制造复合部件的方法技术

公开了一种制造复合部件的方法，所述方法包括铺叠多个连续的复合材料层以在铺叠操作中产生用于部件的预成形件(12)，其中在铺叠操作期间，每层复合材料的一部分被加热至至少45℃的临界温度。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】制造复合部件的方法
本专利技术涉及制造复合部件的方法，其中，在铺叠操作中，每层复合材料的一部分被加热至至少45℃的临界温度。
技术介绍
复合材料越来越多地用于需要材料性质的特定组合的部件。特别地，由于其高刚度和低重量，复合材料诸如碳纤维增强聚合物(CFRP,CarbonFibreReinforcedPolymer)通常用于航空航天以及其他工业的部件。复合材料通常包含增强材料(例如碳纤维)和基质材料(例如环氧树脂)。有几种已知的自动铺叠复合材料的方法，包括自动纤维铺放(AFP)和自动铺带(ATL)。在AFP中，若干个单根复合材料纤维聚集形成纤维束，并将纤维束放置在工具上并定期切割以形成一系列复合材料。可以使用窄宽度的带子来代替单根纤维或纤维束。在ATL中，在此期间，更宽的带子直接应用于工具。典型地，一旦复合材料被铺叠以产生预成形件，预成形件通常形成为期望的形状(如果需要)，并且复合材料被固化以形成部件。众所周知，单片复合材料之间的空间在制造过程中会影响预成形件的形状和尺寸。例如，空间形成在单个纤维束之间(在自动纤维铺放，AFP中)和一系列纤维束之间有间隙和重叠的地方。此外，当复合材料沉积时，由于复合材料的粗糙度和轮廓，存在空间。当用于复合部件的预成形件在温度和压力下固化时，随着复合材料中的树脂(或基质材料)的粘性变小并且预成形件被固结，此空间被消除。在固化过程中，此空间内的任何空气(或其他气体)会从预成形件中移出。因此，在固化之前，与固化部件的体积相比，预成形件通常具有额外的体积。额外的体积被称为预成形膨胀，或者简称“膨胀”。尽管在固化过程中通常除去所述膨胀，但希望使预成形件中的膨胀最小化。例如，由于膨胀的原因，可能无法将预成形件插入到用于固化的模具中。这个问题对于低公差应用特别相关，例如高价值先进制造，例如作为航空航天工业的部件。目前的制造过程通常会导致膨胀过大，这需要使用补救性的去膨胀过程。已知许多去膨胀过程，其通常依赖于使预成形件承受压力负荷(即，使用真空袋和/或压力容器)，并加热预成形件。然而，这样的过程通常是耗时的、容易出错的、手工的并且相对昂贵。因此希望提供一种制造用于复合部件的预成形件的改进方法。
技术实现思路
根据本专利技术的第一方面，提供了一种制造复合部件的方法，所述方法包括：铺叠多个连续的复合材料层以在铺叠操作中产生用于所述部件的预成形件，其中在铺叠操作期间，每层复合材料的一部分被加热至至少45℃的临界温度。每层复合材料的一部分可以使用加热装置加热。临界温度可以是至少50℃，或者至少55℃。被加热到至少临界温度的每层的所述部分可以对应于相对于所述部件的平均厚度具有更大厚度的所述部件的一部分。例如，所述部分可以对应于风扇叶片的根部。或者，对于铺叠表面的至少一段时间，可以控制加热装置，使得基本上全部或全部预成形件的每层的温度处于或高于临界温度(换句话说，所述部分可构成整个预成形件)。可以操作加热装置，使得在铺叠操作中的至少预设的去膨胀阶段每层的温度至少为临界温度。去膨胀阶段可以是至少10秒，至少30秒，至少1分钟，至少2分钟，至少5分钟，至少10分钟或更长。所述阶段可以对应于在所述部分上的涂覆器辊的至少一个，至少两个或至少三个或更多个道次所需的时间。所述阶段可以对应于至少一个，至少两个，至少三个或更多个连续的材料层铺叠在相应的层上所需的时间。可以操作加热装置，使得每层的相应部分的温度在施加复合材料的小于5分钟、小于2分钟、小于1分钟、小于30秒、小于10秒、小于5秒或小于2秒的加热时间内达到临界温度。换句话说，可以操作加热装置，使得在施加复合材料之后不久，每层的去膨胀阶段发生。相应地，在铺叠操作进行的同时，每层的相应部分在工具上就地达到临界温度，并且在铺叠操作进行的同时开始去膨胀阶段。因此，不需要等待铺叠操作结束对材料进行去膨胀。可以操作加热装置，使得在铺叠操作期间每层的温度不超过60℃。可以控制加热装置以通过从工具到预成形件的热传递在铺叠操作期间加热预成形件。可以控制加热装置，以通过从预成形件的与工具相对的一侧的热传递在铺叠操作期间加热预成形件。例如，在预成形件大致铺叠在工具的顶部(即上方)的情况下，可以控制加热装置以通过来自工具上方的热传递在铺叠操作期间加热预成形件。所述加热装置可以具有第一加热器和第二加热器，所述第一加热器被构造成通过从工具到预成形件的热传递在铺叠操作期间加热预成形件，且所述第二加热器被构造成通过从预成形件的与工具相对的一侧的热传递在铺叠操作期间加热预成形件。在铺叠操作期间可以操作加热装置，以在第一加热阶段中加热预成形件，在第一加热阶段预成形件的厚度小于临界厚度或者层数小于临界极限，并且随后在第二加热阶段中加热预成形件，在第二加热阶段预成形件的厚度大于或等于临界厚度或者层数大于或等于临界极限。在第一加热阶段中，第一加热器和第二加热器中只有一个可以是激活的，并且在第二加热阶段中至少第二加热器可以是激活的。在第二加热阶段中，第一加热器可以是不激活的。在第一加热阶段中，只有第一加热器可以是激活的。在第二加热阶段中，第一加热器和第二加热器都可以是激活的。在另一实施例中，可以在铺叠操作期间监测预成形件的温度，并且在铺叠操作期间可以操作加热装置以在第一加热阶段中加热预成形件，在第一加热阶段仅有第一加热器是激活的直到监测到的温度下降到临界以下，例如45℃(即，与临界温度相同)，并且在铺叠操作期间随后可以操作加热装置以在第二加热阶段中加热预成形件，在第二加热阶段至少第二加热器是激活的，并且可以控制该加热器，使得监测到的温度保持在45℃或高于45℃。第一和第二加热器在第二阶段期间可以是激活的，或者只有第二加热器可以是激活的。所述方法可以进一步包括在铺叠操作期间监测预成形件的温度。预成形件的温度可以使用高温计来监测。至少可以部分基于在铺叠操作期间监测预成形件的温度来控制加热装置。加热装置可以包括加热元件，所述加热元件连接到工具并且被构造成加热工具。加热元件可以形成第一加热器的一部分。加热装置可以包括非接触式加热器。所述非接触式加热器可以是对流加热器或非接触式加热器，例如红外线(IR)加热器。所述非接触式加热器可以形成第二加热器的一部分。可基于预成形件的温度选择性地激活和/或控制所述非接触式加热器。可基于监测预成形件的温度(例如预成形件的表面温度)选择性地激活和/或控制所述非接触式加热器。复合材料层可以使用涂覆器头部铺叠，并且在铺叠操作期间所述涂覆器头部可相对于所述非接触式加热器移动。基于所述涂敷器头部与非接触式加热器的接近度，可以控制非接触式加热器在铺叠操作中移动。所述非接触式加热器可以连接到接近传感器，所述接近传感器被构造成确定所述涂覆器头部何时在非接触式加热器的临界接近度内，并且其中基于接近传感器的输出控制非接触式加热器移动。所述方法可以进一步包括基于所述涂覆器头部的预定路径控制所述非接触式加热器的移动。所述方法可以包括加热预成形件的侧表面。所述侧表面可以由层的边缘限定。加热装置可以包括用于加热预成形件的侧表面的加热元件，所述加热元件可以连接到工具的侧表面，或者可移动到与预成形件相邻的位置。根据本专利技术的第二方面，提供了一种制造用于复合部件的预成形件的方法，所述方法包括：在铺叠操作本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制造复合部件的方法，所述方法包括：铺叠多个连续的复合材料层以在铺叠操作中产生用于所述部件的预成形件，其中在所述铺叠操作期间，每层复合材料的一部分被加热至至少45℃的临界温度。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.07.03 GB 1511706.21.一种制造复合部件的方法，所述方法包括：铺叠多个连续的复合材料层以在铺叠操作中产生用于所述部件的预成形件，其中在所述铺叠操作期间，每层复合材料的一部分被加热至至少45℃的临界温度。2.根据权利要求1所述的方法，其中，每层复合材料的一部分使用加热装置加热，且其中操作所述加热装置，使得在所述铺叠操作中的至少预设的去膨胀阶段每层的温度至少为临界温度。3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，操作所述加热装置使得在所述铺叠操作期间每层的温度不超过60℃。4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，控制所述加热装置以通过从所述工具到所述预成形件的热传递在所述铺叠操作期间加热所述预成形件。5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，控制所述加热装置以通过从所述预成形件的与所述工具相对的一侧的热传递在所述铺叠操作期间加热所述预成形件。6.根据权利要求4或5所述的方法，其中，所述加热装置具有第一加热器和第二加热器，所述第一加热器被构造成通过从所述工具到所述预成形件的热传递在所述铺叠操作期间加热所述预成形件，且所述第二加热器被构造成通过从所述预成形件的与所述工具相对的一侧的热传递在所述铺叠操作期间加热所述预成形件；及其中在所述铺叠操作期间操作所述加热装置，以在第一加热阶段中加热所述预成形件，在所述第一加热阶段所述预成形件的厚度小于临界厚度或者层数小于临界极限，并且随后在第二加热阶段中加热所述预成形件，在所述第二加热阶段所述预成形件的厚度大于或等于所述临界厚度或者层数大于或等于所述临界极限；及其中在所述第一加热阶段中，所述第一加热器和所述第二加热器中仅一个是激活的；及其中在所述第二加热阶段中至少所述第二加热器是激活的。7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，进一步包括在所述铺叠操作期间监测所述预成形件的温度。8.根据权利要求6所述的方法，其中，使用高温计监测所述预成形件的温度。9.根据权利要求7或8所述的方法，其中，至少部分基于在所述铺叠操作期间监测所述预成形件的温度来控制所述加热装置。10.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述加热装置包括加热元件，所述加热元件连接到所述工具并且被构造成加热所述工具。11.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述加热装置包括非接触式加热器。12.根据权利要求11所述的方法，其中，复合材料层使用涂覆器头部铺叠，并且其中在所述铺叠...

【专利技术属性】
技术研发人员：艾希礼·巴恩斯，詹姆斯·A·李，马修·霍金，爱德华·古德曼，彼得·卡尔夫特，
申请(专利权)人：复合材料技术和应用有限公司，罗尔斯·罗伊斯公司，
类型：发明
国别省市：英国,GB