[发明专利]轻质柔性心轴及其制造方法

说明书

技术领域

本发明大体涉及用于制造零件的工具，特别是那些由复合材料制成的工具，并且更特别地涉及符合零件的局部轮廓的轻质柔性心轴。

背景技术

心轴可以用于铺放、压实和/或固化各种零件，所述零件可以拥有心轴必须符合的一个或更多个曲线、轮廓或表面特征。例如，在飞机工业中，可以需要用于机身或机翼的纵梁以符合复合材料蒙皮，该蒙皮可以被成形为和/或具有诸如局部层皮增加或减少的表面特征。

在过去，心轴由柔性复合材料形成，其允许心轴表面符合零件轮廓。然而复合材料心轴在操纵期间常遭受损坏并且由于在较高生产运行应用中的工具表面磨损而导致其会具有有限的寿命。具有匹配零件轮廓的必要几何形状的金属类型心轴能够被制造，然而这种类型的工具生产相对昂贵。此外，具有必要刚度的金属心轴相对较重并且会需要使用高架起重机或专用设备来操纵它们。

因此，就需要一种轻质柔性心轴，其便捷地符合局部零件轮廓并且可以很容易地被操纵而不需要起重机或者其它设备。还需要一种轻质柔性心轴，其很容易以低成本被制造、耐用并且产生光滑的零件表面精整。

发明内容

本公开的实施例提供一种轻质柔性心轴，其适合用于铺放、压实和/或固化复合零件，例如具有一个或更多个局部表面轮廓的相对长的复合纵梁。心轴包括耐用的金属外部套管以及由诸如柔性聚合物的轻质柔性填充物材料形成的内芯。外部套管可以包括相对薄壁的槽型构件，其设置有穿过一个或更多个套管壁的多个狭槽。狭槽给心轴在选定位置提供一定程度的柔性以符合局部零件轮廓或特征，例如层条增加或层条减少。轻质柔性内芯的使用可以允许心轴在没有高架起重机或专用操纵设备时被操纵和铺放。外部金属套管提供耐用的工具表面，其具有长的使用寿命且可以生产相对光滑的表面精整。薄金属外部套管和低密度内芯的使用导致心轴在固化工艺期间吸收更少的热量，这可以减少总的能量消耗，且提供更短的加热和冷却时间。

根据一种公开的实施例，提供一种用于加工零件的心轴。心轴包括外部管套以及在管套内的大体柔性内芯，其中该外部套管具有沿其长度的至少一个柔性部分以允许管套弯曲成期望轮廓。外部管套是金属的且可以具有基本U形的横截面。内芯可以包括结构泡沫、弹性体和复合层合体中的一种。外部管套可包括至少三个侧面，且管套的柔性部分包括在外部套管的一个侧面中的多个被隔开的大体平行狭槽。在此处具有狭槽的侧面通过一对圆角边缘被连接到三个侧面中的其他两个。

根据另一实施例，提供一种用于在制造复合零件中使用的轻质柔性心轴。心轴包括细长金属槽型构件，其具有外部侧面，其中复合零件铺层可以被放置在该外部侧面上。槽型构件具有限定内部空腔的基本U形横截面以及在一个侧面中的多个狭槽允许该侧面在零件铺层的压实期间弯曲成期望轮廓。心轴进一步包括大体柔性内芯，其基本填充槽型构件的内部空腔并且结构地支撑槽型构件的侧面。槽型构件可包括因瓦合金金属，且内芯可以包括结构泡沫、弹性体和复合层合体中的一种。狭槽可以仅沿着其内具有狭槽的侧面的长度的一部分延伸。其内具有狭槽的侧面通过圆角边缘被连接到所述侧面中的其他侧面且狭槽延伸通过圆角边缘。

根据又一实施例，提供一种制造用于加工零件的柔性心轴的方法。方法包括形成外部管套，将柔性芯放置在外部管套内部，以及沿管套的长度的至少一部分在外部管套中形成狭槽，这允许管套弯曲成期望轮廓。

总之，根据本发明的一个方面，在此提供一种用于加工零件的心轴，其包括：具有外部管套，其沿其长度的至少一个柔性部分以允许管套弯曲成期望轮廓；以及在管套内的大体柔性内芯。

有利地是心轴中外部管套是金属的。

有利地是心轴中外部管套具有是基本U形的横截面。

有利地是心轴中内芯包括结构泡沫、弹性体和复合层合体中的一种。

有利地是心轴中外部管套包括至少三个侧面，且管套的柔性部分包括在外部管套的一个侧面中的多个被隔开的大体平行的狭槽。

有利地是心轴中其内具有狭槽的侧面通过一对圆角边缘被连接到三个侧面中的其它两个。

有利地是心轴中外部管套由金属形成，并且内芯是轻质聚合物且基本填充外部管套。

有利地是心轴进一步包括端对端连接在一起的多个外部管套。

有利地是心轴中外部管套是金属的，其具有一个侧面，该侧面限定工具面且具有通过其的多个狭槽以允许工具面沿着管套的柔性部分弯曲，并且芯是具有足够强度来反作用被施加到外部管套的力的轻质聚合物。