專利名稱：石墨帶材供給以及背紙卷取裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體上涉及在復(fù)合結(jié)構(gòu)的制造中使用的工具，并且特別地涉及石墨復(fù)合帶材供給以及背紙巻取裝置，其用來與高速、復(fù)合帶材層壓機器一起使用，該復(fù)合帶材層壓機器能夠使用更大的帶材供給巻軸以及更寬的帶材，因此實現(xiàn)了在層壓過程中更高的層壓速率和更低的材料花費。
背景技術(shù)：
對較大的、復(fù)雜的復(fù)合部件的需求，比如，舉例來說，在復(fù)合機架中使用的復(fù)合部件的需求正在快速增長。這些部件典型地通過將平行復(fù)合帶材的層片在成形工具上彼此緊密地鄰近鋪放在一起然后固化樹脂進行生產(chǎn)，復(fù)合帶材例如為被注入未固化樹脂的單向石墨纖維帶材("預(yù)浸漬體")。供應(yīng)商
典型地通過兩種方法之一來滿足增長的需求l)購買各種各樣的、現(xiàn)有技術(shù)中的層壓機器，或者2)開發(fā)能夠以更高速率層壓部件的機器。第二種選擇，開發(fā)高速層壓機器，從長遠來看能夠真正減少刀具、裝備以及設(shè)備成本。
現(xiàn)有的帶材供給方案全都依賴于相對窄的帶材，其被"水平盤繞"在長巻筒上，即，類似于線盤繞在配備有可往復(fù)棘爪的釣竿繞線輪上的方式。為了水平盤繞材料，帶材寬被限制到0.5英寸。窄帶材不能夠被"單根盤繞"在對應(yīng)寬度的巻軸上，即，以電影膠巻的方式，因為巻軸的直徑不得不在總體上增加來在其上容納所需要量的帶材，因此，將會產(chǎn)生無法接受的高慣量。
"調(diào)節(jié)輥，，，即被放置在靠近巻筒，并且在其上解開帶材纏繞的輔助輥子，通常用來通過加速巻筒來吸收施加到帶材上的振動，當(dāng)減速巻筒時，作用在巻筒上的制動器用來吸收巻筒的慣量?，F(xiàn)有方案中對施加到供給巻筒上的制動力的進行主動控制以及對調(diào)節(jié)輥運動進行被動控制。因為現(xiàn)有方案中沒有對調(diào)節(jié)輥位置的主動控制，因此它們控制慣量不同的大型供給巻軸具有極大的困難。
因此，現(xiàn)有方案的應(yīng)用限于其上水平纏繞層壓帶材的巻筒，且層壓帶材的最大寬度限于0.5英寸。當(dāng)鋪設(shè)帶材刈幅(swath)時，層壓機器能夠處理
5的帶材層片的總量是有限的，從而使用窄的帶材造成了相對小的總刈寬，因 此需要機器的層壓頭大量越過鋪設(shè)工具，用來層壓具有相對大面積的部件。 因此，如果能可靠地使用更寬帶材層片的多條層片，就能實現(xiàn)更高的層壓速 度。
因此，在工業(yè)中需要使得復(fù)合帶材層壓機器能夠可靠鋪設(shè)具有更大寬度 的復(fù)合帶材，從而實現(xiàn)總體層壓速度的提高。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明，石墨復(fù)合帶材供給以及背紙巻取裝置用來與復(fù)合帶材層壓 機器相結(jié)合，能夠使總體上更大的帶材供給巻軸以及總體上更寬的帶材在機 器上可靠地使用，因此在層壓過程中實現(xiàn)更高的層壓速度和更低的材料花費。
在一個示例的實施例中，裝置包括轉(zhuǎn)動安裝的供給巻軸，鄰近供給巻軸 安裝的可轉(zhuǎn)動的巻取巻軸，安裝成相對于供給和巻取巻軸側(cè)向移動的調(diào)節(jié) 輥，適于在工件表面上進行滾軋運動的可轉(zhuǎn)動的壓緊輥，設(shè)置在調(diào)節(jié)輥與層 壓頭之間的可轉(zhuǎn)動的剝離輥。帶材包括彼此粘接到 一起的第 一和第二層片并 被盤繞在供給巻軸上。第一層片具有從供給巻軸沿伸出來的外端部，圍繞調(diào) 節(jié)輥和剝離輥并位于壓緊輥的下方。第二層片具有從供給巻軸沿伸出來的外 端部，圍繞調(diào)節(jié)輥和剝離輥并連接到巻取巻軸的盤芯上。提供有一種機構(gòu)， 用于主動控制供給以及巻取巻軸的旋轉(zhuǎn)和調(diào)節(jié)輥的側(cè)向運動，這樣壓緊輥在 工件表面上運動以及后續(xù)第一層片切割過程中，至少第一層片上的張力被保 持基本恒定。
在另一個示例的實施例中，方法包括提供旋轉(zhuǎn)安裝的供給巻軸，其上繞
制帶材，所述的帶材具有相互粘在一起的第一和第二層片；鄰近供給巻軸安 裝旋轉(zhuǎn)安裝的巻取巻軸；安裝調(diào)節(jié)輥，以相對于供給和巻取巻軸側(cè)向移動； 安裝可旋轉(zhuǎn)的壓緊輥，用于在工件表面進行滾軋運動；在調(diào)節(jié)輥與壓緊輥之 間安裝可轉(zhuǎn)動的剝離輥；從供給巻軸延伸出第一層片的外端部，圍繞調(diào)節(jié)輥 和剝離輥并位于壓緊輥的下方；從供給巻軸延伸出第二層片的外端部，圍繞 調(diào)節(jié)輥和剝離輥并連接到巻取巻軸的盤芯上；在工件的表面上滾軋壓緊輥， 以使第 一層片的粘性側(cè)粘到工件表面上；在壓緊輥移動期間切割第二層片； 以及主動控制供給以及巻取巻軸的旋轉(zhuǎn)和調(diào)節(jié)輥的側(cè)向移動，以使壓緊輥在工件的表面上運動以及后續(xù)的第一層片切割過程中，至少第一層片的張力保持基本恒定。
一種裝置，包括供給巻軸；
設(shè)置為靠近供給巻軸的巻取巻軸；
安裝成相對于供給以及巻取巻軸側(cè)向移動的調(diào)節(jié)輥；
適于在工件的表面上進行滾軋運動的壓緊輥；
設(shè)置在調(diào)節(jié)輥與層壓頭之間的剝離輥；
帶材，所述帶材包括彼此粘接到一起的第一和第二層片并被盤繞在供給巻軸上，第一層片具有從供給巻軸沿伸出來的外端部，圍繞調(diào)節(jié)輥和剝離輥并位于壓緊輥的下方，第二層片具有從供給巻軸沿伸出來的外端部，圍繞調(diào)節(jié)輥和剝離輥并連接到巻取巻軸的盤芯上；以及
用于主動控制供給以及巻取巻軸旋轉(zhuǎn)和調(diào)節(jié)輥側(cè)向運動的機構(gòu)，以便壓緊輥在工件的表面上運動以及后續(xù)的第 一層片切割過程中，至少第 一層片上的張力保持基本恒定。
如上所述的裝置，其中帶材被單根盤繞在供給巻軸上。
如上所述的裝置，其中第二層片在其相對的兩個側(cè)面上涂覆有隔離劑，并且其中 一個側(cè)面上的隔離劑的隔離性要比另 一個側(cè)面上的隔離劑的隔離性強。
在所述裝置中，所述帶材單根纏繞在供給巻軸上。在所述裝置中，第二層片的相對兩側(cè)上涂覆有釋放劑，且一側(cè)的釋放劑的釋放特性較之另 一側(cè)的釋放劑的釋放特性更強。
在所述裝置中，第一層片包括以未固結(jié)樹脂浸漬的石墨纖維基體。在所述裝置中，該裝置將第一層片供給層壓頭，使其粘性側(cè)面向工件。在所述裝置中，第一層片張力控制機構(gòu)包括
傳感器，用于感知調(diào)節(jié)輥的側(cè)向位置并用于產(chǎn)生與該位置相應(yīng)的信號；促動器，耦接到調(diào)節(jié)輥并可以操作以響應(yīng)傳感器產(chǎn)生的信號來側(cè)向移動
調(diào)節(jié)輥；
制動器，作用在供給輥上并可操作以響應(yīng)傳感器產(chǎn)生的信號來制動供給輥的旋轉(zhuǎn)；
張緊器，作用在巻取輥上并可操作以保持第二層片上的張力基本上恒
7定。
在所述裝置中，傳感器包括位于促動器內(nèi)的接近式傳感器。在所述裝置中，該裝置設(shè)置在支撐框架上，從而在其穿越工件表面的運
動過程中引導(dǎo)壓緊輥，并進一步包括
設(shè)置在第一裝置附近的第二裝置，從而在第一裝置穿越工件表面的運動
過程中跟隨壓緊輥，并從該主動裝置橫向偏移第一層片的寬度。一種裝備有上述裝置、用來制造飛機的帶材層壓機器。一種裝備有上述裝置優(yōu)選實施方式、用來制造飛機的帶材層壓機器。一種方法，將包括第一和第二層片的帶材在第二層片層壓到工件過程中
供給給層壓機器的方法，該方法包括
將上述裝置安裝在層壓機器的支撐框架上；從供給巻軸向?qū)訅簷C器供給所述帶材；在所述帶材到達層壓頭之前，從所述帶材剝離第二層片；在所述第二層片從所述帶材剝離之后，利用巻取巻軸巻取所述第二層
片；
在工件表面輥軋壓緊輥，以使第一層片的粘性側(cè)粘結(jié)到所述表面；在壓緊輥運動過程中切割所述第二層片；和
控制供給和巻取巻軸的旋轉(zhuǎn)以及調(diào)節(jié)輥相對于支撐框架的側(cè)向運動，以使壓緊輥在工件表面上運動以及隨后切割第 一層片的過程中'至少第 一層片上的張力基本上保持恒定。
一種方法，包括
提供轉(zhuǎn)動安裝的供給巻軸，其上纏繞帶材，所述帶材包括相互粘在一起并盤繞第一和第二層片；
鄰近供給巻軸安裝可轉(zhuǎn)動的巻取巻軸；安裝可轉(zhuǎn)動的調(diào)節(jié)輥，用于相對于供給和巻取巻軸側(cè)向移動；安裝可轉(zhuǎn)動的壓緊輥，用于在工件表面進行滾軋運動；在調(diào)節(jié)輥與壓緊輥之間安裝可轉(zhuǎn)動的剝離輥；
從供給巻軸延伸出第 一層片的外端部，圍繞調(diào)節(jié)輥和剝離輥并位于壓緊輥的下方；
從供給巻軸延伸出第二層片的外端部，圍繞調(diào)節(jié)輥和剝離輥并連接到巻取巻軸的盤芯上；
8在工件的表面上滾軋壓緊輥，以使第一層片的粘性側(cè)粘到表面上；
在壓緊輥移動期間切割第二層片；以及
主動控制供給以及巻取巻軸的旋轉(zhuǎn)和調(diào)節(jié)輥的側(cè)向移動，以使壓緊輥在 工件的表面上運動以及在后續(xù)的第 一層片切割過程中，至少第 一層片的張力 被保持基本恒定。
在上述方法中，壓緊輥的滾軋包括
用壓緊輥將第一層片的外端部粘結(jié)到工件上的第 一位置處； 在工件的表面上滾軋壓緊輥用以將帶材從供給巻軸上剝離；以及， 在壓緊輥在工件的表面上移動期間，使用壓緊輥將帶材的粘性側(cè)壓緊到 工件的表面上。
如上所述的方法，其中第 一層片的切割包括在工件上的第二位置處切割 第一層片。
如上所述的方法，其中帶材被單根盤繞在供給巻軸上。 如上所述的方法，其中將第一層片的粘性側(cè)壓緊到工件的表面上包括向
壓緊輥提供帶材，以使粘性側(cè)面向工件表面。
如上所述的方法，其中對供給以及巻取巻軸旋轉(zhuǎn)和調(diào)節(jié)輥側(cè)向移動的控
制包括
檢測調(diào)節(jié)輥的側(cè)向位置并根據(jù)所述的位置產(chǎn)生信號； 根據(jù)信號側(cè)向移動調(diào)節(jié)輥；
根據(jù)信號制動供給巻軸的轉(zhuǎn)動；以及，
轉(zhuǎn)動巻取巻軸用以在第二層片在被從帶材剝離后，保持其張力基本恒定。
一種向高速石墨帶材層壓機器供給石墨帶材的裝置，該裝置包括
可轉(zhuǎn)動地安裝在層壓機器支架上的帶材供給巻軸； 可轉(zhuǎn)動地安裝到支架上鄰近帶材供給巻軸的背紙巻取巻軸； 安裝成在支架上側(cè)向移動的調(diào)節(jié)輥； 轉(zhuǎn)動地安裝于調(diào)節(jié)輥與層壓頭之間的剝離輥； 水平盤繞在供給巻軸上的石墨帶材層片，
所述帶材具有粘到其上有粘性一側(cè)的背紙和從供給巻軸延伸出來的外
端部，圍繞調(diào)節(jié)輥和剝離輥并延伸至層壓機器的層壓頭，
背紙具有從供給巻軸延伸出來的外端部，圍繞調(diào)節(jié)輥和剝離輥并連接于
9巻耳又巻軸的盤芯，以及
其中剝離輥被-沒置成，帶材和背紙經(jīng)過剝離輥的運動可導(dǎo)致帶材和背紙 向不同方向移動，因此將張力作用在帶材與背紙之間的粘性平面上，并且將 背紙從帶材上剝離用于盤繞到巻取巻軸上；以及，
用于主動控制供給以及巻取巻軸旋轉(zhuǎn)和調(diào)節(jié)輥相對支架側(cè)向移動的機 構(gòu)，這樣在層壓機器的帶材添加操作和帶材切割操作過程中，帶材的張力被 保持基本恒定。
在上述裝置中，該裝置放置在支架上用以在層壓頭越過工件表面過程中
引導(dǎo)層壓頭，并且進一步包括
靠近第一裝置放置的第二裝置用以在壓緊輥越過工件表面的過程中跟 隨壓緊輥，并被從引導(dǎo)裝置橫向偏移第一層片寬度的距離。
在上述裝置中，進一步包括多個引導(dǎo)和滯后裝置，它們各自彼此橫向偏 移，這樣層壓機器能夠在壓緊輥單次越過表面的過程中，同步地將多個平行 的、橫向鄰接的石墨帶材層壓到工件的表面上。
一種用于在將帶材層壓到工件表面的過程中，向?qū)訅簷C器供給石墨帶材
以及巻取粘到帶材粘性一側(cè)上的背紙的方法，該方法包括 在層壓機器支架上可轉(zhuǎn)動地安裝帶材供給巻軸； 在支架上鄰近帶材供給巻軸可轉(zhuǎn)動地安裝背紙巻取巻軸；
在支架上安裝調(diào)節(jié)輥，用來在其上側(cè)向移動； 將具有粘到其上的背紙的帶材層片單根盤繞到供給巻軸上； 從供給巻軸延伸出帶材的外端部，圍繞調(diào)節(jié)輥并位于層壓機器的壓緊輥 之下；
在調(diào)節(jié)輥與壓緊輥之間安裝可轉(zhuǎn)動的剝離輥，以使帶材和背紙越過剝離 輥的運動導(dǎo)致帶材和剝離輥向不同方向運動，因此將張力作用在帶材與背紙 之間的粘性平面上，并且將背紙從帶材上剝離用于盤繞到巻取巻軸上；
在帶材到達層壓頭之前，使用剝離輥將背紙從帶材上剝離；
將背紙盤繞到巻取巻軸上；
使用壓緊輥將帶材外端部有粘性的一側(cè)粘結(jié)在工件表面上的第一位置； 滾軋壓緊輥越過工件表面用以將帶材從供給巻軸上抽出； 在壓緊輥越過工件的移動過程中，使用壓緊輥將帶材有粘性的一側(cè)壓在 工件表面上；在壓緊輥移動過程中，在工件表面上的第二位置處切割帶材；以及主動控制供給以及巻取巻軸的旋轉(zhuǎn)和調(diào)節(jié)輥相對支架的側(cè)向移動，以使
在層壓機器的帶材添加操作和帶材切割操作過程中，帶材的張力被保持基本恒定。
如上所述的方法，其中層壓機器進一步包括第一和第二多個帶材供給以及背紙巻取巻軸，調(diào)節(jié)輥，剝離輥和壓緊輥，多個壓緊輥各自彼此橫向偏移
帶材寬度的距離，并且各自被放置用以引導(dǎo)和跟隨壓緊輥，并且進一步包括在壓緊輥單次越過表面時，將多個平行的，橫向鄰接的石墨帶材層壓到
工件表面上。
對上面更好的理解以及本發(fā)明的許多其它特征和優(yōu)點能夠從下面的示例實施例的詳細描述中得到，特別是如果這種描迷結(jié)合附圖，其中相同的附圖標(biāo)記在這里不同的附圖中被用來表示相同的元件。


圖1是根據(jù)本發(fā)明的石墨帶材供給以及背紙巻取裝置的示例實施例的局部正視圖，圖中所示為安裝在石墨帶材層壓機器上并靠近它的層壓頭；
圖2是圖1中的示例裝置沿著主動和從動帶材供給以及背紙巻取巻軸的
各自中心的剖面線所見的頂部剖面圖3是圖1中的示例裝置的帶材供給以及背紙巻取部分的原理框圖4是根據(jù)本發(fā)明，顯示了在層壓過程中，示例實施例中用于向帶材層壓機器供給石墨帶材的方法的連續(xù)步驟的工藝流程圖5是示例實施例的主動供給巻軸以及輔助的巻取巻軸的局部放大正視圖，顯示了在穩(wěn)定狀態(tài)的帶材層壓操作過程中；
圖6是圖5中的供給以及巻取巻軸的另一個局部放大正視圖，顯示了在"切割，，操作之后且在"添加"操作之前；
圖7是供給以及巻取巻軸的另一個局部放大正視圖，顯示了在添加操作之間；
圖8A和8B是圖5中的主動供給以及巻取巻軸的局部放大正視圖，顯示了在切割操作之后裝置的調(diào)節(jié)輥的運動；
圖9是飛機產(chǎn)品和維修方法的流程圖；以及圖IO是飛機的方塊圖。
ii
具體實施例方式
根據(jù)本發(fā)明的石墨帶材供給以及背紙巻取裝置10的示例實施例在圖1的局部正視圖中被圖示。圖2是示例裝置IO如圖所示沿著圖1中的剖面線
2-2的剖面圖。圖3是圖1和2中裝置的示例帶材供給以及背紙巻取部分的
原理框圖。
參考圖1-3可見，示例裝置10包括一對石墨帶材供給巻軸14L和14T以及輔助的一對背紙巻取巻軸16L和16T,它們可被安裝在層壓機器的支架18上，以便在帶材層壓過程中，各自沿與巻軸14L、 14T、 16L和16T相關(guān)的箭頭DR獨立旋轉(zhuǎn)。
在層壓過程中，層壓機器(未示出)具有位于其上的層壓頭12，可相對于位于層壓頭12下方的工件(未示出)沿著圖1中箭頭DT的方向移動，即向圖中的左側(cè)。在這個移動過程中，石墨帶材20L和20T的層片或"拖帶，，具有分別粘到它們上的背紙30L和30T，背紙30L和30T被從各自的供給巻軸14L和14T上剝離，越過各自的"調(diào)節(jié)"輥22L和22T，然后越過各自的"剝離"輥24L和24T。當(dāng)各層片20L和20T越過剝離輥24L和24T時，各背紙30L和30T被從各層片20L和20T上剝離接著被分別盤繞到巻取巻軸16L和16T上。然后，層片20LS和20TS，即剝離了它們各自的背紙30L和30T的石墨帶材，越過各自的導(dǎo)向輥子26L和26T，由此，在層壓頭12內(nèi)經(jīng)過各自的壓緊輥28L和28T下方。隨著機器的層壓頭12沿著箭頭DT的方向越過工件，層壓頭12的壓緊輥28L和28T分別將各自 一個帶材束的粘性側(cè)S壓置于工件的表面上。
層壓頭12穿越工件結(jié)束時，帶材層片20LS和20TS的各個層片可在"運行期間，，被切割，也就是說層壓機器仍然在移動時。在切割操作之后，層壓機器可被相對于工件升起，水平轉(zhuǎn)過選定的角度，如，舉幾個為例，45。、90。、 135。和180。，接著往回朝著工件向下。然后機器沿另一個方向可再次經(jīng)過工件，比如，與第一次經(jīng)過的方向相反的方向，即圖l中向右的方向。
在前述的布置中，當(dāng)鋪設(shè)帶材時，供給和背紙巻取巻軸14L和WL以及另外處于圖中層壓頭12左側(cè)的相關(guān)組件總是"引導(dǎo)，，層壓頭12，因此在這里稱為裝置10的"主動"組件，反之，層壓頭12右側(cè)的組件總是"跟隨"所述頭部，因此被稱為裝置的"從動"組件。另外，如圖2頂部剖面圖中所示，在所示的實施例中，裝置10的/人動
組件14T、 WT、 20T、 22T、 24T、 26T和28T可相對于裝置的主動組件在層壓機器的運動DT方向上產(chǎn)生橫向偏移，偏移距離等于相應(yīng)帶材20L和20T中一個的寬度的節(jié)距。這導(dǎo)致石墨帶材層片20LS和20TS同時以平行、并排和鄰接的關(guān)系鋪到工件上。因此，層壓機器可將多根帶材層片20LS和20TS同時以單根或者刈幅(swath)的形式鋪到工件上。另外，如圖2所示，層壓機器可包括附屬的多套以相似的間距或節(jié)距延伸的主動和從動帶材供給和背紙巻取組件14L、 16L、 22L、 24L、 26L和28L以及14T、 16T、 22T、24T、 26T和28T。例如，在示出的特定示例實施例中，裝置10可包括五組這種附屬套14L、 16L、 22L、 24L、 26L和28L以及14T、 16T、 22T、 24T、
20LS和20TS的12根平行的、鄰接層片或刈幅同步鋪在工件上。
層壓機器使用的石墨帶材20可包括嵌入或注入未固化樹脂內(nèi)的單向石墨纖維基體，該未固化的樹脂是一種有時候被稱為"預(yù)浸漬體"的樹脂。因為樹脂沒有固化，因此摸起來有些粘，或者很粘。為了保持樹脂的粘性并且便于操作，帶材被制造成讓背紙襯墊30粘到其一側(cè)上。背紙30在相對的兩表面上混合有強度不同的釋放劑，也就是說，背紙一側(cè)的釋放能力比另一側(cè)的釋放能力強。石墨帶材提供有不同粘性度，以便帶材能夠被單方向盤繞在供給巻軸上。然后所述帶材易于從巻軸上剝離，也就是說，不會粘到帶材的接下來的內(nèi)層上，但是背紙仍然粘在石墨帶材的一側(cè)上，該側(cè)被稱為帶材的"粘性，，側(cè)。背紙可以保持粘合直到即將敷設(shè)到工件上之前，從而可以最大程度地保持帶材的粘性側(cè)的粘性。
因此，有必要在帶材20敷設(shè)到工件上之前去掉并保存背紙30。為了在去掉背紙后保存該背紙，裝置10的每個供應(yīng)巻軸ML和都分別具有放置在它們旁邊的輔助的背紙巻取巻軸16L和16T。如圖1和圖4的工藝流程圖所示，在步驟Sl，供給巻軸14L和14T分別裝載石墨帶材20L和20T，每個石墨帶材都分別具有粘到其上的保護背紙30L和30T，并且裝載好的供給巻軸14L和14T連同各自的背紙巻取巻軸16L和16T —起安裝在層壓機器上。
在步驟S2,帶材20L和20T各自的外側(cè)端部圍繞穿過各自的調(diào)節(jié)輥22L和22T,然后圍繞各自的剝離輥24L和24T穿過。然后各自的背紙30L和30T在剝離輥ML和處從它們各自的帶材20L和20T上剝離。在步驟 S3，背紙的各自外側(cè)端部接著被連接到各自的背紙巻取巻軸的盤芯上。帶材 20LS和20TS的外側(cè)端部即已經(jīng)剝離了它們各自背紙的石墨帶材在層壓頭 l2中從各自導(dǎo)向巻軸26L和26T的上方穿過，然后從它們各自的壓緊輥28L 和28T下方穿過。
剝離輥24L和24T被布置成使各自的20L和20T以及它們粘著的背紙 30L和30T穿過剝離輥24L和24T的運動可以導(dǎo)致各自的帶材和背紙朝向不 同的方向運動。換句話說，帶材和它們各自的背紙在各自的剝離輥24L和 24T處被彼此拉開。帶材和它們各自的背紙之間的相對運動的這種改變在帶 材和它們各自的背紙之間賦予張力，該張力能夠作用于粘附平面，從而將背 紙從它們各自的帶材上剝離以便于背紙隨后盤繞到各自的背紙巻取巻軸16L 和16T上。
因此，在層壓操作過程中，帶材20L和20T被從它們各自的供給巻軸 14L和14T上拉出，越過各自的調(diào)節(jié)輥22L和22T，然后越過各自的剝離輥 24L和24T。這時，各自的背紙30L和30T被從各自的帶材層片上剝離，然 后被纏繞到裝置的背紙巻取巻軸16L和16T上，如圖1所示。然后石墨帶材 層片20LS和20TS分別越過接下來的相應(yīng)的導(dǎo)向和壓緊輥26L， 26T， 2此 和28T。在之前由背紙30L和30T保護的帶材的粘性側(cè)(圖中由S，s表示) 現(xiàn)在被適當(dāng)?shù)乇┞逗头胖?，用來通過各自的壓緊輥28L和2ST施加到工件上。
如圖4的工藝流程圖所示，層壓過程具有兩個步驟S々和S5。這兩個步 驟可包括石墨帶材的相對急劇的加速和減速，從而，以及各自輔助的帶材供 給和背紙巻耳又巻軸14L、 14T和16L、 16T的加速和減速。這兩個步驟可^皮 稱為帶材"添加"步驟S4和帶材"切割"步驟S5。
在添加步驟S4中，層壓機器的層壓頭12，并且尤其是壓緊輥28L和28T, 在工件上平移一小段距離。在添加之前，帶材20LS和20TS的端部可放置 在離壓緊輥28L和28T —小段距離的位置處。當(dāng)帶材的端部可垂直對準(zhǔn)工件 上的第一位置時，在降低所述頭之前開始供給所述帶材，該第一位置例如是 工件的邊緣，在這個位置開始傳送。壓緊輥28L和28T然后可下降到工件上， 這樣壓緊輥將帶材20LS和20TS各自端部的粘性側(cè)固定到工件上。添加是 在"運行過程，，中完成的，也就是說，與此同時層壓機器和頭12正相對工件 移動。包括帶材供給裝置IO的機器，然后可在工件上方沿圖1中的箭頭DT
14方向以很高的速率平移，這樣壓緊輥將帶材20LS和20TS的復(fù)合層片的粘 性側(cè)"S"壓到工件上，從而使帶材層片粘到工件上。在添加步驟中，機器越 過工件，帶材20L和20T可被強有力地快速從各自的供給巻軸14L和14T 上剝離，也就是連同供給巻軸14L和14T一起可被強有力地加速，從而，為 了防止層壓頭12的輥子在帶材上打滑以免造成損害或者對添加的精確性造 成不利影響，需要精確控制帶材的張力。因為在運行過程中完成添加(即層 壓機器在工件上的添加位置上不中止)，需要一致地控制添加的時間以及帶 材的張力。
當(dāng)壓緊輥28L和28T越過工件的第二位置例如相對的第二邊緣時，可結(jié) 束傳送。在軋制的終點，帶材添加步驟可以結(jié)束，接著切割過程S5可以開 始。在切割過程中，各自的切刀(未示出)在運行過程中可以快速地切斷帶 材20LS和20TS，也就是，與此同時帶材仍然在移動，并且對準(zhǔn)工件上的第 二位置。在切割過程中，帶材20LS和20TS以及各自的供給巻軸14L和14T 可被很快地減速。如上所述，因此需要謹(jǐn)慎地控制帶材20LS和20TS的各 自張力以避免不希望的結(jié)果。
如本領(lǐng)域技術(shù)人員可以意料到的，在添加和切割過程中，都需要對石墨 帶材20LS和20TS的拉伸保持準(zhǔn)確、精確的控制，以獲得精確、可靠和高 速的層壓過程。在這里所描述的示例裝置10可以適應(yīng)這種準(zhǔn)確的控制。同 樣，盡管裝置可使用沒有前例的1.5英寸寬的盤繞在供給巻軸ML和MT上 的石墨帶材20，但是并不限于這些寬度，同樣也可有利地使用其它帶材寬。
因此，本發(fā)明的裝置10特別適合于供給需要高速層壓的大量材料。如 上所述，當(dāng)層壓成型部分時，由眾多窄層片構(gòu)成的很寬的刈幅可以在一次通 過時被敷設(shè)。在這里這個過程被稱為"纖維布置"。傳統(tǒng)層壓機器布置纖維的 難點之一可能在于控制許多單獨的帶材供給。特別是，在層壓過程中保持帶 材的合適的張力，避免在添加過程中，導(dǎo)致帶材橋接在鋒利的輪廓上、帶材 超出切割的范圍和/或其它不希望有的情況。裝置10可從各自的供給巻軸ML 和14T連續(xù)供給取向一致的石墨帶材20L和20T。裝置可去除各自的背紙 30L和30T并將其收集到各自的巻取巻軸16L和16T上。裝置可具有主動控 制的調(diào)節(jié)輥22L和22T,供給巻軸制動系統(tǒng)32L和32T以及背紙巻取巻軸調(diào) 節(jié)輥34L和34T，該調(diào)節(jié)輥34L和34T適于以將要在下面進行描述的方法精 確控制帶材的張力和巻軸的慣量。因此，該裝置可以提供可靠的方式，用于向使用高速的、在帶材的運行過程中添加和切割的層壓及其供給具有相對較 寬的石墨帶材20的多個刈幅。
裝置10可使用簡單的打開/關(guān)閉主動控制，來控制調(diào)節(jié)輥22L和22T并 且向供給巻軸14L和14T提供合適的制動，該合適的制動不依賴于層壓的速 度或巻軸的慣量。如上所述，現(xiàn)有方案中使用的帶材供給繞線軸也會增加材 料的花費。在現(xiàn)有方案中，石墨帶材或"狹長材料，，首先從背紙上取下，然后 在將帶材盤繞到繞線軸盤心上之前，薄的塑料"替換"底片被再次加到帶材 上。如上所述，本發(fā)明的裝置10使用帶材20L、 20T,其中原來的背紙30 仍然粘到所述帶材20L、 20T上，從而避免了需要替換底片。現(xiàn)有技術(shù)方案 的另一個不利點是寬的層壓刈幅寬度所需要的多個、水平盤繞的繞線軸需要 比能夠并排地堆疊起來的大直徑、窄寬度的供給巻軸14L和14T大很多的寬 度，例如這里圖1和2中所示的裝置10。
如圖1所示，裝置10可被設(shè)計成可接收的大的，單根盤繞的供給巻軸 14L、 14T，它們盤繞相對寬的帶材20L、 20T,也就是，它們的寬度是現(xiàn)有 技術(shù)中供給裝置所限制的0.5英寸帶材寬度的三倍或更大。在本發(fā)明的帶材 供給裝置IO的一個實施例中，各自的調(diào)節(jié)輥22L和22T可安裝在位于支架 18上的各自線性導(dǎo)向器40L和40T內(nèi)。各自的氣動傳動機構(gòu)36L和36T可 通過各自的推桿38L和38T分別向調(diào)節(jié)輥22L和22T提供力。簡單的打開/ 關(guān)閉控制可將施加到各自調(diào)節(jié)輥22L和22T上的力從低值變到高值。這個簡 單的、主動控制機構(gòu)能確保各自的供給巻軸ML和MT在運行過程中切割時 停止，而不會引起帶材20L和20T松弛，并確保調(diào)節(jié)輥22L和22T在運行 過程中添加時處于最佳位置。適當(dāng)定位的調(diào)節(jié)輥確?？赏瓿商砑佣粫?dǎo)致 帶材產(chǎn)生過大的張力，并且確保可完成切割而不會讓帶材越過邊界，其中該 過大的張力會造成帶材的損壞或行程啟動不精確。
因此，在穩(wěn)定狀態(tài)的層壓過程中，氣動調(diào)節(jié)輥傳動缸36L和36T,背紙 巻取繞線軸調(diào)節(jié)輥34L和34T，以及通過各自的巻軸制動器32L和施加 到供給巻軸14L和14T的制動力可聯(lián)合起來保持壓緊輥28L和28T處的帶 材20LS和20TS的張力較低并且一致。壓緊輥28L和28T上過大的張力也 會造成工件成形工具輪廓的階躍變化處產(chǎn)生橋接(未示出)。
裝置IO也可支撐所有粘性面朝下的層壓。如上所述，石墨帶材20粘到 背紙30上的"S，，側(cè)呈現(xiàn)出比任意時長暴露在空氣和光線中的一側(cè)具有更大的粘度。裝置10的測試已經(jīng)證明如果所有的帶材朝向一個方向，換句話說， 粘性側(cè)"S"朝下，那么層壓性能可以提高。如上所述，圖l和2所示的示例 結(jié)構(gòu)可使得層壓機器能夠?qū)⑺胸追氖珟Р牡恼承詡?cè)朝下放置。因此，
主動供給巻軸ML可由面向內(nèi)部("紙內(nèi)")的背紙30L單一纏繞，隨動巻軸 MT由面向外部("紙外，，)的背紙30T單一纏繞。因此并不是簡單地反應(yīng)背 紙巻取巻軸16L和16T的位置，而是可以分別如圖1所示那才羊布置，從而在 各個供給帶材20L和20T面向?qū)訅簷C器供給時使巻取背紙30L和30T分別 面向內(nèi)部和外部。
重要地，本發(fā)明的裝置IO可為使用大的、高慣量的供給巻軸14L和14T 提供所需的主動控制，這些巻軸可由相對較寬的帶材單根盤繞。如上所述， 現(xiàn)有的方案可能限于使用0.5英寸帶材進行水平盤繞。因此，裝置IO可提供 層壓系統(tǒng)所必需的元件，該必需的元件表現(xiàn)為材料成本更低和層壓速度明顯 更高。
圖5是裝置10的一部分的放大局部正視圖，僅顯示了處于穩(wěn)定狀態(tài)的 帶材層壓操作過程中的導(dǎo)向供給巻軸14L和其輔助的巻曲繞線軸ML。如圖 5所示，在朝向?qū)訅簷C器的層壓頭12前進之前，帶材SOL首先圍繞調(diào)節(jié)輥 22L重新定向。帶材20L的張力可在調(diào)節(jié)輥托架42L上產(chǎn)生力，該力朝向圖 的右側(cè)。氣缸36L可在托架42L上產(chǎn)生力，該力朝向左側(cè)從而可部分平衡帶 材的張力。在穩(wěn)定的層壓過程中，耦接到制動桿^L從而有選擇地向供給巻 軸14T施加大制動力的氣動傳動缸44L可以不起作用，這就使制動桿的集成 壓縮彈簧在供給巻軸上產(chǎn)生較小的并且基本上恒定的制動力。制動力可在移 動的帶材20L上產(chǎn)生受控制的張力。進而，帶材的張力可保持調(diào)節(jié)輥2ZL處 于充分張緊的位置，如圖5所示。如上所述，隨著帶材^L越過層壓機器的 剝離輥24L，背紙30L被從帶材20L上剝離。背紙30L可吸收消減處于輥 24L上游的帶材20L中的一些張力，并且?guī)Р?0LS剩余的受控制的張力向 下朝著壓緊輥28L延伸(圖5中不可見)。
圖6是圖5中裝置IO主動供給以及背紙巻取巻軸14L和16L部分的放 大局部正視圖，顯示了緊接在切割操作之后以及平衡用于添加操作。當(dāng)切割 帶材20L時，可轉(zhuǎn)換氣動調(diào)節(jié)輥傳動缸36L來獲得更大的回縮力，其可引起 促動器的傳動桿38L相對于支架18向左收回調(diào)節(jié)輥托架42L以及調(diào)節(jié)輥 22L,如圖6所示。由于上面所描述的作用于供給巻軸ML上的恒定拖曳力，隨著供給巻軸ML減速，調(diào)節(jié)輥22L的這個運動可調(diào)節(jié)帶材20L的松弛。 一旦氣缸36L已經(jīng)收回了調(diào)節(jié)輥22L的總行程的大約80%,就可以使用傳 感器37產(chǎn)生的信號來啟動上述的強力制動汽缸44L，這就可以使供給巻軸 l化迅速停止轉(zhuǎn)動，其中傳感器37位于促動器36L中用于檢測調(diào)節(jié)輥22L 相對于促動器36L的相對位置。
圖7是圖5中裝置10主動供給以及背紙巻取巻軸14L和16L部分的放 大局部正視圖，顯示了在添加操作過程中。在添加開始，氣動傳動氣缸36L 在調(diào)節(jié)輥22L上產(chǎn)生的力可被減小到較低的設(shè)定。然后，帶材20L的張力將 調(diào)節(jié)輥22L向右移動，如圖7中的大箭頭DT所示。在添加過程中，讓帶材 20L的張力最小可以改善起始點的精確度和一致性。
圖8A和8B是在切割操作步驟S5之后，圖5中裝置10主動供給以及 背紙巻取巻軸14L和16L部分的放大局部正視圖，在這里供給巻軸24L可 被制動以阻止旋轉(zhuǎn)。當(dāng)在工件上層壓材料時和在重新定位移動期間，層壓機 器的頭12可以搖擺向下，如圖8A所示，或者向上，如圖8B所示。在切割 步驟S5之后，巻軸制動器32L阻止供給巻軸14L轉(zhuǎn)動。因為如圖中所示， 頭12的搖擺運動可改變供給巻軸14L與頭12之間帶材的長度，所以在層壓 頭12的搖擺運動期間，調(diào)節(jié)輥22L可適當(dāng)?shù)匾苿觼肀３趾愣ǖ膸Р膹埩Σ?變。因此，分別如圖5A和5B所示，在層壓期間頭12的轉(zhuǎn)動可影響帶材201^ 的耗費速度。在供給巻軸14L靜止的時候，頭l2的轉(zhuǎn)動可導(dǎo)致調(diào)節(jié)輥22L 移動。因而，調(diào)節(jié)輥22L在切割期間可以不完全收回，這樣可在切割之后立 即消除帶材的任何松弛。
根據(jù)這里所描述的示例實施例，裝置10可提供高速帶材層壓機器的重 要特征?，F(xiàn)有使用0.5英寸帶材水平盤繞的基于繞線軸的機器不能實現(xiàn)與裝
備有以更寬的帶材單根盤繞的大型供給巻軸的機器一樣高的層壓速度。因 此，裝置10可幫助將帶材層壓技術(shù)提高到更高的水平上，減少加工成本、 設(shè)施、材料和設(shè)備。
更加特別地參考圖，可以在如圖9所示的飛機的制造和維修方法900以 及圖10所示的飛機卯2中描述本發(fā)明的實施例。在生產(chǎn)之前，示例方法卯O 可包括飛機卯2的規(guī)格制定和設(shè)計904以及材料采購卯6。在生產(chǎn)過程中， 可以進行飛機902的部件和子組件制造卯8以及系統(tǒng)集成910。其后，飛機 902可通過認證和交付912，以便進行服役914。在用戶使用的過程中，飛機
18卯2按計劃進行例行維護及維修916 (其也可包括改良，改型，裝修等等)。
方法900的每一個步驟均可被系統(tǒng)集成、第三方和/或操作者(例如用戶) 執(zhí)行和實施。這里為了描述，系統(tǒng)集成可包括但不限于任意數(shù)量的飛機制造 商和主系統(tǒng)分包商；第三方可包括但不限于任意數(shù)量的分銷商、分包商，以 及供應(yīng)商；并且操作者可以是航空公司、租賃公司、軍事機構(gòu)和服務(wù)機構(gòu)等等。
如圖10所示，由示例方法900生產(chǎn)的飛機902可包括具有多個系統(tǒng)920 的機身91 8和機艙922。高級系統(tǒng)920的例子包括推進系統(tǒng)924 、電氣系統(tǒng) 926、液壓系統(tǒng)928和環(huán)境系統(tǒng)930之一或者多個。也可包括任何數(shù)量的其 它系統(tǒng)。盡管顯示了航空航天的例子，但是本發(fā)明的原理也可以被應(yīng)用到其 它行業(yè)上，比如汽車行業(yè)。
包含在此的裝置和方法可以應(yīng)用于制造和維修方法900的任何一個或者
作或制造對應(yīng)于生產(chǎn)過程908的組件或部件。同樣， 一個或更多裝置的示例 實施例、方法的示例實施例或它們的結(jié)合在生產(chǎn)階段908和910中也可被使
地，例如且不限于， 一個或更多的裝置的示例實施例、方法的示例實施例或
如本領(lǐng)域技術(shù)人員可以預(yù)料到的，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的前提 下，實現(xiàn)本發(fā)明的石墨帶材供給以及背紙巻取裝置能夠做出許多修改，代替 和改變。根據(jù)這個，本發(fā)明的范圍不應(yīng)該限制于這里所描述并被圖示的特定 實施例，它們僅僅作為關(guān)于石墨帶材供給以及背紙巻取裝置的一些例子，應(yīng) 當(dāng)與此后所附的權(quán)利要求書中的本發(fā)明及其功能相同的對等物完全相當(dāng)。
19
權(quán)利要求
1. 一種裝置，包括供給卷軸；靠近供給卷軸設(shè)置的卷取卷軸；安裝成相對于供給以及卷取卷軸側(cè)向移動的調(diào)節(jié)輥；適于在工件的表面上進行滾軋運動的壓緊輥；設(shè)置在調(diào)節(jié)輥與層壓頭之間的剝離輥；包括彼此粘接到一起的第一和第二層片并被盤繞在供給卷軸上的帶材，第一層片具有從供給卷軸沿伸出來的外端部，圍繞著調(diào)節(jié)輥和剝離輥并位于壓緊輥的下方，第二層片具有從供給卷軸沿伸出來的外端部，圍繞著調(diào)節(jié)輥和剝離輥并連接到卷取卷軸的盤芯上；以及用于主動控制供給以及卷取卷軸的轉(zhuǎn)動和調(diào)節(jié)輥側(cè)向運動的機構(gòu)，以便在壓緊輥在工件的表面上運動以及在后續(xù)的第一層片切割過程中，至少第一層片的張力被保持基本恒定。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中帶材被單根盤繞在供給巻軸上。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，其中第二層片在其相對的兩個側(cè)面上 涂覆有釋放劑，并且其中一個側(cè)面上的釋放劑的釋放性要比另 一個側(cè)面上的 釋放劑的釋放性強。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中第一層片包括注入有未固化樹脂 的石墨纖維基體。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中裝置向?qū)訅侯^供給第一層片，使 粘性面朝向工件。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中第一層片張力控制機構(gòu)包括 用于檢測調(diào)節(jié)輥側(cè)向位置并產(chǎn)生對應(yīng)于所述位置的信號的傳感器； 連接到調(diào)節(jié)輥的促動器，響應(yīng)傳感器產(chǎn)生的信號，可操作地側(cè)向移動調(diào)節(jié)輥；作用于供給巻軸的制動器，響應(yīng)傳感器產(chǎn)生的信號，可操作地制動供給 巻軸的旋轉(zhuǎn)；以及作用于巻取巻軸的張緊器，可操作地維持第二層片的張力基本恒定。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的裝置，其中傳感器包括位于促動器內(nèi)的接近式傳感器。
8. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的裝置，其中促動器包括氣動促動器。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中裝置被放在支架上用以在其越過工件表面的過程中引導(dǎo)壓緊輥，并且還包括；設(shè)置在第一裝置旁邊的第二裝置，用以在壓緊輥越過工件表面的過程中 跟著壓緊輥，并且從引導(dǎo)裝置橫向偏移第一層片寬度的距離。
10. —種方法，包括提供一種轉(zhuǎn)動地安裝的供給巻軸，其上繞制帶材，所述帶材具有相互粘在一起的第一和第二層片；鄰近供給巻軸安裝可轉(zhuǎn)動的巻取巻軸；安裝用于相對于供給和巻取巻軸側(cè)向移動的可轉(zhuǎn)動的調(diào)節(jié)輥； 安裝用于在工件表面進行滾軋運動的可轉(zhuǎn)動的壓緊輥； 在調(diào)節(jié)輥與壓緊輥之間安裝可轉(zhuǎn)動的剝離輥；從供給巻軸延伸出第一層片的外端部，圍繞調(diào)節(jié)輥和剝離輥并位于壓緊 輥的下方；從供給巻軸延伸出的第二層片的外端部，圍繞調(diào)節(jié)輥和剝離輥并連接到 巻取巻軸的盤芯上；在工件的表面上滾軋壓緊輥，這樣第一層片的粘性側(cè)被粘到表面上； 在壓緊輥移動期間切割第二層片；以及主動控制供給以及巻取巻軸的轉(zhuǎn)動和調(diào)節(jié)輥的側(cè)向移動，這樣在壓緊輥 在工件的表面上運動以及在后續(xù)的第一層片切割過程中，至少第一層片的張 力被保持基本恒定。
11. 根據(jù)權(quán)利要求IO所述的方法，其中壓緊輥的滾軋包括 用壓緊輥將第 一層片的外端部粘結(jié)到工件上的第 一位置處；在工件的表面上滾軋壓緊輥用以將帶材從供給巻軸上剝離；以及 在壓緊輥在工件的表面上移動期間，使用壓緊輥將帶材的粘性側(cè)壓緊到 工件的表面上。
12. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中第一層片的切割包括在工件上 的第二位置處切割第 一層片。
13. 根據(jù)權(quán)利要求IO所述的方法，其中帶材被單根盤繞在供給巻軸上。
14. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中將第一層片的粘性側(cè)壓緊到工件的表面上包括向壓緊輥提供帶材，使粘性側(cè)面向工件表面。
15.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中對供給以及巻取巻軸旋轉(zhuǎn)和調(diào)節(jié)輥側(cè)向移動的控制包括檢測調(diào)節(jié)輥的側(cè)向位置并根據(jù)所述的位置產(chǎn)生信號； 根據(jù)信號側(cè)向移動調(diào)節(jié)輥； 根據(jù)信號制動供給巻軸的轉(zhuǎn)動；以及，轉(zhuǎn)動巻取巻軸用以在第二層片從帶材剝離后，保持其張力基本恒定。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種向高速石墨帶材層壓機器供給相對較寬的帶材的一個層片或更多層片的裝置，該裝置包括轉(zhuǎn)動地安裝在機器上的帶材供給卷軸以及背紙卷取卷軸，安裝在機器上用來側(cè)向移動的調(diào)節(jié)輥，以及用來對帶材供給卷軸以及背紙卷取卷軸的轉(zhuǎn)動和調(diào)節(jié)輥相對于支架的側(cè)向移動進行主動控制的機構(gòu)，這樣在層壓機器的運行期間帶材添加操作和運行期間帶材切割操作過程中，各個帶材的張力保持基本恒定。
文檔編號B32B37/10GK101486269SQ200910126
公開日2009年7月22日 申請日期2009年1月4日 優(yōu)先權(quán)日2008年1月2日
發(fā)明者托馬斯·J·哈格曼, 馬克·S·邦克 申請人:波音公司