专利名称：用可收缩模具制造复合材料结构的方法
技术领域：
本发明涉及一种用于制造由涂层与封闭截面加强件形成的、由复合材 料制造的、特别可用于航空机身的结构的方法。
背景技术：
重量是航空工业中的一个重要方面，因此由复合材料制造的优化结构 胜过金属材料。
自动碳纤维包边机(taping machine)是相对于手工操作的巨大发展。这 些机器具有压制要被包边的表面的头，所以所述表面必须反抗所述力。
将前述方面应用到航空机身导致以操作的最低数量将仪表板与它们的 加强件结合，并且导致使所述加强件最优化。
封闭截面的加强件通过加入相对于加强件更低的重量而允许获得更强 的结构。此类型的加强件的结合使制造方法变复杂，因为它需要加强件内 部的模具以允许料件的包边和复合材料的固化，以及在意欲所述加强件是 中空的情况下，从加强件内部移除加强件。
用于制造所述结构的方法是已知的，其中，刚性的元件被引入加强件 部分的内部，以反抗包边压力和复合材料固化压力。
这些方法是昂贵的，因此希望得到更有效率的方法，此目标通过本发 明实现。
发明内容
在第一方面中，本发明提出了一种以复合材料制造加强结构的方法， 所述加强结构由外部涂层和多个加强件形成，所述加强件的横截面具有不 连续(broken)的轮廓线，并且至少一个凸缘接合到所述涂层上，所述轮廓 线限定了内部开口，其特征在于，它包括下列步骤-提供成型模具，所述成型模具在加强件的侧面上拥有具有与所述结 构的形状类似的形状的外表面，包括用于容纳加强件的榫眼。
-提供辅助的压入式阳模，所述辅助的压入式阳模由能够承载(canying) 它们的体积，以与加强件的内部开口类似的几何形状成型并且用适于使复 合材料固化的膜涂敷的惰性材料的容器组成。所述惰性材料，例如砂，必 须是可压紧的，具有或没有粘合剂，以对它提供所需的形状，并且依次地， 所述容器必须允许易于部分地或全部地抽出所述材料。
-提供处于新的(fresh)或固化状态的加强件；
-将加强件布置在模具的榫眼中，使它们适合榫眼的几何形状，并且 将辅助的压入式阳模布置在所述加强件的内部开口中，使其适合它们的几 何形状。在此步骤中，辅助的压入式阳模帮助固化膜，以使固化膜本身适 合每一个加强件的内部几何形状。
-在由模具、加强件以及辅助的压入式阳模形成的表面上层压所述外 部涂层。成型模具和辅助的压入式阳模反抗层压力。
-使加强结构固化。
-在通过抽出其惰性材料而减小它们的体积以后，移除辅助的压入式 阳模。
-从模具分离固化了的加强结构。
在第二方面中，本发明提供了一种用于以复合材料制造的由外部涂层 和多个加强件形成的加强结构的方法，所述加强件的横截面具有不连续的 轮廓线，具有至少一个凸缘接合到所述涂层上，所述轮廓线限定了内部开 口，其特征在于，所述方法包括在所述固化工序和随后的从所述结构移除 成型模具的步骤以前的前述方法的步骤。S卩，与前述方法的基本区别在于， 在固化以前，从成型模具移除所述结构。
在第三方面中，本发明提供了用于前述方法的辅助的压入式阳模，在 所述辅助的压入式阳模中，所述惰性材料是颗粒状材料，例如砂。
本发明的一个优点在于，它有助于制造其中加强件的截面和面积在纵 向上变化，并且甚至在一个或两个末端中具有比中间截面更小的尺寸的结 构，因为所述辅助的压入式阳模可以被成型以便适合它。
另一个优点在于，它有助于使用具有压制包边头的机器，因为所述辅助的压入式阳模提供了在加强件内部的用于反抗所述头的力的基底。
在对涉及附图的物体的说明性实施方案的下列详细描述中，将公开本 发明的其它特征和优点。
图la、 lb和lc分别显示由涂层与多个Q形(omega)、梯形和不规则Z 形的加强件形成的结构的示意图。
图2示意性显示根据本发明的用于制造由涂层和多个Q-形加强件形 成的结构的方法的步骤，借助于所述步骤，加强件以及由适于固化的膜涂 层的辅助的压入式阳模被布置在结构成型模具中。
图3示意性显示根据本发明的用于制造由涂层和多个Q-形加强件形 成的结构的方法的步骤，借助于所述步骤，进行所述涂层的包边工序。
图4示意性显示根据本发明的用于制造由涂层和多个Q-形加强件形 成的结构的方法的步骤，借助于所述步骤，进行固化工序。
图5示意性显示根据本发明的用于制造由涂层和多个Q-形加强件形 成的结构的方法的步骤，借助于所述步骤，使辅助的压入式阳模的体积减 小，并且将结构从用于它的制造的模具分离。
具体实施例方式
稍后将描述根据本发明的方法的一个实施方案，所述实施方案用于以 复合材料制造的由涂层13和多个Q-形(Q)加强件15形成的加强结构11， 所述Q -形加强件15具有接合到涂层13的凸缘17和与所述涂层13分开的 芯18和头21。
本发明的方法目的还可应用于制造由涂层53和多个梯形-状加强件55 形成的加强结构51，所述梯形-状加强件55具有接合到涂层53的凸缘57 和从涂层53分离的芯59和头61;以及由涂层73和多个不规则Z-形加强 件75形成的加强结构71，不规则Z-形加强件75具有接合到涂层73的凸 缘77和从涂层73分离的芯79和头81 。
加强件15、 55和75所共有的是，它们的横截面具有不连续的轮廓线， 具有至少一个凸缘17、 57、 77接合到涂层13、 53、 73上，所述轮廓线限
7定了内部开口 23、 63、 83。
结构11、 51、 71可以具有如在飞机机身部件情况下的开放形式或旋转 部件形式。
现在进入对该方法的描述，通过下列图2可以观察到，Q-形加强件 15被放置在具有榫眼33的成型模具31上，并且涂敷有适于固化复合材料 的膜39的辅助的压入式阳模37被放置在加强件上。
可以使用固化了的或未固化的加强件15。
辅助的压入式阳模37是通过下列方法得到的将惰性颗粒状材料例如 砂限制在容器中，并且对它提供与加强件的内部开口 23类似的几何形状， 为此目的，使用适当材料的容器和适当的成型技术。颗粒状材料在存在粘 合剂或不存在粘合剂的情况下允许压紧。
当每一个辅助的压入式阳模37被引入到加强件15的开口 23中时，帮 助固化膜39结合到每一个加强件15的内部几何形状。
加强件15和压入式阳模37可以在布置在成型模具31上之前结合。
在图3中可以观察到，在随后的步骤中，借助于包边机的头35，涂层 13被层压在由成型模具31、加强件15和涂敷所述辅助的压入式阳模37 的膜39形成的表面上。在此步骤中，成型模具31和辅助的压入式阳模37 反抗包边头35的力。
该方法的变化是涂层13的手工包边操作。
在图4中可以观察到，在随后的步骤中，固化膜41，和可任选的压板 43，被放置在总体的结构上。然后，在高压釜中，在高的温度和压力条件 下使该结构固化。在固化工序过程中，涂敷所述辅助的压入式阳模37的 膜39将加强件15的内部与内部高压釜气氛连通，并且实现保持压制所述 周围复合材料，即加强件15与所述层压13的复合材料，从而引起固化。
该方法的变化是在不需要高压釜的情况下固化。
一旦结构11被固化和冷却，就将对于辅助的压入式阳模37的基体内 部移除，如图5中所示，通过用比初始尺寸更小的尺寸来描述它们，以有 助于结构11从成型模具31分离并且从加强件15内部移除辅助的压入式 阳模37。
可以将由下列权利要求限定的范围内所包括的更改引入到刚刚描述的优选实施方案中。
权利要求
1. 一种用于以复合材料制造加强结构(11)的方法，所述加强结构(11)由外部涂层(13)和多个加强件(15)形成，所述加强件(15)的横截面具有不连续的轮廓线，具有至少一个凸缘(17)接合到所述涂层(13)上，所述轮廓线限定了内部开口(23)，其特征在于，所述方法包括下列步骤a)提供模具(31)，所述模具(31)在所述加强件(15)的侧面上拥有具有与结构(11)的形状类似的形状的外表面，包括用于容纳所述加强件(15)的榫眼(33)；b)提供辅助的压入式阳模(37)，所述辅助的压入式阳模(37)由能够改变它们的体积以与加强件的内部开口(23)类似的几何形状成型的并且用适于使复合材料固化的膜涂敷的惰性材料的容器组成；c)提供处于新的或固化状态的加强件(15)；d)将所述加强件(15)布置在模具(31)的所述榫眼(33)中，使它们适合所述榫眼的几何形状，并且将适合加强件(15)几何形状的所述辅助的压入式阳模(37)布置在所述加强件(15)的内部开口(23)中；e)在由所述模具(31)、所述加强件(15)以及所述辅助的压入式阳模(37)形成的表面上层压所述外部涂层(13)；f)使所述加强结构(11)固化；g)在通过抽出辅助的压入式阳模(37)的惰性材料而减小辅助的压入式阳模(37)的体积以后，移除辅助的压入式阳模(37)；h)从所述模具(31)分离所述固化了的加强结构(11)。
2. 根据权利要求1所述的以复合材料制造加强结构(ll)的方法，其特 征在于，所述加强结构(ll)是旋转件。
3. 根据前述权利要求中任一项所述的以复合材料制造加强结构(ll)的 方法，其特征在于，所述加强件(15)具有Q(omega)形状。
4. 根据前述权利要求中任一项所述的以复合材料制造加强结构(ll)的 方法，其特征在于，在步骤d)中，将之前已经在它们的内部开口(23)中结 合了所述辅助的压入式阳模(37)的所述加强件布置在所述模具(31)的所述 榫眼(33)中。
5. 根据前述权利要求中任一项所述的以复合材料制造加强结构(ll)的 方法，其特征在于，步骤e)是通过包边机的头(35)进行的。
6. 根据前述权利要求中的任一项所述的以复合材料制造加强结构(ll) 的方法，其特征在于，在步骤f)以前，将压板(43)放置在所述涂层(13)上。
7. 根据前述权利要求中的任一项所述的以复合材料制造加强结构(ll) 的方法，其特征在于，在步骤f)以前，通过抽出辅助的压入式阳模(37)的 惰性材料而减小辅助的压入式阳模(37)的体积。
8. 根据前述权利要求中的任一项所述的以复合材料制造加强结构(ll) 的方法，其特征在于，步骤f)是在高的温度和压力条件下，在高压釜中进 行的。
9. 一种用于以复合材料制造的由外部涂层(13)和多个加强件(15)形成 的加强结构(ll)的方法，所述加强件(15)的横截面具有不连续的轮廓线，具 有至少一个凸缘(17)接合到所述涂层(13)上，所述轮廓线限定了内部开口 (23)，其特征在于，所述方法包括下列步骤a) 提供模具(31)，所述模具(31)在所述加强件(15)的侧面上拥有具有与 结构(11)的形状类似的形状的外表面，包括用于容纳所述加强件(15)的榫眼 (33);b) 提供辅助的压入式阳模(37)，所述辅助的压入式阳模(37)由能够改 变它们的体积，以与加强件的内部开口(23)类似的几何形状成型并且用适 于使复合材料固化的膜涂敷的惰性材料的容器组成；c) 提供处于新的或固化状态的加强件(15);d) 将所述加强件(15)布置在模具(31)的所述榫眼(33)中，使它们适合所 述榫眼的几何形状，并且将适合加强件(15)几何形状的所述辅助的压入式 阳模(37)布置在所述加强件(15)的内部开口(23)中；e) 在由所述模具(31)、所述加强件(15)以及所述辅助的压入式阳模(37) 形成的表面上层压所述外部涂层(13);f) 在通过抽出辅助的压入式阳模(37)中的惰性材料而减小辅助的压入 式阳模(37)的体积以后，移除所述辅助的压入式阳模(37);g) 从所述模具(31)分离所述固化了的加强结构(11)。
10. —种在根据权利要求l-9的任一项的用于制造加强结构(ll)的方法中使用的辅助的压入式阳模(37)，其特征在于，所述惰性材料是颗粒状材 料。
11. 一种在根据权利要求10的用于制造加强结构(ll)的方法中使用的辅助的压入式阳模(37)，其特征在于，所述颗粒状材料是砂。
12. —种在根据权利要求l-9的任一项的用于制造加强结构(ll)的方法 中使用的辅助的压入式阳模(37)，其特征在于，所述惰性材料是颗粒状材 料和刚性元件。
全文摘要
一种用于以复合材料制造加强结构(11)的方法，加强结构(11)由外部涂层(13)和多个加强件(15)形成，所述加强件(15)的横截面具有限定内部开口(23)的封闭形式，所述方法包括下列步骤a)提供成型模具(31)；b)提供辅助的压入式阳模(37)，内部具有惰性材料的所述辅助的压入式阳模(37)，用适于固化的膜涂敷；c)提供新的或固化形式的加强件(15)；d)将所述加强件(15)布置在模具(31)中，并且将所述辅助的压入式阳模(37)布置在加强件(15)的内部开口(23)中；e)层压外部涂层(13)；f)使所述加强结构(11)固化；g)通过从其中抽出惰性材料而减小所述辅助的压入式阳模(37)的体积以后，移除辅助的压入式阳模(37)；h)从所述模具(31)分离固化了的加强结构(11)。本发明还涉及所述辅助的压入式阳模。
文档编号B29C70/06GK101448626SQ200680054766
公开日2009年6月3日 申请日期2006年3月31日 优先权日2006年3月31日
发明者·塔瓦雷斯·费尔南德斯 帕楚西尔, 约兰多·米格斯·查里内斯, 阿基利诺·加西亚·加西亚, 阿尔贝托·拉蒙·马丁内斯·塞雷索 申请人:空客西班牙公司