[发明专利]用于生产三维干纤维预成型件的系统和方法

说明书

背景技术

复合材料被用于各种广泛的应用中。例如，在飞机构造中，复合材料的使用量增加，以用于形成常规管翼飞机的机身、机翼以及尾部。复合材料还可以用于混合翼/身飞机中，其中机身可与机翼融合并且成一整体。复合结构可以包括用于增加复合结构的总体强度和硬度的增强元件。例如，复合面板可以包括多个复合加强件(如框架和纵梁)，其可以被耦接到复合蒙皮构件上以便增加复合面板的总体强度和硬度。在一种制造复合面板的方法中，多个三维纵梁可以形成为多个干织物材料预成型件。纵梁预成型件可以被组装到相对平坦或弯曲的蒙皮预成型件。该蒙皮和纵梁预成型件组件可注入树脂并允许固化形成最终复合面板，该最终复合面板可以用于形成飞机机身。

用于形成三维纵梁预成型件的多个常规方法包括用于组装、折叠、并且缝合干织物的多个手动操作。例如，用于形成纵梁预成型件的多个常规方法要求手动铺叠或者堆叠多个单独干织物件或层片以形成叠置件。该方法可以另外包括沿着该叠置件的长度将多个织物层片复板手动定位在一个或多个位置处。随后，叠置件可被手动折叠以便形成腹板，该腹板可由手来粘缝并被装载到用于插入一个或多个腹板接缝的缝合夹具中。在缝合腹板后，部分成形的纵梁可以被整合，并被手动定位在预成型件组件夹具中。在安装在组装夹具中后，可以手动形成多个纵梁凸缘，可以安装多种半径填料，并且可以在凸缘上方手动施加多条撕扯带条(tear straps)。

不幸的是，上述预成型件成型工艺广泛依赖于熟练触摸劳动，这存在着若干缺点。例如，手动铺叠、折叠、以及粘缝干织物所要求的大量操作导致用于生产每个纵梁预成型件的漫长的周期时间。对于某些复合结构，大量纵梁预成型件可以显著增加复合结构生产日程。纵梁截面的变化、凸缘宽度的变化、以及沿着纵梁长度的局部层片复板堆积增加了复杂性和制造每个纵梁预成型件所要求的时间。另外，形成每个纵梁预成型件所要求的高准确度可以导致多个纵梁预成型件之间的显著尺寸变化以及要求进行可能增加生产成本的返工的过高报废率。

如可看出，本领域中需要一种形成纵梁预成型件的系统和方法，该系统和方法要求最小量的经常性熟练触摸劳动。另外，本领域中需要一种以较少时间和较低成本形成纵梁预成型件的系统和方法。此外，本领域中需要一种以高准确度和纵梁预成型件间的最小尺寸变化形成纵梁预成型件的系统和方法。

发明内容

与形成三维干纤维预成型件相关联的上述需要由本公开提供的一种预成型件成型机来特定地解决和缓解。该预成型件成型机可以包括成型块组件和夹板组件。该成型块组件可以具有成型台和成型块，并且可以以串联成型块组件的形式被定位。该夹板组件可以具有夹紧台和夹板，并且可以以与该串联成型块组件成相对关系安排的串联夹板组件的形式定位。每个成型块都可以被构造成将叠置件折叠到其自身上方以形成预成型件的腹板。每个夹板都可以被构造成在该叠置件的折叠过程中将该叠置件夹紧至该成型台上。

在另一个实施例中，披露了一种具有串联成型块组件和串联夹板组件的预成型件成型机。该串联成型块组件可以是彼此成并排关系安排的。同样，该串联夹板组件可以是彼此成并排关系并与该串联成型块组件成相对关系来安排的。成型块组件中的每一个都可以具有成型台和成型块。夹板组件中的每一个都可以具有夹紧台和夹板。每个成型块都可以被构造成将叠置件折叠到其自身上方以形成预成型件的腹板。每个夹板都可以被构造成在该叠置件的折叠过程中将该叠置件夹紧至该成型台上。

还披露了一种生产三维干纤维预成型件的方法。这种方法可以包括将多个织物层片的叠置件铺叠在由串联成型块组件和与该串联成型块组件成相对关系定位的串联夹板组件限定的铺叠表面上。这种方法可以进一步包括使用夹板将该叠置件夹紧至该铺叠表面上，并且使用成型块将该叠置件围绕一条腹板折叠线折叠以形成预成型件的腹板的多个重叠层。

所讨论的特征、功能以及优势可以在本公开的各实施例中独立地实现或者可以在其他实施例中组合，其进一步的细节可以参见以下具体实施方式和附图。

附图说明

本公开的以及其他特征将会在参照附图时变得更为清楚，其中在整个附图中类似标号表示类似部件，并且其中：

图1是预成型件成型机的单一单元的实施例的透视图示；

图2是图1的预成型件成型机的另透视图示；

图3是图1的预成型件成型机单元的成型块组件的侧视图；

图4是图1的预成型件成型机单元的夹板组件的侧视图；

图5是基层的平坦样式的平面视图，该基层由干纤维层片材料形成并且可以叠置件的形式铺叠在预成型件成型机上以便制造预成型件；