形成复合结构的方法 |
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| 申请号 | CN201610320068.7 | 申请日 | 2016-05-13 | 公开(公告)号 | CN106142590A | 公开(公告)日 | 2016-11-23 |
| 申请人 | 空中客车营运有限公司; | 发明人 | 乔纳森·普赖斯; 史蒂文·埃万斯; | ||||
| 摘要 | 本 发明 提供了一种形成复合部件的方法，在该方法中，在铺设件上使用不同 纤维 类型来形成复合铺设件。这可以使铺设件在铺设件的待成形区域中适于进行成形处理，并且在不需要成形的区域中采用提供最大强度益处的纤维类型。不需要成形的区域可以在其中具有 粘合剂 ，粘合剂在成形步骤之前活化，此后，成形的区域可以用基质浸渍并且对部件进行 固化 。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种形成复合部件的方法，包括下述步骤： |
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| 说明书全文 | 形成复合结构的方法技术领域背景技术[0002] 传统上，复合部件通过熟练的层压操作者经由劳动密集型手工铺设过程制造。在已知的方法中，用于铺设件的基体材料以预浸渍纤维复合材料或干纤维复合材料的形式被层压到模制工具中，该模制工具与最终部件的几何形状相匹配使得基体材料直接形成为最终部件的形状。由于使用层压操作者的技术来将材料剪裁成部件的轮廓，因此利用这种方法使得能够实现复杂的几何形状。然而，手工铺设不能够实现材料的高速率铺放(deposition)。 [0003] 在所有的市场领域中，需要减小固化复合部件的生产中的所有步骤的总制造过程时间。特别地就具有许多层片的大型或厚部件而言、并且特别地在航空航天和汽车领域内，这已经导致用于所有材料规格的自动化铺放过程的发展，诸如自动化纤维布置(AFP)、自动化带材铺设(ATL)和干纤维AFP(DAFP)之类。然而，由于将材料递送到工具上的末端执行器的大的物理尺寸，这些复杂的铺放系统具有局限性，主要是关于这些复杂铺放系统能够形成的几何形状方面的局限性。就几何形状是“简单”的且大致平坦的部件而言，进出末端执行器基本不存在问题。示例是特别地在航空航天行业中的复合机翼蒙皮部件的形成。 [0004] 就更多的一体化结构而言，以及就具有更复杂形状的部件而言，由于例如末端执行器不可以配合在或者不能够到达特征件或多个特征件的两个相对壁之间，因此末端执行器的尺寸会防止末端执行器铺放在具有铺设件的形状的腔或凹部内。这需要对未固化的层压材料(也称为预成形件)进行进一步地处理以产生最终的形状。通常，这种额外的处理依赖于在固化之前例如在压机或模具中使层压预成形件成形为所需形状的方法。所有成形过程都需要使用热、压力和附加模制工具或耗材，这增加了总处理时间和总成本。 [0005] 然而，存在与这些成形过程相关联的某些缺点。一个缺点是：在不会在结构中引起不可接受的特征(例如纤维偏离和起皱)的情况下，在能够“成形”的层压件的几何形状和厚度发面具有限制性。这对于层压件厚度可能超过20mm厚的高负荷结构——例如飞行器的机翼机构——而言是显著的问题。此外，碳纤维是硬的并且因此碳纤维难以弯曲且不能拉伸，这使得使拐角附近的碳纤维成形是一项困难的任务。 [0006] 不同的复合材料形式可能由于其固有特性而相比于其他复合材料形式而言更难以形成。预浸渍件包括具有由已结合(预浸渍)到片材材料中的未固化基质构成的膜的纤维(单向或编织)。树脂是粘性的，因此一旦由碳构成的层片被一起层压成堆叠件，则层片粘附至彼此并且不易于相对于彼此滑动。其结果是使预浸渍件成形可能在预成形件中产生褶皱和其他不希望有的特征。 [0007] 干纤维层压预成形件中的纤维通常不粘附至彼此并且因此能够在彼此之上“滑动”，除非将特定的粘合剂放置在纤维堆叠件内并且通过热和/或压力来使特定的粘合剂活化。干纤维预成形件可以呈以下形式：单向纤维(UD)、编织纤维、无皱褶织物(NCF——通常为组装并缝合在一起的单向纤维层)、短切原丝毡(CSM)或者用于结构复合型应用的任何其他已知形式的纤维。 [0008] 术语树脂、基质或浸渍基质可以包括呈现出低粘度的任何类型的聚合物树脂或者聚合物树脂混合物，这些聚合物树脂或者聚合物树脂混合物可以经聚合而固化以用于形成复合材料的一般用途。在某些过程中需要较低的粘度以使得任何种类的浸注或输注过程都是可能的。预浸渍材料中的基质或树脂的粘度当然可以更高。如技术人员所已知的，在文中未进行详细描述的一些已知的过程中，基质可以在压力下被输注或者通过在真空状态下吸取基质而被浸注。 [0010] 在航空航天领域的特定情况下，用于复合主结构部件的主要材料是碳纤维预浸渍件。预浸渍件目前在所有材料形式中具有最高结构性能，并且因此预浸渍件在结构性能和轻重量是关键的这些实现方式中是有益的。 [0012] 在航空航天领域中，对于主结构机翼应用，纤维复合材料的使用是与日俱增的。在历史上，由复合材料制成的主机翼结构部件一直遵循“黑色金属设计”的原理，其中，复合材料用来代替部件所用的金属，并且遵循如用于金属的相同设计规则、形状和原理来设计。在使用这种方法中，并不一定充分地利用使用复合材料的最大益处。 发明内容[0013] 本发明的第一方面提供了一种形成复合部件的方法，该方法包括下述步骤： [0014] a)提供铺设件，该铺设件包括第一区域和第二区域，第一区域包括干纤维，第二区域包括预浸渍纤维； [0015] b)使铺设件成形以在第一干纤维区域处产生非平面部； [0016] c)将基质施用至至少第一干纤维区域；以及 [0017] d)对成形的部件进行固化以使部件的基质凝固。 [0018] 因此，本发明的方法提供了一种形成复合材料的方法：此方法通过在铺设件上使用不同纤维类型，以使铺设件适于在铺设件的待成形的区域中进行成形处理，并且在不需要成形的区域中采用产生最大强度益处的纤维类型。 [0019] 铺设件在步骤a)中提供，并且然后在步骤a)之后的步骤b)中例如通过使铺设件弯曲或折叠而成形。 [0020] 提供铺设件可以包括以自动化纤维铺放过程铺放预浸渍纤维以及/或者利用自动化干纤维铺放过程来铺放干纤维。可以这样做来提高产生具有混合纤维类型的铺设件的速度。 [0021] 通常，复合部件是层压复合部件，并且提供铺设件包括提供具有干纤维层和预浸渍纤维层的层压铺设件。通常，铺设件的非平面部具有超过20层的干纤维层——例如，在翼盒的情况下，铺设件的非平面部可以具有30层至50层的干纤维层。 [0022] 铺设件在步骤a)中被层压，并且然后在步骤a)之后的步骤b)中例如通过使铺设件弯曲或折叠而成形。换句话说，所有的干纤维层在其已经被堆叠在彼此的顶部上以形成铺设件之后同时成形(例如通过使铺设件弯曲或折叠)。非平面部在层压铺设件已经被提供之后成形，而不是在这些层在步骤a)期间被堆叠在彼此的顶部上时使铺设件的每个层片一个接一个地弯曲/折叠。在第一干纤维区域中使用干纤维使层压铺设件能够更容易地成形。通常，干纤维和/或干纤维层随着铺设件的成形在彼此之上滑动以在第一干纤维区域处产生非平面部。 [0023] 在施用基质之前，在第一区域中存在于铺设件的厚度中的大部分纤维或干纤维层可以是干纤维。具有大部分干纤维有助于使材料适于成形，同时保持材料的一部分厚度中的其他纤维类型(诸如预浸渍件)的某些强度特性。 [0024] 类似地，在施用基质之前，在第一区域中存在于铺设件的厚度中的大部分纤维层可以是干纤维层。 [0025] 在施用基质之前，在第一区域中存在于铺设件的厚度中的所有纤维可以是干纤维。这可以在干纤维区域中提供最大程度的灵活性和可成形性。 [0026] 在第二区域中存在于铺设件的厚度中的大部分纤维可以是预浸渍纤维。这允许在需要的情况下容置其他形式的纤维。 [0027] 类似地，在第二区域中存在于铺设件的厚度中的大部分纤维层可以是预浸渍纤维层。 [0028] 在第二区域中存在于铺设件的厚度中的所有纤维都可以是预浸渍纤维。这可以在预浸渍纤维区域中提供最大强度。 [0029] 在施用基质之前，铺设件可以包括设置在包括预浸渍纤维的至少两个区域之间的包括干纤维的至少一个区域。 [0030] 在施用基质之前，铺设件可以包括设置在包括预浸渍纤维的第二区域的不同侧的包括干纤维的多个第一区域。 [0031] 在施用基质之前，铺设件可以包括设置在多个预浸渍纤维区域之间的多个干纤维区域，其中，该方法还包括在施用基质之前在干纤维区域处形成预成形件。 [0032] 形成该部件可以包括形成具有封闭底部和敞开顶部的通道，其中，第一干纤维区域(一个或多个)设置在通道的顶部边缘中的至少一个顶部边缘处以及/或者设置成与通道的顶部边缘中的至少一个顶部边缘相邻。 [0033] 成形步骤可以包括在铺设件中形成具有下述角度的弯曲部：该角度大于30度、优选地大于60度、更优选地大于90度。 [0034] 干纤维可以仅在将在成形过程中被弯曲、成形或折叠的区域中提供，或者靠近该区域来提供或者与该区域相邻地提供。 [0035] 将基质施用至干纤维区域包括基质输注或浸注过程。基质输注过程可以例如是树脂传递模塑(RTM)过程；或者同条件的树脂传递模塑(SQRTM)过程。浸注过程可以例如是液态树脂溶渗(LRI)过程；或者树脂膜熔渗(RFI)过程，在RFI过程中，铺设件包括膜层，并且基质通过从膜层浸注被施用至第一干纤维区域。 [0036] 该方法还可以包括下述步骤：在将基质施用至干纤维区域之前使铺设件的第一部分局部活化以使铺设件的第一部分中的粘合剂或热塑性层活化，优选地同时使铺设件的第二部分处于未活化状态。 [0037] 第一部分可以包括干纤维。 [0038] 第二部分可以包括干纤维或预浸渍纤维或者一个或更多个干纤维区域与一个或更多个预浸渍纤维区域的组合。 [0039] 使第一部分局部活化的步骤可以包括向第一部分施加局部的热和/或压力。 [0040] 该方法还可以包括在第一区域已经被活化之后并且在将基质施用至干纤维区域之前使铺设件的第二部分成形。 [0041] 该方法还可以包括在第二部分已经成形之后，通过使第二部分中的粘合剂局部活化来使铺设件的第二部分活化。 [0042] 本发明的另一方面提供了根据文中所描述的方法的任何方面而形成的复合部件。 [0043] 本发明的又一方面提供了一种未固化复合预成形件，其包括至少一个第一区域和至少一个第二区域，第一区域包括干纤维，第二区域包括预浸渍纤维，其中，在第一区域中存在于预成形件的厚度中的大部分纤维是干纤维，以及在第二区域中存在于预成形件的厚度中的大部分纤维是预浸渍纤维，铺设件在第一干纤维区域(一个或多个)处被成形、弯折、弯曲或折叠以提供与第二预浸渍纤维区域(一个或多个)相邻的至少一个成形区域。 [0045] 现在将参照附图对本发明的实施方式进行描述，在附图中： [0046] 图1示出了可以结合有根据本文中所描述的方法而形成的部件的飞行器； [0047] 图2示出了现有技术的翼盒组件的示意图； [0048] 图3示出了根据本发明的方法的用于翼盒的组件； [0049] 图4A和图4B示出了根据本发明的方法在部件上执行的成形步骤； [0050] 图5是示出了对拐角区域处的干纤维过渡部进行预浸渍的示意性截面图； [0051] 图6示出了可以被折叠以形成图5的拐角区域的平坦的铺设件； [0052] 图7示出了承载U形铺设件的阳模具； [0053] 图8示出了转移至阴模具的U形铺设件； [0054] 图9示出了利用阴模具作为芯轴而形成的翼梁凸缘； [0055] 图10示出了翼梁腹板是预浸渍件并且只有凸缘是干纤维的以替代方式成形的铺设件； [0056] 图11示出了平坦的铺设件； [0057] 图12和图13示出了应用至图11的平坦的铺设件的覆盖成形(drape forming，区域成形)过程； [0058] 图14示出了由图13的覆盖成形过程形成的为进一步成形而准备的U形铺设件； [0059] 图15示出了通过轧辊成形的翼梁凸缘； [0060] 图16示出了RFI铺设布置； [0061] 图17示出了RFI固化布置； [0062] 图18示出了RTM固化布置；以及 [0063] 图19示出了LRI固化布置。 具体实施方式[0064] 图1示出了其中可以结合有根据本发明的方法制成的部件的飞行器1。本发明涉及可以形成飞行器的主结构的部分——例如形成机身11的部分、垂直尾翼12或者水平尾翼13的部分——的大致片材状、腹板状、平面或曲面(curved-planar)部件。本发明的部件也可以结合到机翼14、发动机壳体15的元件中，并且甚至还可以结合到起落架16和起落架17的部件或者起落架的门中。本发明涉及例如使诸如机翼蒙皮之类的大致片材状或腹板状部件加强，或者使飞行器的隔板、翼梁或翼肋的用于任何结构的横梁和隔板的大致腹板状特征加强。 [0065] 图2示出了用于形成现有技术的翼盒的已知组件。翼盒由下盖201和上盖202构成，下盖201和上盖202中的每一者均通过多个纵梁211和纵梁212进行加固。提供有前翼梁220和后翼梁230。还提供有多个翼肋240。组装方法通常包括利用诸如螺栓或铆钉之类的固定装置将前翼梁和后翼梁附接至下盖。用于将翼肋240附接至下盖211的肋脚附接至下盖，并且翼肋240然后可以组装到肋脚上并附接至前翼梁220和后翼梁230。最后，上盖202可以组装到翼肋240和前翼梁220及后翼梁230上，以产生完全成形的盒。部件之间的所有接合部通常包括诸如螺栓或铆钉之类的点固定装置，并且由这种固定装置产生的应力集中可能意味着在被固定的部件中需要附加强度，这导致总重量的增加。 [0066] 随着结构部件中越来越多地使用复合材料，特别地例如在机体结构中以及在机翼中使用复合材料，得到轻重量且低成本的复合结构的在结构上最有效的方法是提高部件的整体性。因此，在可能的情况下，部件一体地形成为一个件而不是单独地形成并随后接合在一起。因此，在复合结构的发展中有利的是，经由结构的一体化而将水平提高的结构功能性整合到较低数目的零部件中。 [0067] 在下面描述的实施方式中，将翼梁和盖部件结合成一个件。该部件可以通过将预浸渍材料铺放在凸形芯轴上以产生大致U形预成形件而制成。该预成形件可以从芯轴移除并且形成面向外的翼梁帽。然后添加肋脚和纵梁，并且然后对组装好的整个预成形件进行固化。 [0068] 然而，利用已知的标准方法，还未证明可以沿着具有高负荷结构所需的大横截面厚度的机翼的整个长度形成面向外的帽。 [0069] 纤维的滑动过程和剪切过程对能够使纤维“成形”成复杂的几何形状而言是重要的(注意所有的成形过程将在层压件的每个层片中引起一定程度的偏离)。通过粘附在一起的预浸渍层压件，通常不能获得足够的材料滑移/剪切。 [0070] 如文中所描述的，混合纤维层压件通过局部地改变结合在未固化的预成形件内的材料的类型来克服此问题。在本发明的实施方式中，干纤维在预成形结构的需要成形的一个或更多个区域中结合到层压件中。这可以通过干纤维AFP或NCF(非屈曲经编织物)材料来实现。 [0071] 图3示出了根据本发明的实施方式的用于形成U形盒的组件。包括纵梁312的上盖302如所示的以与提供图2的组件的方式大致类似的方式来提供。类似地，多个翼肋340以与图2中示出的已知方法类似的布置来提供。 [0072] 本文中所描述的方法允许提供大致U形的结构以形成翼盒组件的下部分。大致U形的下翼盒部件包括与前翼梁320一体地形成的下盖301。纵梁311以与针对图2的现有技术方法来提供的大致相同的方式设置在下盖301上。在图2或图3的组件中，纵梁211或纵梁311可以以对于本领域技术人员而言通常是已知的并且因此未在文中进行详细描述的方式结合至下盖和/或上盖、与下盖和/或上盖一体地形成，或者螺栓连接至下盖和/或上盖。 [0073] 本发明的方法允许图3中的U形盒部件350由复合材料一体地形成。在第一示例中，在U形阴模中直接形成复合U形盒350的铺设件。利用任何已知形式的自动化纤维放置、自动化带材铺设和干纤维自动化纤维放置来在模具中形成铺设件。在第二示例中，铺设件如在下面参照图7所进一步详细描述的那样直接形成到阳模上，然后如图8至图10中所示转移至U形阴模。U形盒部件350在其初始铺设形式中还没有包括被示出为凸缘部361和凸缘部362的翼梁帽，凸缘部361和凸缘部362最终用于将上盖302附接至后翼梁330和前翼梁320。使用将参照图4A和图4B进行更详细地描述的本发明的方法，下盖301和前翼梁320及后翼梁330由贯穿铺设件的厚度的至少大部分预浸渍纤维构成并且优选地全部由预浸渍纤维构成。预浸渍纤维已经被发现具有最好的结构特性并且因此在诸如图3中示出的翼盒之类的结构部件中是实用的。为了形成翼梁帽的凸缘部361和凸缘部362，有必要在固化之前在铺设件中产生相对较尖锐的折痕或折缝。这是因为可用的自动化纤维放置技术不一定很好地适用于铺设所示出的复杂形状的纤维以便形成图3中示出的下翼盒部分350。如上所述，预浸渍纤维不一定会使其自身被良好地折叠，特别是在通常对诸如图3的翼盒组件之类的重要的主结构部件是必要的厚轮廓部段中尤其如此。因此，在本发明的方法中，干纤维被放置在形成下翼盒部分350的凸缘361和凸缘362的折痕的区域中。因此，干纤维提供了铺设件的纤维能够在彼此之上滑动的部分，并且因此，干纤维适于更好地以形成凸缘361和凸缘362所需的方式进行折叠。一旦已经形成了凸缘部段361和凸缘部段362，则可以对整体部件350进行固化。将在后面参照图8和图9对用来折叠凸缘361和凸缘362的成形操作进行更详细地描述。 [0074] 在替代性方法中，优选地在使铺设件成形之前，在至少一个未活化干纤维区域(一个或多个)中，铺设件的一个或更多个干纤维区域可以被局部活化以使铺设件的一个或更多个子区域中的粘合剂或热塑性层局部活化。因此，在上述示例中，放置在形成下翼盒部分350的凸缘361和凸缘362的折痕区域中的干纤维可以保持未被活化，同时与要成形的区域相邻的干纤维区域——即可能出现在下盖301和翼梁320和翼梁330中的区域——可以被加固或加强，或者通过局部活化而至少部分地凝固。凸缘361和凸缘362的大致平面的部分也可以被局部活化，从而仅使至少主要的干纤维——凸缘361与翼梁330和凸缘362与翼梁320之间的折痕区域——未被活化，并且因此仍然是可成形的。折痕然后可以被活化并随后用基质浸渍并在成形步骤之后进行固化。成形操作可以包括施加热。如果在成形操作期间施加的热足够高以使干纤维区域的粘合剂活化，则成形操作也可以使干纤维区域中的粘合剂活化，从而留下成形且活化的干纤维区域。这具有在成形操作期间给部件增加刚度的优点，这允许在随后的步骤期间更容易地处理或操作预成形件。本文中所描述的方法可以采用适于在复合材料中使用的任何粘合剂以在固化之前使纤维粘合。粘合剂可以呈不同的形式。 一个示例为由HexcelTM市售的结合了粘合和增韧功能的增韧NCF、双轴、(45°/135°和135°/ 45°)、2×268gsm、IMA、V800Eveil(6/6/0)。替代性选择是Toho-TenaxTM的增韧UD-编织物-IMS65纤维、194gsm、增韧TA1902-05(5gsm)、EP05311粘合剂(6gsm)、1.27m宽、PB1_06-V8_ 05-IMS65-UD-0194-1270。 [0075] 在固化之前，用聚合物基质浸渍干纤维，以完成在初始干纤维区域中所需的复合材料。已经存在用于在模具中对干纤维进行浸渍及固化的方法。一种这样的可用技术被称为同条件的树脂传递模塑(SQRTM)。SQRTM是结合有预浸渍材料处理和液体模塑处理的封闭模塑方法。SQRTM是标准树脂传递模塑(RTM)的演化，标准树脂传递模塑(RTM)也是普遍可用的且对于技术人员而言是已知的。RTM采用干纤维预成形件并用基质浸渍干纤维。然后，通过热来热激活纤维垫或纤维铺设件中以及模具的壁中的化学反应。RTM通常是封闭的真空辅助模塑过程。在RTM过程中，纤维预成形件或铺设件被放置到具有所需部件的形状的模具腔中。然后，模具关闭并且在压力下将总体上较低粘度的树脂泵送到模具中，从而排出纤维内部及周围的空气，直到模具被填满为止。在填充周期之后，固化周期开始，在固化周期期间，模具被加热并且树脂聚合成为硬质塑料。 [0076] SQRTM遵循类似过程，但是用预浸渍铺设件代替干纤维。在SQRTM中，预浸渍层片被布置在模具内，模具关闭，并且然后进一步将液态树脂输注到模具中。优选地，所输注的树脂与预浸渍件内提供的树脂相同并且提供相同的机械性能。不同于RTM过程，在SQRTM中，所输注的树脂意在填充部件周围的腔，而不意在浸渍预浸渍件。 [0077] 在本发明的方法中，在铺设件中的不同区域处采用预浸渍纤维和干纤维两者的混合物，并且因此产生了在SQRTM和传统RTM中产生的效果的组合，其中在包括干纤维的区域中，基质被浸渍在干纤维中，并且在铺设件包括预浸渍纤维的区域中，像在标准SQRTM过程中一样，在预浸渍件周围形成树脂。用于纤维浸渍和固化的替代性方法包括树脂膜熔渗(RFI)、液态树脂溶渗(LRI)或者对于技术人员而言是已知的任何其他适合的方法。将在下面参照图17至图19对上述SQRTM、RFI和LRI方法进行更详细地描述。 [0078] 图4A和图4B更详细地示出了图3的下翼盒盖350的可以从本发明的特征中获益的区域。 [0079] 图4A示出的下翼盒350的一部分，该部分包括下盖301的与翼梁320相接的平面部352。存在可以在线400处形成下翼盒盖中的初始角度的两种方法。可以形成该轮廓的一种方式是，将预浸渍铺设件被铺放到具有互补形状的模具中，使得部件铺设在模具的内部并且预浸渍件的自动铺放形成了初始结构中的所需角度。在这种方式中，提供了在其中包括具有预成形角度的预浸渍纤维材料的铺设件。然而，替代性地，线400处的角度也可以通过在角度400的区域处铺放干纤维以及在该区域的两侧铺放预浸渍纤维来产生，以形成铺设件的大致平面部351和352。因此，干纤维区域形成在相邻的预浸渍纤维区域之间。对于技术人员而言将是显而易见的是，大致平面部351和352还可以结合有特征变化、厚度变化和轮廓方面的细微变型，但是大致平面部351和352整体上具有平面形式，大致平面部351和352在其各自的平面的方向上具有较大的延伸范围，并且在与其各自的平面垂直的方向上的具有足够小的厚度，以便为平面部351和平面部352提供大致片材状或腹板状的构型。因此，本发明的方法提供了预成形件的主要由预浸渍纤维材料制成的大致平面的区域，同时在预浸渍区域之间提供了干纤维区域以允许所需的成形工序。 [0080] 另一替代性铺设件布置在图5中示出，其中，下盖301(包括平面部352)包括以实线示出的预浸渍纤维层，并且铺设件的其余部分包括以虚线示出的干纤维层(翼梁320和凸缘362两者全部由干纤维层形成)。 [0081] 图5中示出的层数仅是示意性的。在图5的情况下，铺设件的非平面部示出为仅具有九个干纤维层，但是更典型地，铺设件的非平面部将具有超过20层的干纤维层——例如，其可以具有30层至50层的干纤维层。在盖的最厚的部分中，预浸渍纤维层的数目可以高达120层。 [0082] 图5示出了预浸渍纤维层(在下面被称为“预浸渍层片”)与干纤维层(在下面被称为“干纤维层片”)之间的过渡部430，预浸渍纤维层与干纤维层在过渡部430处彼此对接。该过渡部可以以与图5中示出的方式不同的许多方式来提供。例如，过渡部可以通过逐渐减少沿着斜坡距离440的预浸渍层片并用干纤维层片代替预浸渍层片来实现。层片过渡部430为交错的，以便最终在折痕400的区域处获得至少大部分干纤维。图5和图6内表示的过渡部可能并不代表折痕400的区域内的实际过渡部的真实斜坡距离。 [0083] 在替代性方法中，交替的干纤维层和预浸渍件层可以是交织的，并且如通过最终形成折痕400的点处的材料厚度看出的，预浸渍纤维与干纤维的比例可以从100％的预浸渍纤维开始经过约50％的预浸渍纤维和50％的干纤维逐渐转变成约100％的干纤维。 [0084] 然而，将要理解的是，在要成形的区域中提供大部分干纤维和相对较低比例的预浸渍纤维也可以实现本发明的至少某些益处。例如，可以在要成形的折痕的外延伸区域处提供预浸渍纤维。通过在铺设件的厚度中提供至少一定比例的干纤维，铺设件中的纤维层可以在彼此之上滑动，以使得能够在预成形件中形成所需特征。因此，预成形件可以有益地在铺设件的厚度上包括预浸渍纤维和干纤维两者。 [0085] 因此，在图4A的部件的情况下，初始折痕400可以通过沿箭头410的方向折叠大致平面的或片材状铺设件来提供。该折叠步骤可以在使铺设件的一个或更多个大致平面区域中的粘合剂局部活化之后执行。 [0086] 不是被铺设到阴模中或者被铺设到阳模上以形成U形，下翼盒350而是可以铺设为大致平坦的片材，该大致平坦的片材然后被折叠以形成两个折线400、401。图6示出了作为大致平坦片材的在已经使其成形以产生折痕400或折痕401之前的铺设件。各层被堆叠在彼此的顶部上，以形成图6的堆叠件，此堆叠件随后被折叠。图4B示出了第二折痕401的形成，以便形成例如图3的U形盒部件350的凸缘部361和凸缘部362。 [0087] 此外，如参照图4A所描述的，在折线401的区域中，干纤维可以铺放成使得铺设件在折痕401的区域中的至少一部分厚度或者大部分厚度或者优选地全部厚度包括干纤维。铺设件的在该区域401处的整个厚度均可以由干纤维构成。因此，为了形成凸缘部420，基于纤维的预成形件可以在铺设件主要包括干纤维的区域401处被折叠。以此方式，铺设件可以提供成在铺设件已经大致以其用于固化的最终形式铺放的区域中包括预浸渍纤维，因此不需要在固化工序之前成形。此外，铺设件可以在铺设件要被进一步成形或折叠以在固化阶段之前得到部件的最终形状的区域中包括至少大部分的干纤维。 [0088] 在以上所述的示例中，在图4A中示出的平面部351(其形成了翼梁320和凸缘362两者)完全由干纤维形成而不具有预浸渍纤维。在替代性示例中，翼梁320和凸缘362可以由预浸渍件(如下盖301)形成并且仅折线400、401的区域由干纤维形成，其中如图5和图6中所示在干纤维与预浸渍件之间具有过渡部。 [0089] 如上所述，整个部件可以在成形步骤(一个或多个)之后在单个操作中进行固化。此外，在成形步骤(一个或多个)之前可以使部件的一个或更多个干纤维部分中的粘合剂局部活化，以使铺设件在将不需要成形的区域中坚固或加强。这可以在部件或铺设件的活化部段之间提供可成形区域。由于活化部段将在使未活化部段成形时保持处于其所需形状，因此这可以使铺设件在成形步骤中的操作变得容易。 [0090] 图7示出了阳模370上的初始铺设操作。在图7和后面的附图中，预浸渍纤维区域以实线表示，而干纤维区域以虚线表示。 [0091] 如先前已经讨论的，铺设件可以利用任何形式的已知的自动化纤维布置、自动化带材铺设或者干纤维自动化纤维布置来铺放到阳模370上。铺设预成形件包括盖区域301处的至少大部分预浸渍纤维以及翼梁区域320和翼梁区域330处的至少大部分干纤维。 [0092] 图7示出了提供层压铺设件的步骤，以及图8和图9示出了下翼盒350的后续成形阶段。U形铺设件被转移至互补阴模380。阴模被设计成允许翼梁凸缘区域从模具的顶部突出。阴模被定形成容纳预成形件的盖和翼梁区域。翼梁凸缘区域361和翼梁凸缘区域362不受阴模限制，从而允许折叠操作。 [0093] 从阴模突出的翼梁凸缘区域361和翼梁凸缘区域362被折叠以产生下翼盒350的翼梁凸缘361和翼梁凸缘362。这可以通过轧制操作来执行。替代性地，这可以通过压制操作来执行。对于技术人员而言将是显而易见的是，也可以使用其他适合的成形方法。 [0094] 图10示出了替代性实施方式的下翼盒的最终成形阶段，其中，翼梁区域320和翼梁区域330包括至少大部分预浸渍纤维(以实线示出)，而仅翼梁凸缘区域361和翼梁凸缘区域362是干纤维(以虚线示出)。 [0095] 图11至图15示出了可以使下翼盒350成形的替代性方法。在这种情况下，下翼盒铺放为大致平面的或片材状铺设件。下翼盒形状随后通过执行一系列的折叠操作来提供。 [0096] 如图11中所示，铺放或者是干纤维或者是预浸渍纤维的大致平坦的纤维片材通常是最快的方式，其中铺设件可以通过已知的自动化铺放技术来形成。因此，可以有利的是通过单个平坦的片材铺设件来制造产品，然后使单个平坦的片材铺设件成形以提供部件的最终预成形件。然后，部件可以以其最终折叠形式固化为单个部件。图11至图15的实施方式示出了下翼盒550可以根据本发明的实施方式由大致平坦的片材铺设件或预成形件形成为单个部件的方法。 [0097] 图11示出了包括具有不同特性的若干子区域的大致平坦的片材预成形件。铺设件500包括第一翼梁凸缘区域501，第一翼梁凸缘区域501是主要由预浸渍纤维形成的大致平面区域。大致线性可成形区域502定位成与翼梁凸缘501相邻，并且主要由干纤维形成以使该区域能够根据本发明的方法成形或折叠。与第一可成形区域502相邻的是翼梁区域503。 与翼梁区域503相邻的是第二可成形区域504，该第二可成形区域504也将主要或完全地由在铺设件的大部分或整个厚度上的干纤维形成。在两个可成形区域504与可成形区域506之间形成有盖区域505。盖区域是大致平面的且主要由预浸渍纤维形成。如将理解的，盖区域可以包括厚度的某些变化以及脊或通道状的形态部，以便例如允许翼肋的附接或者以便容置机翼的其他的内部部件，但是盖区域通常具有平面形式并且因此适于利用预浸渍纤维进行铺放，而不需要用于使盖成形的大量的其他成形操作。在折叠区域506与折叠区域508之间提供有另外的翼梁区域507。像第一翼梁区域503一样，该翼梁区域主要由预浸渍纤维形成并且可以结合有厚度变化和轻微的轮廓，以允许将翼盒的内部特征结合入两个盖内。第二翼梁凸缘区域509以与折叠区域508相邻的方式形成，并且另外，该区域也主要或完全由预浸渍纤维形成并具有大致平面形式。 [0098] 如可以看到的，因此可以提供大致平坦的铺设件，该铺设件包括多个大致平面区域和一个或更多个可成形区域502、504、506、508，其中，所述多个大致平面区域由预浸渍纤维形成，所述一个或更多个可成形区域502、504、506、508完全地或者主要地由干纤维形成，以允许铺设件在可成形区域中的折叠或成形。如已经在上面进行描述的，一个或更多个大致平面区域中的至少一部分、或者不需要成形的任何区域可以优选地通过施用热和/或压力而被局部活化，以便在参照图12至图15所描述的任何或所有成形步骤被执行之前使这些区域中的粘合剂活化。在成形之后，干纤维区域中的任何或所有干纤维区域都可以如文中所描述的经由已知的方法被局部活化以及/或者设置有基质，并且随后被固化。 [0099] 图11示出了替代性方法中的第一步骤，在第一步骤中，大致平坦的铺设件被铺放到铺设表面上。铺设表面包括阳模571的上表面和两个可移除侧壁部段573。阳模571安装在由基部590承载的支承件572上。铺设件可以利用任何已知形式的自动化纤维放置、自动化带材铺设或者干纤维自动化纤维放置而被铺放。 [0100] 接下来，侧壁部段573如图12中所示的那样被移除，并且铺设件500和工具部件571及工具部件572被真空包装(vacuum bagging)，以使铺设件能够经由真空辅助覆盖成形来形成。真空包装布置包括包装膜593、胶带594和真空口591，胶带594将包装膜593的边缘紧固至扫掠器块(sweeper block)595。 [0101] 图13示出了图11的铺设件的成形过程中的第一覆盖成形步骤。在该第一步骤中，翼梁区域503和翼梁区域507通过施加至真空口591的真空被吸到阳模572周围。该第一成形操作使铺设件的第一翼梁区域503和第二翼梁区域507相应地成形，铺设件的第一翼梁区域503和第二翼梁区域507通过可成形区域504和可成形区域506的变形而设置成相对于盖区域505成角度。另外，不需要成形的区域中的任何干纤维区域均可以在进行成形步骤之前用热和/或压力活化。 [0102] 图14示出了热片材垂帘成形步骤与最终成形步骤之间的中间步骤。预成形件被从包装布置中移除并且支承件572也被移除，使得下翼盒预成形件550的翼梁凸缘部从阳模571突出。 [0103] 如图15中所示，在最终成形步骤中，翼梁凸缘部501和翼梁凸缘部509被折叠，以获得下翼盒550。在此情况下，翼梁凸缘501和翼梁凸缘509由轧辊600折叠。替代性地，翼梁凸缘可以通过压制而形成或者依照真空辅助覆盖成形过程的一部分而形成。 [0104] 在替代性方法中，下翼盒预成形件可以在最终成形步骤之前从阳模571中取出并放置到互补阴模(类似于图8至图10中示出的阴模380)中。 [0105] 如将由技术人员理解的是，可以结合与参照图3所示出的内部纵梁和/或翼肋类似的内部纵梁和/或翼肋。翼梁凸缘区域501和翼梁凸缘区域509可以固定或结合到上盖302，以形成封闭的盒形结构。然后，可以将基质浸注到干纤维区域中并对其进行固化，以形成最终的固化部件。在对干纤维区域进行浸注之前，任何迄今未活化的区域都可以在施用基质之前被活化，以在施用基质的步骤和固化步骤之前使该区域加强或坚固。预浸渍纤维区域可以与浸注基质的干纤维区域同时固化。 [0106] 在铺设件已经成形之后，将基质施用至至少第一干纤维区域；并且然后对成形部件进行固化以使部件的基质凝固。如先前所提及的，基质可以通过例如RTM、树脂膜熔渗(RFI)或液态树脂熔渗(LRI)来施用。图16至图19是更详细地示出了这些方法的示意图。 [0107] 图6示出了适于与SQRTM、RTM或LRI过程一起使用的铺设件，而图16示出了适于在RFI过程中使用的铺设件。在图6的情况下，平面部351完全由干纤维形成。在图16的情况下，干纤维层与半固体树脂膜450交错(在图16中，每层膜450均由十字线表示)。替代性地，可以为多个干纤维层提供单层树脂膜。 [0108] 图17示出了RFI固化过程，在RFI固化过程中，预成形件601被铺设有半固体树脂膜602并且然后真空包装到阴模603中。真空包装布置包括包装膜604、真空管线605和胶带 606。然后铺设件被加热，以便从半固体树脂膜用树脂基质材料浸注干纤维。正压力可以在固化过程期间通过在高压釜内执行操作而施加至铺设件。替代性地，在高压釜内执行该操作时可以省去真空。图8至图10中示出的阴模380可以提供用于如图17中示出的RFI过程的阴模。 [0109] 图18示出了利用树脂传递模塑(RTM)对下翼盒进行预浸渍及固化的替代性方法。RTM设备包括下阴模603和上工具608以及上模具与下工具之间的室610。上工具具有将树脂 607从熔锅转移至室610中的通道609。铺设件放置在室中并被施加有热和压力以使铺设件变湿并随后对复合物进行固化。替代性地，可以在环境温度下进行固化。在图8至图10中示出的阴模380可以提供用于图18中示出的固化和浸渍过程的阴模。 [0110] 在第三替代性方法中，如图19中所示，利用液态树脂熔渗(LRI)对铺设件进行浸注和固化。LRI设备包括模具603和真空包装布置；真空包装布置包括包装膜604和胶带606。LRI设备还包括真空泵611、树脂分接头612和树脂锅613。预成形件最初被真空包装到模具中，并且一旦预成形件被包装，就打开树脂分接头。真空泵将树脂607从树脂锅613吸取到预成形件中，以用液态树脂浸注预成形件。预成形件然后在炉内在环境压力下经由加热来进行固化。图8至图10中示出的阴模380可以提供用于如图19中示出的固化和浸注过程的阴模。 [0111] 如将要理解的是，示出的方法允许形成具有最少的单独部件的封闭的翼盒结构。这减少了所需的固定操作的数目，以及减少了固定元件、结合区域或者需要螺栓或铆钉以将部件保持在一起的区域的数目。所有这些减少了所需的制造操作和组装操作的数目、降低了总重量并且增加了结构的总的结构一体性，这是由于诸如螺栓和铆钉之类的固定装置产生了会降低结构的总效率的应力集中。如对于技术人员而言将是明显的是，尽管示出的实施方式涉及翼盒的成形，但是此成形方法可以应用至具有被诸如在成形过程中形成的折叠或弯折部段之类的成形的区域分开的两个或更多个大致平面区域的任何部件。该方法也可以应用于具有被弯折部、弯曲部或折叠部分开的大致平面区域的任何部件。该方法也可以应用于具有被大致纵向折叠部分开的多个大致平面侧部的任何大致管状组件。 |
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