CN113246491A - 柔性双面真空板载体 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及柔性双面真空板载体。一种复合面板工具加工系统可以包括具有波形表面的成形平台，该波形表面被配置为支撑复合材料的叠层以形成波形复合零件。该系统可以进一步包括柔性载体，该柔性载体可移除地设置在波形表面上并且包括框架，其中该框架被配置为在框架内限定的一组孔内容纳一组双面真空抓具，并且其中，该组双面真空抓具的每个双面真空抓具被配置为连接至气动系统，以在每个真空抓具的第一侧上诱发真空以抓牢波形表面，并且在已形成波形复合零件后在每个真空抓具的第二侧上诱发真空以抓牢波形复合零件的表面。

Description

柔性双面真空板载体
技术领域
本公开大体上涉及复合叠层心轴工具的领域，并且特别地涉及用于将模制零件保持到叠层心轴工具的柔性双面真空板载体。
背景技术
制造复合组件包括几个步骤，诸如将帘布层铺设在叠层心轴上，固化帘布层，检查和扫描经固化的帘布层，加工新形成的零件以用于组装的以及组装零件。在每个工序期间，必须将零件放置在生产车间的某个位置。具有用于后固化工序(诸如检查和扫描新零件)的单独工具和区域，会大大增加用于制造复合零件的生产区域占地面积。较大的工具加工(tooling)占地面积会增加生产成品的成本，特别是当零件较大时，诸如在飞机或其他大型交通工具领域。
组装零件，特别是在飞机领域，可能需要精确的尺寸和精度。举例来说，典型的飞机部件可能需要0.002英寸整体精度的均方根。使用复合零件可能很难达到这种精度，因为一旦从叠层心轴上取下，零件会发生一些挠曲和/或变形。在组装期间，通常使用后固化扫描工序来了解复合面板的表面和要附接到面板的桁条的信息。扫描可用于确定面板至肋界面所需的牺牲填隙量。填隙需要额外的时间和资源来组装零件，这也可能增加与生产相关的成本。除了必须进行填隙处理外，后固化挠曲和变形还会降低零件的机加工部分(诸如钻孔)的精度。
发明内容
描述了一种柔性的载体工具，该载体工具可以被施加在叠层心轴与固化的复合零件之间。柔性载体工具可以将复合零件固定到叠层心轴上，以防止在后固化工序期间挠曲或变形。通过将叠层心轴工具转换为后固化工序工具，可以增加现有工具的效用，并可以减少工厂的过大占地面积。此外，与典型的后固化工序相比，可以减少挠曲和变形，从而产生无填隙或减少的填隙，并提高加工精度。
在一个实施例中，复合面板工具加工系统包括具有轮廓化/波形(contoured)表面的成形平台，该波形表面被配置为支撑复合材料的叠层以形成波形复合零件。该系统进一步包括柔性载体，该柔性载体可移除地设置在波形表面上并且包括框架，其中该框架被配置为在框架内限定的一组孔内容纳一组双面真空抓具，并且其中，该组双面真空抓具的每个双面真空抓具被配置为连接至气动系统，以在每个真空抓具的第一侧上诱发真空以抓牢波形表面，并且在已形成波形复合零件后在每个真空抓具的第二侧上诱发真空以抓牢波形复合零件的表面。
在一些实施例中，框架包括一对侧构件和跨在该对侧构件之间的一组肋间构件。在一些实施例中，肋间构件的位置对应于沿着波形复合零件的预定接头位置。在一些实施例中，该组孔包括限定在该对侧构件内和该组肋间构件内的多个孔。在一些实施例中，该组孔沿该对侧构件和该组肋间构件均匀地间隔开。在一些实施例中，框架基本上跨越波形表面。在一些实施例中，该组双面真空抓具中的每个双面真空抓具包括在第一侧上的第一真空回路和在第二侧上的第二真空回路，其中第一真空回路与第二真空回路隔离。在一些实施例中，波形复合零件为飞机的零件。
在一个实施例中，一种复合面板工具加工方法包括在具有波形表面的成形平台上支撑复合材料的叠层以形成波形复合零件。该方法进一步包括将柔性载体定位在波形表面上，该柔性载体包括框架。该方法还包括在框架内限定的一组孔中容纳一组双面真空抓具。该方法包括将该组双面真空抓具中的每个双面真空抓具连接至气动系统。该方法进一步包括，在每个真空抓具的第一侧上诱发真空以抓牢波形表面，并且在已形成波形复合零件之后，在每个真空抓具的第二侧上诱发真空以抓牢波形复合零件的表面。
在一些实施例中，框架包括一对侧构件和跨在该对侧构件之间的一组肋间构件。在一些实施例中，该方法进一步包括在与肋间构件的位置相对应的沿着波形复合零件的位置处形成接头。在一些实施例中，该组孔包括限定在该对侧构件内的多个孔和限定在该组肋间构件内的多个孔。在一些实施例中，该组孔沿该对侧构件和该组肋间构件均匀地间隔开。在一些实施例中，框架基本上跨越波形表面。在一些实施例中，该组双面真空抓具中的每个双面真空抓具包括在第一侧上的第一真空回路和在第二侧上的第二真空回路，其中第一真空回路与第二真空回路隔离。在一些实施例中，波形复合零件为飞机的零件。在一些实施例中，该方法包括当波形复合零件被真空抓具抓牢时，在波形复合零件上执行组装操作。
在一个实施例中，柔性载体包括框架，该框架具有一对侧构件和跨在该对侧构件之间的一组肋间构件，其中该框架被配置为在限定在该框架内的一组孔内容纳一组双面真空抓具，并且其中该组双面真空抓具中的每个双面真空抓具被配置为连接至气动系统，以在每个真空抓具的第一侧上诱发真空以抓牢成形平台的波形表面，以及在已形成复合零件之后在每个真空抓具的第二侧上诱发真空以抓牢复合零件的表面。在一些实施例中，框架由单个碳滑板切割而成。
附图说明
图1示出了复合面板工具加工系统的一个实施例和柔性载体的一个实施例。
图2示出了复合零件组件的一个实施例和柔性载体的一个实施例。
图3示出了柔性载体的一个实施例。
图4示出了具有安装的双面真空抓具的柔性载体的一个实施例。
图5示出了双面真空抓具的一个实施例。
图6示出了在成形平台和复合零件组件之间的柔性载体的一个实施例。
图7A示出了用于形成柔性载体的一种滑板。
图7B示出了从滑板切割出的一种框架。
图7C示出了通过将真空抓具添加到框架而形成的一种柔性载体。
图8示出了复合面板工具加工方法的一个实施例。
尽管本公开易于进行各种修改和替换形式，但是其特定实施例已在附图中以示例的方式示出并且将在本文中详细描述。然而，应当理解，本公开内容不旨在限于所公开的特定形式。相反，其意图是涵盖落入本公开范围内的所有修改、等同形式和替代形式。
具体实施方式
参考图1，该图示出了复合面板工具加工系统100的一个实施例。系统100可以包括成形平台102和柔性载体110。图1中的特定示例针对用于形成飞机的稳定器的工具加工系统。然而，所描述的系统和方法可以应用于诸如用于任何交通工具的任何复合零件的形成，并且不限于任何特定的应用。
成形平台102可具有波形表面104，该波形表面104被配置为支撑复合材料的叠层。它可以由确保波形表面的适当形状的桁架系统120支撑。桁架系统120还可以提高成形平台102的高度，以为工人提供准备叠层的通道。除了其他系统之外，各种进入点122也可以定位在支撑桁架系统120内，以提供真空进入以确保整个成形零件的均匀性。
柔性载体110可以可移除地设置在波形表面104上。通过挠曲，挠性载体110可以顺应波形表面104，并且可以被配置为气动地抓牢波形表面104。例如，柔性载体110可以包括至少一个双面真空抓具402。当至少一个双面抓具402的一侧可以抓握波形表面104时，另一侧可以抓握成形且固化的零件，从而将该零件固定到波形表面104上。实际上，柔性载体110可以包括许多真空抓具，以便均匀地保持零件。此外，如图1所示，柔性载体110可基本上跨越波形表面104，以便沿其整个长度固定该零件。如本文所使用的，术语“基本上”是指柔性载体跨越整个波形表面104减去在成形且固化的叠层中在该处不发生明显挠曲的边缘处的小边界。柔性载体110在本文中进一步描述。
在装配车间中具有用于后固化工序(诸如检查和扫描新零件的缺陷)的单独工具和区域会大大增加用于制造复合零件的生产区域占地面积。柔性载体110可以使得成形平台102能够在随后的工序中被重新使用以保持复合零件，从而减少了生产所需的总占地面积。
参考图2，该图示出了复合零件组件200的实施例。复合零件组件200可以包括由复合材料的叠层202形成的复合零件204。在图2所示的示例中，复合零件204可以为飞机的控制面的下部外蒙皮。复合零件组件200还可包括附接到复合零件204的至少一个附加零件208。例如，至少一个附加零件208可以为桁条或附接到复合零件204的其他横向结构。尽管图2将复合零件204示为飞机的一部分，但是所公开的系统和方法不限于飞机。其他应用也是可能的。
图2还示出了可移除地设置在复合零件204的表面206上的柔性载体110。至少一个双面真空抓具402可被配置为在一侧上将柔性载体110抵靠表面206固定，而在另一侧上将柔性载体110抵靠图1的波形表面104固定。
参考图3，该图示出了柔性载体110的一个实施例。柔性载体110可以包括框架302。框架302可以包括在其中限定的一组孔308、310。孔308、310可以被配置为在其中容纳一组双面真空抓具。框架302可包括一对侧构件304和跨在该对侧构件304之间的一组肋间构件306。肋间构件306的位置可以对应于与沿着波形复合零件的桁条相关联的预定接头位置。框架302可以根据图案通过切割单个复合滑板来形成。可以使用各种切割工序，包括但不限于水射流切割工序。
为了牢固地保持零件，该组孔308、310可包括限定在该对侧构件304内的多个孔310和限定在该组肋间构件306内的多个孔308。该组孔308、310可以沿着该对侧构件304和该组肋间构件306均匀地间隔开。框架302可基本上跨越波形表面104(图1中所示)以牢固地保持零件。
参考图4，该图示出了柔性载体110的一个实施例。图4还示出了一组双面真空抓具404。每个真空抓具402可以沉积在框架302内的孔内。该组真空抓具404可以被配置为在被激活时抓牢柔性载体110的两侧上的表面。例如，每个双面真空抓具402可被配置为在一侧上抓牢波形表面104(如图1所示)，而在另一侧上抓牢复合零件204的表面206(如图2所示)。
参考图5，该图示出了双面真空抓具402的一个实施例。双面真空抓具402可以被配置为连接至气动系统520，以在真空抓具402的第一侧502上诱发真空以抓牢叠层工具的波形表面，并在真空抓具402的第二侧504上诱发真空以抓牢波形复合零件的表面。当气动系统520被激活时，密封件506可以沿着真空抓具402的周边延伸以产生相对于表面的真空。真空抓具402内的通道508可以与诸如阀的连接部件510流体连通。气动系统520可以连接至连接部件510，并且在激活时可以引起压力差的产生，从而在将密封件506压靠在表面上时形成真空。相似的通道可以存在于真空抓具402的第二侧504上，并且可以与第二连接部件522流体连通。
在操作期间，双面真空抓具402可在第一侧502上形成第一真空回路512，并在第二侧504上形成第二真空回路514。第一真空回路512可以与第二真空回路514隔离，从而可以独立地激活真空回路512、514中的每个。这样，可以独立地抓牢和释放表面。
参考图6，该图示出了在成形平台102和复合零件组件200之间的柔性载体110的一个实施例。为了显示柔性载体110，将复合零件组件200示为透明的。如图6所示，柔性载体110的肋间构件306的位置612可以对应于沿着波形复合零件204的预定接头位置614。接头位置614可以对应于复合零件组件200内的复合零件204与横向零件602之间的接头604。
通过确保肋间构件306的位置612对应于预定的接头位置614，柔性载体110可以通过在每个接头604的精确位置处将复合零件204保持抵靠在成形平台102的波形表面104上来提供用于形成接头604的支撑。这可以防止在制造工序期间在形成接头604时复合零件204的变形和/或挠曲。通过减少变形和挠曲，可以消除一些后固化处理和工具加工。此外，通过将成形平台102用作柔性载体110下方的支撑件，可以消除额外的工具加工以减少工具加工占地面积。
图7A-7B示出了柔性载体110的一个实施例的形成。参考图7A，该图示出了滑板702。滑板702可以包括碳复合材料，并且可以为单个碳滑板。它可以在波形表面上成形并且固化，该波形表面稍后将用作柔性载体，诸如波形表面104。在一些实施例中，滑板702可以包括柔性材料，以在不被固化以保持任何特定形状的情况下顺应波形表面。
参考图7B，该图示出了在切割操作之后并且限定框架703的滑板702。切割操作可以包括由水射流切割工具执行的水射流切割操作。也可以使用其他类型的切割器，包括机械切割器、戳、模板等。框架703可包括侧构件704，其中肋间构件706横向地定位在侧构件704之间。框架703可以对应于图3的框架302。尽管框架703包括两个侧构件704和许多肋间构件706，但是在其他实施例中，取决于所制造的零件，其他构造也是可能的。
参考图7C，已经将双面真空抓具708添加到框架703中以形成柔性载体110。例如，双面真空抓具708可以对应于双面真空抓具402，并且可以用于抓牢柔性载体110的两侧上的表面。
参考图8，该图示出了复合面板工具加工方法800。方法800可以包括在802处在具有波形表面的成形平台上支撑复合材料的叠层以形成波形复合零件。例如，叠层202可以被支撑在成形平台102的波形表面104上以形成复合零件204。
方法800可以进一步包括在804处将柔性载体定位在波形表面上，该柔性载体包括框架。例如，柔性载体110可以定位在波形表面104上。
方法800还可以包括在806处在框架内限定的一组孔内容纳一组双面真空抓具。例如，该组双面真空抓具404可被插入到限定在框架302内的该组孔308、310中。
方法800可以包括在808处将该组双面真空抓具中的每个双面真空抓具连接至气动系统。例如，每个双面真空抓具402可以连接至气动系统520。
方法800可以进一步包括在810处在每个真空抓具的第一侧上诱发真空以抓牢波形表面，并且在已形成波形复合零件之后，在每个真空抓具的第二侧上诱发真空以抓牢波形复合零件的表面。
方法800还可以包括在812处在波形复合零件被真空抓具抓牢时，对波形复合零件执行组装操作。例如，在复合零件204上执行组装操作(诸如钻导向孔或附接附加零件)的同时，真空抓具402可以保持复合零件204。
此外，本公开包括根据以下条款的实施例：
条款1.一种复合面板工具加工系统(100)，包括：
成形平台(102)，该成形平台具有波形表面(104)，该波形表面被配置为支撑复合材料(202)的叠层以形成波形复合零件(204)；
柔性载体(110)，该柔性载体可移除地设置在波形表面(104)上，并包括框架(302)，其中，框架(302)被配置为在限定在框架(302)内的一组孔(308、310)中容纳一组双面真空抓具(404)，其中，该组双面真空抓具(404)中的每个双面真空抓具(402)被配置为连接至气动系统(520)以在每个双面真空抓具(402)的第一侧(502)上诱发真空以抓牢波形表面(104)，并且在已形成波形复合零件(204)之后，在每个双面真空抓具(402)的第二侧(504)上诱发真空以抓牢波形复合零件(204)的表面(206)。
条款2.根据权利要求1所述的系统，其中，框架(110)包括一对侧构件(304)和跨在该对侧构件(304)之间的一组肋间构件(306)。
条款3.根据权利要求2所述的系统，其中，该组肋间构件(306)中的每个肋间构件的位置(612)对应于沿着波形复合零件(204)的预定接头位置(614)。
条款4.根据权利要求2所述的系统，其中，该组孔(308、310)包括在该对侧构件(304)内以及在该组肋间构件(306)内限定的多个孔(308、310)。
条款5.根据权利要求2所述的系统，其中，该组孔(308、310)沿着该对侧构件(304)和该组肋间构件(306)均匀地间隔开。
条款6.根据权利要求1所述的系统，其中，框架(302)基本上跨越波形表面(104)。
条款7.根据权利要求1所述的系统，其中，该组双面真空抓具(404)中的每个双面真空抓具(402)包括在第一侧(502)上的第一真空回路和在第二侧(504)上的第二真空回路，其中，第一真空回路与第二真空回路隔离。
条款8.根据权利要求1所述的系统，其中，波形复合零件(204)为飞机的一部分。
条款9.一种复合面板工具加工方法，包括：
在具有波形表面(104)的成形平台(102)上支撑复合材料的叠层(202)，以形成波形复合零件(204)；
将柔性载体(110)定位在波形表面(104)上，该柔性载体(110)包括框架(302)；
在框架(302)内限定的一组孔(308、310)内容纳一组双面真空抓具(404)；
将该组双面真空抓具(404)中的每个双面真空抓具(402)连接至气动系统(520)；
在每个双面真空抓具(402)的第一侧(502)上诱发真空以抓牢波形表面(104)，并在已经形成波形复合零件(204)之后，在每个双面真空抓具的第二侧(504)上诱发真空以抓牢波形复合零件(204)的表面(206)。
条款10.根据权利要求9所述的方法，其中，框架(302)包括一对侧构件(304)和跨在该对侧构件(304)之间的一组肋间构件(306)。
条款11.根据权利要求10所述的方法，进一步包括：
在沿着波形复合零件(204)的对应于该组肋间构件(306)的每个肋间构件的位置(614)的位置(612)处形成接头(604)。
条款12.根据权利要求10所述的方法，其中，该组孔(308、310)包括在该对侧构件内限定的多个孔(310)和在该组肋间构件(306)内限定的多个孔(308)。
条款13.根据权利要求10所述的方法，其中，该组孔(308、310)沿着该对侧构件(304)和该组肋间构件(306)均匀地间隔开。
条款14.根据权利要求9所述的方法，其中，框架(304)基本上跨越波形表面(104)。
条款15.根据权利要求9所述的方法，其中，该组双面真空抓具(404)中的每个双面真空抓具(402)包括在第一侧(502)上的第一真空回路和在第二侧(504)上的第二真空回路，其中，所述第一真空回路与所述第二真空回路隔离。
条款16.根据权利要求9所述的方法，其中，所述波形复合零件(204)为飞机的一部分。
条款17.根据权利要求9所述的方法，进一步包括：
当波形复合零件(204)被双面真空抓具(402)抓牢时，在波形复合零件(204)上执行组装操作。
条款18.一种柔性载体(110)，包括：
框架(302)，该框架具有一对侧构件(304)和跨越在该对侧构件(304)之间的一组肋间构件(306)，其中，框架(302)被配置为容纳限定在框架(302)内的一组孔(308、310)内的一组双面真空抓具(404)，
其中，该组双面真空抓具(404)中的每个双面真空抓具(402)被配置为连接至气动系统(520)，以在每个双面真空抓具(402)的第一侧(502)上诱发真空以抓牢成形平台(102)的波形表面(104)，并且在已形成复合零件(204)之后，在每个双面真空抓具(402)的第二侧(504)上诱发真空以抓牢复合零件(204)的表面(206)。
条款19.根据权利要求18所述的柔性载体(110)，其中，框架(302)基本上跨越所述成形平台(102)的所述波形表面(104)。
条款20.根据权利要求18所述的柔性载体(110)，其中，框架(302)由单个碳滑板切割而成。
尽管已经示出和描述了各种实施例，但是本公开不限于此，并且将被理解为包括对本领域技术人员显而易见的所有这样的修改和变型。

Claims (15)

1.一种复合面板工具加工系统(100)，包括：
成形平台(102)，其具有波形表面(104)，所述波形表面被配置为支撑复合材料(202)的叠层以形成波形复合零件(204)；
柔性载体(110)，其可移除地设置在所述波形表面(104)上并包括框架(302)，其中，所述框架(302)被配置为在限定在所述框架(302)内的一组孔(308、310)中容纳一组双面真空抓具(404)，其中，所述一组双面真空抓具(404)中的每个双面真空抓具(402)被配置为连接至气动系统(520)以在每个双面真空抓具(402)的第一侧(502)上诱发真空以抓牢所述波形表面(104)，并且在已形成所述波形复合零件(204)之后，在每个双面真空抓具(402)的第二侧(504)上诱发真空以抓牢所述波形复合零件(204)的表面(206)。
2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述框架(110)包括一对侧构件(304)和跨在所述一对侧构件(304)之间的一组肋间构件(306)。
3.根据权利要求2所述的系统，其中，所述一组肋间构件(306)中的每个肋间构件的位置(612)对应于沿着所述波形复合零件(204)的预定接头位置(614)。
4.根据权利要求2所述的系统，其中，所述一组孔(308、310)包括在所述一对侧构件(304)内以及在所述一组肋间构件(306)内限定的多个孔(308、310)。
5.根据权利要求2所述的系统，其中，所述一组孔(308、310)沿着所述一对侧构件(304)和所述一组肋间构件(306)均匀地间隔开。
6.根据权利要求1至5中的任一项所述的系统，其中，所述框架(302)基本上跨越所述波形表面(104)，其中，所述波形复合零件(204)为飞机的一部分。
7.根据权利要求1至6中的任一项所述的系统，其中，所述一组双面真空抓具(404)中的每个双面真空抓具(402)包括在所述第一侧(502)上的第一真空回路和在所述第二侧(504)上的第二真空回路，其中，所述第一真空回路与所述第二真空回路隔离。
8.一种复合面板工具加工方法，包括：
在具有波形表面(104)的成形平台(102)上支撑复合材料的叠层(202)，以形成波形复合零件(204)；
将柔性载体(110)定位在所述波形表面(104)上，所述柔性载体(110)包括框架(302)；
将一组双面真空抓具(404)容纳在所述框架(302)内限定的一组孔(308、310)内；
将所述一组双面真空抓具(404)中的每个双面真空抓具(402)连接至气动系统(520)；
在每个双面真空抓具(402)的第一侧(502)上诱发真空以抓牢所述波形表面(104)，并在已经形成所述波形复合零件(204)之后，在每个双面真空抓具的第二侧(504)上诱发真空以抓牢所述波形复合零件(204)的表面(206)。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述框架(302)包括一对侧构件(304)和跨在所述一对侧构件(304)之间的一组肋间构件(306)。
10.根据权利要求9所述的方法，进一步包括：
在沿着所述波形复合零件(204)的对应于所述一组肋间构件(306)的每个所述肋间构件的位置(614)的位置(612)处形成接头(604)。
11.根据权利要求9所述的方法，其中，所述一组孔(308、310)包括在所述对侧构件内限定的多个孔(310)和在所述一组肋间构件(306)内限定的多个孔(308)。
12.根据权利要求9所述的方法，其中，所述一组孔(308、310)沿着所述对侧构件(304)和所述一组肋间构件(306)均匀地间隔开。
13.根据权利要求8至12中的任一项所述的方法，其中，将所述框架(304)定位成基本上跨越所述波形表面(104)，其中，所述波形复合零件(204)为飞机的一部分。
14.根据权利要求8至13中的任一项所述的方法，其中，所述一组双面真空抓具(404)中的每个双面真空抓具(402)包括在所述第一侧(502)上的第一真空回路和在所述第二侧(504)上的第二真空回路，其中，所述第一真空回路与所述第二真空回路隔离。
15.根据权利要求8至14中的任一项所述的方法，进一步包括：
当所述波形复合零件(204)被所述双面真空抓具(402)抓牢时，在所述波形复合零件(204)上执行组装操作。
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