[发明专利]复合金属部件的生产、成型和粘结系统

说明书

本申请是中国发明申请(发明名称：复合金属部件的生产、成型和粘结 系统，申请日：2002年1月25日；申请号：02807031.3)的分案申请。

技术领域

本发明涉及复合体的生产及薄板金属部件的超塑性成型和粘结。

背景技术

一般用下述方法生产复合部件：用树脂基体或粘结介质如热塑性或热固 性树脂浸渍纤维材料如玻璃纤维，或者将薄板热塑性材料一起成型和粘结， 或者形成多个将形成零件的层。然后将这种树脂浸渍材料进行高温高压处 理，以将该材料压制成型，或熟化树脂基体或粘结介质，从而生成复合/粘结 部件。用下述方法形成粘结金属部件：将金属薄板成型，在薄板之间放置粘 结剂或粘结材料，然后在保持结合压力或夹紧压力的同时升温，确保有足够 高的粘结力。在每一种情况下都需要压制材料以从复合叠层或金属粘结剂中 排出过量气体和树脂，将层压品熟化成固体层或将固体层压品粘结在一起形 成成品零件。用这种方法可以生产高强度轻质部件，这种部件特别适用于航 空器、汽车和航海设施。

国际专利申请PCT/AU95/00593中描述了申请人开发的一种生产该复合 部件的系统，此处引入其详述部分作为参考。所述系统使用一对分别提供模 具表面和支撑表面的压力室。模具表面可以由形成其中一个压力室的壁的浮 动刚性或半刚性模具提供。支撑表面可以由形成另一个压力室的壁的第二个 协同浮动刚性或半刚性模具、真空袋或可弹性变形的囊状物提供。复合叠层 可以由上覆有可置于模具和支撑表面之间的剥皮织物和放散管织物的树脂 浸渍材料层制成。一旦复合叠层置放在适当位置，高温高压流体将通过每一 个压力室循环，从而双面压制叠层，形成或熟化树脂基体或粘结介质。另一 种方案是，首先将材料层置于模具中，形成层压品，用Resin Transfer Moulding 或Resin Film Infusion将树脂导入层压品，从而形成零件。循环流体能够以 快速循环时间非常均匀地熟化部件、将其加热和冷却，并且能够一些利用能 量。另外，在一个优选排列的该系统中，因为相同压力的流体通过每一个压 力室循环，所以在复合叠层的相反两侧上施加的是相同的压力。与用其它已 知的复合体生产方法生产的复合部件相比，该方法得到的复合部件具有优异 的材料均匀性。

申请人还开发了一种生产、修补、成型和粘结复合体和金属部件的系统， 其描述在国际专利申请PCT/AU01/00224中，该系统使用至少一个具有可替 换支柱面的压力室，流体在高温高压下循环。

在申请人开发的所有系统中，共同的工作原理是使用高温高压的循环流 体以实现熟化工艺。用循环流体作为加热介质(或冷却介质)的优点是能够将 热量快速而均匀地传递到加热区域。实际上，这将导致生产复合产品的熟化 时间大大短于用传统高压釜生产方法可能使用的熟化时间。这是因为与空气 相比，流体的传热率高(即，用水时，传热率一般比用空气大22倍)。这将大 大提高每单元的生产速率，降低生产成本。

使用循环流体的另一个优点是向叠层的传热更均匀，不会出现使用高压 釜或其它加热方法中发生的“过热点”。

申请人的系统还因为使用高压循环流体而在叠层上提供比较均匀的压 力。另外，在压力施加在叠层相反两侧的设计中，可以使压力平衡，不必使 用支撑任何施加的高负荷的具有高结构强度的设备。

本发明还可以利用“平衡密度”效应，从而能够生产大型面板和部件。下 面还将详述该效应。

虽然国际专利申请PCT/AU95/00593中描述的复合部件生产系统正在应 用，但是，在正生产的复合部件被熟化或成型前不可能制备下一个复合叠层。 还不易于改变用于生产不同复合部件的模具，因为这需要浮动刚性或半刚性 模具与压力室分离且被另一种不同结构的刚性或半刚性模具替换。

使用固定在压力室壁中的模具时，难以移动模具，难以接近模具，例如， 难以将复合材料放置在模具中。

另外还难以操作模具使得在模具在外面环绕有压力室的压力盒中时将 加强筋放在零件中。可以从模具中取出复合零件，然后将其放在夹具中并装 配加强筋如筋肋、堵头、定位板等。但是这并不可取，因为复合部件一般不 是刚性的，在所有加强筋到位前很可能弯曲。因此，在从模具中取出零件前 优选放置所有加强筋并完成所有二级处理工艺。用这种方法可以保证最大的 尺寸精度。