[发明专利]制造复合制品的两阶段共固化方法

说明书

技术领域

本发明涉及制造复合制品的方法，具体涉及模制具有箱形梁横截面结构的复合制品的两阶段共固化方法，其中在该方法的第一阶段制造和成形复合制品的外壳，使该外壳在该方法的第二阶段作为工具以完成复合制品的制造。

发明背景

在各个应用方面特别是在航空领域方面，复合材料的应用持续地扩大。制造业工程师面临的一个困难任务是例如增强具有复杂结构的复合制品的再生产能力，减小制造复合制品所需要的模型组件的复杂性，减小制造复合制品所需要的总的制造周期时间以及减小在制造过程中所需要的手工劳作程度。在制造具有相当复杂的箱形梁横截面结构的复合制品时，具体面临这种困难(本说明书中所说的“复杂”规定为具有多个机械结头的复合制品，即在结构上使两个或多个箱形梁部件结合为整体的部位)。

本发明的受让人特别感兴趣的是提高RAH-66 Comanche直升飞机顶盖组件的结构构架(见图1A～1C)的再生产能力，该直升机是由受让人设计的。该顶盖组件的结构构架具有相当复杂的箱形梁横截面结构。为了以最佳方式例如以成本低、制造周期短和风险小的方式提高该结构构架的再生产能力，受让人的制造工程师评价了若干常规制造技术。

被评价的一种常规技术是：分别制造内部分和外部分，然后将内、外部分结合起来形成结构构架。这种技术一般涉及相当复杂的模型组件，该模型组件包括多个形成内、外部分的内、外部型线表面的互补的模型/工具。由于结构构架的结构相当复杂，为制造构成结构构架的内、外部分，该最佳技术至少需要7种互补的模型/工具(内部分制造成6个分立的部件，外部分制造为一个单个部件)。如本领域的技术人员理解的那样，要设置进行大规模生产结构构架的必不可少数目的成套互补模型/工具所需要的初始投资费用将大大增加结构构架的单位成本。另外，由于对每一个结构构架必须制造7种不同的部件，所以所需要的制造周期相当长且人工相当多。

一旦当内、外部分已作成单个的部件，还必须选择将单个部件结合起来形成结构构架的技术。一种常规的结合技术涉及利用机械紧固件将内、外部分结合起来。尽管使用机械紧固件是一种令人满意的技术，但在机械紧固件的使用中还存在若干缺点。首先，使用机械紧固件劳动强度大，例如要钻出必需的紧固件孔和安装紧固件，这显著增加了结构构架的单位成本以及总的制造周期时间。对于以下更详细说明的结构构架，据估计将需要800个机械紧固件来机械地结合内、外部分。此外，因为结构构架具有箱形梁横截面结构，所以不能使用常规的镦粗式机械紧固件，因为在镦粗操作时箱形梁结构不能进入结构构架的内部。因此必须用单面紧固件，而单面紧固件相当贵(约10美元/每个)。另外，使用单面紧固件还有很大的危险，因为由于箱形梁结构而不能目视检查由单面紧固件形成的机械连接的整体性。

另一种常规的结合技术是使用粘合剂例如聚醚醚酮(PEEK)等热塑性材料将内、外部分粘接接合起来。尽管这种技术也是令人满意的，但也有若干缺点。为了使构成内、外部分的各个部件保持在正确的粘合位置，需要粘合卡具。这种粘合卡具是很昂贵的，因为必须制造具有很精确的尺寸公差的这种卡具，并且需要进行大规模生产的初始投资费用，该费用也将增加结构构架的单位成本。其次，在内、外部分之间很难获得令人满意的粘合，因为由于箱形梁结构，在内、外部分之间很难施加一个向外的压力。另外，很难保证提供充足的热能以使粘合剂形成满意的粘合作用。

因此需要提供一种方法来增强具有箱形梁横截面结构的复合制品、例如直升飞机顶盖组件的结构构架的再生产能力。该方法应当不再使用相当复杂的模型组件，即不再使用多个互补的模型/工具和/或昂贵的粘合卡具，其中该互补的模型/工具确定了待制造复合制品的内、外部分的内、外部型线表面。

发明概述

本发明的一个目的是提供一种用于制造具有箱形梁横截面结构的复合制品的两阶段共固化方法，该方法不再使用常规的模型组件，即多个互补的模型/工具和/或昂贵的粘合卡具，其中该互补的模型/工具结合起来便构成复合制品的整体外部型线表面。

本发明的另一目的是提供按照本发明的两阶段共固化方法，其中在两阶段共固化方法的第一阶段加工中制造和成形复合制品的外壳，使该外壳在第二阶段加工中用作制造复合制品其余部分的工具。