻璃纤维制成。然而，玻璃纤维的拉伸强度是有限的，例如100-300MPa。相比之下，不锈钢的拉伸强度为约500MPa，而钛铝合金的拉伸强度可容易地超过1,000MPa且甚至达到1500MPa。此外，结构玻璃纤维杆通常较短(例如，小于6米)并且不能用于大型感应加热单元。增加玻璃纤维棒的长度是困难的，并且由于较长的杆中缺陷的可能性较高，通常导致其机械性能的大幅下降。另一方面，由金属和金属合金形成的张紧构件不会遇到这样的问题。然而，许多金属和金属合金易受感应加热单元中用于局部加热的磁场的影响。因此，玻璃纤维杆主要用于感应加热单元。

已经发现，如果这种张紧构件具有特定的几何构型，则某种类型的金属和金属合金可用于张紧构件而基本上不与磁场相互作用并且不产生任何明显的热量。首先，这类金属和金属合金是非磁性的，如前文的定义。为简单起见，这些金属和金属合金统称为非磁性金属。其次，由这些非磁性金属形成的金属芯的尺寸导致与磁场没有明显的相互作用，并且由于金属芯存在于磁场中而不产生热量。已知交流电流表现出趋肤深度。对于交流电流，电流密度从表面朝向内部呈指数下降。趋肤深度δ定义为其中电流密度仅为表面值的1/e(约37％)的深度；它取决于电流的频率以及导体的电和磁特性。如果组件(或在这种情况下为张紧构件)的横截面厚度(或直径)小于趋肤深度，则感应电流在顶部和底部相互干涉并相互抵消，从而不产生电阻或焦耳加热。感应电流深度由下面的等式控制，该等式表明趋肤深度是感应加热频率的反函数(较高频率具有相应较小的趋肤深度)。

在该等式中，ρ表示形成张紧构件的非磁性金属的电阻率，μ表示该金属的磁导率，f表示磁场的频率。在一些实例中，形成张紧构件的金属芯的非磁性金属的电阻率为至少约2.6×10^-8欧姆-米。在一些实例中，感应加热单元中使用的磁场的频率在0.1kHz至50kHz，例如小于10kHz。例如，直径小于1.5毫米的300系列不锈钢丝在10KHz或更低的磁场中不会明显加热。这种加热的缺乏是由于在非磁性材料中渗透更深的电流(具有约1的磁导率)，导线中存在显着的电流消除并且实际上没有感应电流流动。

感应加热单元实例

图1示出了根据一些实例的感应加热单元100的横截面视图。感应加热单元100包括模具120、感应加热器140和第一张紧构件130。在一些实例中，感应加热单元100还包括一个或多个另外的模具120和/或气囊150。气囊150可用于向部件190输送均匀的压力。在加工期间，部件190设置在两个模具120之间，或者更具体地，设置在气囊150和模具120之间。感应加热单元100的各种其他实例也在该范围内。本领域普通技术人员将理解，本文所述的感应加热单元100的张紧构件特征可用于各种类型的感应加热单元100，其将受益于其模具的压缩预加载。

模具120由不易受感应加热影响的材料制成。这些材料的一些实例包括但不限于复合材料或陶瓷材料。模具120的材料可具有低的热膨胀系数、良好的抗热冲击性和相对高的抗压强度。具体实例是石英陶瓷，或甚至更具体的可浇铸熔融石英陶瓷。

模具120包括第一侧122和第二侧124。此外，模具120包括成形表面126，其至少部分地在第一侧122和第二侧124之间延伸。在一些实例中，成形表面126与加工部件190直接物理接触。可替换地，感应加热器140或感应加热器的至少一部分140(例如，感受器)设置在加工部件190和成形表面126之间。在一些实例中，成形表面126限定并用于在感应加热单元100中加工之后控制部件190的最终形状。当感应加热器140的部分(例如，感受器)设置在加工部件190和成形表面126之间时，该部分可以符合成形表面126。

模具120设置在用于支撑模具120和控制模具120的位置的枕垫(bolster)(未示出)之间。枕垫提供刚性的平坦背衬表面。在一些实例中，枕垫由钢、铝或能够处理在面板成形期间存在的负载的任何其他材料形成。在具体的实例中，非磁性材料(例如，铝或一些钢合金)用于枕垫，以避免由感应加热器140产生的磁场的任何变形。

感应加热器140用于选择性地加热加工部件190而不加热感应加热单元100的许多其他组件。这种类型的加热可以称为局部加热或局部化加热。在一些实例中，感应加热器140包括感应线圈(例如，螺线管型感应线圈)，并且例如是一个或多个感受器。在一些实例中，加工部件190可以直接加热(例如，可作为感受器操作)或者感受器永久地或临时地集成到加工部件190中。例如，石墨或硼增强的有机基质复合材料(加工部分190的)由于其增强纤维而对磁场充分敏感。由这些复合材料制成的加工部件190可以通过感应直接加热。另一方面，包括有机基质复合材料的加工部件190对磁场足够透明并且从设置在加工部件190内部或与加工部件190相邻的感受器接收热量。感受器感应加热，然后将其至少一部分热量传递给加工部件190，加工部件190热耦合到感受器。在一些实例中，感受器由铝、铝合金、铁磁合金(例如，具有高于加工温度的居里点的合金)形成。感受器提供基于磁导率的显着变化的固有控制。具体地，感受器由于其磁性状态而以低于居里温度的加速速率感应加热。然后，当温度接近其居里点时，在感受器中产生的热量下降至少一个数量级。当使用具有整体铸造的感应线圈的增强陶瓷工具时，这通过感受器产生固有的热控制，这是加热机构的典型。

通过向感应加热器140的感应线圈提供交流电流来实现感应加热。如果使用的话，该交流电流在加工部件190和任何感受器附近产生交变磁场。通过涡电流加热产生热量。线圈驱动器驱动感应线圈的频率取决于加工部件190的性质。例如，铜在3kHz下的电流穿透为约1.5毫米，而在10kHz时的电流穿透为约0.7毫米。线圈的形状用于控制磁场均匀性，并因此控制加热/温度均匀性。

在一些实例中，感应加热器140或其一部分设置在模具120的成形表面126附近。具体地，感应加热器140的部分(例如，其感受器)可以直接接合成形表面126。在一些实例中，成形表面126是感应加热器140的一部分。

在一些实例中，感应加热器140的感应线圈集成到模具120中和/或纵向延伸穿过邻近成形表面126的模具120的长度。感应线圈连接到外部电源(例如，线圈驱动器)，并且在一些实例中，连接到冷却剂源。因此，在一些实例中，感应线圈还用于通过用作冷却剂流体(例如，水)的导管来去除一些热能。

第一张紧构件130用于施加和控制模具120内的压缩力，并防止模具120在感应加热单元100操作期间破裂。如图1所示，第一张紧构件130沿第一方向102在第一侧122和第二侧124之间延伸穿过模具120。第一方向102被称为纵向或X方向。当成形表面126平坦时，第一方向102基本上平行于成形表面126。

在一些实例中，感应加热单元100还包括第二张紧构件160，第二张紧构件160平行于平面104延伸穿过模具120，例如，如图5所示。第二张紧构件160沿其延伸的方向称为横向方向或Y方向。第一张紧构件130在模具120的成形表面126上的投影和第二张紧构件160在模具120的成形表面126上的投影基本上垂直。第一张紧构件130的设计与第二张紧构件160的设计相同或不同。

第一张紧构件130包括一个股线132或多个股线132。包括多个股线132的第一张紧构件130的实例在图2A-图2C、图3C和图3D中示出。在具体的实例中，第一张紧构件130包括一个股线132。这些实例用于在这些模具中需要小压缩力的较小模具，因为每个股线的直径受到磁场的感应加热阈值的限制。

无论第一张紧构件130中的股线132的数量如何，每个股线132包括非磁性金属芯134，例如，如图2A、图3A和图3B所示。非磁性金属芯134可以在垂直于第一方向102的平面104内具有圆形横截面135。然而，其他横截面形状也在该范围内，只要最大横截面尺寸低于趋肤深度，如上文参考感应加热所述。

非磁性金属芯134的横截面135的最大横截面尺寸(例如，如果横截面135是的直径圆形的)小于磁场的感应加热阈值。该感应阈值取决于磁场的频率和材料的特性。在一些实例中，非磁性金属芯134的横截面135的最大横截面尺寸(例如，图3A中的直径D1)小于1.5毫米或甚至小于1.0毫米或甚至小于0.7毫米，例如对于非磁性不锈钢。对于具有较高电阻率(并且因此具有较大趋肤深度)的材料，可以使用较大直径而不会引起加热。

在一些实例中，非磁性金属芯134包括不锈钢合金、铝或钛中的一种。非磁性金属芯134可具有至少约2.6×10^-8欧姆-米的电阻率，或者更具体地，至少约5×10^-8欧姆-米或甚至小于约10×10^-8欧姆的电阻率。例如，钛的电阻率为43×10^-8欧姆-米，而铝的电阻率为2.65×10^-8欧姆-米。

在一些实例中，第一张紧构件130包括多个股线132，例如，如图2A-图2C和图3A所示。多个股线132中的每个与多个股线132中的任何其他股线电绝缘。第一张紧构件130中的各个股线132的电绝缘确保在感应加热单元100的操作期间不与磁场相互作用。因此，如果在多个股线132中的一个中感应出电流(例如，最小电流)，则由于电绝缘，该电流不被传送到其他股线，从而最小化尺寸的累积效应，以有效地保持在电流消除所需的趋肤深度以下来避免加热。

在具体的实例中，多个股线132彼此接触，例如，如图2A-图2B和图3A所示。即使多个股线132彼此物理接触，它们仍保持电绝缘。例如，多个股线132中的每个包括绝缘壳136，其设置在非磁性金属芯134周围，例如，如图2A和图2B所示。其他细节在图3A中给出，其示出了在垂直于第一方向102的平面104内的股线132的横截面。

绝缘壳136允许多个股线132彼此接触，同时保持彼此电绝缘。在一些实例中，绝缘壳136包括聚酰亚胺、聚丙烯和金属氧化物中的一种。绝缘壳136的厚度可以在约0.001毫米和0.1毫米之间。当存在绝缘壳136时，股线132的外表面139由绝缘壳136形成，例如如图3A所示。可替换地，当不存在绝缘壳136时，股线132的外表面139由非磁性金属芯134形成，例如如图3B所示。在这些实例中，非磁性金属芯134直接接合模具120。

在一些实例中，多个股线132被捻合在一起，例如，如图3C所示。认为股线132的捻合增强了第一张紧构件130的整体机械强度，或者更具体地，增强了由多个股线132形成的束的整体机械强度。

在一些实例中，多个股线132彼此物理分离，例如，如图2C所示。这种分离提供了第一张紧构件130中的多个股线132的电绝缘，而不需要绝缘壳。当不存在绝缘壳时，由于非磁性金属芯134的材料通常比绝缘壳的材料更加热稳定，因此股线132可以经受更高的工作温度。

在一些实施例中，不同的张力施加到单个股线132。与设置在相同模具120中的多个张紧构件不同，如下面进一步描述的，相同张紧构件130的多个物理上分开的股线132设置在紧密接近的范围内，例如小于股线132的两个直径。

在一些实例中，感应加热单元100包括构件外壳131，其设置在第一张紧构件130周围并且从模具120分离第一张紧构件130。与单个股线132的绝缘壳体136不同，构件外壳131包围相同张紧构件130的所有股线132，例如，如图3D所示。在具体的实例中，除了绝缘壳136之外还使用构件外壳131。在第一张紧构件130的安装和感应加热单元100的操作期间，构件外壳131用于保护非磁性金属芯134和/或绝缘壳136。此外，在一些实例中，构件外壳131允许替换第一张紧构件130。

在一些实例中，第一张紧构件130在第一侧122和第二侧124之间对模具120施加压力。此外，可以通过调节第一张紧构件130或者更具体地，第一张紧构件130的压靠在模具120的第一侧122和第二侧124上的端部来改变压缩力。在一些实例中，第一张紧构件130的端部之一带螺纹并且螺纹接合压靠在模具120的第一侧122上的螺母。可以改变该螺母在第一张紧构件130上的位置，以便改变由第一张紧构件130施加在模具120上的压缩力。

在一些实例中，感应加热单元100还包括第二张紧构件160，例如，如图5示意性地示出的。例如，第二张紧构件160延伸穿过平行于平面104的模具。更具体地，第一张紧构件130在模具120的成形表面126上的投影与第二张紧构件160在模具120的成形表面126上的投影基本上垂直。

在一些实例中，第一张紧构件130是第一组137的一部分，例如，如图4中示意性地示出的。第一组137的所有张紧构件130彼此平行(例如，沿X方向延伸)。此外，第一组137的张紧构件130可以根据成形表面126的轮廓分布在整个模具中。

在一些实例中，第二张紧构件160具有与第一张紧构件130相同的设计。可替换地，设计不同。此外，由第一张紧构件130施加到模具120的压缩力和由第二张紧构件160施加到模具120的压缩力相同或不同。在一些实例中，压缩力取决于成形表面126的轮廓。

在一些实例中，第一张紧构件130是第一组张紧构件的一部分。第一组张紧构件的所有张紧构件彼此平行。第一组张紧构件的张紧构件可以根据成形表面的轮廓分布在整个模具120中。沿着第一方向并且在第一侧和第二侧之间的模具120的尺寸可以是5米以上。模具可以由陶瓷材料形成。

加工实例

图6是根据一些实例的操作感应加热单元100的方法600的工艺流程图。以上描述了感应加热单元100的各种实例。

在一些实例中，方法600开始于安装或更换第一张紧构件130的可选步骤610。第一张紧构件130在模具120中安装或更换。在一些实例中，感应加热单元100包括构件外壳131，其中第一张紧构件130设置在构件外壳131内。构件外壳131将第一张紧构件130与模具120物理地分离，并允许安装或更换第一张紧构件130。

在一些实例中，方法600进行控制通过第一张紧构件130施加到模具120的压缩力的可选步骤640。如前文的描述，第一张紧构件130可以包括可在步骤640期间调节的端部件(例如，可螺纹连接)。

方法600包括将部件190放置在成形表面126上的步骤645。例如，成形表面126是由两个模具形成的加工腔的一部分。在该操作期间，一个模具可以远离另一个模具移动，使得足够的空间可用于模具之间以将部件190放置在成形表面126上。部件190可以是用于固结和/或固化的复合叠层、待形成和/或热处理的金属部件。可以使用该方法和系统处理的部件190的一些实例包括但不限于热塑性复合材料或铝翼结构、飞行器车身板(例如，通过超塑性形成的钛制成的)、热塑性复合材料机身部分，热形成金属发动机短舱组件等。

方法600包括向设置在感应加热单元100内部的部件190施加热量的步骤620。如前文的描述，感应加热单元100包括感应加热器140，其在该步骤期间使用磁场施加热量。在一些实例中，可以在步骤630期间在向部件190施加压力之前、在施加压力时或者甚至在施加压力之后开始加热。例如，可以首先将部件190加热到其加工温度。一旦部件190达到该温度，就将压力施加到部件190。

当例如，在之后施加加工压力时，加热部件190可以加速固化过程和/或使部件190更保形。在一些实例中，加热部件190包括使电流通过感应加热器140的感应线圈，例如，频率在约1-50kHz之间的交流电。模具120和第一张紧构件130可透过感应加热的电磁波。

方法600还包括向部件190施加压力的步骤630。在该步骤期间，第一张紧构件130延伸穿过模具120并向模具120施加压缩力。以上描述了第一张紧构件130的各种实例。

在一些实例中，加工腔连接到外部气体源，用于在步骤630期间施加压力。加工压力可以在约50psi至500psi，或者更具体地，约100psi至400psi，例如至少约100psi或甚至至少约150psi或至少约200psi。

航空器实例

虽然已经参考航空器和航空航天工业描述了上面公开的系统、装置和方法，但应当理解，本文公开的实例也可以应用于任何其他背景，例如汽车、铁路和其他机械以及车辆背景。

因此，在如图7所示的航空器制造和服务方法900和如图8所示的航空器902的背景下，描述本公开的实例。在预生产期间，说明性方法900包括航空器902的规格和设计904以及材料购置906。在生产期间，进行航空器902的组件和子组件制造908和系统集成910。此后，航空器902通过认证和交付912以便投入使用914。在客户服务期间，航空器902被安排用于例行维护和服务916(其还包括改装、重新配置、翻新等)。

在一些实例中，方法900的每个过程由系统集成商、第三方和/或运营商(例如，客户)进行或实施。出于本说明书的目的，系统集成商可以包括但不限于任何数量的飞机制造商和主系统分包商；第三方可以包括但不限于任何数量的订货商、分包商和供应商；运营商可以是航空公司、租赁公司、军事实体、服务机构等。

如图8所示，由说明性方法900制造的航空器902包括具有多个系统920和内部922的机身918。高级系统920的实例包括推进系统924、电气系统926、液压系统928和环境系统930中的一个或多个。可以包括任何数量的其他系统。尽管示出了航空航天实例，但是本文公开的实例的原理可以应用于其他行业，例如汽车行业。

可以在生产和服务方法900的任何一个或多个阶段期间采用本文所体现的装置和方法。例如，对应于制造908的组件或子组件在航空器902服务中时制造的组件或子组件类似的方式进行制造或生产。而且，可以在制造908和系统集成910期间利用一个或多个装置实例、方法实例或其组合，例如，通过大大加快航空器902的组装或降低航空器902的成本。类似地，当航空器902在服务中时，可以使用一个或多个装置实例、方法实例或其组合，例如但不限于维护和服务916。

结论

尽管为了清楚理解的目的已经在一些细节上描述了前述概念，但是显而易见的是，可以在所附权利要求的范围内实施某些改变和修改。应该注意，存在许多实现过程、系统和装置的替代方式。因此，本实例应被认为是说明性的而非限制性的。

根据本公开内容的发明特征的说明性、非排他性实例在下面列举的段落中描述：

A1.感应加热单元100包括：

模具120，其中：

模具120包括第一侧122和第二侧124；且

模具120还包括成形表面126；

感应加热器140，其中：

感应加热器140的至少一部分与模具120的成形表面126相邻设置；且

感应加热器140配置为使用磁场产生热量；和

第一张紧构件130，其中：

第一张紧构件130沿着第一方向102在模具120的第一侧122和第二侧124之间延伸穿过模具120并且越过第一侧122和第二侧124；

第一张紧构件130包括一个或多个股线132；

一个或多个股线132中的每一个包括非磁性金属芯134；且

非磁性金属芯134的最大横截面尺寸小于磁场的感应加热阈值。

A2.根据段落A1所述的感应加热单元100，其中：

一个或多个股线132包括多个股线132，

多个股线132中的每一个与多个股线132中的任何其他股线电绝缘。

A3.根据段落A2所述的感应加热单元100，其中多个股线132彼此接触。

A4.根据段落A2-A3所述的感应加热单元100，其中多个股线132中的每一个包括绝缘壳136，其为非磁性金属芯134设置。

A5.根据段落A4所述的感应加热单元100，其中绝缘壳136包括聚酰亚胺、聚丙烯或金属氧化物中的一种。

A6.根据段落A2-A5所述的感应加热单元100，其中多个股线132被捻合在一起。

A7.根据段落A2-A5所述的感应加热单元100，其中多个股线132彼此物理分离。

A8.根据段落A1-A7所述的感应加热单元100，其中非磁性金属芯134直接接合模具120。

A9.根据段落A1-A8所述的感应加热单元100，还包括构件外壳131，其设置在第一张紧构件130周围并将第一张紧构件130与模具120分离。

A10.根据段落A1-A9所述的感应加热单元100，其中一个或多个股线132中的每一个的非磁性金属芯134的最大横截面尺寸小于1.5毫米。

A11.根据段落A1-A10所述的感应加热单元100，其中非磁性金属芯134包括不锈钢合金、铝或钛中的一种。

A12.根据段落A1-A11所述的感应加热单元100，其中非磁性金属芯134具有至少约2.6×10^-8欧姆-米的电阻率。

A13.根据段落A1-A12所述的感应加热单元100，其中第一张紧构件130在第一侧122和第二侧124之间的模具120上施加压缩力。

A14.根据段落A1-A13所述的感应加热单元100，还包括延伸穿过平行于平面104的模具的第二张紧构件160。

A15.根据段落A14所述的感应加热单元100，其中第一张紧构件130在模具120的成形表面126上的投影和第二张紧构件160在模具120的成形表面126上的投影基本上垂直。

A16.根据段落A1-A14所述的感应加热单元100，其中第一张紧构件130是第一组张紧构件137的一部分，并且其中第一组张紧构件137的第一张紧构件130彼此平行。

A17.根据段落A16所述的感应加热单元100，其中第一组张紧构件137的第一张紧构件130根据成形表面126的轮廓分布在整个模具120中。

A18.根据段落A1-A17所述的感应加热单元100，其中模具120沿第一方向102且在第一侧122和第二侧124之间的尺寸为至少5米。

A19.根据段落A1-A18所述的感应加热单元100，其中模具120由陶瓷材料形成。

A20.根据段落A1-A19所述的感应加热单元100，还包括端部支撑件132，其可调节地连接到第一张紧构件130并且压靠模具的第一侧122，其中可调节端部支撑件132配置为控制由第一张紧构件130施加到模具120上的压缩力。

B1.操作感应加热单元100的方法600，方法600包括：

向设置在感应加热单元100内部的部件190施加热量的步骤620，其中：

感应加热单元100包括模具120、感应加热器140和第一张紧构件130；和

使用磁场通过感应加热器140施加热量；和

对设置在模具120的成形表面126上的部件190施加压力的步骤630，其中：

第一张紧构件130延伸穿过模具120并在向部件190施加压力的同时向模具120施加压缩力；

第一张紧构件130包括一个或多个股线132；

一个或多个股线132中的每一个包括非磁性金属芯134；且

非磁性金属芯134的最大横截面尺寸小于磁场的感应加热阈值。

B2.根据段落B1所述的方法600，还包括控制通过第一张紧构件130施加到模具120的压缩力的步骤640。

B3.根据段落B1-B2所述的方法600，还包括替换第一张紧构件130的步骤610。

B4.根据段落B1-B3所述的方法300，其中：

一个或多个股线132包括多个股线132，

多个股线132中的每一各与多个股线132中的任何其他股线电绝缘。

B5.根据段落B4所述的方法600，其中多个股线132彼此接触。

B6.根据段落B4-B5所述的方法600，其中多个股线132中的每一个包括绝缘壳136，其围绕非磁性金属芯134设置。

B7.根据段落B6所述的方法600，其中绝缘壳136包括聚酰亚胺、聚丙烯或金属氧化物中的一种。

B8.根据段落B5-B7所述的方法600，其中多个股线132被捻合在一起。

B9.根据段落B5-B7所述的方法600，其中多个股线132彼此物理分离。

B10.根据段落B1-B9所述的方法600，其中非磁性金属芯134直接接合模具120。

B11.根据段落B1-B10所述的方法600，其中感应加热单元100还包括构件外壳131，其围绕第一张紧构件130设置并将第一张紧构件130与模具120分离。

B12.根据段落B1-B11所述的方法600，其中一个或多个股线132中的每一个的非磁性金属芯134的最大横截面尺寸小于1.5毫米。

B13.根据段落B1-B12所述的方法600，其中非磁性金属芯134包括不锈钢合金、铝或钛中的一种。

B14.根据段落B1-B13所述的方法600，其中非磁性金属芯134具有至少约2.6×10^-8欧姆-米的电阻率。

B15.根据段落B1-B14所述的方法600，其中第一张紧构件130在第一侧122和第二侧124之间的模具120上施加压缩力。

B16.根据段落B1-B15所述的方法600，其中感应加热单元100还包括延伸穿过平行于平面104的模具的第二张紧构件160。

B17.根据段落B16所述的方法600，其中第一张紧构件130在模具120的成形表面126上的投影和第二张紧构件160在模具120的成形表面126上的投影基本上垂直。

B18.根据段落B1-B17所述的方法600，其中第一张紧构件130是第一组张紧构件137的一部分，并且其中第一组张紧构件137的第一张紧构件130彼此平行。

B19.根据段落B18所述的方法600，其中第一组张紧构件137的第一张紧构件130根据成形表面126的轮廓分布在整个模具120中。

B20.根据段落B1-B20所述的方法600，其中模具120沿第一方向102以及第一侧122和第二侧124之间的尺寸为至少5米。

B21.根据段落B1-B20所述的方法600，其中模具120由陶瓷材料形成。

B22.根据段落B1-B10所述的方法600，其中感应加热单元100还包括端部支撑件132，其可调节地连接到第一张紧构件130并且压靠模具的第一侧122，其中可调节端部支撑件132配置为控制由第一张紧构件130施加到模具120上的压缩力。

Claims (14)

1.一种感应加热单元，包括：

模具，其中：

所述模具包括第一侧与第二侧，

所述模具还包括成形表面；

感应加热器，其中：

所述感应加热器的至少一部分邻近所述模具的成形表面设置，

所述感应加热器配置为使用磁场产生热量；

第一张紧构件，其中：

所述第一张紧构件沿着第一方向在所述模具的所述第一侧与所述第二侧之间延伸穿过所述模具且越过所述模具的所述第一侧与所述第二侧；

所述第一张紧构件包括一个或多个股线；

所述一个或多个股线中的每一个包括非磁性金属芯；

所述非磁性金属芯的最大横截面尺寸小于所述磁场的感应加热阈值；

所述一个或多个股线包括多个股线，且

所述多个股线中的每一个与所述多个股线中的任一其他股线电绝缘。

2.根据权利要求1所述的感应加热单元，其中所述多个股线彼此接触。

3.根据权利要求2所述的感应加热单元，其中所述多个股线中的每一个包括绝缘壳，所述绝缘壳围绕所述非磁性金属芯设置。

4.根据权利要求3所述的感应加热单元，其中所述绝缘壳包括聚酰亚胺、聚丙烯或金属氧化物中的一种。

5.根据权利要求1所述的感应加热单元，其中所述多个股线彼此物理分离。

6.根据权利要求1所述的感应加热单元，还包括构件外壳，所述构件外壳围绕所述第一张紧构件设置并且将所述第一张紧构件与所述模具分离。

7.根据权利要求1所述的感应加热单元，其中所述一个或多个股线中的每一个的所述非磁性金属芯的最大横截面尺寸小于1.5毫米。

8.根据权利要求1所述的感应加热单元，其中所述非磁性金属芯包括不锈钢合金、铝或钛中的一种。

9.根据权利要求1所述的感应加热单元，其中所述非磁性金属芯具有至少2.6×10^-8欧姆-米的电阻率。

10.根据权利要求1所述的感应加热单元，其中所述第一张紧构件是第一组张紧构件的一部分，并且其中所述第一组张紧构件中的多个所述第一张紧构件彼此平行。

11.根据权利要求10所述的感应加热单元，其中所述第一组张紧构件中的多个所述第一张紧构件根据所述成形表面的轮廓分布在整个所述模具中。

12.根据权利要求1所述的感应加热单元，其中所述模具沿所述第一方向且在所述第一侧与所述第二侧之间的尺寸为至少5米。

13.根据权利要求1所述的感应加热单元，其中所述模具由陶瓷材料制成。

14.一种操作权利要求1-13中任一项所述的感应加热单元的方法，所述方法包括：

向设置在所述感应加热单元内的部件施加热量的步骤，其中：

使用磁场通过所述感应加热器施加热量；和

向设置在所述模具的成形表面上方的所述部件施加压力的步骤，其中：

所述第一张紧构件延伸穿过所述模具并在向所述部件施加压力的同时向所述模具施加压缩力；

所述第一张紧构件包括一个或多个股线；

所述一个或多个股线中的每一个包括非磁性金属芯；

所述非磁性金属芯的最大横截面尺寸小于所述磁场的感应加热阈值；

所述一个或多个股线包括多个股线，且

所述多个股线中的每一个与所述多个股线中的任一其他股线电绝缘。

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