CN111559090A - 用于制造由复合材料制成的零件的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于制造由复合材料制成的零件(13)的方法。该方法由系统(1)执行，该系统(1)包括：心轴(2)，复合材料(7)缠绕在该心轴上；以及卷轴(8)，复合材料(7)的条(7‑1)缠绕在该卷轴上。

Description

用于制造由复合材料制成的零件的方法
技术领域
本发明涉及由复合材料制成的零件的领域，更具体地涉及用于制造其的方法。本申请特别适用于航空领域的连杆制造的领域，以及适用于工业应用的由复合材料制成的任何零件。
背景技术
通常，复合材料包括热塑性或热固性的基质，其中嵌入有增强纤维。基质通常由比强度比纤维低得多的树脂构成。用这种复合材料制造的零件被设计成使得载荷的传递有利于纤维的严格拉扯或压缩，以免使树脂变形。因此，复合材料由在所述载荷的方向上或至少在接近其的方向上定向的纤维层构成。
近来，由复合材料制成的零件由于其特别有利的性能而在许多应用中被发现代替了由金属制成的常规零件。它们的纤维结构允许它们承受显著的拉扯和/或压缩载荷而具有减轻的重量。
在这种情况下，复合材料零件的制造需要可靠、快速和自动化的生产、存储和处理方法，以应对不断增长的体积。
众所周知，这种方法包括制造片状复合材料的预备步骤，该复合材料缠绕在圆柱形心轴上。在复合材料包括预浸渍树脂的基质的情况下，在将复合材料缠绕到心轴上之前，将隔离膜附着到复合材料的一个面上。该方法然后包括的步骤是从心轴上解开复合材料，然后将其切割成所需零件的形式。这些步骤通常在不同的制造地点进行，涉及存储、物流、散装和运输限制。
此外，每个零件都不能直接在心轴上切割。必须将复合材料解开，然后用专用设备在支架上切割。由于心轴及复合材料片的尺寸较大，因此处理非常复杂。然后必须存储这些零件，给定产量，这些零件可能代表专用建筑物中的重要存储区域。
出现的另一个问题是，一旦在复合材料中切割了零件，就去除了隔离膜。该步骤特别缓慢并且要求很高，尤其是在环境温度下。
当前已知的方法涉及由生产线上的操作员对复合材料、心轴、零件的大量处理。希望使这些步骤自动化以节省时间、效率和成本。
发明内容
本发明旨在弥补上述缺点。
更具体地，本发明旨在提供一种用于制造由复合材料制成的零件的方法，该方法极大地自动化，易于使用相对普通且廉价的设备来实施。
本发明涉及一种用于制造由复合材料制成的零件的方法，该方法包括以下步骤：
(a)将片状的复合材料缠绕在圆柱形心轴上，以形成至少一层材料；
(b)将复合材料以连续且具有限定宽度的条带的形式直接在心轴上切割；
(c)将复合材料的条带的自由端安装在尺寸比圆柱形心轴更小并且具有适于所述条带的宽度的圆柱形支撑表面的卷轴上，然后将复合材料的条带缠绕在卷轴的所述支撑表面上；以及
(d)在最后步骤中，将复合材料的条带从卷轴上解开，然后进行切割以形成限定尺寸的零件。
借助于本发明，所有的操作可以以自动化的方式执行，而在生产线上的操作员的处理最少。
实际上，通过确保所述心轴的受控旋转，可以容易地在复合材料的制造的输出阶段将片状复合材料缠绕到心轴上自动化。复合材料的条带状切割直接在心轴上进行，而不必从心轴上去除材料。
然后，心轴和卷轴可以以同步运动自动旋转，以确保复合材料的条带从心轴到卷轴的解开。
最后，可以通过旋转卷轴以解开条带而自动地从条带最终切割零件，然后通过工业切割机器对条带进行切割。
根据本发明的方法的另一个优点在于，它需要的设备通用、易于处理、运输和存储。特别地，如前所述，缠绕在卷轴上的条带状复合材料对于自动化实施和简化维护特别实用。
此外，不再需要确保仅由卷轴存储由已被切割的复合材料制成的零件。因此，可以在所述零件在其最终应用中就位之前进行零件的最终切割。卷轴的尺寸较小，并且比心轴更容易存储。此外，同一个卷轴可以在最终切割之前以条带状存储多个零件。
最后，根据本发明的方法是模块化的，并且可以适用于由复合材料制成的零件的所有形式和尺寸。
根据本发明的其他有利但非强制性的特征，这种方法还可以包括以下特征，这些特征可以单独使用或以任何技术上允许的组合使用：
-步骤(b)包括通过切割器在心轴上直接切割复合材料，该切割器的切割轴线相对于所述缠绕的复合材料的边缘基本倾斜，所述切割器能够轴向移位，心轴与切割器的轴向位移同步旋转，以确保复合材料的螺旋切割，从而形成连续且具有限定宽度的条带。
-复合材料预先在其一个面上设置有隔离膜，并且在步骤中用所述膜缠绕到心轴上。
-与步骤同时地去除隔离膜。
-在步骤(c)中，将复合材料的条带的自由端安装在第一卷轴上，将隔离膜的自由端与复合材料的条带分开并安装在第二卷轴上，然后将复合材料的条带和隔离膜同时缠绕在它们各自的卷轴上。
附图说明
通过阅读下面仅通过非限制性示例给出的描述，将更好地理解本发明。
参考附图给出描述，其中：
图1是根据本发明实施例的用于实施制造由复合材料制成的零件的方法的设备的整体视图；
图2是由复合材料制成的连杆的透视图，该连杆装配有通过采用图1的设备的方法制造的连接零件；以及
图3是根据本发明另一实施例的用于实施制造由复合材料制成的零件的方法的设备的整体视图。
具体实施方式
图1示出了用于实施制造由复合材料制成的零件的方法的整体上以附图标记1表示的系统的视图。
该系统包括圆柱形外表面的心轴2，并且具有旋转轴线X2。心轴2设置有两个端轴3、4，端轴3、4安装成分别在支撑件5、6中旋转，以确保地面支撑。有利地，心轴2可以与支撑件5、6分开和/或支撑件5、6是可动的。
心轴2可以设置成通过受控致动器(未示出)绕轴线X2旋转运动ω2。
在示例性实施例中，心轴2的长度为2米，直径为1米。
标记为7的复合材料缠绕在心轴2的圆柱形外表面上。复合材料7包括热塑性或热固性的基质，其中嵌入有增强纤维。复合材料7首先是以缠绕在心轴2上并且由至少一层甚至多个叠置的层形成的片形式。
系统1还包括卷轴8，该卷轴8优选地径向地定位并且与心轴2间隔一定距离。
卷轴8包括圆柱形外表面9，并具有旋转轴线X8。有利地，旋转轴线X8和X2彼此平行。
卷轴还包括两个定心凸缘10、11，其轴向位于圆柱形支撑表面9的两侧。
卷轴可以设置成通过受控致动器(未示出)绕轴线X8旋转运动ω8。
与心轴2相比，卷轴的尺寸更小。在示例性实施例中，圆柱形支撑表面9的直径为300毫米。
根据本发明，用于制造由复合材料制成的零件的方法包括以下步骤。
将缠绕在圆柱形心轴2上的复合材料7以条带7-1的形式直接在所述心轴上切割。
优选地，复合材料7的切割通过切割器(未示出)完成，该切割器的切割轴线相对于所述缠绕的复合材料7的边缘基本倾斜。所述切割器放置在复合材料7的一端，从而穿过缠绕在心轴2上的所有层。切割器轴向移位，心轴与切割器的轴向位移同步旋转ω2，以确保复合材料7的螺旋切割，从而形成连续且具有限定宽度的条带7-1。
特别有利的是，复合材料7的条带7-1的宽度或切割间距对应于待制造的零件的宽度。优选地，卷轴8的圆柱形支撑表面9具有适于该切割间距的宽度。
此后，在该方法中，将复合材料7的条带7-1的自由端7-2安装在卷轴8的圆柱形外表面9上。
卷轴8和心轴2分别绕它们各自的轴线X8、X2旋转ω8、ω2。旋转速度ω8、ω2由受控致动器同步。因此，复合材料7的条带7-1缠绕在卷轴8的所述圆柱形支撑表面9上，条带7-1由凸缘10、11引导。
一旦围绕卷轴8的支撑表面9的可用径向空间被填充，条带7-1就被切断。然后存储卷轴8，并放置一个新的卷轴(相似或不相似)。根据需要将该操作重复多次。
一旦将复合材料7完全解开到一个或多个卷轴8上，则将心轴2替换为具有复合材料7的新卷轴，重复前述步骤。卷轴8就其本身而言被存储并且可能被运输到复合零件的最终制造场所。
最后，在最后步骤中，将复合材料7的条带7-1从卷轴8解开到支撑件上，然后进行切割以形成零件。在该步骤中，由条带7-1制造由限定尺寸和形式的复合材料制成的零件。
作为示例，图2示出了由复合材料制成的连杆12，该连杆12设置有通过根据前述步骤的方法制造的加强件13。
连杆12包括一体形成的主体14。主体14是管状的，并且在其端部通过带子15、16加长。这些带子15、16分别设置有开口17、18。
连杆12特别适用于航空领域。
连杆12的一端15在每一侧通过长度为L13、宽度为l13并且具有预定形式的加强件13来加强。
加强件13由复合材料7形成。直接在心轴2上切割宽度为l13的条带7-1，然后将所述条带缠绕到卷轴8上。在最后步骤中，条带7-1在长度L13上被连续切割，以便形成然后被切成零件13的所需形式的部分。可替代地，用空心冲孔型工具将条带7-1直接连续地切成零件13的所需形式。随后将零件13固定到连杆12的端部15。
零件13仅是通过非限制性示例提供的实施例。根据本发明的制造方法适用于具有适当的形式、尺寸和应用的所有类型的零件。
根据图3所示的实施例并且这对本发明特别有利，复合材料7包括在将复合材料7缠绕到心轴2上之前附接到复合材料7的底面上的隔离膜19。
系统1还包括与第一卷轴8相似或不相似的第二卷轴20。
卷轴20包括圆柱形支撑表面21，并且具有旋转轴线X20。有利地，旋转轴线X20、X8和X2彼此平行。
卷轴20还包括两个定心凸缘22、23，其轴向地位于圆柱形支撑表面21的两侧。
卷轴20可以设置成通过受控致动器(未示出)绕轴线X20旋转运动ω20。
根据该制造模式的制造方法还包括以下步骤：将复合材料7的条带7-1的自由端7-2安装在第一卷轴8上，将隔离膜19的自由端19-1与条带7-1分开，以及将该端部19-1安装在第二卷轴20上。然后将复合材料7的条带7-1和隔离膜19同时缠绕在它们各自的卷轴8、20上。
旋转速度ω20、ω8、ω2由受控致动器同步。因此，复合材料7的条带7-1缠绕在第一卷轴8的圆柱形支撑表面9上，条带7-1由凸缘10、11引导，而同时且平行地，隔离膜19通过缠绕在第二卷轴20的圆柱形支撑表面21上而从所述条带7-1去除。
另外，不同实施例的技术特征可以整体地或仅对于它们中的一些彼此组合。因此，滑轮装置可以在成本、性能和实现的简单性方面进行适配。

Claims (5)

1.一种用于制造由复合材料(7)制成的零件(13)的方法，包括以下步骤：
(a)将条带状或片状的复合材料(7)缠绕在圆柱形心轴(2)上，以形成至少一层材料；
(b)将复合材料(7)以连续且具有限定宽度(13)的条带(7-1)的形式直接在心轴(2)上切割；
(c)将复合材料(7)的条带(7-1)的自由端(7-2)安装在尺寸比圆柱形心轴(2)更小并且具有适于所述条带(7-1)的宽度的圆柱形支撑表面(9)的卷轴(8)上，然后将复合材料(7)的条带(7-1)缠绕在卷轴(8)的所述支撑表面(9)上；以及
(d)在最后步骤中，将复合材料(7)的条带(7-1)从卷轴(8)上解开，然后进行切割以形成限定尺寸的零件(13)。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，步骤(b)包括通过切割器在心轴(2)上直接切割复合材料(7)，该切割器的切割轴线相对于所述缠绕的复合材料(7)的边缘基本倾斜。所述切割器能够轴向移位，心轴与切割器的轴向位移同步旋转，以确保复合材料(7)的螺旋切割，从而形成连续且具有限定宽度的条带(7-1)。
3.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述复合材料(7)预先在其一个面上设置有隔离膜(19)，并且在步骤(a)中用所述膜(19)缠绕到心轴(2)上。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，与步骤(c)同时地去除隔离膜(19)。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，在步骤(c)中，将复合材料(7)的条带(7-1)的自由端(7-2)安装在第一卷轴(8)上，将隔离膜(19)的自由端(19-1)与复合材料(7)的条带(7-1)分开并安装在第二卷轴(20)上，然后将复合材料(7)的条带(7-1)和隔离膜(19)同时缠绕在它们各自的卷轴(8、20)上。
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