用于制造复合零件的系统和方法技术方案

一种用于制造复合零件的系统和方法，该系统包括传导柔性面板和用于将复合带铺叠至平放在平坦表面上的面板上的自动铺带(ATL)机。该系统还包括弯曲的工装表面，其用于将其上具有复合材料的面板转移至弯曲的工装表面，以用于附接子结构并且固化到复合零件中。系统还可以包括放置在面板下方的绝缘体和放置在复合材料上方的绝缘体，以及热或电力源，该热或电力源用于在不对复合固化处理中使用的工装表面和其他工装进行加热的情况下，加热传导面板以固化、熔化或熔合复合带和子结构。可以使用通过单匝变压器将电流感应到附接在面板相对端处的导线提供的焦耳热来执行面板的加热。端处的导线提供的焦耳热来执行面板的加热。端处的导线提供的焦耳热来执行面板的加热。

【技术实现步骤摘要】
用于制造复合零件的系统和方法


[0001]本专利技术的实施方式涉及用于在弯曲工装表面上制造复合零件的方法和系统。

技术介绍

[0002]由纤维增强的或其他方式的热塑性复合材料的层来制造结构飞行器构件是使用多种技术实现的，每种技术具有优点和缺点。大多数由单向带制成的复合飞行器结构是使用自动纤维放置(AFP)工艺制成的，在AFP工艺中，未固化或未熔合的复合预浸渍单向带的单独层(铺层)放置在成型工装上。AFP机通常在工装上制成多个过道或路线以完成每一层的放置。每个路线可以是约8英寸宽并且可以包括多个窄条带以更好地适应工装的轮廓。构成路线的各个条必须较窄，因为带的路径在给定路线的覆盖宽度上并不总是相同的长度。由AFP设备施加的各个条带的窄宽度提供了高度的灵活性，这使得能够将AFP铺叠工艺施加到最平滑的复合曲线。
[0003]然而，对AFP头进行编程和操纵以跟随轮廓降低了AFP机可以移动的速度。此外，AFP工艺所需的窄材料条是昂贵的，因为每个条必须被单独地切开、检查和包装。另外，AFP机通常是机械复杂和高成本的，因为它们必须被设计成同时供给和应用多达16个单独的材料条。因此，针对大的平坦零件通常使用自动铺带(ATL)工艺，而不是AFP工艺。在ATL下，应用全宽度带的路线，而不是包括多个窄条的路线。ATL路线也可以比AFP路线更宽。因此，ATL比AFP更有效，因为带的较宽宽度允许铺带机以较少的趟数覆盖相同的工装区域。与AFP相比，ATL还使用较便宜的材料。然而，从路线的一侧到另一侧不能使用不同速度来施加ATL带，并且ATL机的辊通常比AFP机的辊更宽、更刚性，并且通常柔性不如AFP机的辊。由于这些限制，ATL通常与弯曲轮廓不兼容，并且主要被归类用于制造平坦或接近平坦的复合零件。存在许多仅具有简单曲率的零件，其中由AFP提供的柔性水平是不必要的，并且其中AFP比期望的成本更高和低效，但是其中传统的ATL工艺与零件模具或工装的曲率不兼容。
[0004]复合零件(特别是具有某种曲率的那些零件)的制造中的另一问题由于热膨胀而发生。具体地，一旦完成带铺放或复合纤维放置，则固化(热固性)或熔合(热塑性)复合带。该固化处理或熔合处理可以包括经由真空和高压釜压力使复合带层被压缩并且加热超过它们的熔点或固化点，从而将复合带层固结在一起。一旦除去压力和热量，固结的复合材料变成具有在其上被固化或熔合的模具或工装的形状的硬化复合零件。然而，在复合零件的固化或熔合期间，其上固化或熔合复合零件的模具或工装通常经历一些热膨胀。因此，为了确保热膨胀不会导致尺寸不正确的复合零件，必须将该热膨胀考虑在内仔细地确定模具或工装的尺寸。即使小的尺寸误差或施加的热量的改变也可能导致尺寸不正确的复合零件。此外，如果以不同的速率冷却和收缩，在一些情况下甚至可能导致模具或工装破坏复合零件，特别是对于弯曲的复合零件。注意，加热整个烘箱或高压釜，以及加热模具或工装和复合零件也需要大量的功率。
[0005]复合零件(特别是飞行器结构)制造的另一困难是在单独固化或熔合复合零件后将复合零件组合在一起。例如，被称为“蒙皮”的复合部件通常与用作复合零件的内部框架
的子结构(例如框架和桁条)接合在一起。这可以借助于紧固件来完成，但通常更期望将零件集成为单个整体结构。蒙皮与子结构的共固化、共模制或熔合是在不增加孔和紧固件(这会增加飞行器结构的总体重量和成本)的情况下连接这些部件的一种方法。在两个复合部件的共固化、共模制或熔合在一起时，可以将子结构抵靠蒙皮放置并且可以将该组合放置在烘箱或高压釜中用于将子结构加热和熔合到该皮肤上。对于以这种方式共固化、共模制或熔合复合部件的传统方法可包括多个复杂的工装部件或模具部件，以提供足够的压力，用于在先前形成的复合部件固化在一起或再熔化以熔合它们时保持它们的形状和固结。因此，这种共固化或熔合铺叠技术可能是复杂且耗时的。

技术实现思路

[0006]在高层次上，本文的方面涉及将复合材料(也称为复合带)的层放置于平坦表面上的传导面板上，并且然后将面板和复合材料转移至弯曲的工装表面上，以通过加热面板将其上的复合材料固化、熔化或熔合。这可以利用用于制造热塑性复合零件的系统来实现，该系统包括面板、由第一绝缘材料制成或者具有第一绝缘材料放置在其上的工装表面、第二绝缘材料、以及热或电力源。具体地，面板可以由柔性或可成形的传导材料制成，以用于在其上放置热塑性复合零件。该工装表面可以由绝缘材料制成或者可以包括位于该工装表面上的第一绝缘材料。此外，面板被定位在工装表面和/或第一绝缘材料上。在一些实施方式中，工装表面的至少一部分不是平坦的以及/或者形成用于将复合零件固化成弯曲形状的简单曲率。第二绝缘材料被确定尺寸和构造用于在其固化、熔融或熔合之前放置在热塑性复合零件上。该热或电力源物理地耦接和/或电耦接至该面板并且被配置成生成足够的热量以固化热塑性复合零件。
[0007]在一些实施方式中，系统还可以包括自动铺带(ATL)机，该自动铺带机用于在将面板插入至工装表面上之前将复合材料条铺放至平坦表面上的面板上。此外，系统还可以包括不渗透膜，该不渗透膜被确定尺寸和构造用于在热塑性复合零件被从平坦表面放置到工装表面之后将不渗透膜放置在第二绝热材料和热塑性复合零件上。具体地，不渗透膜可以密封到工装表面，并且在向不渗透膜施加压差时可以将固结压力施加至热塑性复合零件，从而将不渗透膜压向工装表面。此外，热或电力源可以是焦耳热源并且可以包括附接至面板的相对端的至少两个传导汇流条和提供电流以加热面板的一个或更多个导线。
[0008]在高层次上，本文的方面涉及将复合材料路线(也称为复合带)的层放置于平坦表面上的面板上，并且然后将面板和复合材料转移至弯曲的工装表面上，以对其上的复合材料进行固化、熔融或熔合为复合零件。具体地，本专利技术的各种实施方式可以包括将由多个未固化或未熔合的复合材料层制成的蒙皮放置或形成在由柔性导热和/或导电材料制成的面板上。接下来，其上具有蒙皮的面板可以被转移至由绝热材料制成的工装表面或者具有位于工装表面与面板之间的第一绝热材料的工装表面上。然后可以将该面板放置成与热或电力源电接触和/或物理接触，并且可以将第二绝缘蒙皮放置在该蒙皮上。此外，可以将基本上不渗透膜放置在第二绝缘材料和蒙皮上、密封到工装表面、并且通过压差压向工装表面，从而压缩蒙皮。接下来，可以将面板加热至用于固化、熔融和/或熔合蒙皮的加工温度，然后冷却和/或硬化蒙皮。
[0009]本专利技术的各种实施方式还可以包括使用自动铺带(ATL)机来形成蒙皮，该自动铺
带机用于根据本领域已知的ATL方法将复合材料路线铺放至平坦表面上的面板上。此外，面板和蒙皮被转移到其上的工装表面可以是弯曲的。在一些实施方式中，经由焦耳加热将面板加热至蒙皮的固化温度、熔融温度和/或熔合温度。具体地，可以使用单匝变压器将电流感应到从蒙皮的一端延伸至蒙皮的相对端并且穿过单匝变压器的气隙的多条导线来加热面板。
[0010]提供本概述是为了以简化的形式介绍将在以下具体实施方式中进一步描述的一些概念。通过下面的具体实施本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于形成复合零件的系统，所述系统包括：面板，所述面板由传导材料制成，用于将所述复合零件放置在所述面板上；工装表面，其中，所述工装表面由绝缘材料制成，或者第一绝缘材料位于所述工装表面上，其中，所述面板被定位在所述工装表面和所述第一绝缘材料中的至少一个上，其中，所述工装表面的至少一部分不是平坦的；以及热或电力源，所述热或电力源以物理地耦接和电耦接中的至少一个而耦接至所述面板，其中，所述热或电力源产生足够的热量以固化、熔化和/或熔合复合零件。2.根据权利要求1所述的系统，还包括：用于放置在所述复合零件上的不渗透膜，其中，所述不渗透膜被密封到所述工装表面，并且当向所述不渗透膜施加将所述不渗透膜压向所述工装表面的压力差时，将固结压力施加至所述复合零件。3.根据权利要求1或2所述的系统，其中，所述工装表面是弯曲的，并且通过所述工装表面使所述面板弯曲。4.根据权利要求1或2所述的系统，还包括用于放置在所述复合零件上的第二绝缘材料。5.根据权利要求4所述的系统，其中，所述第二绝缘材料是绝缘片，所述绝缘片被切割以允许所述复合零件的至少一个子结构从所述绝缘片中突出，使得所述第二绝缘材料用作用于将所述子结构定位在所述复合零件的蒙皮上的预定位置处的模板。6.根据权利要求1或2所述的系统，其中，所述热或电力源包括在所述面板的相对端处的两个汇流条以及向所述面板提供焦耳加热的一根或更多根导线。7.根据权利要求1或2所述的系统，其中，所述热或电力源还包括单匝变压器，其中，所述一根或更多根导线从所述汇流条中的一个延伸至所述汇流条中的另一个，并且穿过所述单匝变压器的气隙，使得对所述面板的加热包括利用所述单匝变压器将电流感应到所述一根或更多根导线中。8.根据权利要求1或2所述的系统，其中，所述面板由钢制成。9.根据权利要求1或2所述的系统，还包括自动铺带(ATL)机，用于在将所述面板插入至所述工装表面上之前将复合材料的条铺放至平坦表面上的所述面板上。10.根据权利要求9所述的系统，还包括磁体放置装置，所述磁体放置装置能够操作成通过实现极性的改变来...

【专利技术属性】
技术研发人员：马克，
申请(专利权)人：势必锐航空系统有限公司，
类型：发明
国别省市：