CN116787804A - 共固结工具 - Google Patents

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CN116787804A
CN116787804A CN202310854515.7A CN202310854515A CN116787804A CN 116787804 A CN116787804 A CN 116787804A CN 202310854515 A CN202310854515 A CN 202310854515A CN 116787804 A CN116787804 A CN 116787804A
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CN
China
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thermoplastic
consolidation
support
pressure
pressure bladder
Prior art date
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Pending
Application number
CN202310854515.7A
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English (en)
Inventor
乔舒亚·P·克恩
马克·R·马特森
柯克·J·马姆奎斯特
戴维·E·吉迪恩
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Boeing Co
Original Assignee
Boeing Co
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Publication date
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Abstract

一种共固结工具，包括：加热组件，其用于接收一个或多个热塑性零件并将固结温度施加于一个或多个热塑性零件；压力囊，其将固结压力施加于一个或多个热塑性零件；以及支撑插入件，其被成形并构造成支撑并至少部分地包围一个或多个热塑性零件中的至少一个，其中，加热组件和压力囊中的至少一者被成形为接收并支撑支撑插入件。

Description

共固结工具
本申请是申请日为2020年3月18日、申请号为202010191959.3的中国专利发明申请“共固结工具和相关方法”的分案申请。
技术领域
本公开大体上涉及复合结构的形成，并且更具体地，涉及用于将热塑性零件共固结为一体形成的结构的系统和方法。
背景技术
复合材料为结实轻巧的材料，其通过将两个或更多个熔合(或固结)在一起的功能部件组合而形成。例如，复合材料可包括结合在树脂基质中的增强纤维。复合材料中使用的树脂可以包括热塑性或热固性树脂。热塑性复合材料在加热到熔融温度时可变软，并且在冷却时可硬化或固化，并且与热固性材料不同，它不需要进一步的交联来转变为最终构型。
当用于多种应用中时，热塑性复合材料提供优于热固性复合材料的许多优势。这些优势可包括不需要特殊的或冷藏的原料存储，不需要固化的原料以形成最终的复合零件构造，快速加工循环的潜力以及由热塑性复合材料制成的零件被多次重新成形而可提供更灵活的制造选项的能力。
传统上，由热塑性复合材料制成的零件已使用机械紧固件、粘合剂或焊接进行结合。然而，随着使用热塑性复合材料零件制造出更大、更复杂的结构，需要一种新的、更有效的方法来将这些单独的零件结合或共固结在一起。特别地，需要用于将热塑性复合材料零件共固结为一体形成的结构的更快和更有效的系统和方法。
发明内容
该概述仅旨在引入本公开的一个或多个实施方式的一些示例的简化概述。该概述不是广泛的概述，也不旨在标识本教导的关键或重要元素，也不旨在描绘本公开的范围。而是，其目的仅仅是以简化形式呈现一个或多个概念以作为以下详细描述的序言。
本公开中实施的前述和/或其他示例和实用性可以通过提供一种共固结工具来实现，该共固结工具包括加热组件，该加热组件包括：一个或多个加热表面，以接收一个或多个热塑性零件并对一个或多个热塑性零件施加固结温度；布置在加热组件内的压力囊，以向一个或多个热塑性零件施加固结压力；以及支撑插入件，其布置在加热组件内，以支撑一个或多个热塑性零件中的至少一个，其中，压力囊和支撑插入件中的至少一者为导热的，其中，支撑插入件被成形并构造成支撑并至少部分地包围一个或多个热塑性零件中的至少一个，并且其中，一个或多个加热表面和压力囊中的至少一者被成形为接收并支撑支撑插入件。
在本说明书中，施加固结温度可以包括通过提供设定到固结温度的一个或多个加热表面来使诸如一个或多个热塑性零件和/或热塑性机身蒙皮和/或一个或多个热塑性加强元件的部件经受加热。
在本说明书中，施加固结压力可以包括通过向压力囊充气或加压(可选地，充气或加压到预定压力)来使诸如一个或多个热塑性零件和/或热塑性机身蒙皮和/或一个或多个热塑性加强元件的部件经受压力。
压力囊可被构造成在压力囊被加压时将一个或多个热塑性零件按压在一起，并且压力囊可被构造成在压力囊被加压时将一个或多个热塑性零件按压成与一个或多个加热表面中的至少一个接触。
当压力囊被加压时，支撑插入件可以向支撑插入件内的热塑性零件施加压实压力。
本公开中实施的前述和/或其他示例和用途还可以通过提供一种共固结工具来形成，该共固结工具形成具有一体形成的热塑性加强元件的热塑性机身蒙皮，该共固结工具包括：加热组件，该加热组件包括一个或多个加热表面，以接收热塑性机身蒙皮和一个或多个热塑性加强元件并将固结温度施加于热塑性机身蒙皮和一个或多个热塑性加强元件；压力囊，其布置在加热组件内，以向热塑性机身蒙皮和一个或多个热塑性加强元件施加固结压力；以及多个支撑插入件，其布置在加热组件内，以支撑并至少部分地包围一个或多个热塑性加强元件，其中，压力囊和多个支撑插入件为导热的。
压力囊可被构造成在压力囊被加压时将热塑性机身蒙皮和一个或多个热塑性加强元件按压在一起，并且其中，压力囊可被构造成在压力囊被加压时，将热塑性机身蒙皮和一个或多个热塑性加强元件按压成与一个或多个加热表面中的至少一个接触。
在压力囊被加压时，多个支撑插入件可将压实压力施加于支撑插入件内的一个或多个热塑性加强元件中的一个上。
压力囊可包括多个腔，该多个腔被成形为接收并支撑多个支撑插入件，并且其中，当压力囊被加压时，多个支撑插入件响应于由加压压力囊施加的固结压力和所述多个腔的物理约束将压实压力施加于该支撑插入件所容纳的一个或多个热塑性加强元件中的一个上。
当被放入加热组件内时，压力囊、多个导热支撑插入件以及一个或多个热塑性加强元件可限定支撑表面，该支撑表面被构造成在加热组件内支撑热塑性机身蒙皮。
一个或多个加热表面中的至少一个可包括多个腔，该多个腔被成形为接收并支撑多个支撑插入件，并且其中，当压力囊被加压时，多个支撑插入件可响应于由加压压力囊施加的固结压力和所述多个腔的物理约束将压实压力施加于该支撑插入件所容纳的一个或多个热塑性加强元件中的一个上。
当被放入加热组件内时，多个导热支撑插入件和一个或多个热塑性加强元件以及一个或多个加热表面中的包括多个腔的至少一个加热表面的顶表面一起可以限定支撑表面，该支撑表面被构造成在加热组件内支撑热塑性机身蒙皮。
共固结工具还可包括旋转的心轴，其中一个或多个加热表面中的至少一个由旋转的心轴支撑。
本公开中实施的前述和/或其他示例和用途还可以通过提供一种用于固结热塑性零件的方法来实现，该方法包括：将压力囊放入加热组件内；将第一热塑性零件置于压力囊上方；将第二热塑性零件放入支撑插入件中；将支撑插入件放入加热组件内；以及施加固结压力和温度，其中，支撑插入件被成形并构造成支撑并至少部分地包围第二热塑性零件。
加热组件可包括一个或多个加热表面，并且压力囊可被构造成在施加固结压力时将第一和第二热塑性零件按压成与一个或多个加热表面中的至少一个接触。
压力囊可被构造成在施加固结压力时将第一和第二热塑性零件按压在一起，并且在施加固结压力时，支撑插入件可向第二热塑性零件施加压实压力。
压力囊和一个或多个加热表面中的至少一者可包括用于支撑并接收支撑插入件的腔。
支撑插入件可响应于固结压力和所述腔的物理约束而对容纳在其中的第二热塑性零件施加压实压力。
将第一热塑性零件置于压力囊上方可以包括在压力囊上方形成第一热塑性零件。
可以经由自动带材铺设(ATL)和自动纤维铺放(AFP)工艺中的至少一者来形成第一热塑性零件。
加热组件还可以包括旋转的心轴，以促进第一热塑性零件的形成。
本公开中实施的前述和/或其他示例和用途还可以通过提供一种用于形成具有一体形成的热塑性加强元件的热塑性机身蒙皮的方法来实现，该方法包括：将压力囊放入加热组件内，该加热组件包括一个或多个加热表面；将热塑性机身蒙皮置于压力囊上方；将多个热塑性加强元件放入多个支撑插入件内；将多个支撑插入件放入加热组件内；以及施加固结压力和温度，其中，每个支撑插入件被成形并构造成支撑并至少部分地包围每个热塑性加强元件，其中，压力囊被构造成当施加固结压力时将热塑性机身蒙皮和多个热塑性加强元件按压在一起，其中，压力囊被构造成当施加固结压力时，将热塑性机身蒙皮和多个热塑性加强元件按压成与一个或多个加热表面中的至少一个接触，并且其中，当施加固结压力时，支撑插入件向热塑性加强元件施加压实压力。
压力囊和一个或多个加热表面中的至少一者可包括多个腔，以支撑并接收多个支撑插入件，并且支撑插入件可响应于固结压力和所述多个腔的物理约束而向容纳在其中的热塑性加强元件施加压实压力。
当放入多个支撑插入件内时，多个热塑性加强元件可以处于部分固结(定位焊(tacked))的预成型状态，并且当施加固结压力以完全固结热塑性加强元件时，支撑插入件可向热塑性加强元件施加压实压力。
多个热塑性加强元件可以为具有协调的斜切接头接合部的离散段，并且当施加固结压力时，离散段可以沿着协调的斜切接头接合部熔合在一起。
根据下文提供的详细描述，其他应用领域将变得显而易参见。应当理解，详细描述和具体示例仅用于说明的目的，并不旨在限制。
附图说明
包含在本说明书中并构成其一部分的附图示出了本教导的实施方式，并与说明书一起用于解释本公开的原理。在附图中：
图1至图2示出了根据本公开的实施方式的用于共固结热塑性零件的工具。
图3示出了根据本公开的实施方式的固结温度。
图4示出了根据本公开的实施方式的用于热塑性零件的共固结的方法。
图5至图7示出了根据本公开的实施方式的用于共固结热塑性零件的工具。
图8示出了根据本公开的实施方式的用于热塑性零件的共固结的方法。
图9示出了根据本公开的实施方式的热塑性结构。
图10至图12示出了根据本公开的实施方式的用于共固结热塑性零件的工具。
图13示出了根据本公开的实施方式的用于热塑性零件的共固结的方法。
图14至图16示出了根据本公开的实施方式的用于共固结热塑性零件的工具。
图17示出了根据本公开的实施方式的用于热塑性零件的共固结的方法。
图18示出了根据本公开的实施方式的热塑性结构。
图19示出了飞机生产和服务方法的流程图。
图20示出了飞机的框图。
应当指出，附图的一些细节已经简化并绘制为便于理解本教导，而不是保持严格的结构准确性、细节和标度。
具体实施方式
现在将详细参考本教导的示例性实施方式，其示例在附图中示出。大体上，在整个附图中将使用相同的附图标记来表示相同或相似的零件。
热塑性复合材料可用于各种零件和结构。例如，在飞机的情况下，热塑性复合材料可用于飞机机翼或机身的主体面板、翼梁、肋、桁条和其他结构。同样，热塑性复合材料零件和结构可用于船舶、坦克、人员运输车、火车、航天器、卫星、潜艇、汽车等。
传统上，可以经由机械紧固件、粘合剂、焊接等将单独的热塑性复合材料零件结合在一起以形成较大的结构。例如，机械紧固件可用于将结构肋或桁条附接到主体面板。
本发明人已经开发了新的方法和系统，以将由热塑性复合材料制成的零件共固结到结构中。例如，本公开提供了一种将两个或更多个热塑性复合材料零件共固结到热塑性复合材料结构中的方法(以下分别称为“热塑性零件”和“热塑性结构”)。热塑性结构可以一体形成。例如，可以在不使用紧固件或粘合剂的情况下将热塑性结构共固结为单个一体形成的热塑性结构。
如本文所用，术语“一体形成”是指由分开的零件形成单个结构。它可以区别于仅由互连部件形成的结构。在一些实施方式中，“一体形成”描述了整体式或单体式热塑性结构。
本公开的热塑性复合材料可包括单向带热塑性复合材料、织物编织热塑性复合材料或两者的组合。热塑性复合材料还可包括通常可用于编织工艺、自动纤维放置工艺等的热塑性复合物狭缝单向带/丝束。
热塑性复合材料的厚度在整个热塑性零件中可以为恒定的或变化的。例如，可将单向带热塑性复合材料放入织物编织热塑性复合材料上的选定位置上，从而使得所得热塑性零件的厚度发生变化。在其他示例中，热塑性零件可以仅包括恒定厚度的织物编织热塑性复合材料。热塑性零件还可以包括片层滴剂或片层添加物，其可以引起热塑性零件的厚度发生变化。
热塑性复合材料可以包括工业上常用的各种热塑性树脂，包括但不限于热塑性聚醚酰亚胺(例如Ultem品牌的聚醚酰亚胺)，聚丙烯(PP)，聚丙烯，聚醚酰亚胺(PEI)，聚苯硫醚(PPS)，聚醚醚酮(PEEK)，聚芳醚酮(PAEK)，聚醚酮酮(PEKK)，以及增强纤维可以包括常用的增强纤维，诸如各种等级的玻璃纤维和碳纤维。
在一些实施方式中，热塑性零件可以为包括芯的混合热塑性复合材料层合体。芯可以使混合热塑性零件的结构变硬。芯可以为金属，诸如钛。例如，热塑性零件可以被实施为交织丝织物(IWWF)或膨胀铜箔(ECF)。热塑性零件也可以被实施为夹在热塑性面板之间的钛芯，或者被实施为具有金属或硬化芯的热塑性蒙皮面板。
可以使用一种或多种复合叠层工艺来形成热塑性零件。例如，一种或多种复合叠层工艺可以包括编织、带材叠层、丝束叠层和其他期望的复合叠层工艺。
复合叠层工艺可以包括激光辅助纤维铺放工艺。例如，可以使用激光辅助纤维铺放设备来铺设热塑性复合材料。当铺设热塑性复合材料时，激光辅助纤维铺放设备可以使用激光来定位焊(tack)热塑性复合材料的部分。通过激光定位焊热塑性复合材料，热塑性复合材料的片层可保持或基本上保持其相对于彼此的位置。在其他实施方式中，定位焊热塑性复合材料的片层还可以包括超声辅助方法，诸如通常在一些自动带材铺设(ATL)工艺中使用的方法。
根据本公开，自动和半自动工艺也可以用于形成热塑性零件。例如，可以使用自动带材铺设(ATL)和自动纤维铺放(AFP)工艺将一层或多层带材或丝束铺设到模具上，以形成热塑性零件。
一旦形成，就可以使用本公开的共固结工具将一个或多个热塑性零件共固结成热塑性结构。
在一些实施方式中，热塑性零件可以在放入共固结工具内之前被完全固结。在其他实施方式中，热塑性零件可以在放入共固结工具内之前被部分固结。在其他实施方式中，在放入共固结工具内之前，热塑性零件可以为预浸料或预成型件。如本文所用，术语“预浸料”是指准备处理的零件，其包括浸渍有树脂的单向纤维。“预浸料”也可以指热塑性材料的单片层。如本文所用，术语“预成型件”是指在完全固结之前形成为期望形状的预成型的热塑性复合材料叠层。
如本文所用，术语“部分固结”是指与固结的热塑性零件相比具有更高孔隙度的热塑性零件。在一些实施方式中，部分固结或预成型的热塑性零件的孔隙度超过了成品热塑性零件的孔隙度质量标准。
热塑性零件可以包括热塑性主体面板或蒙皮。例如，热塑性零件可包括用于飞机机身的全筒、半筒或较小的面板段热塑性零件。
热塑性蒙皮可使用至波纹状的旋转心轴的全筒叠层来形成。热塑性蒙皮可经由使用具有激光辅助定位焊的自动纤维铺放(AFP)或具有超声辅助定位焊的自动带材铺设(ATL)的部分叠层固结来形成。心轴表面可以为光滑的，并且模仿归一化的机身或机身横截面，而没有用于蒙皮片层垫层、桁条或其他加强元件的协调凹进特征。热塑性蒙皮可以形成为全身筒，并且可以修剪成两半或较小的蒙皮部分，以共固结为较大的热塑性结构，如下文进一步所述。
热塑性蒙皮也可以使用轧成机身或主体轮廓的平坦蒙皮叠层来形成。热塑性蒙皮可经由使用具有激光辅助定位焊的AFP或具有超声辅助定位焊的ATL的部分叠层固结来形成。例如，热塑性蒙皮面板可以放在平坦的工具表面上，外部热塑性片层为抵靠工具表面放在底部上的第一片层。一旦叠放完成，就可以使平坦的蒙皮面板移动通过超过370℃(700°F)的红外加热器，或者与备用加热设备(例如，囊，毯，辊等)接触，以为形成机身或主体轮廓做前提。例如，加热的蒙皮面板在其围绕光滑波纹状的心轴表面被拉动时，可被固定到旋转180°的心轴以形成半筒形蒙皮面板。可替代地，形成过程可以包括以受控的方式将预热的蒙皮面板覆盖在波纹状的心轴表面上。如下所述，一旦形成，波纹状的热塑性蒙皮就可以准备与其他热塑性零件共固结。
热塑性蒙皮也可以使用待共固结的离散的预形成的和预固结的部分蒙皮叠层的层压堆叠物形成。即，热塑性蒙皮可以由离散的热塑性子零件形成，以便一旦处于下述的共固结工具内就被共固结成热塑性结构。例如，全面积的热塑性片层序列可以被预固结并预成形为轮廓，其由单向(UD)热塑性带材或织物热塑性塑料组成。垫层上的部分中间层压片层序列可以预固结为离散的“双层成套零件”，诸如门围、窗带等。然后，可以使用具有激光辅助定位焊的AFP或具有超声辅助定位焊的ATL对每个双层成套零件进行部分预固结。然后，将每个全面积片层和部分双层片层成套零件组装到下面描述的共固结工具中，然后共固结为单个热塑性结构。除了热塑性蒙皮之外，可以将其他热塑性零件添加到共固结工具中，以包括在所得的热塑性结构中。
对于较大的主体，也可以使用更小、更易于控制的热塑性蒙皮片或“三角形片(gores)”形成热塑性蒙皮。可以使用具有激光辅助定位焊的AFP或具有超声辅助定位焊的ATL对每个三角形片进行部分预固结。每个三角形片都可以预轮廓化。三角形片的叠置可以错开，以实现与相邻三角形片面板的协调的斜切拼接。可以以协调的方式将三角形片直接放入共固结工具内，以使重叠的斜切接头在共固结之后熔合到面板中。在一些实施方式中，每个三角形片可以包含全部期望的叠层片层厚度堆叠，包括任何局部片层降和添加特征。在其他实施方式中，每个三角形片可以仅包含期望的叠层片层厚度堆叠的一部分，因为每个三角形片可以与其他部分厚度的三角形片或整个面板面积片层(类似于上述)重叠以在按照以下所述的方法共固结之后将期望的整体面板堆叠厚度熔合在一起。
热塑性零件可包括热塑性桁条或其他加强元件(例如，加强件，剪切带，框架，肋等)。例如，如下所述，可以将一个或多个热塑性桁条或加强元件与热塑性蒙皮一起放入共固结工具内，以形成共固结的热塑性结构。共固结的热塑性结构可以为具有一体形成的加强元件的热塑性主体面板。
热塑性桁条(或其他加强元件)可以通过将热塑性复合材料加热并冲压成形为期望的轮廓形状(例如帽形，Z形，C形，L形等)而形成。在一些实施方式中，热塑性复合材料在该冲压成形过程之前被完全固结。在其他实施方式中，热塑性桁条可以通过将热塑性层合体定位焊或编织而处于部分固结状态，并且将依赖于二次固结过程来完全固结。如下所述，两个过程都可以以可接受的预成形形状和厚度产生完全预固结的热塑性桁条段以准备好与其他热塑性零件共固结。
热塑性桁条(或其他加强元件)可以通过将热塑性复合材料加热并冲压成形为期望的轮廓形状而形成。如下所述，热塑性桁条可以通过将热塑性层合体定位焊或编织而处于部分固结状态，并且将依赖于二次共固结以提供足够的固结压力，以进行充分的桁条固结和/或与其他热塑性零件完全共固结。在一些实施方式中，在将热塑性桁条与其他热塑性零件共固结为单个热塑性结构时，可以将部分长度的热塑性桁条放入共固结工具中以将其共固结为全长桁条。
在一些实施方式中，较长的桁条跨度和/或高度波纹状的桁条(或其他加强元件)可受益于分成具有协调的交错的片层叠层的较短的桁条段。例如，可以以协调的方式将热塑性的桁条段(或子零件)或加强元件段(或子元件)放入共固结工具(如下所述)内，以便在共固结过程期间和/或在热塑性桁条(或桁条段)与热塑性蒙皮或其他热塑性零件共固结为一体形成的热塑性结构期间，将桁条段斜切拼接在一起。
部分长度的桁条段可以处于完全预固结状态，也可以处于部分固结状态(定位焊)，并在装入共固结工具之前预形成期望的桁条轮廓(例如，帽形，Z形，C形，L形等)。
尽管以上将热塑性蒙皮面板和热塑性桁条或加强元件描述为示例性热塑性零件，但是本公开不限于此，并且可以使用其他类型的热塑性零件。例如，待共固结的热塑性零件可包括桁条，加强件，剪切带，框架，肋，翼梁，配件，托架，机身加强元件，机翼元件(诸如机翼叶片和机翼边缘)，尾翼，发动机机舱，飞行控制面，汽车组件，医疗装置，体育用品等。
类似地，尽管上面描述了用于制造热塑性零件的各种方法，但是本公开不限于此，并且可以使用用于制造热塑性零件的其他方法。例如，热塑性零件可经由轮廓带材层压机(CTLM)形成。
图1至图2示出了根据本公开的实施方式的用于共固结热塑性零件的工具。图1示出了处于打开位置的共固结工具100。图2示出了处于闭合位置的图1的共固结工具100。如图1至图2所示，共固结工具100可包括加热组件200、压力囊300和支撑插入件400。支撑插入件可以被配置为多个支撑插入件400，和/或每个支撑插入件400可以包括一个或多个互补的支撑插入件401和402。
共固结工具100被构造成将一个或多个热塑性零件500固结为热塑性结构600。热塑性结构600可以一体形成。如本文所用，共固结可包括将固结温度、固结压力和/或固结温度和固结压力施加于一个或多个热塑性零件，使得至少一部分热塑性零件中的树脂流动。当树脂流动时，分离的热塑性零件中的树脂可以在分离的热塑性零件之间的边界处一起流动。随着热塑性零件的冷却，树脂固化。随着在分开的热塑性零件之间流动的树脂固化，分开的热塑性零件可以一体形成为一个热塑性结构。
在一些实施方式中，增强纤维的取向被优化用于更高质量的零件。例如，上述用于形成热塑性零件500的叠层过程可以形成针对热塑性零件500的期望性能而优化的特定纤维路径。这些纤维取向可以通过热塑性零件500在其形成过程中的“定位焊”或“部分固结”的性质来保持。在一些实施方式中，需要很少的材料流来固结热塑性零件500，并且所得固结的热塑性结构600将具有精确受控的纤维取向。在一些实施方式中，共固结过程消除了构造的叠层中的空隙(或增加的孔隙度或松散度)。如果热塑性零件500被完全固结，则共固结过程的目的是将它们结合在一起成为热塑性结构600。可替代地，共固结工具100可以用于在共固结过程期间完全固结热塑性零件500并将热塑性零件500结合到热塑性结构600中。
在一些实施方式中，共固结工具100允许形成一体形成的热塑性结构600的所有热塑性零件50 0同时固结。例如，可以在共固结工具中执行完全固结过程，从而无需为每个结构部件输入(即单独的热塑性零件500)进行若干初始固结循环，也不需要随后进行单独固结的热塑性零件500的结合步骤(使用机械紧固件，粘合剂，焊接等)。
在一些实施方式中，一个或多个热塑性零件500可以通过根据指定施加的压力、温度和保持所述压力和温度的持续时间的预定计划使它们经受固结温度和固结压力的组合而被共固结到热塑性结构600中。这些计划固结温度和压力有时称为固结温度曲线和固结压力曲线。因此，在共固结期间，固结温度和固结压力可随时间而变化。在其他实施方式中，固结温度对应于沿固结温度曲线的温度，以及固结压力对应于沿固结压力曲线的压力。
固结温度可以为约170℃(约350°F)至约440℃(约820°F)。在其他实施方式中，固结温度可以为约300℃(约600°F)至约430℃(约800°F)。在一些实施方式中，固结温度可以高于热塑性零件的熔化温度。结果，在最高固结温度下，热塑性零件的树脂熔融并流动。例如，对于航空航天应用，最大固结温度可以为约440℃(约820°F)，约430℃(约800°F)，约420℃(约780°F)，约410℃(约770°F)，约405℃(约760°F)，约400℃(约750°F)，约395℃(约740°F)，约390℃(约730°F)，约385℃(约720°F)，和/或约380℃(约710°F)，具体取决于所使用的树脂。可以在施加固结温度期间将最大固结温度施加预定的时间段，例如，可以将最大固结压力施加约5分钟、约10分钟和/或高达5分钟和高达10分钟。
固结压力可以为2MPa(300psi)或更低、1.7MPa(250psi)或更低、或者1.4MPa(200psi)或更低。例如，固结压力可为约大气压至约2MPa(约300psi)、约0.7MPa(约100psi)至约1.7MPa(约250psi)、或者约1MPa(约150psi)至约1.6MPa(约225psi)和/或约1.4MPa(约200psi)。
加热组件200可以被构造成接收一个或多个热塑性零件500，并且向热塑性零件500施加固结温度。加热组件200可包括一个或多个加热组件200。例如，如图1至图2所示，加热组件200可包括底部加热组件201和顶部加热组件202。
加热组件200可包括一个或多个结构元件210，以向加热组件200提供结构支撑。一个或多个结构元件210可包括对磁场呈惰性的材料。例如，一个或多个结构元件210可以包括非磁性不锈钢，以及一个或多个结构元件210可以实施为惰性钢结构框架210。例如，如图1至图2所示，底部加热组件201可包括底部结构元件211，以及顶部加热组件202可包括顶部结构元件212。
加热组件200可包括一个或多个加热体220。一个或多个加热体220可以包括具有嵌入的感应线圈271和冷却剂通道272的惰性(或非磁性)陶瓷铸体，以产生用于感应加热的磁场。例如，如图1至图2所示，底部加热组件201可包括底部加热体221，以及顶部加热组件202可包括顶部加热体222。
加热组件200可以包括多个感应线圈271和冷却剂通道272。感应线圈271和冷却剂通道272可以连接至控制器273，电源274、冷却剂供应部275和传感器276被配置为控制共固结工具100的加热和冷却循环。控制器273可以被配置为控制由电源274馈送给感应线圈271的输入功率。通过控制输入功率，控制器273控制感应线圈271产生的磁场和加热组件200的温度。
感应线圈271和冷却剂通道272可以允许共固结工具100的更快的热循环。例如，冷却剂通道272内的冷却介质可循环以增加加热组件200和/或支撑在其中的一个或多个热塑性零件500的冷却速率。由于总加热质量的明显降低，因此可以实现加热组件200的更快加热速率。
加热组件200可包括一个或多个加热表面230，以产生热量和/或将热量提供给热塑性零件500。一个或多个加热表面230可包括智能基座，以根据由一个或多个加热体220产生的磁场产生热量。例如，如图1至图2所示，底部加热组件201可包括底部加热表面231，以及顶部加热组件202可包括顶部加热表面232。
如本文所使用的，术语“智能基座”是指铁磁材料并且允许其经由感应线圈被加热，其中，智能基座通过其固有的磁性性能来控制温度。特别地，当达到居里点时，从磁性状态变为非磁性状态。尽管不受任何特定理论的束缚，但据信一旦将智能基座的一部分加热到流平温度(leveling temperature)，它就会变成非磁性的，并且自动成为磁通量滞留的次佳路径，从而阻止了智能基座加热超过居里点。这会自动将加热引导到仍然具有铁磁性的智能基座的较冷区域。这个过程一直持续到所有智能基座都处于居里点为止。在一些实施方式中，根据期望的共固结温度来选择加热表面230的材料或其中的智能基座的材料。
在一些实施方式中，一个或多个加热体220和/或一个或多个加热表面230中的至少一者可包括构造成容纳支撑插入件400的波纹状表面。例如，如图1至图2所示，顶部加热表面232可包括构造成接收支撑插入件400的腔236。
压力囊300可以布置在加热组件200内，并且可以构造成将固结压力施加于热塑性零件500上。例如，压力囊300可以为气动压力囊。压力囊300可以连接至压力源333，并且被构造成提供高达2MPa(300psi)、高达1.7MPa(250psi)、1.6MPa(高达225psi)、高达1.45MPa(210psi)和/或高达1.4MPa(200psi)的固结压力。
压力囊300可以包括具有一种或多种以下期望特性的材料：保持压力的能力、热稳定性、柔韧性、顺应性和所需的热膨胀特性。
例如，在共固结期间，压力囊300可以被加压以将固结压力施加于一个或多个热塑性零件500。由压力囊300施加的固结压力可以为压缩力。例如，压力囊300可被构造成在压力囊300被加压时将热塑性零件500压在一起。压力囊300还可被构造成当压力囊被加压时将热塑性零件500压成与加热表面230接触。
还可能期望压力囊300在高达400℃(750°F)、高达395℃(740°F)、高达390℃(730°F)、高达385℃(720°F)和/或高达380℃(710°F)的共固结温度下是热稳定的。
在其他实施方式中，压力囊300的热膨胀特性允许在共固结之后移除压力囊300。例如，压力囊可在其冷却时收缩，从而有助于移除热塑性零件500和/或压力囊300。
在一些实施方式中，压力囊300为导热的并且被构造成将由加热组件200产生的热量传递到一个或多个热塑性零件500。
另外，可期望压力囊300为柔性的以提供固结压力的均匀分布。在一些实施方式中，压力囊300在接近固结温度时变得柔性，从而允许压力囊300更紧密地符合一个或多个热塑性零件500和/或期望的热塑性结构600的形状。另外，为了更好地共固结一个或多个热塑性零件500，还期望压力囊300具有相似于或基本上相似于或对应于待固结的热塑性结构600的形状的形状。
在一些实施方式中，压力囊300包括至少一个表面301，该至少一个表面301被构造成与加热组件200的加热表面230相符并接触。压力囊300还可以具有至少一个被构造成支撑一个或多个热塑性零件500的表面302。例如，如图1至图2所示，表面301被构造成接触底部加热表面231，而表面302被构造成接触第一热塑性零件501。
在其他实施方式中，压力囊300包括至少一个表面302(参见图5至图7)，该表面302的轮廓被成形为容纳支撑插入件400。例如，支撑插入件400可以被成形和构造为至少部分地包围和支撑热塑性零件500中的至少一者，并且压力囊300的至少一个表面的轮廓可以具有一个或多个腔336，该腔336被构造为接收支撑插入件400(参见图5至图7)。
压力囊300可以由铝或铝合金制成或包括铝或铝合金。压力囊300也可以由镁或镁合金制成或包括镁或镁合金。
压力囊300可以为包括一个或多个金属片的金属压力囊。例如，压力囊300可以由铝或铝合金制成或包括铝或铝合金。压力囊300也可以由镁或镁合金制成或包括镁或镁合金。
支撑插入件400可以被布置在加热组件200内，并且可以被构造成支撑并至少部分地包围至少一个热塑性零件500。
支撑插入件400可以由导热材料或合金制成或包括导热材料或合金，并且可以允许热量从加热组件200传递到一个或多个热塑性零件500。支撑插入件400相对于由加热组件产生的磁场可以为非磁性的和/或惰性的。支撑插入件400可以为固体支撑插入件。例如，支撑插入件400可以由铝和/或铝合金制成或包括铝和/或铝合金。
支撑插入件400可以被成形和构造成在固结过程期间至少部分地包围和支撑一个或多个热塑性零件500中的至少一者。例如，如图1至图2所示，每个支撑插入件400可以由互补的支撑插入件401和402形成，互补的支撑插入件401和402被构造成装配在加强元件502的凹入区域内。例如，加强元件502可以实施为T形热塑性零件502。每对互补的支撑插入件401和402可至少部分地包围并支撑T形热塑性零件502。在一些实施方式中，支撑插入件400内的每个热塑性零件500的至少一部分被留空以接触其他热塑性零件、压力囊300和/或加热表面230。例如，如图1至图2所示，每个T形热塑性零件502的底表面503未被互补的支撑插入件401和402覆盖，从而其可以与热塑性面板501的接触表面511接触。类似地，在某些实施方式中，支撑插入件400内的每个热塑性零件500的至少一部分被留空以接触一个或多个加热表面230。例如，如图1至图2所示，每个T形热塑性零件502的顶面504未被互补的支撑插入件401和402覆盖，因此它可以接触顶部加热表面232。支撑插入件400可以保护热塑性零件500在共固结操作期间不变形。例如，如图1至图2所示，互补支撑插入件401和402可在共固结期间保护T形热塑性零件502的形状。互补的支撑插入件401和402可防止在共固结期间施加于T形热塑性零件502的力(诸如固结压力)压碎T形热塑性零件502的形状。
在其他实施方式中，支撑插入件400可以帮助向支撑在其中的热塑性零件500提供均匀的固结压力。例如，互补支撑插入件401和402可以在共固结期间使压力囊300向T形热塑性零件502施加的固结压力均匀。另外，响应于由压力囊300施加的固结压力和/或腔236的物理约束，互补的支撑插入件401和402还可在共固结期间向T形热塑性零件502提供横向压实压力。
在一些实施方式中，将支撑热塑性零件500的每个支撑插入件400放入被构造成接收支撑插入件400的波纹状加热表面230的腔236内。在其他实施方式中，将支撑热塑性零件500的每个支撑插入件400放入被构造成接收支撑插入件400的波纹状压力囊300的腔336内(参见图5至图7)。响应于由压力囊300施加的固结压力和/或腔236或336的物理约束，支撑插入件400可向其中包含的热塑性零件500提供压实压力。
图4示出了根据本公开的实施方式的用于热塑性零件的共固结的方法。如图4所示，可以关于图1至图2的共固结工具100描述用于共固结热塑性零件的方法800。
方法800可以开始于在操作810中将压力囊300放入加热组件200内。例如，如图1至图2所示，压力囊300可以放在底部加热组件201的底部加热表面231上方。
在操作820中，可将热塑性零件500放置(或形成)在压力囊300上方。当放在压力囊300上时，热塑性零件500可以完全固结。可替代地，当放在压力囊300上时，热塑性零件500可以为部分固结的或者可以为预成型的热塑性零件500。热塑性零件500可以为要在共固结工具100中完全固结的热塑性子零件的集合。在一些实施方式中，热塑性零件500可以直接形成在压力囊300上。热塑性零件500可以经由AFP、ATL或经由上述其他热塑性(或类似的)形成方法形成在压力囊300上。例如，如图1至图2所示，第一热塑性零件501可以实施为放置或形成在压力囊300的顶表面302上方的热塑性蒙皮501。
在操作830中，可以将热塑性零件500放入支撑插入件400内和/或由支撑插入件400支撑。例如，第二热塑性零件502可以实施为热塑性T形桁条502。支撑插入件400可以包括互补的支撑插入件401和402。互补的支撑插入件401和402可放入T形热塑性桁条502的凹入区域内。在一种实施方式中，支撑插入件400可以使第二热塑性零件502的底表面503敞开以接触第一热塑性零件501的接触表面511。在一些实施方式中，支撑插入件400可以使第二热塑性零件502的顶表面504敞开以接触顶部加热表面232。
在操作840中，将支撑并包围第二热塑性零件502的支撑插入件400放入加热组件200内。例如，如图1至图2所示，第二热塑性零件502可以被支撑插入件400的互补的支撑插入件401和402部分地包围并支撑，并且该组件可以放在放置(或形成)在压力囊300上方的第一热塑性零件501上方。在一些实施方式中，第二热塑性零件502的至少底表面503直接接触第一热塑性零件501的接触表面511。支撑并包围第二热塑性零件502的支撑插入件400的放置可以对应于波纹状顶部加热表面232的腔236，使得当共固结工具100处于闭合位置和/或当压力囊300加压时，支撑插入件400将横向压实压力施加于第二热塑性零件502。
在操作850中，闭合共固结工具100以允许加热组件200加热热塑性零件500。例如，如图1至图2所示，可以将共固结工具100带到闭合位置，以使顶部加热表面232与支撑插入件400接触(或处于与支撑插入件400接触的位置)，从而支撑并包围第二热塑性零件502以及第一热塑性零件501的至少一部分。在一些实施方式中，必须对压力囊300加压，以使顶部加热表面232与支撑插入件400接触，从而支撑并包围第二热塑性零件502以及第一热塑性零件501的至少一部分。在其他实施方式中，闭合共固结工具100使顶部加热表面232与支撑插入件400接触，从而支撑并包围第二热塑性零件502以及第一热塑性零件501的至少一部分。例如，可以在闭合共固结工具100之前对压力囊300加压，以确保与顶部加热表面232接触。
在操作860中，将固结压力和温度施加于热塑性零件500。例如，控制器273可以控制供应给加热组件200的电力以控制由加热组件200产生的热量。类似地，控制器273可以控制供应给加热组件200的冷却剂以控制加热组件200的冷却。
在一种实施方式中，底部加热表面231和顶部加热表面232响应于感应线圈271产生的磁场而产生热量。在一些实施方式中，底部加热表面231和顶部加热表面232包括智能基座，该智能基座被构造成限制将热量施加于与热塑性零件500相邻的局部区域。在一些实施方式中，在冷却剂通道272内循环的冷却介质用于增加加热组件200和/或内部的热塑性零件500的冷却速率。
图3示出了根据本公开的实施方式的固结温度。如图3所示，由加热组件200施加的固结温度可以随时间变化。在一些实施方式中，智能基座和冷却通道的使用允许加热组件的快速加热和冷却。例如，如图3所示，可以在开始共固结过程的30分钟之内达到最大固结温度，并且可以在开始共固结过程的90分钟之内达到冷却温度。如图3所示，在一种实施方式中，最大固结温度为约380℃(约710°F)。在其他实施方式中，最大固结温度可高达400℃(750°F)，高达395℃(740°F)，高达390℃(730°F)，高达385℃(720°F)和/或高达380℃(710°F)。
如本文所使用的，冷却温度是指可以从共固结工具100移除完全共固结的热塑性结构的温度。
在一些实施方式中，冷却温度为约70℃(约150°F)或更低。在其他实施方式中，冷却温度低于玻璃化转变温度。
在开始共固结过程的60分钟内、55分钟内、50分钟内、45分钟内、40分钟内、35分钟内、25分钟内、20分钟内以及不到20分钟内可以达到最大固结温度。
在开始共固结过程的120分钟内、110分钟内、100分钟内、80分钟内、70分钟内、60分钟内、50分钟内、40分钟内以及不到40分钟内可以达到冷却温度。
在一些实施方式中，压力囊300为气动压力囊300，并且压力源333用于对压力囊300加压。加压的压力囊300然后可以在共固结操作期间向热塑性零件500施加固结压力。
在一些实施方式中，控制器273还可以控制压力源333和压力囊300的加压。
当根据固结温度和固结压力对热塑性零件500进行加热和压缩时，热塑性零件500可以固结为热塑性结构600。
在操作870中，从共固结工具100移除热塑性结构600。例如，可以在热塑性结构600达到期望的冷却温度之后打开共固结工具100并且移除热塑性结构600。然后从热塑性结构600的T形桁条周围移除互补的支撑插入件401和402。
在打开共固结工具100之前，可以将压力囊300减压，以帮助移除热塑性结构600。例如，可以将真空施加于压力囊300以从加热组件200释放热塑性结构600。
尽管图1至图4以被构造为容纳大体上平坦的热塑性蒙皮和T形桁条的共固结工具描述了本公开，但是本公开不限于此。本公开的共固结工具可以被构造成容纳许多其他类型的热塑性零件和热塑性结构，无论是平坦的还是有轮廓的。例如，如图5至图18所示，共固结工具100可被构造成生产热塑性结构600，该热塑性结构被实施为全筒(图18)或半筒(图9)的热塑性机身蒙皮或与一个或多个热塑性桁条或加强元件一体形成的其他面板。
通常，相同的附图标记用于相同或相似的结构，并且关于图1至图4的部件的描述也可以适用于图5至图18所示的实施方式。本领域技术人员应当理解，图15至图18中示出的实施方式表示可以在不脱离本详细描述中总体上包含的原理和精神的情况下对本公开进行的改变。
图5至图7示出了根据本公开的实施方式的用于共固结热塑性零件的工具。图5示出了处于打开位置的共固结工具100。图6示出了处于闭合位置的图5的共固结工具100。图7示出了图6的共固结工具100的特写视图。图8示出了根据本公开的实施方式的用于热塑性零件的共固结的方法。如图8所示，可以关于图5至图7的共固结工具100描述用于共固结热塑性零件的方法900。
在操作910中，可以将压力囊300放入加热组件200内。例如，如图5至图6所示，压力囊300可以放在底部加热组件201的底部加热表面231上方。在一些实施方式中，底部加热组件201和/或底部加热表面231可以成形为将压力囊300保持在预定位置。例如，如图5至图6所示，底部加热组件201和/或底部加热表面231可以包括凹入区域254，该凹入区域254被构造成当共固结工具100处于闭合位置时，将压力囊300保持在加热组件200内的预定位置处。压力囊300的至少一个表面可以是波纹状的以限定一个或多个腔336，每个腔被构造成接收支撑插入件400。
在一些实施方式中，压力囊300可包括销或螺栓和/或狭槽(未示出)以帮助将压力囊300固定在共固结工具100内。
在操作920中，可以将第二热塑性零件502放入支撑插入件400内和/或由支撑插入件400支撑。例如，如图5至图7所示，第二热塑性零件502可以实施为多个敞开的帽形桁条502，并且每个支撑插入件400可以包括三个互补的支撑插入件401、402和403。如图5至图7所示，互补的支撑插入件401-403可以放入敞开的帽形桁条502的凹入区域内，以支撑并部分包围每个敞开的帽形桁条502。支撑插入件400可以使每个敞开的帽形桁条502的部分留空以接触压力囊300、加热表面230和/或其他热塑性零件500中的至少一者。如上所述，第二热塑性零件502也可以实施为具有各种预期轮廓形状(例如，帽形，Z形，C形，L形等)(或它们的组合)的多个桁条502。
如图5至图7所示，每个支撑插入件400可以使每个敞开的帽形桁条502的底表面503留空以接触压力囊300的顶表面302。类似地，每个支撑插入件400可以使每个敞开的帽形桁条502的顶表面504留空以接触第一热塑性零件501的接触表面511。
支撑并包围敞开的帽形桁条502的每个支撑插入件400可以被放入波纹状压力囊300的腔336内，使得当共固结工具100处于闭合位置和/或压力囊300被加压时，每个支撑插入件400向每个敞开的帽形桁条502施加压实压力。
然后可以在操作930中将第一热塑性零件501放在压力囊300和支撑插入件400上方。例如，如图5至图7所示，压力囊300、支撑插入件400和敞开的帽形桁条502的顶表面504可被构造成形成支撑表面700以支撑第一热塑性零件501的放置。第一热塑性零件501可以实施为半筒形机身面板501。当放在支撑表面700上时，半筒形机身面板501可以完全固结。可替代地，当放在支撑表面700上时，半筒形机身面板501可以被部分地固结。在一些实施方式中，半筒形机身面板501可以直接形成在支撑表面700上。例如，半筒形机身面板501可以经由AFP、ATL或上述的其他热塑性成型方法形成在支撑表面700上。
在操作940中，闭合共固结工具100以允许加热组件200加热热塑性零件500。例如，如图6至图7所示，可以将共固结工具100带到闭合位置，以使顶部加热表面232与半筒形机身面板501接触(或处于与半筒形机身面板501接触的位置)。在一些实施方式中，必须对压力囊300加压以使顶部加热表面232与半筒形机身面板501接触。在其他实施方式中，闭合共固结工具100使顶部加热表面232与半筒形机身面板501接触。例如，在闭合共固结工具100之前，可以对压力囊300加压或至少部分加压，以确保与顶部加热表面232接触。
在一种实施方式中，加热组件200包括约束锁250，以将共固结工具100固定在闭合位置。例如，如图5至图7所示，约束锁250可以包括一个或多个约束销251和252。约束销251和252被构造成装配在底部和顶部加热组件201-202的通道241和242内，并被固定以形成约束销250，以在共固结操作期间或在固结压力和固结温度被施加于热塑性零件500上时，将底部加热组件和顶部加热组件201-202锁定在闭合位置。例如，一个或多个约束销251和252可以由夹具保持在一起。这些夹具可以通过机械致动器自动移动到位，然后可以通过液压方式致动夹紧机构。该液压致动足以抵消由压力囊300产生的力并将共固结工具100保持在闭合位置。
在操作950中，将固结压力和温度施加于热塑性零件500。例如，在共固结工具100处于闭合位置之后，可以根据固结温度来加热(和冷却)底部加热表面231和顶部加热表面232。然后将固结温度直接通过与底部加热表面231和顶部加热表面232的接触或间接经由通过均可导热的压力囊300和/或支撑插入件400的传导而施加于敞开的帽形桁条502和半筒形机身面板501。类似地，可以在共固结操作期间对压力囊300加压以向热塑性零件500施加固结压力。
在一些实施方式中，每个支撑插入件400被构造成响应于由加压压力囊300施加的压力和/或由于将每个支撑插入件400放入波纹状的压力囊300的腔336内所产生的物理约束，而向其中容纳的每个敞开的帽形桁条502施加压实压力。
随着热塑性零件500的加热、压缩和冷却，敞开的帽形桁条502和半身机身面板501可被固结为热塑性结构600。如图9所示，热塑性结构600可以实施为具有一体形成的敞开帽形桁条的半筒形机身面板。
在操作960中，将热塑性结构600从共固结工具100移除。例如，可以在热塑性结构600达到期望的冷却温度之后打开共固结工具100并且移除热塑性结构600。在打开共固结工具100之前，可以将压力囊300减压，以帮助移除热塑性结构600。例如，压力囊300可以经受轻微的真空以帮助将热塑性结构600与加热组件200分离。然后从热塑性结构600的敞开的帽形桁条周围移除互补的支撑插入件401、402和403。在一些实施方式中，可移除的栓塞605(未示出)可能已经被放在敞开的帽形桁条502的端部处，以促进在固结之后移除热塑性结构600。
图10至图12示出了根据本公开的实施方式的用于共固结热塑性零件的工具。图10示出了处于打开位置的共固结工具100。图11示出了处于闭合位置的图10的共固结工具100。图12示出了图11的共固结工具100的特写视图。图13示出了根据本公开的实施方式的用于热塑性零件的共固结的方法。如图13所示，可以关于图10至图12的共固结工具100描述用于共固结热塑性零件的方法901。
在操作911中，可以将第二热塑性零件502放入支撑插入件400内和/或由支撑插入件400支撑。例如，如图10至图12所示，第二热塑性零件502可以实施为多个敞开的帽形桁条502，并且每个支撑插入件400可以包括三个互补的支撑插入件401、402和403，以支撑并部分地包围如前所述的每个敞开的帽形桁条502。
然后，在操作921中，可将支撑并包围敞开的帽形桁条502的每个支撑插入件400放入加热组件200内。例如，如图10至图12所示，每个支撑插入件400被放入波纹状的底部加热表面231的腔236内。
然后可以在操作931中将第一热塑性塑料501放置(或形成)在加热组件200中。例如，如图10至图12所示，底部加热表面231、支撑插入件400和敞开的帽形桁条502的顶部表面504可被构造成形成支撑表面700以支撑加热组件200内的第一热塑性零件501的放置。如上所述，第一热塑性零件501在被放在支撑表面700上时可以完全固结，或者可以直接形成在支撑表面700上。第一热塑性零件501可以实施为半筒形机身面板501。
在操作941中，将压力囊300放入加热组件200内。例如，如图10至图12所示，压力囊300可以放在半筒形机身面板501上方。在一些实施方式中，顶部加热组件202和/或顶部加热表面232可以成形为将压力囊300保持在预定位置。例如，如图10至图11所示，顶部加热组件202和/或顶部加热表面232可以包括凹入区域255，该凹入区域255被构造成将压力囊300保持在加热组件200内的预定位置处。
在操作951中，闭合共固结工具100以允许加热组件200加热热塑性零件500。例如，如图11至图12所示，可以将共固结工具100带到闭合位置，以使顶部加热表面232与压力囊300接触(或处于与压力囊300接触的位置)。在一些实施方式中，压力囊300必须被加压以使顶部加热表面232与压力囊300接触。在其他实施方式中，闭合共固结工具100使顶部加热表面232与压力囊300接触。例如，可以在闭合共固结工具100之前对压力囊300加压，以确保与顶部加热表面232接触。压力囊300可以为导热的，以便将由顶部加热表面232产生的热量传递到半筒形机身面板501。类似地，支撑插入件400也可以为导热的，以便将由底部加热表面231产生的热量传递到敞开的帽形桁条502。
在操作961中，类似于上述，通过压力囊300施加固结压力，并且通过加热组件200将固结温度施加于热塑性零件500。如图3所示，在一些实施方式中，由加热组件200施加的固结温度可以随时间变化。当根据固结温度和固结压力对热塑性零件500进行加热和压缩时，热塑性零件500可以固结为热塑性结构600。例如，如图9所示，热塑性结构600可以实施为具有一体形成的敞开帽形桁条的热塑性半筒机身面板。
在操作971中，将固结的热塑性结构600从共固结工具100移除。例如，可以在热塑性结构600达到期望的冷却温度之后打开共固结工具100，并且可以如上所述移除热塑性结构600。
图14至图15示出了根据本公开的实施方式的用于共固结热塑性零件的工具。图14示出了处于部分打开位置的共固结工具101。图15示出了处于闭合位置的图14的共固结工具101。图16示出了图14至图15的共固结工具101的特写视图。
尽管图14至图16的共固结工具101类似于上述实施方式的共固结工具100，其中对于相同或相似的部件和结构使用相同的附图标记，但是共固结工具101已经被修改以适应全筒形热塑性塑料体。特别地，如图14至图16所示，加热组件200可包括中央加热组件203、顶部加热组件204和底部加热组件205。中央加热组件203可以布置在心轴10上。如以下更详细地描述的，在一些实施方式中，心轴10被配置为围绕纵向轴线旋转以促进一个或多个热塑性零件500的放置。
图17示出了根据本公开的实施方式的用于热塑性零件的共固结的方法。如图17所示，可以关于图14至图16的共固结工具101描述用于共固结热塑性零件的方法902。
在操作912中，可以将压力囊300放入加热组件200内。例如，如图14至图16所示，压力囊300可以放在中央加热组件203的中央加热表面233上方。在一些实施方式中，压力囊300可以被构造为装配在中央加热表面233和中央加热组件203上的套筒。
压力囊300的至少一个表面可以是波纹状的以限定一个或多个腔336，每个腔被构造成接收支撑插入件400。
在操作922中，如上所述，可以将第二热塑性零件502放入支撑插入件400内和/或由支撑插入件400支撑。如图14至图16所示，每个支撑插入件400可以使每个敞开的帽形桁条502的底表面503留空以接触压力囊300的顶表面302。类似地，每个支撑插入件400可以使每个敞开的帽形桁条502的顶表面504留空以接触第一热塑性零件501的接触表面511。支撑并包围敞开的帽形桁条502的每个支撑插入件400可以被放入波纹状压力囊300的腔336内，使得当共固结工具101处于闭合位置和/或压力囊300被加压时，每个支撑插入件400向每个敞开的帽形桁条502施加压实压力。
然后在操作932中，可以将第一热塑性零件501放在压力囊300和支撑插入件400上方。例如，如图14至图16所示，压力囊300、支撑插入件400和敞开的帽形桁条502的顶表面504可被构造成形成支撑表面701以支撑第一热塑性零件501的放置。
第一热塑性零件501可以实施为机身筒501。当放在支撑表面701上时，机身筒501可以完全固结。可替代地，当放在支撑表面701上时，机身筒501可以被部分地固结。在一些实施方式中，机身筒501可以直接形成在支撑表面701上。例如，机身筒501可以经由AFP、ATL或上述的其他热塑性成型方法形成在支撑表面701上。
在一些实施方式中，旋转支撑表面701以有利于在支撑表面701上形成机身筒501。例如，如上所述，中央加热组件203支撑压力囊300和支撑插入件400。随着中央加热组件203通过心轴10的旋转而旋转，支撑表面701也旋转以促进例如通过AFP、ATL或上述其他热塑性成型方法形成机身筒501。
在操作942中，闭合共固结工具100以允许加热组件200加热热塑性零件500。例如，如图14至图16中所示，可以通过将顶部和底部加热组件204-205放在中央加热组件203周围并使顶部加热表面234和底部加热表面235与机身筒501接触(或处于与机身筒501接触的位置)而将共固结工具100带到闭合位置。在一些实施方式中，必须对压力囊300加压以使顶部和底部加热表面234-235与机身筒501接触。在其他实施方式中，在闭合共固结工具100之前，可以对压力囊300加压或至少部分地加压以确保顶部和底部加热表面234-235的接触。
加热组件200可包括约束锁250，以将共固结工具100固定在闭合位置。例如，如图16所示，在共固结操作期间或在向热塑性零件500施加固结压力和固结温度时，约束锁250将顶部加热组件204和底部加热组件205围绕中央加热组件203锁定在闭合位置。
在操作952中，类似于上述，通过压力囊300施加固结压力，并且通过加热组件200将固结温度施加于热塑性零件500。如图3所示，在一些实施方式中，由加热组件200施加的固结温度可以随时间变化。当根据固结温度和固结压力对热塑性零件500进行加热和压缩时，热塑性零件500可以固结为热塑性结构601。例如，如图18所示，热塑性结构601可以实施为具有一体形成的敞开帽形桁条的热塑性机身筒。
在操作962中，将固结的热塑性结构601从共固结工具101移除。例如，在热塑性结构601达到期望的冷却温度之后，可以移除顶部加热组件204和底部加热组件205以暴露形成在中央加热组件203上方的热塑性结构601。
在一些实施方式中，压力囊300可以经受真空或可以被部分地减压以方便移除热塑性结构601。
在一些实施方式中，可移除的栓塞605(未示出)可被放在敞开的帽形桁条502的端部处，以促进在固结之后移除热塑性结构600。
此外，本公开包括如以下列举的条款中所述的示例：
A1.一种共固结工具，包括：加热组件200，其包括一个或多个加热表面230，以接收一个或多个热塑性零件500并将固结温度施加于一个或多个热塑性零件500；导热压力囊300，其布置在加热组件200内，以向一个或多个热塑性零件500施加固结压力；以及导热支撑插入件400，其布置在加热组件200内以支撑一个或多个热塑性零件500中的至少一个，其中，支撑插入件400被成形并构造成支撑并至少部分地包围一个或多个热塑性零件500中的至少一个，并且其中，一个或多个加热表面230和压力囊300中的至少一者被成形为接收并支撑支撑插入件400。
A2.根据条款A1所述的共固结工具，其中，压力囊300被构造成当压力囊300加压时将一个或多个热塑性零件500按压在一起，并且其中，压力囊300被构造成当压力囊300加压时，将一个或多个热塑性零件500按压成与一个或多个加热表面230中的至少一个接触。
A3.根据条款A1或A2所述的共固结工具，其中，当压力囊300加压时，支撑插入件400向支撑插入件400内的热塑性零件500施加压实压力。
B1.一种用于形成具有一体形成的热塑性加强元件502的热塑性机身蒙皮501的共固结工具，包括：加热组件200，其包括一个或多个加热表面230，以接收热塑性机身蒙皮501和一个或多个热塑性加强元件502并将固结温度施加到热塑性机身蒙皮和一个或多个热塑性加强元件；导热压力囊300，其布置在加热组件200内，以将固结压力施加于热塑性机身蒙皮501和一个或多个热塑性加强元件502；以及多个导热支撑插入件400，其布置在加热组件200内，以支撑并至少部分地包围一个或多个热塑性加强元件502。
B2.根据条款B1所述的共固结工具，其中，压力囊300被构造成当压力囊300加压时将热塑性机身蒙皮501和一个或多个热塑性加强元件502按压在一起，并且其中，压力囊300被构造成当压力囊300被加压时，将热塑性机身蒙皮501和一个或多个热塑性加强元件502按压成与一个或多个加热表面230中的至少一个接触。
B3.根据条款B2所述的共固结工具，其中，当压力囊300被加压时，多个支撑插入件400中的每个向每个支撑插入件400内的一个或多个热塑性加强元件502中的一个施加压实压力。
B4.根据条款B3所述的共固结工具，其中，压力囊300包括多个腔336，该腔被成形为接收并支撑多个支撑插入件400，并且其中，当压力囊300被加压时，多个支撑插入件400中的每个响应于由加压的压力囊300施加的固结压力和每个所述腔336的物理约束而向容纳在其中的一个或多个热塑性加强元件502中的一个施加压实压力。
B5.根据条款B4所述的共固结工具，其中，当放入加热组件200内时，压力囊300、多个导热支撑插入件400和一个或多个热塑性加强元件502限定支撑表面700、701，该支撑表面被构造成在加热组件200内支撑热塑性机身蒙皮。
B6.根据条款B3、B4或B5所述的共固结工具，其中，一个或多个加热表面230中的至少一个包括多个腔236，该腔被成形为接收并支撑多个支撑插入件400，并且其中，当压力囊300被加压时，多个支撑插入件400中的每个响应于由加压的压力囊300施加的固结压力和每个所述腔236的物理约束而向容纳在其中的一个或多个热塑性加强元件502中的一个施加压实压力。
B7.根据条款B6所述的共固结工具，当被放入加热组件200内时，多个导热支撑插入件400和一个或多个热塑性加强元件以及包括多个腔236的一个或多个加热表面230中的至少一个的顶表面一起限定支撑表面700、701，该支撑表面被构造成在加热组件200内支撑热塑性机身蒙皮。
B8.根据条款B3至B7中的任一项所述的共固结工具，还包括旋转心轴10，其中，一个或多个加热表面230中的至少一个由旋转心轴10支撑。
C1.一种用于固结热塑性零件500的方法，包括：将导热压力囊300放入加热组件200内；将第一热塑性零件501放在压力囊300上方；将第二热塑性零件502放入支撑插入件400内；将支撑插入件400放入加热组件200内；以及施加固结压力和温度，其中，支撑插入件400被成形并被构造成支撑并至少部分地包围第二热塑性零件502。
C2.根据条款C1所述的方法，其中，加热组件200包括一个或多个加热表面230，并且其中，压力囊300被构造成当施加固结压力时，将第一和第二热塑性零件501-502按压成与一个或多个加热表面230中的至少一个接触。
C3.根据条款C1或C2所述的方法，其中，压力囊300被构造成在施加固结压力时将第一和第二热塑性零件501-502按压在一起，并且其中，当施加固结压力时，支撑插入件400向第二热塑性零件502施加压实压力。
C4.根据条款C1、C2或C3所述的方法，其中，压力囊300和一个或多个加热表面230中的至少一者包括腔236、336以支撑并接收支撑插入件400。
C5.根据条款C4所述的方法，其中，响应于固结压力和所述腔236、336的物理约束，支撑插入件400向容纳在其中的第二热塑性零件502施加压实压力。
C6.根据条款C1至C5中的任一项所述的方法，其中，将第一热塑性零件501放在压力囊300上方包括在压力囊300上方形成第一热塑性零件501。
C7.根据条款C6所述的方法，其中，第一热塑性零件501经由自动带材铺设(ATL)和自动纤维铺放(AFP)工艺中的至少一者形成。
C8.根据条款C6或C7所述的方法，其中，加热组件200还包括旋转心轴10，以促进第一热塑性零件501的形成。
D1.一种用于形成具有一体形成的热塑性加强元件502的热塑性机身蒙皮501的方法，包括：将导热压力囊300放入加热组件200内，该加热组件200包括一个或多个加热表面230；将热塑性机身蒙皮501置于压力囊300上方；将多个热塑性加强元件502放入多个支撑插入件400内；将多个支撑插入件400放入加热组件200内；并且施加固结压力和温度，其中，每个支撑插入件400被成形并构造成支撑并至少部分地包围每个热塑性加强元件502，其中，压力囊300被构造成当施加固结压力时将热塑性机身蒙皮501和多个热塑性加强元件502按压在一起，其中，压力囊300被构造成当施加固结压力时，将热塑性机身蒙皮501和多个热塑性加强元件502按压成与一个或多个加热表面230中的至少一个接触，并且其中，当施加固结压力时，每个支撑插入件400向每个热塑性加强元件502施加压实压力。
D2.根据条款D1所述的方法，其中，压力囊300和一个或多个加热表面230中的至少一者包括多个腔236、336，以支撑并接收多个支撑插入件400中的每个，并且其中，每个支撑插入件400响应于固结压力和所述腔236、336的物理约束，向容纳在其中的每个热塑性加强元件502施加压实压力。
D3.根据条款D1或D2所述的方法，其中，当放入多个支撑插入件400内时，多个热塑性加强元件502处于部分固结(定位焊)的预成型状态，并且其中，当施加固结压力时，每个支撑插入件400向每个热塑性加强元件502施加压实压力以完全固结热塑性加强元件502。
D4.根据条款D3所述的方法，其中，多个热塑性加强元件502为具有协调的斜切接头接合部的离散段，并且其中，当施加固结压力时，这些离散段沿着斜切接头接合部熔合在一起。
E1.一种共固结工具，该共固结工具包括：加热组件，该加热组件包括一个或多个加热表面，以接收一个或多个热塑性零件并对一个或多个热塑性零件施加固结温度；布置在加热组件内的压力囊，以向一个或多个热塑性零件施加固结压力；以及支撑插入件，其布置在加热组件内，以支撑一个或多个热塑性零件中的至少一个，其中，压力囊和支撑插入件中的至少一者为导热的，其中，支撑插入件被成形并构造成支撑并至少部分地包围一个或多个热塑性零件中的至少一个，并且其中，一个或多个加热表面和压力囊中的至少一者被成形为接收并支撑支撑插入件。
E2.根据条款E1所述的共固结工具，其中，所述压力囊被构造成在所述压力囊加压时将所述一个或多个热塑性零件按压在一起，并且其中，所述压力囊被构造成当所述压力囊被加压时，将所述一个或多个热塑性零件按压成与所述一个或多个加热表面中的至少一个接触。
E3.根据条款E1或E2所述的共固结工具，其中，当所述压力囊被加压时，所述支撑插入件向所述支撑插入件内的热塑性零件施加压实压力。
F1.一种共固结工具，该共固结工具形成具有一体形成的热塑性加强元件的热塑性机身蒙皮，该共固结工具包括：加热组件，该加热组件包括一个或多个加热表面，该加热表面接收热塑性机身蒙皮和一个或多个热塑性加强元件并将固结温度施加于热塑性机身蒙皮和一个或多个热塑性加强元件上；压力囊，其布置在加热组件内，以向热塑性机身蒙皮和一个或多个热塑性加强元件施加固结压力；以及多个支撑插入件，其布置在加热组件内以支撑并至少部分地包围一个或多个热塑性加强元件，其中，所述压力囊和多个支撑插入件为导热的。
F2.根据条款F1所述的共固结工具，其中，所述压力囊被构造成在对所述压力囊加压时将所述热塑性机身蒙皮和所述一个或多个热塑性加强元件按压在一起，并且其中，所述压力囊被构造成当所述压力囊被加压时，将所述热塑性机身蒙皮和所述一个或多个热塑性加强元件按压成与所述一个或多个加热表面中的至少一个接触。
F3.根据条款F2所述的共固结工具，其中，当所述压力囊被加压时，所述多个支撑插入件向所述支撑插入件内的所述一个或多个热塑性加强元件中的一个施加压实压力。
F4.根据条款F2或F3所述的共固结工具，其中，所述压力囊包括多个腔，所述腔被成形为接收并支撑所述多个支撑插入件，并且其中，当所述压力囊被加压时，所述多个支撑插入件响应于由所述加压压力囊施加的固结压力和所述多个腔的物理约束，将压实压力施加于容纳在所述支撑插入件中的一个或多个热塑性加强元件中的一个上。
F5.根据条款F4所述的共固结工具，其中，当被放入所述加热组件内时，所述压力囊、所述多个导热支撑插入件以及所述一个或多个热塑性加强元件限定支撑表面，所述支撑表面被构造成在所述加热组件内支撑所述热塑性机身蒙皮。
F6.根据条款F3、F4或F5中的任一项所述的共固结工具，其中，所述一个或多个加热表面中的至少一个包括多个腔，所述腔被成形为接收并支撑所述多个支撑插入件，并且其中，当所述压力囊被加压时，所述多个支撑插入件响应于由所述加压压力囊施加的固结压力和所述多个腔的物理约束将压实压力施加于容纳在所述支撑插入件中的一个或多个热塑性加强元件中的一个上。
F7.根据条款F6所述的共固结工具，当被放入所述加热组件内时，所述多个导热支撑插入件和所述一个或多个热塑性加强元件以及包括多个腔的所述一个或多个加热表面中的至少一个的顶表面一起限定支撑表面，所述支撑表面被构造成在所述加热组件内支撑所述热塑性机身蒙皮。
F8.根据条款F3至F7中的任一项所述的共固结工具，还包括旋转心轴，其中，所述一个或多个加热表面中的至少一个由所述旋转心轴支撑。
G1.一种用于固结热塑性零件的方法，包括：将压力囊放入加热组件内；将第一热塑性零件放在所述压力囊上方；将第二热塑性零件放入支撑插入件内；将所述支撑插入件放入所述加热组件内；并施加固结压力和温度，其中，所述支撑插入件被成形并被构造成支撑并至少部分地包围所述第二热塑性零件。
G2.根据条款G1所述的方法，其中，所述加热组件包括一个或多个加热表面，并且其中，所述压力囊被构造成当施加所述固结压力时，将所述第一和第二热塑性零件按压成与所述一个或多个加热表面中的至少一个接触。
G3.根据条款G1或G2所述的方法，其中，所述压力囊被构造成在施加固结压力时将所述第一和第二热塑性零件按压在一起，并且其中，当施加所述固结压力时，所述支撑插入件向所述第二热塑性零件施加压实压力。
G4.根据条款G2所述的方法，其中，所述压力囊和所述一个或多个加热表面中的至少一者包括腔，以支撑并接收所述支撑插入件。
G5.根据条款G4所述的方法，其中，响应于所述固结压力和所述腔的物理约束，所述支撑插入件向容纳在其中的所述第二热塑性零件施加压实压力。
G6.根据条款G1至G5中的任一项所述的方法，其中，将所述第一热塑性零件放在所述压力囊上方包括在所述压力囊上方形成所述第一热塑性零件。
H1.一种用于形成具有一体形成的热塑性加强元件的热塑性机身蒙皮的方法，该方法包括：将压力囊放入加热组件内，该加热组件包括一个或多个加热表面；将热塑性机身蒙皮置于压力囊上方；将多个热塑性加强元件放入多个支撑插入件内；将多个支撑插入件放入加热组件内；以及施加固结压力和温度，其中，每个支撑插入件被成形并构造成支撑并至少部分地包围每个热塑性加强元件，其中，压力囊被构造成当施加固结压力时将热塑性机身蒙皮和多个热塑性加强元件按压在一起，其中，压力囊被构造成当施加固结压力时，将热塑性机身蒙皮和多个热塑性加强元件按压成与一个或多个加热表面中的至少一个接触，并且其中，当施加固结压力时，支撑插入件向热塑性加强元件施加压实压力。
H2.根据条款H1所述的方法，其中，所述压力囊和所述一个或多个加热表面中的至少一者包括多个腔，以支撑并接收所述多个支撑插入件，并且其中，所述支撑插入件响应于固结压力和所述多个腔的物理约束而向容纳在其中的所述热塑性加强元件施加压实压力。
H3.根据条款H1或H2所述的方法，其中，当放入所述多个支撑插入件内时，所述多个热塑性加强元件处于部分固结的预成型状态，并且其中，当施加所述固结压力时，所述支撑插入件向所述热塑性加强元件施加压实压力以完全固结所述热塑性加强元件，可选地，其中，部分固结的预成型状态为部分固结的定位焊预成型状态。
本公开的实施方式可以发现在各种潜在的应用中使用，特别是在运输行业中，包括例如航空航天、船舶、汽车应用以及进行热塑性零件和结构的形成和固结的其他应用。因此，现在参考图19和图20，可以在如图19所示的飞机制造和维修方法1000和如图20所示的飞机2000的背景下使用本公开的实施方式。在预生产期间，示例性方法1000可以包括飞机2000的规格和设计1102以及材料采购1104。在生产期间，进行飞机2000的部件和子组件制造1106和系统集成1108。此后，飞机2000可以通过认证和交付1110以便投入使用1112。在客户投入使用期间，飞机2000被安排用于例行维护和维修1114(其还可以包括修改、重新配置、翻新等)。
方法1000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)完成或执行。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要系统分包商；第三方可包括但不限于任何数量的推銷商、分包商和供应商；以及运营商可以为航空公司、租赁公司、军事实体、服务组织等。
如图20所示，通过示例性方法1000生产的飞机2000可包括具有多个系统2118和内部2120的机身2116。高级系统2118的示例包括推进系统2122、电气系统2124、液压系统2126和环境系统2128中的一者或多者。可以包括任何数量的其他系统。尽管示出了航空航天示例，但是本公开的原理可以应用于其他行业，诸如船舶和汽车行业。
可以在制造和维修方法1000的任何一个或多个阶段期间采用本文实施的系统和方法。例如，可以以类似于在飞机2000投入使用312期间所生产的部件或子组件的方式来组装或制造与生产过程1106相对应的部件或子组件。而且，例如，通过实质上加快飞机2000的组装或降低2000的成本，可以在生产阶段1106和1108期间利用一个或多个设备示例、方法示例或其组合。类似地，例如，但不限于，在飞机2000投入使用时，设备示例、方法示例或其组合中的一者或多者可用于维护和维修1114。
尽管阐述本教导广泛范围的数值范围和参数为近似值，但具体示例中列出的数值尽可能精确地报告。然而，任何数值固有地包含必然由其各自测试测量结果中发现的标准偏差引起的某些误差。此外，本文公开的所有范围应理解为涵盖其中包含的任何和所有子范围。例如，范围“小于10”可包括最小值零和最大值10之间(包括)的任何和所有子范围，即，最小值等于或大于零以及最大值等于或小于10(例如1到5)的任何和所有子范围。在某些情况下，为参数指定的数值可以取负值。在这种情况下，指定为“小于10”的范围的示例值可以采用负值，例如–1、-2、-3、-10、-20、-30等。
尽管已经针对一种或多种实施方式示出了本教导，但是在不脱离所附权利要求的范围的情况下，可以对示出的示例进行变更和/或修改。例如，应当认识到，尽管将过程描述为一系列动作或事件，但是本教导不受这些动作或事件的顺序的限制。一些动作可以以不同的顺序进行和/或与除了本文描述的动作或事件之外的其他动作或事件同时进行。同样，根据本教导的一个或多个示例或实施方式，可能不需要所有过程阶段来实施一种方法。应当理解，可以添加结构部件和/或处理阶段，或者可以删除或修改现有的结构部件和/或处理阶段。此外，本文描绘的一个或多个动作可以在一个或多个单独的动作和/或阶段中执行。此外，至于在详细描述和所附权利要求中使用的术语“包括”、“包含”、“具有”、“含有”、“带有”或其变体的范围，这些术语旨在以类似于术语“包含”的方式包括在内。术语“至少一个”用于表示可以选择一个或多个列出的项目。如本文所使用的，关于列出诸如例如A和B的项目的术语“一个或多个”表示单独的A、单独的B或A和B。此外，在本文的讨论和权利要求书中，相对于两种材料使用的术语“在……上”、一种在“另一种”上，是指材料之间至少有一些接触，而“在…上方”是指材料在附近，但可能具有一种或多种其他中间材料，使得其可能接触，但不是必须的。“在...上”或“在...上方”均不暗示本文使用的任何方向性。术语“保形的”描述了下面的材料的角度由保形材料保持的涂层材料。术语“约”指示所列出的值可以有所改变，只要该改变不会导致所示出的实施方式的过程或结构不一致。最后，“示例性”表示该描述用作示例，而不是暗示它是理想的。通过考虑本文的公开内容的说明书和实践，本教导的其他实施方式对于本领域技术人员将是显而易参见的。
本申请中使用的相对位置的术语基于与工件的常规平面或工作表面平行的平面定义，而与工件的取向无关。在本申请中使用的术语“水平”或“横向”被定义为与工件的常规平面或工作表面平行的平面，而与工件的取向无关。术语“垂直”是指垂直于水平的方向。相对于在工件顶面上的常规平面或工作表面定义了诸如“在...上”、“在侧面”(例如在“侧壁”中)、“较高”、“较低”、“上方”、“顶部”、“底部”和“下方”的术语，而与工件的方向无关。
说明书和示例旨在仅被视为示例性的，本教导的真实范围和精神由所附权利要求指示。

Claims (7)

1.一种共固结工具，用于形成具有一体形成的热塑性加强元件的热塑性机身蒙皮，所述共固结工具包括：
加热组件，包括一个或多个加热表面，以接收热塑性机身蒙皮和一个或多个热塑性加强元件并将固结温度施加于所述热塑性机身蒙皮和所述一个或多个热塑性加强元件；
压力囊，布置在所述加热组件内，以向所述热塑性机身蒙皮和所述一个或多个热塑性加强元件施加固结压力；以及
多个支撑插入件，布置在所述加热组件内，以支撑并至少部分地包围所述一个或多个热塑性加强元件，
其中，所述压力囊和所述多个支撑插入件为导热的，
其中，所述一个或多个加热表面中的至少一个加热表面包括被成形为接收并支撑所述多个支撑插入件的多个腔，并且
其中，当所述压力囊加压时，所述多个支撑插入件构造成响应于由加压的所述压力囊施加的固结压力和所述一个或多个加热表面中的至少一个加热表面的多个腔的物理约束而向容纳在其中的所述一个或多个热塑性加强元件中的一个施加压实压力。
2.根据权利要求1所述的共固结工具，
其中，所述压力囊被构造成当所述压力囊加压时将所述热塑性机身蒙皮和所述一个或多个热塑性加强元件按压在一起，并且
其中，所述压力囊被构造成当所述压力囊加压时，将所述热塑性机身蒙皮和所述一个或多个热塑性加强元件按压成与所述一个或多个加热表面中的至少一个接触。
3.根据权利要求2所述的共固结工具，其中，所述多个支撑插入件被构造为当所述压力囊加压时向所述支撑插入件内的所述一个或多个热塑性加强元件中的一个施加压实压力。
4.根据权利要求2或3所述的共固结工具，
其中，所述压力囊包括多个腔，所述多个腔被成形为接收并支撑所述多个支撑插入件，并且
其中，当所述压力囊加压时，所述多个支撑插入件构造成响应于由加压的所述压力囊施加的固结压力和所述多个腔的物理约束而向容纳在其中的所述一个或多个热塑性加强元件中的一个施加压实压力。
5.根据权利要求4所述的共固结工具，
其中，当被放入所述加热组件内时，所述压力囊、导热的所述多个支撑插入件以及所述一个或多个热塑性加强元件限定支撑表面，所述支撑表面被构造成在所述加热组件内支撑所述热塑性机身蒙皮。
6.根据权利要求1所述的共固结工具，
当被放入所述加热组件内时，导热的所述多个支撑插入件和所述一个或多个热塑性加强元件与所述一个或多个加热表面中的包括多个腔的该至少一个加热表面的顶表面一起限定支撑表面，所述支撑表面被构造成在所述加热组件内支撑所述热塑性机身蒙皮。
7.根据权利要求3所述的共固结工具，所述共固结工具还包括旋转的心轴，
其中，所述一个或多个加热表面中的至少一个加热表面由所述旋转的心轴支撑。
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Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102018115899A1 (de) * 2018-06-30 2020-01-02 Airbus Operations Gmbh Flugzeugsitzanordnung und Flugzeug mit einer Flugzeugsitzanordnung
KR102256993B1 (ko) * 2021-02-18 2021-05-27 신인승 벨로우즈 제조 자동화 시스템
AT524687B1 (de) 2021-05-27 2022-08-15 Facc Ag Verfahren zum Verschweißen von Faser-Kunststoff-Verbund-(FKV)-Bauteilen und Stabilisierungsvorrichtung
JP2023012200A (ja) * 2021-07-13 2023-01-25 川崎重工業株式会社 成形装置および成形方法
JP7275246B1 (ja) 2021-12-28 2023-05-17 三菱重工業株式会社 融着装置及び融着方法
US20230321923A1 (en) * 2022-04-07 2023-10-12 Rohr, Inc. Joining thermoplastic components
US11987353B2 (en) * 2022-04-19 2024-05-21 The Boeing Company Thermoplastic skin panels, torque box and method

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
AUPR270701A0 (en) * 2001-01-25 2001-02-22 Quickstep Technologies Pty Ltd Composite and metal component production, forming and bonding system
JP4959101B2 (ja) 2003-03-17 2012-06-20 東洋紡績株式会社 繊維強化熱可塑性複合成形品およびその成形方法
US20060266472A1 (en) 2005-05-06 2006-11-30 Kipp Michael D Vacuum bagging methods and systems
US8460502B2 (en) * 2011-04-14 2013-06-11 Spirit Aerosystems, Inc. Method and tooling for manufacture of co-cured composite structures
US10029398B2 (en) 2013-07-09 2018-07-24 The Boeing Company Consolidation of complex contoured thermoplastic structures
US9662742B2 (en) * 2013-07-09 2017-05-30 The Boeing Company Metallic bladders
US9873500B2 (en) * 2014-09-16 2018-01-23 The Boeing Company Process and apparatus for handling, installing, compacting, splicing, and/or assembling composite stringers
US20160339682A1 (en) * 2015-05-18 2016-11-24 The Boeing Company Bladder System for Curing Composite Parts
US10016947B2 (en) * 2015-05-21 2018-07-10 The Boeing Company High rate production fiber placement system and method
JP6563284B2 (ja) * 2015-09-11 2019-08-21 三菱重工業株式会社 繊維強化プラスチック成型品の製造装置及びその製造方法
EP3365159B1 (en) 2015-10-19 2019-02-27 Bombardier Inc. Method and apparatus for forming a composite skin-stiffener assembly
DE102016210064A1 (de) 2016-06-08 2017-12-14 Airbus Operations Gmbh Verfahren und Herstellanordnung zur Herstellung eines Werkstücks durch Pressformen, sowie Verfahren und Schweißanordnung zum Verschweißen

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