[发明专利]形成高轮廓化复合结构的成形设备和方法

说明书

本公开涉及形成高轮廓化复合结构的成形设备和方法。提供了成形设备，该成形设备约束复合装载物并将复合装载物形成为高轮廓化复合结构。成形设备包括第一模具和第二模具，在第一模具与第二模具之间形成有复合装载物。第一模具具有间隔开以限定模腔的成对的第一模具部分，在该模腔中将复合装载物形成为具有盖帽的轮廓化帽区段。成形设备包括约束组件，该约束组件具有定位在模腔中的约束装置。约束装置被设计为在形成轮廓化帽区段时约束盖帽部分，并且针对由第二模具施加的向下压缩力抵靠盖帽部分施加向上阻力，以在盖帽中提供褶皱预防。约束组件具有保持元件，以保持约束装置。

技术领域

本公开总体上涉及复合结构(诸如用于飞行器行业的复合结构)的制造，并且更具体地涉及将扁平的复合装载物(composite charges)形成为高轮廓化(contoured) 复合结构(诸如结构构件，包括纵梁、加强筋构件等)的设备和方法。

背景技术

由于复合结构的高强度重量比、耐腐蚀性和其它有利性质，所以复合结构可以用于多种应用(包括飞行器制造)。具体地，在飞行器制造中，复合结构可以用于形成 飞行器的机身、机翼、尾部区段和其它零件。这种复合结构可以由复合层压材料形成， 该复合层压材料包括层压在一起的多个堆叠复合片层或层。

复合结构构件(诸如纵梁、加强筋构件等)可能需要针对特定应用定制的复杂轮廓。可以使用具有凸模具(male die)和凹模具(female die)的成形设备形成这种复 合结构构件，所述凸模具和凹模具将扁平复合层压装载物压缩并形成为沿其长度具有 轮廓化或高轮廓化形状的期望复合结构。

已知的成形设备和方法用于将扁平复合层压装载物形成为高轮廓化复合结构(诸如纵梁)。然而，在这种已知的成形设备和方法(其中作为成形过程的一部分，纵梁 沿其长度被轮廓化)中，在成形期间可能在复合装载物内局部地产生应力，这可能导 致在包含这些应力的纵梁区域中发生起皱或屈曲。在具有帽(hat)形截面剖面的轮 廓化纵梁或高轮廓化纵梁的情况下，应力可能倾向于在纵梁的轮廓化区域中形成，并 导致纵梁的盖帽(cap)起皱或屈曲，这会导致纵梁盖帽中出现褶皱或纤维变形。盖 帽的这种起皱或屈曲是不期望的，因为它可能影响纵梁的结构性能，从而导致需要重 新加工纵梁或改变纵梁设计。这进而可能导致大量的生产停机、劳动力增加和/或材 料成本增加。

此外，为了减少起皱或屈曲的可能性，使用扁平复合层压装载物制造高轮廓化结构构件(诸如纵梁)的已知方法可能限于手糊(hand lay-up)技术，其中各个片层是 用手叠放在模具或其它工具上的。这种已知的手糊技术可能是劳动强度大且耗时的， 并且可能导致制造成本增加。

因此，需要形成高轮廓化复合结构(诸如结构构件，包括纵梁、加强筋构件等) 的如下设备和方法，所述设备和方法防止或基本上防止轮廓化区域(诸如盖帽)中的 起皱或屈曲、避免使用手糊技术并且提供优于已知设备和方法的优点。

发明内容

本公开的示例实现提供了改进的成形设备和方法，所述改进的成形设备和方法使用第一模具或凹模具中的约束组件防止或基本上防止在高轮廓化复合结构(诸如纵梁) 中形成褶皱或纤维变形来形成高轮廓化复合结构(诸如纵梁)。如以下详细描述中所 讨论的，改进的成形设备和方法的版本可以提供优于已知设备和方法的显著优点。

在本公开的版本中，提供了一种约束复合装载物并将复合装载物形成为高轮廓化复合结构的成形设备。成形设备包括第一模具和第二模具，第一模具与第二模具之间 形成有复合装载物。第一模具具有间隔开以限定模腔的成对的第一模具部分，在该模 腔中将复合装载物形成为具有盖帽的轮廓化帽区段。成对的第一模具部分能够相对于 彼此滑动地移位。第二模具具有被设计用于至少部分地插入模腔中的锥形部分。