CN112721233A - 有轮廓的复合加劲肋的受约束蠕变成形 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及有轮廓的复合加劲肋的受约束蠕变成形。使用受约束蠕变成形在减小了起皱的情况下将复合层压加劲肋成形有轮廓。所述加工设备设置有在轮廓成形过程期间约束加劲肋的柔性衬板。以足够慢的速率进行蠕变成形，使得层片的树脂与纤维之间的摩擦或剪切阻力保持足够低，使得可发生打滑并且没有产生明显的压缩应力，从而允许加劲肋中的残余应力松弛。

Description

有轮廓的复合加劲肋的受约束蠕变成形
技术领域
本公开总体上涉及复合零件的制造，并且更具体地，涉及形成沿着其长度有轮廓的复合层压加劲肋的方法。
背景技术
诸如桁条这样的复合层压加劲肋经常用于船舶、飞行器和其他行业，以转移载荷。在一些应用中，可需要沿着加劲肋的长度将加劲肋形成有轮廓，以便使它们适形于它们所附接的结构，诸如有轮廓的飞行器蒙皮。在生产轮廓分明的复合层压加劲肋时会遇到困难，因为在将层片正被成形为期望轮廓时，层片往往会起皱。层片起皱会对加劲肋的性能产生不良影响。生产设备的进步已使有轮廓的复合层压加劲肋的制造过程部分自动化，然而，消除层片起皱仍然是一个问题。
因此，期望提供一种生产有轮廓的复合层压零件和结构(诸如加劲肋)的方法，该减少或消除了层片起皱。
发明内容
本公开总体上涉及复合层压零件的生产，并且更具体地，涉及一种生产有轮廓的复合层压加劲肋的方法，该方法减少或基本消除了成形过程期间的层片起皱。
根据一方面，提供了一种制造有轮廓的复合层压加劲肋的方法。所述方法包括将多层的复合装载料放置在具有模具腔的模具的表面上，并对所述复合装载料进行加热。所述方法还包括通过将所述复合装载料成形进入所述模具腔中来生产部分成形的加劲肋。所述方法还包括约束所述部分成形的加劲肋，并且在所述部分成形的加劲肋正受约束的同时，将所述部分成形的加劲肋沿着其长度蠕变成形为期望轮廓，以便减少或消除轮廓成形过程期间的层片起皱。以足够慢的速率执行成形为所述期望轮廓的步骤，使得层片的树脂与纤维之间的摩擦或剪切阻力保持足够低，以至于可发生打滑并且没有产生显著的压缩应力。
根据另一方面，提供了一种制造减少了起皱的有轮廓的纤维增强复合层压加劲肋的方法。所述方法包括将复合装载料放置在上模具和具有模具腔的下模具之间，并且对所述复合装载料进行加热。所述方法还包括通过使用所述上模具将所述复合装载料成形进入所述模具腔中来生产具有期望横截面形状的加劲肋。所述方法还包括通过使用所述上模具和所述下模具向所述加劲肋施加压力来约束所述加劲肋，并且在使用所述上模具和所述下模具约束所述加劲肋的同时将所述加劲肋成形为轮廓。将所述加劲肋成形为所述轮廓的步骤是以允许形成轮廓过程所产生的加劲肋中的残余应力松弛的速率执行的。
根据又一方面，提供了一种制造纤维增强复合层压加劲肋的方法，所述加劲肋具有长度和沿着该长度的轮廓。所述方法包括：将复合装载料放置在一对柔性衬板上，所述一对柔性衬板被布置成在在它们之间形成模具腔；并且通过迫使所述复合装载料进入所述模具腔中来将所述复合装载料成形为期望横截面形状。所述方法还包括约束所述加劲肋，这包括使用所述一对柔性衬板向所述加劲肋施加压力。所述方法还包括使用所述柔性衬板将所述加劲肋成形为所述轮廓，这包括在将所述加劲肋正成形为所述轮廓的同时，随着所述柔性衬板约束所述加劲肋，使所述柔性衬板挠曲。将所述加劲肋成形为所述轮廓的步骤是以致使所述加劲肋不可逆变形的速率执行的。
所公开的受约束蠕变成形的优点之一是，当复合层压加劲肋正被成形为期望轮廓时，减少或消除了复合层压加劲肋的层片起皱。另一个优点是，可在减少起皱的情况下形成轮廓更苛刻的加劲肋。另一个优点是，可生产具有平滑表面光洁度的有轮廓的复合层压板加劲肋，基本上没有刮痕。
已讨论的特征、功能和优点可在本公开的各种示例中被独立地实现，或者可在其他示例中被组合，可参照以下描述和以下附图明白其的其他细节。
附图说明
在所附的权利要求书中阐述了被认为是例示性实施方式的特性的新颖特征。然而，当结合附图阅读时，通过参照以下对本公开的例示性示例的详细描述，将最好地理解例示性示例以及优选的使用模式、其他目的及其描述，其中：
图1是加劲肋的局部俯视图的图示。
图2是沿着图1的线2-2截取的截面图的图示。
图3是用于形成图1和图2中示出的弯曲加劲肋的加工设备的局部立体图的图示。
图4是沿着图3中的线4-4截取的截面图的图示，但示出了复合装载料已部分成形为加劲肋。
图5是采用图3中示出的加工设备的模具和冲头轮廓改变机构的平面图的图示。
图6是图3的加工设备的示意图的图示，其中上模具升高以准备好开始形成图1和图2中示出的弯曲加劲肋。
图7是类似于图6的图示，但示出了复合装载料已被放置在下模具上。
图8是类似于图7的图示，但示出了加热毯已被放置在复合装载料的顶部上。
图9是加工设备的局部立体图的图示，其中已去除了加热毯并且上模具已下降至与复合装载料初始接触。
图10是类似于图9的图示，其中上模具的冲头已将复合装载料成形到下模具中，并且上模具和下模具已约束了部分成形的桁条。
图11是图10中示出的部分成形的加劲肋的端视图的图示，描绘了加工设备如何施加压力以约束加劲肋的侧面。
图12是类似于图10的图示，但其中，部分成形的加劲肋已沿着其长度成形为期望轮廓。
图13是类似于图12的图示，但示出了已去除上模具。
图14是类似于图13的图示，其中，压力板已被安装在桁条的凸缘部分上方并且帽型部分已被压在一起以形成叶片。
图15是类似于图14的图示，但示出了压力板已被去除并且准备好从下模具中取出完全成形的桁条。
图16是示出了加劲肋起皱与轮廓成形时间之间的关系的曲线图的图示。
图17是示出了各级加劲肋应变随着轮廓成形时间的变化而变化的曲线图的图示。
图18是复合装载料的截面图的图示。
图19是图18中的被指定为“图19”的区域的图示，示出了在加劲肋的受约束蠕变成形期间层片受到的剪切。
图20是类似于图20的图示，但示出了由于加劲肋的受约束蠕变成形而导致的层片中的一些的延伸和/或重新布置。
图21是图20中的被指定为“图21”的区域的图示。
图22是柔性衬板的替代示例的局部立体图的图示，柔性覆盖层的部分被切开，以更好地揭示衬板构件的特征。
图23是图22中的被指定为“图23”的区域的图示。
图24是形成图22中示出的柔性衬板的一部分的衬板构件一侧的正视图的图示。
图25是图24中的被指定为“图25”的区域的图示。
图26是类似于图25的图示，但示出了衬板构件的另一示例，其中狭缝偏离轴线定向。
图27是沿着图22中的线27-27截取的截面图的图示。
图28是沿着图22中的线28-28截取的截面图的图示。
图29是图28中的被指定为“图29”的区域的图示。
图30是在衬板构件被挠曲之前的图23中的被指定为“图30”的区域的图示。
图31和图32是类似于图30的图示，但示出了由于衬板构件的挠曲而导致的狭缝的几何形状的变化。
图33是使用受约束蠕变成形来制造有轮廓的复合层压板加劲肋的方法的流程图的图示。
图34是飞行器制造和保养方法的流程图的图示。
图35是飞行器的框图的图示。
具体实施方式
诸如桁条这样的复合层压加劲肋有时是沿着其长度有轮廓的，以确保在它们所附接的结构(未示出)上的正确装配。例如，参照图1和图2，复合层压加劲肋40(下文中被称为加劲肋)——在所例示的示例中是叶片桁条——包括平坦叶片42和垂直于叶片42延伸的凸缘44。加劲肋40在凸缘44的曲面46中具有曲率，并且还可在沿着其长度的一个或更多个位置处具有可变的厚度，以便使加劲肋40适形于它将附接到的结构的局部轮廓。
图3和图4例示了加工设备54的一种形式，该加工设备54可用于使用纤维增强复合装载料(下文中被称为“装载料”)来形成加劲肋40，在所例示的示例中，该装载料是大体平坦的并且包括复合材料的多个层片50。装载料48还可包括填充层片52。层片50可包括纤维增强聚合物，诸如(例如)而不限于用诸如碳纤维这样的连续纤维增强的热固性或热塑性塑料。加工设备54大致包括安装在上柔性板60上的上模具55和安装在下柔性板62上的下模具56。上模具55包括叶片状形状的冲头58，冲头58沿着其长度设置有狭缝82。狭缝82将冲头58分割成多个冲头部分84，这多个冲头部分84允许冲头58沿着其长度挠曲。
下模具56包括分别安装在一对模具支撑块66上的一对柔性衬板64，这一对模具支撑块66沿着其长度被分段68。柔性衬板64中的每一个都包括凸缘70和腹板72。凸缘70和腹板72均具有工具表面116，工具表面116沿着柔性衬板64的长度是大体平滑且连续的。柔性衬板64的腹板72彼此间隔开以形成模具腔74，可通过冲头58将装载料48成形进入模具腔74中。模具支撑块66和柔性衬板64能在下柔性板62上朝向彼此和背离彼此横向滑动。模具支撑块66的分段68允许它们沿其长度挠曲。
一对L形托架76在下模具56的相对侧被安装在下柔性板62上并沿着下柔性板62的长度延伸。L形托架76的功能是既将模具支撑块66保持在下柔性板62上，又对因柔性衬板64产生的横向成形力做出反应。一对可充气软管80(有时称为袋或囊)被夹在L形托架76和模具支撑块66之间，并且适于与合适的压缩空气源(未示出)联接。可充气软管80可被选择性加压，以便在成形和/或形成轮廓操作期间通过模具支撑块66将横向力施加到柔性衬板64上。然而，可提供其他机构来向模具支撑块66施加横向力。
如先前提到的，加劲肋40可在沿着其长度的局部区域中具有可变的凸缘厚度，以便使加劲肋40适形于它所附接的结构的局部轮廓。为了适应这些厚度变化使得在这些局部区域中向复合装载料48均匀地施加恒定压力，柔性衬板64的腹板72在必要时沿着其长度局部挠曲，以便适形于因这些厚度变化引起的局部轮廓。类似地，当装载料48被成形为期望轮廓时，柔性衬板64的凸缘70和腹板72二者在必要时挠曲，以在装载料48上保持恒定的成形压力。尽管未在图中示出，但在柔性衬板64和模具支撑块66和/或上柔性板60之间可布置填隙片，以补偿厚度变化。
图5例示了装有图3和图4中示出的加工设备的模具和冲头轮廓改变机构86。模具和冲头改变机构86可包括例如但不限于压力机88。多个独立的间隔开的致动器90分别被安装在相对的压板92上，压板92适于彼此相向和背离地移动，如箭头94指示的。加工设备54被设置在压板92之间。压板92可与诸如缸致动器(未示出)这样的任何合适的动力操作机构联接，动力操作机构使压板92移位以在装载料成形操作期间打开/关闭加工设备54。致动器90中的每一个包括与上柔性板60和下柔性板62中的一个联接的柱塞96，柱塞96向上柔性板60和下柔性板62施加力，以便使其弯曲。使上柔性板60和下柔性板62弯曲进而使模具支撑块66与柔性衬板64一起弯曲，由此使加劲肋40沿着其长度形成轮廓。然而，可采用其他机构来使加工设备纵向形成轮廓。
此时，关注图6至图15，图6至图15例示了使用图3和图4中示出的加工设备54来生产有轮廓的加劲肋40的方法的顺序步骤。在该例示的方法示例中，所生产的加劲肋40是如图1和图2中所示类型的叶片桁条，然而，可使用该方法来制造具有各种横截面形状以及沿着其长度具有一个或更多个轮廓和/或厚度变化的各式各样的加劲肋和类似结构中的任一种。参照图6，通过将一对柔性衬板64分别安装在模具支撑块66上，准备加工设备54以供使用。此时，上模具55和下模具56二者是大体笔直的。如将在下面更详细地讨论的，柔性衬板64沿着其相应长度是柔性的，并且具有平滑的外工具表面116，外工具表面116大幅减少或消除了所形成的加劲肋40上的刮痕。柔性衬板64用作用于形成图1和图2中示出的加劲肋40的叶片42和凸缘44的成形工具。柔性衬板64包括稍后讨论的特征，当加劲肋40被成形为沿着其长度的期望轮廓时，这些特征可有助于减少可能的层片起皱。
参照图7，将装载料48放置在下模具56上，覆在柔性衬板64的凸缘70上。在该示例中，装载料48是纤维增强层片50的平坦叠堆。尽管未在图7中示出，但装载料48也可包括一个或更多个填充层片52(参见图3)。接下来，如图8中所示，将加热毯75或类似的加热装置放置在装载料48的顶部上，以将装载料48加热至适于进行下述蠕变成形过程的温度。在图9中，将冲头58向下移位以与装载料48接触，随后开始以受控的、预选的冲头速率迫使装载料48进入模具腔74中。冲头速率将取决于多种因素，包括装载料48已被加热达到的温度、装载料48中的层片50的数量等。
随着装载料48被迫使进入模具腔74中时(模具腔74在该过程中此时笔直的)，装载料48被抵靠柔性衬板64的腹板72并向下抵靠下柔性板62成形。图10示出了冲头58，冲头58已将装载料48的中间部分在模具腔74内完全成形为帽型部分98。当帽型部分98正在模具腔74内成形时，横向压力P正通过软管80(图3和图4)施加到模具支撑块66上，以便对因冲头产生的横向成形力做出反应。当冲头58下降进入模具腔74中时，上柔性板60将装载料48的外边缘下压抵靠柔性衬板64的凸缘70，由此形成加劲肋40的凸缘部分44a、44b。在该过程的该阶段中，加劲肋40已被部分成形，但尚未沿着其长度形成轮廓。
同时，参照图10和图11，当冲头58已被迫使向下完全进入模具腔74中时，凸缘部分44a、44b因上柔性板60向其施加的压力P而完全受约束C时，而帽型部分98因软管80所产生的由模具支撑块66施加到装载料48的压力P沿着其各侧类似地受约束C。因此，加劲肋40此时完全受约束，并且一直以这种方式受约束，直到其被成形为其最终轮廓。由上柔性板60施加到凸缘部分44a、44b的压力P的总量可沿着上柔性板60的长度分布。压力P的一部分可被施加在沿着上柔性板60的长度彼此间隔开的各个位置或片段处(诸如在相隔18至24英寸的位置处)。所施加的压力P的量将取决于应用和装载料48的组成。在一些示例中，相同量的压力P可被施加在每个位置处，而在其他示例中，压力的量可根据位置而变化。
现在参照图12，在加劲肋40的各侧都受到约束的情况下，启动图5中示出的模具和冲头轮廓改变机构86，以开始沿着加劲肋40的长度使加劲肋40形成轮廓100的过程。如先前说明的，形成轮廓100的速度和形状是由致动器90的操作确定的。致动器90的延伸致使加工设备54的对应部分局部移位，加工设备54的构成部分响应于该移位而挠曲。如下面将更详细讨论的，以使得减少或消除任何层片起皱累积的方式和状况下执行形成轮廓操作。这种形成轮廓方式在本文中将被称为“受约束蠕变成形”。另外，出于随后说明的原因，柔性衬板64的使用也可有助于层片起皱的减少或消除。
在通过受约束蠕变成形使加劲肋40形成轮廓之后，将冲头58抬起，并且如图13中所示，将压板134放置在加劲肋40的被暴露的凸缘部分44a、44b的顶部上。接下来，如图14中所示，在通过压板134向加劲肋40的凸缘部分44a、44b施加压力P时，由软管80施加到模具支撑块66的横向压力P增大，从而致使模具支撑块66朝向彼此向内移动。随着模具支撑块66朝向彼此向内移动时，柔性衬板64的腹板72挤压帽型部分98并使其向内移位，直到它折叠成叶片42。然后，如图15中所示，将压板134抬离下模具56，从而允许去除102现在完全成形和形成轮廓的加劲肋40。
如之前提到的，加劲肋40在允许用于形成加劲肋40的材料蠕变的状况和方式下被成形为期望轮廓。纤维增强复合材料中的材料蠕变(也被称为变形)表现为由随时间而施加的恒定载荷所产生的缓慢不可逆应变。在恒定负载和恒定高温下，材料蠕变随时间而增加。当聚合物基质(图21)所承载的载荷的一部分被转移到增强纤维148时，复合材料也可经历松弛蠕变，从而造成纤维148递增地延伸以及永久变形和/或重新定位。蠕变对纤维增强复合结构可产生的影响还可部分取决于增强纤维的角度方向。例如，复合层片50在纤维取向的方向上在张力下仅可表现出相对微小的蠕变，但当在偏离纤维取向施加载荷时，蠕变更大。
参照图16，当加劲肋40正被成形为期望轮廓时，加劲肋40的可能起皱部分地取决于执行形成轮廓的速率。图16中的曲线136示出：通常，当在允许材料出现蠕变的较长时间段内执行形成轮廓过程，加劲肋起皱减少。图17中的曲线138例示了用于使加劲肋40形成轮廓的常见蠕变模式，曲线138绘制了在高温和所施加的载荷被保持恒定的情况下永久应变与时间的关系。曲线138被分成三个片段，这三个片段分别代表加劲肋40在轮廓成形期间的三个蠕变阶段。在初始阶段140期间，加劲肋40经历速率随时间推移而降低的弹性变形。在第二阶段142期间，加劲肋40经历塑性(永久)变形，该变形的增加速率在过渡点145之前保持相对恒定。在过渡点145之后，在第三阶段144期间，加劲肋40的塑性变形可更快速地增加。
可使用所公开的受约束蠕变成形方法来减小加劲肋40的起皱量，这将取决于各种因素。这些因素包括而不限于加劲肋轮廓的程度、加劲肋40的高度、层片50的数量、用作基质的聚合物、增强纤维的大小、组成和取向、装载料48在成形之前被加热达到的温度、加劲肋40形成轮廓的速率和其他因素。然而，通常，取决于以上提到的应用和因素，所公开的多层复合加劲肋40的典型示例的蠕变成形可以0.0015英寸/秒直至大致0.006英寸/秒之间的速率执行。然而，在其他示例中，为了减少或消除层片起皱，蠕变成形可以比0.006英寸/秒快或比0.0015英寸/秒慢的速率执行。通常，以足够慢的速率进行加劲肋轮廓的蠕变成形，使得树脂与纤维之间的摩擦或剪切阻力保持足够低，以至于可发生打滑并且没有产生显著的压缩应力，以便防止层片起皱。
举例来说，而并非限制，通过以大致0.0015英寸/秒的恒定速率进行加劲肋40的受约束蠕变成形，可将已被冲压成形为图10和图11中示出的横截面形状的包括36层碳纤维增强环氧树脂的装载料48形成轮廓为相对严重的曲率，有最少的起皱或者没有起皱。在该特定示例中，装载料48被加热至大致140°F至150°F。另外，在该示例中，如先前描述的，帽型部分98被约束在下模具56内，而上模具55在装载料48的凸缘部分44a、44b上施加至少大致1000磅的压力，以在轮廓成形过程期间约束它们。所施加的该压力可沿着加劲肋48的长度分布，使得压力的一部分被施加在沿着加劲肋48的长度间隔开的位置或片段处，如先前描述的。特定量的压力将随应用而变化。在装载料48包括10个碳纤维增强环氧树脂层片并且加劲肋40将被成形为相似严重轮廓的另一示例中，受约束蠕变成形可以更快的速率(例如，高达大致0.006英寸/秒)执行。在上述两个示例中，通过上模具55以介于大致0.015英寸/秒和0.030英寸/秒之间的冲压速率将装载料48初始冲压在模具腔74中。
现在关注图18至图21，图18至图21概略地例示了加劲肋40的层片如何以减少或消除层片起皱的方式对上述受约束蠕变成形做出反应。当以使应变延伸到图17中示出的第二阶段142和第三阶段144中的速率执行加劲肋轮廓的受约束蠕变成形时，层片50以及增强纤维148可相对于彼此施加剪切力146，从而导致层片和/或纤维重新布置，该重新布置减少层片50起皱的趋势。另外，在加劲肋40正被形成轮廓时加劲肋40的受约束蠕变成形期间装载料48的恒定载荷可致使被保持在层片50的聚合物基质149中的增强纤维148a中的至少一些永久地变形和/或位置偏移150，由此进一步降低层片50在轮廓成形过程期间起皱的趋势。另外，在受约束蠕变成形期间聚合物基质149中的应力减小，从而致使纤维146b中的一些延伸或伸长151，这使层片50起皱的趋势进一步降低。
现在关注图22至图29，图22至图29例示了柔性衬板64的附加细节，采用柔性衬板64作为工具，以使用先前描述的加工设备54形成起皱减少的加劲肋40的特征。柔性衬板64中的每一个具有L形横截面，并且大体上包括被围在柔性覆盖件154内或被其覆盖的衬板构件152。衬板构件152可包括适于该应用的大体刚性的材料，包括但不限于金属、纤维制品和复合物(仅举几例)。在所例示的示例中，衬板构件152是刚性纤维增强复合层压物，该刚性纤维增强复合层压物根据其特征的几何形状及其厚度在承受弯曲力时能够一定程度地挠曲。
衬板构件152沿其长度在其中包括多个间隙156，间隙156将柔性衬板64分成铰接段166，铰链段166为柔性衬板64提供了柔性。在图22和图23中示出的示例中，间隙156包括狭缝158，然而其他间隙几何形状是可能的。狭缝158分别从相对的第一边缘160和第二边缘162向内延伸，超过衬板构件152的中央纵向轴线170，因此跨过衬板构件152的凸缘70和腹板72二者。源自第一边缘160和第二边缘162的两组狭缝158以彼此交替的关系布置。“交替的关系”是指相邻的狭缝158源自边缘160、162中的不同边缘的事实。狭缝158的长度L和宽W以及它们之间的距离D的选择将取决于特定的应用，但应该足以允许衬板构件152弯曲或挠曲达到该应用所需的程度。在所例示的示例中，狭缝158彼此规则地间隔开并且具有相同的长度L和宽度W，然而，在其他示例中，狭缝158可不规则地间隔开并且具有不同的长度L和宽度W。
在所例示的示例中，狭缝158彼此平行地延伸，然而，在其他示例中，它们可以不彼此平行，以便满足特定应用的要求。狭缝158终止于端点180(图23)，端点180与第一边缘160和第二边缘162中的相邻边缘间隔开。段166在位于狭缝158的端部处的柔性区域168处铰接在一起。柔性区域168中的每一个有效地形成有时常被称为活动铰链的柔性轴承，在该柔性轴承中，铰链材料由它所连接的相同的两个刚性工件制成。
尽管在所例示的示例中狭缝158基本上垂直于衬板构件152的中央纵向轴线170延伸，但它们可按最适合特定应用要求的任何角度离轴地定向。例如，由于往往会垂直于柔性衬板64的中央纵向轴线170形成可能的层片褶皱，因此使得狭缝158没有排成行以与褶皱平行的狭缝158的离轴方向使可能的层片起皱累积减少。如图26中所示，狭缝158中的一些或全部可相对于衬板构件152的中央纵向轴线170成角度θ定向。狭缝158的该离轴方向可增加衬板构件152的狭缝面积覆盖范围从而增加其柔性，同时避免了狭缝158与不期望层片变形的方向平行对准从而可造成更高水平的起皱。此外，狭缝158的角方向可沿着衬板构件152的长度变化，以便适合特定应用的要求，诸如以在加劲肋40正被成形为期望轮廓时，减少层片起皱的局部累积。
柔性覆盖件154可包含合适的弹性体，该弹性体能够粘附于衬板构件152的表面并且在承受在特定应用中遇到的处理温度时保持柔性而不降解。举例来说，而并非限制，柔性覆盖件154可包含诸如
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这样的丙烯和四氟乙烯的材料组合。柔性覆盖件154填充狭缝158并有效地在段166之间形成铰链，所述铰链与在段166之间的柔性区域168一起允许柔性衬板64以多个自由度挠曲和弯曲。此外，柔性覆盖件154还防止柔性衬板64发生原本会致使柔性衬板64难以处理和操纵的过度挠曲。柔性覆盖件154填充狭缝158，以为柔性衬板64提供工具表面116(图28和图29)，工具表面116在柔性衬板64的整个长度内基本上是平滑且连续的。由柔性覆盖件154形成的工具表面116有助于确保向装载料48施加均匀的成形压力，同时还减少或消除了原本会因狭缝158所形成的开口造成的成品复合零件上的可能刮痕。相对于衬板构件152的厚度T1的柔性覆盖件154的厚度T2(图29)将取决于特定应用。
参照图30至图32，通过打开或闭合(扩宽或收窄)狭缝158来促成柔性衬板64在多个平面中的弯曲、挠曲和/或扭曲。例如，当柔性衬板64在图30中示出的坐标系120的YZ平面内的一个方向上弯曲或挠曲172时，腹板72和/或凸缘70中的狭缝158可张开174(图31)，而在相反方向上的弯曲或挠曲172会造成狭缝158闭合176(图32)。
可采用所公开示例的原理来制造具有诸如而不限于帽子形状、C形、倒T形、Z形、I形、或倒J形(仅举几例)(图中全都未示出)这样的各种横截面形状中的任一种的柔性衬板64。
可以根据柔性衬板64的组成，通过多种技术中的任一种来制造柔性衬板64。在一个示例中，可通过铺设、成形和固化预浸料的层片来制造衬板构件152，该层片可包括例如而不限于纤维增强的热固性或热塑性塑料。可通过锯切、切割或模制形成衬板构件152中的间隙156。可通过喷涂、浸涂、嵌件成型或其他技术将衬板构件152用柔性覆盖件154包围或围住。
现在关注图33，图33大体例示了制造起皱减少的有轮廓的复合层压加劲肋40的方法的步骤。从182中开始，根据预定的层片排布来铺设复合装载料48。然后，在184中，将柔性衬板64安装在加工设备54的下模具56上。在186中，将装载料48放置在下模具56上，覆在柔性衬板64之间的模具腔74上。在188中，将复合装载料48加热至适于进行应变的蠕变成形的预选成形温度。在190中，对上模具55和下模具56进行加热。在192中，通过在受控制的、预选的冲压速率将复合装载料48冲压到模具腔74中来形成诸如帽型部分98这样的加劲肋40的第一部分。
根据加劲肋40的横截面形状，在194中，可形成诸如凸缘部分44a、44b这样的加劲肋40的第二部分。在196中，通过使用上模具55和下模具56向加劲肋40的所有侧施加压力，将加劲肋40约束在上模具55和下模具56之间。在198中，在加劲肋40的所有侧被约束在上模具55和下模具56之间时，以受控制的速率将加劲肋40蠕变成形为期望轮廓。在200中，从模具腔74缩回冲头58。可选地，在202中，加劲肋440的第一部分(例如，帽型部分98)可被折叠，以便形成加劲肋叶片42。最后，在204中，从下模具56中取出完全成形的加劲肋40。
本公开的示例可发现在各种潜在应用中使用，特别是在运输行业中，包括例如航空航天、船舶、汽车应用以及其中可使用诸如飞行器中的燃料系统和液压系统这样的加压流体管的其他应用。因此，现在参照图34和图35，可在如图34中所示的飞行器制造和保养方法206和如图35中所示的飞行器208的背景下使用本公开的示例。所公开示例的飞行器应用可包括各种复合零件和结构，这些复合零件和结构沿着其长度具有轮廓、曲率、变化的厚度或其他不均匀性。在前期生产过程中，示例性方法206可包括飞行器208的规格和设计210及材料采购212。在生产过程中，进行飞行器208的部件和子组件制造214以及系统整合216。此后，飞行器208可经过检定和交付218，以便投入服役220。在被客户投入服役期间，飞行器208被安排进行例行维护和保养222，这也可包括改造、重构、翻新等。
可由系统集成商、第三方及/或运营商(例如，客户)进行或执行方法206的过程中的每一个。出于本描述的目的，系统集成商可包括但不限于任一数量的飞行器制造商与主系统分包商；第三方可包括但不限于任一数量的供应商、转包商以及供货商；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。
如图35中所示，用例示性方法206生产的飞行器208可包括具有多个高级系统226和内部228的机身224。高级系统226的示例包括推进系统230、电气系统232、液压系统234和环境系统236中的一个或更多个。可包括任何数量的其他系统。尽管示出了航空航天的示例，但本公开的原理可应用于诸如海事和汽车工业这样的其他工业。
可在飞行器制造和保养方法206的任一个或更多个阶段期间采用本文中实施的系统和方法。例如，能以类似飞行器208投入服役时生产部件或子组件的方式，制成或制造对应于制造过程214的部件或子组件。另外，可在生产过程214和216期间，例如，通过大幅地加快飞行器208的组装或减少飞行器208的成本，利用一个或更多个设备示例、方法示例或其组合。类似地，可在飞行器208投入服役(例如而不限于维护和保养222)时利用设备示例、方法示例或其组合中的一个或更多个。
如本文中使用的，短语“至少一个”子与项列表一起使用时，意味着可使用所列项中的一个或更多个的不同组合，并且可仅需要列表中的每个项中的一个。例如，“条目A、条目B和条目C中的至少一个”可包括而不限于条目A、条目A和条目B、或条目B。该示例还可包括条目A、条目B、和条目C或条目B和条目C。该条目可以是特定的物、事或类别。换句话说，“至少一个”意味着可在列表中适用任何组合的条目和多个条目，而并不需要列表中的所有条目。
已出于例示和描述的目的展示了对不同例示性示例的描述，但该描述并不旨在是排他性的或限于所公开形式的示例。许多修改形式和变化形式对于本领域的普通技术人员而言将是显而易见的。另外，不同的例示示例可提供与其他例示示例相比不同的优点。选择和描述所选择的一个示例或多个示例，以便最佳地说明示例的原理、实际应用，并且使本领域的普通技术人员能够理解本公开有进行了适于所料想特定使用的各种修改的各种示例。
本公开包括按照以下编号条款的示例实施方式。
条款1.一种制造有轮廓的复合层压加劲肋(40)的方法，该方法包括以下步骤：
将复合装载料(48)放置在具有模具腔(74)的模具(56)上；
对所述复合装载料(48)进行加热；
通过将所述复合装载料(48)成形进入所述模具腔(74)中来生产具有长度的部分成形的加劲肋(40)；
约束所述部分成形的加劲肋(40)；并且
在所述部分成形的加劲肋(40)正受约束的同时，将所述部分成形的加劲肋(40)沿着所述长度蠕变成形为期望轮廓(46)。
条款2.按照条款1所述的方法，其中，以大致0.0015英寸/秒和大致0.006英寸/秒之间的速率执行将所述部分成形的加劲肋(40)蠕变成形的步骤。
条款3.按照条款1或2所述的方法，其中，所述部分成形的加劲肋(40)具有多个侧面，并且约束所述部分成形的加劲肋(40)包括向所述多个侧面中的每一侧面施加压力(P)。
条款4.按照条款3所述的方法，其中，所述部分成形的加劲肋(40)包括凸缘部分(44a，44b)，并且约束所述部分成形的加劲肋(40)包括将所述凸缘部分(44a，44b)压在所述模具(56)上。
条款5.按照条款3或4所述的方法，其中：
通过使用冲头(58)将所述复合装载料(48)冲压到所述模具腔(74)中来执行将所述复合装载料(48)成形进入所述模具腔(74)中的步骤；并且
通过使用所述模具(56)和所述冲头(58)施加所述压力(P)来执行向所述多个侧面中的每一侧面施加所述压力(P)的步骤。
条款6.按照条款1至5中任一项所述的方法，其中：
使用一对柔性衬板(64)来执行约束所述部分成形的加劲肋(40)的步骤；并且
使用所述一对柔性衬板(64)来执行将所述部分成形的加劲肋(40)蠕变成形的步骤，并且蠕变成形的步骤包括将所述一对柔性衬板(64)挠曲成期望轮廓。
条款7.按照条款1至6中任一项所述的方法，其中：
所述复合装载料(48)包括含有增强纤维(148)的聚合物(149)，并且
以允许所述增强纤维(148)永久变形(148a，150)的速率执行将所述部分成形的加劲肋(40)蠕变成形为期望轮廓(46)的步骤。
条款8.一种制造减少了起皱的有轮廓的纤维增强复合层压加劲肋(40)的方法，该方法包括以下步骤：
将纤维增强的复合装载料(48)放置在上模具(55)和具有模具腔(74)的下模具(56)之间；
对所述纤维增强的复合装载料(48)进行加热；
通过使用所述上模具(55)将所述纤维增强的复合装载料(48)成形进入所述模具腔(74)中来生产具有所期望的横截面形状的加劲肋(40)；
通过使用所述上模具(55)和所述下模具(56)向所述加劲肋(40)施加压力(P)来约束所述加劲肋(40)；以及
在使用所述上模具(55)和所述下模具(56)约束所述加劲肋(40)的同时将所述加劲肋(40)成形为轮廓(46)，其中，将所述加劲肋(40)成形为所述轮廓(46)的步骤在所述加劲肋(40)中产生残余应力，并且将所述加劲肋(40)成形为所述轮廓(46)的步骤是以允许所述残余应力松弛的速率执行的。
条款9.按照条款8所述的方法，其中，所述加劲肋(40)具有多个侧面，并且约束所述加劲肋(40)的步骤包括在将所述加劲肋(40)成形为所述轮廓(46)的同时约束所述多个侧面。
条款10.按照条款8或9所述的方法，其中，将所述加劲肋(40)成形为所述轮廓(46)的步骤包括仿照所述上模具(55)和所述下模具(56)的轮廓。
条款11.按照条款8至10中任一项所述的方法，其中，约束所述加劲肋(40)的步骤包括在将所述加劲肋(40)成形为所述轮廓(46)的同时，使用所述上模具(55)向所述加劲肋(40)的沿着所述加劲肋(40)的长度间隔开的位置处的一些部分施加压力(P)。
条款12.按照条款8至11中任一项所述的方法，其中，以大致0.0015英寸/秒和大致0.006英寸/秒之间的速率执行将所述加劲肋(40)成形为所述轮廓(46)的步骤。
条款13.按照条款8至12中任一项所述的方法，其中：
使用一对柔性衬板(64)来执行约束所述加劲肋(40)的步骤；并且
使用所述一对柔性衬板(64)作为成形工具来执行将所述加劲肋(40)成形的步骤。
条款14.按照条款8至13中任一项所述的方法，其中：
使用所述上模具(55)上的冲头(58)来执行将所述纤维增强的复合装载料(48)成形进入所述模具腔(74)中的步骤；并且
约束所述加劲肋(40)的步骤包括使用所述上模具(55)向所述纤维增强的复合装载料(48)施加压力(P)。
条款15.一种制造纤维增强复合层压加劲肋(40)的方法，所述加劲肋(40)具有长度且沿着该长度的轮廓(46)的该方法包括以下步骤：
将复合装载料(48)放置在一对柔性衬板(64)上，所述一对柔性衬板(64)被布置成在它们之间形成模具腔(74)；
通过迫使所述复合装载料(48)进入所述模具腔(74)中来将所述复合装载料(48)成形为具有所期望横截面形状的加劲肋(40)；
约束所述加劲肋(40)，该步骤包括使用所述一对柔性衬板(64)向所述加劲肋(40)施加压力(P)；以及
使用所述一对柔性衬板(64)将所述加劲肋(40)成形为所述轮廓(46)，该步骤包括：在将所述加劲肋(40)成形为所述轮廓(46)的同时，随着所述一对柔性衬板(64)约束(C)所述加劲肋(40)，使所述一对柔性衬板(64)挠曲，
其中，将所述加劲肋(40)成形为所述轮廓(46)的步骤是以致使所述加劲肋(40)不可逆变形的速率执行的。
条款16.按照条款15所述的方法，其中：
使用冲头(58)来执行迫使所述复合装载料(48)进入所述模具腔(74)中的步骤，并且
约束所述加劲肋(48)的步骤包括使用所述冲头(58)向所述加劲肋(40)的至少一部分施加压力(P)。
条款17.按照条款16所述的方法，其中，使用所述冲头(58)向所述加劲肋(40)施加压力(P)的步骤包括在沿着所述加劲肋(40)的长度间隔开的位置处施加所述压力(P)。
条款18.按照条款15至17中任一项所述的方法，所述方法还包括以下步骤：
将所述一对柔性衬板(64)安装在模具支撑块(66)上，并且
其中，将所述加劲肋(40)成形为所述轮廓(46)的步骤包括将所述一对柔性衬板(64)和所述模具支撑块(66)弯曲成所述轮廓(46)。
条款19.按照条款15至18中任一项所述的方法，所述方法还包括以下步骤：
在将所述加劲肋(40)成形为所述轮廓(46)之后，使用所述一对柔性衬板(64)改变所述加劲肋(40)的所期望的横截面形状。
条款20.按照条款15至19中任一项所述的方法，其中，以大致0.0015英寸/秒和大致0.006英寸/秒之间的速率执行将所述加劲肋(40)成形为所述轮廓(46)的步骤。

Claims (20)

1.一种制造有轮廓的复合层压加劲肋(40)的方法，该方法包括以下步骤：
将复合装载料(48)放置在具有模具腔(74)的模具(56)上；
对所述复合装载料(48)进行加热；
通过将所述复合装载料(48)成形进入所述模具腔(74)中来生产具有长度的部分成形的加劲肋(40)；
约束所述部分成形的加劲肋(40)；并且
在所述部分成形的加劲肋(40)正受约束的同时，将所述部分成形的加劲肋(40)沿着所述长度蠕变成形为期望轮廓(46)。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，以大致0.0015英寸/秒和大致0.006英寸/秒之间的速率执行将所述部分成形的加劲肋(40)蠕变成形的步骤。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述部分成形的加劲肋(40)具有多个侧面，并且约束所述部分成形的加劲肋(40)的步骤包括向所述多个侧面中的每一侧面施加压力(P)。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述部分成形的加劲肋(40)包括凸缘部分(44a，44b)，并且约束所述部分成形的加劲肋(40)的步骤包括将所述凸缘部分(44a，44b)压在所述模具(56)上。
5.根据权利要求3或4所述的方法，其中：
通过使用冲头(58)将所述复合装载料(48)冲压到所述模具腔(74)中来执行将所述复合装载料(48)成形进入所述模具腔(74)中的步骤；并且
通过使用所述模具(56)和所述冲头(58)施加所述压力(P)来执行向所述多个侧面中的每一侧面施加所述压力(P)的步骤。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其中：
使用一对柔性衬板(64)来执行约束所述部分成形的加劲肋(40)的步骤；并且
使用所述一对柔性衬板(64)来执行将所述部分成形的加劲肋(40)蠕变成形的步骤，并且蠕变成形的步骤包括将所述一对柔性衬板(64)挠曲成所述期望轮廓。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其中，
所述复合装载料(48)包括含有增强纤维(148)的聚合物(149)，并且
以允许所述增强纤维(140)永久变形(148a，150)的速率执行将所述部分成形的加劲肋(40)蠕变成形为所述期望轮廓(46)的步骤。
8.一种制造减少了起皱的有轮廓的纤维增强复合层压加劲肋(40)的方法，该方法包括以下步骤：
将纤维增强的复合装载料(48)放置在上模具(55)和具有模具腔(74)的下模具(56)之间；
对所述纤维增强的复合装载料(48)进行加热；
通过使用所述上模具(55)将所述纤维增强的复合装载料(48)成形进入所述模具腔(74)中来生产具有期望横截面形状的加劲肋(40)；
通过使用所述上模具(55)和所述下模具(56)向所述加劲肋(40)施加压力(P)来约束所述加劲肋(40)；并且
在使用所述上模具(55)和所述下模具(56)约束所述加劲肋(40)的同时将所述加劲肋(40)成形为轮廓(46)，其中，将所述加劲肋(40)成形为所述轮廓(46)的步骤在所述加劲肋(40)中产生残余应力，并且将所述加劲肋(40)成形为所述轮廓(46)的步骤是以允许所述残余应力松弛的速率执行的。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述加劲肋(40)具有多个侧面，并且约束所述加劲肋(40)的步骤包括在将所述加劲肋(40)成形为所述轮廓(46)的同时约束所述多个侧面。
10.根据权利要求8或9所述的方法，其中，将所述加劲肋(40)成形为所述轮廓(46)的步骤包括仿照所述上模具(55)和所述下模具(56)的轮廓。
11.根据权利要求8至10中任一项所述的方法，其中，约束所述加劲肋(40)的步骤包括在将所述加劲肋(40)成形为所述轮廓(46)的同时，使用所述上模具(55)向所述加劲肋(40)的沿着所述加劲肋(40)的长度间隔开的位置处的一些部分施加压力(P)。
12.根据权利要求8至11中任一项所述的方法，其中，以大致0.0015英寸/秒和大致0.006英寸/秒之间的速率执行将所述加劲肋(40)成形为所述轮廓(46)的步骤。
13.根据权利要求8至12中任一项所述的方法，其中：
使用一对柔性衬板(64)来执行约束所述加劲肋(40)的步骤；并且
使用所述一对柔性衬板(64)作为成形工具来执行将所述加劲肋(40)成形的步骤。
14.根据权利要求8至13中任一项所述的方法，其中：
使用所述上模具(55)上的冲头(58)来执行将所述纤维增强的复合装载料(48)成形进入所述模具腔(74)中的步骤；并且
约束所述加劲肋(40)的步骤包括使用所述上模具(55)向所述纤维增强的复合装载料(48)施加压力(P)。
15.一种制造纤维增强复合层压加劲肋(40)的方法，所述加劲肋(40)具有长度和沿着该长度的轮廓(46)，该方法包括以下步骤：
将复合装载料(48)放置在一对柔性衬板(64)上，所述一对柔性衬板(64)被布置成在它们之间形成模具腔(74)；
通过迫使所述复合装载料(40)进入所述模具腔(74)中来将所述复合装载料(48)成形为具有期望横截面形状的加劲肋(40)；
约束所述加劲肋(40)，该步骤包括使用所述一对柔性衬板(64)向所述加劲肋(40)施加压力(P)；以及
使用所述一对柔性衬板(64)将所述加劲肋(40)成形为所述轮廓(46)，该步骤包括：在将所述加劲肋(40)成形为所述轮廓(46)的同时，随着所述一对柔性衬板(64)约束(C)所述加劲肋(40)，使所述一对柔性衬板(64)挠曲，
其中，将所述加劲肋(40)成形为所述轮廓(46)的步骤是以致使所述加劲肋(40)不可逆变形的速率执行的。
16.根据权利要求15所述的方法，其中：
使用冲头(58)来执行迫使所述复合装载料(48)进入所述模具腔(74)中的步骤；并且
约束所述加劲肋(48)的步骤包括使用所述冲头(58)向所述加劲肋(40)的至少一部分施加压力(P)。
17.根据权利要求16所述的方法，其中，使用所述冲头(58)向所述加劲肋(40)施加压力(P)的步骤包括在沿着所述加劲肋(40)的长度间隔开的位置处施加所述压力(P)。
18.根据权利要求15至17中任一项所述的方法，所述方法还包括以下步骤：
将所述一对柔性衬板(64)安装在模具支撑块(66)上，并且
其中，将所述加劲肋(40)成形为所述轮廓(46)的步骤包括将所述一对柔性衬板(64)和所述模具支撑块(66)弯曲成所述轮廓(46)。
19.根据权利要求15至18中任一项所述的方法，所述方法还包括以下步骤：
在将所述加劲肋(40)成形为所述轮廓(46)之后，使用所述一对柔性衬板(64)改变所述加劲肋(40)的所期望的横截面形状。
20.根据权利要求15至19中任一项所述的方法，其中，以大致0.0015英寸/秒和大致0.006英寸/秒之间的速率执行将所述加劲肋(40)成形为所述轮廓(46)的步骤。
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