專利名稱：生產復合材料填料的方法和設備的制作方法
技術領域：
本公開主要涉及制作復合材料結構，并且更具體地涉及一種生產用于填充這些結構中的間隙的填料的方法和設備。
背景技術：
可通過將兩個或更多構件連接在一起來制作復合材料結構。在一些情況下，在構件之間的接頭區(qū)域中可能有一個或更多間隙，這會降低接頭的強度。為了加強接頭，以填料填充間隙，有時也將其稱為半徑填料、嵌片或填面。可由復合材料，諸如粘合劑、預浸料坯帶或織物形成該填料。在一些情況下，由于鄰接復合材料構件彼此會聚或發(fā)散，間隙的橫截面可能沿其長度發(fā)生尺寸和/或形狀變化。例如，復合材料蒙皮上的層板墊起、層板降落和/或榫接可導致蒙皮和疊置加強構件，諸如被附接至蒙皮的桁條之間的可變間隙。過去，使用包括層壓單向纖維預浸料坯帶的手動接合/層合技術來具有可變橫截面形狀的填料，其中纖維方向平行于間隙的長度。要求多個處理步驟的這種手動層合技術是費力并且耗時的。另外，使用單向纖維加固的填料會經受運動，并且可能不能呈現(xiàn)期望抵裂紋程度。因此，存在對一種生產復合材料填料的方法和設備的需求，該復合材料填料沿其長度具有可變橫截面，其可靠并且可重復，并且其通過自動化制作過程而降低勞動力成本。也存在對上述方法和設備的一種需求，其中使用該方法和設備能導致具有改進的硬度、韌性和/或抵裂度的填料。

發(fā)明內容
所公開的實施例提供一種生產復合材料填料的方法和設備，該復合材料填料具有改進的韌性和強度，并且其降低生產具有沿其長度變化的橫截面的填料所需的時間和勞動力。通過層壓纖維預浸料坯(Pr印reg)層板實現(xiàn)改進的填料韌性和強度，其中層壓層板具有變化的纖維取向?？赏ㄟ^自動化設備執(zhí)行該方法，該設備生產期望長度和變化橫截面形狀和/或面積的層壓填料。該設備允許將粘合劑自動地施加至填料的外部表面，而不需要手動勞動?？墒褂酶俚奶幚聿襟E，更快并且以更可重復的結果生產復合材料填料。根據(jù)一個公開實施例，提供一種生產復合材料填料的設備，其包括可旋轉模具和用于使一堆加固帶體/加強帶穿過該模具的裝置。該模具包括外圍模具面，其適合使一堆帶體形成期望的橫截面形狀。模具的橫截面繞其外圍變化。用于拉動該堆帶體通過該模具的裝置包括拉出器。該設備還可包括多個軸架以及引導器，該軸架每個都適合支持和分配一個帶體，該引導器用于將從軸架分配的帶體引導為一堆。該引導器可包括多個對齊狹槽，以用于分別將帶體引導成該堆。該設備還可包括切割和添加裝置，以用于切割從軸架分配的帶體并且選擇性地將分配的帶體添加至引導器。該設備還可包括熱滑道，以用于引導和加熱通過模具形成的該堆帶體。模具可基本為圓形形狀，并且繞中心軸線旋轉。模具面可包括至少一個第一圓周截面，其具有基本不變的橫截面面積；以及第二圓周截面，其具有變化的橫截面面積。該設備還可包括用于將預浸料坯層板構成的堆疊切開為多個預浸料坯帶體的切開器以及用于將切割預浸料坯帶體重新引導為堆疊關系的重新引導裝置。根據(jù)另一公開實施例，提供一種用于生產復合材料填料的設備，其包括:切開器，其適合將多層復合材料疊層切開為多個并排帶體；以及重新引導裝置，其用于將該并排帶體重新引導為一堆。該設備還包括:成形模具，其用于使該堆復合材料帶體形成期望的橫截面形狀；以及拉出器，其用于拉動該堆基本連續(xù)地通過該切開器、重新引導裝置和成形模具。重新引導裝置可包括滾筒，其用于改變復合材料預浸料坯帶體相對彼此的取向。成形模具可旋轉，并且包括具有繞其外圍的可變橫截面的基本圓形模具面。根據(jù)另一實施例，提供一種制作具有沿其長度變化的橫截面的復合材料填料的方法。該方法包括:形成一堆復合材料預浸料坯帶體；通過至少一個模具進給該堆帶體；以及使用模具形成該堆帶體，包括隨著該堆通過模具被進給而改變模具接觸該堆的面的形狀。改變模具面形狀包括隨著將該堆通過模具進給，旋轉該模具。形成該堆帶體包括從多個軸架相應分配復合材料預浸料坯帶體，并且將該帶體彼此對齊為一堆。根據(jù)另一實施例，提供一種制作復合材料填料的方法。該方法包括:形成多層復合材料疊層；通過切開器和至少一個成形模具基本連續(xù)地進給該疊層；以及使用切開器，從而將該疊層切開為多個并排復合材料預浸料坯帶體。該方法還包括:隨著從切開器進給復合材料預浸料坯帶體至成形模具，將該復合材料預浸料坯帶體對齊為一堆；以及使用模具，從而使該堆復合材料帶體形成填料。形成疊層可包括疊置具有至少兩個不同纖維取向的單向纖維預浸料坯層板?？偟膩碚f，根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供一種生產復合材料填料的設備，該設備具有至少一個可旋轉模具，該模具具有外圍模具面，后者適合使一堆復合材料加固帶體形成期望的橫截面形狀，其中模具面的橫截面形狀繞模具的外圍而變化；以及一種移動該堆加固帶體通過模具的裝置。有利地，在所述設備中，所述模具包括用于拉動所述堆疊通過所述模具的拉出器；以及所述帶體為纖維預浸料坯。有利地，所述設備還包括多個軸架，其每個都適合支持并且分配一個所述加固帶體；以及引導器，其用于將從所述軸架分配的所述加固帶體引導為一堆。有利地，在所述設備中，所述引導器包括多個對齊狹槽，其用于相應將所述加固帶體引導為所述一堆。有利地，所述設備還包括切割和添加裝置，其用于切割從所述軸架分配的所述加固帶體，并且將分配的所述加固帶體選擇性添加至所述引導器。有利地，在所述設備中，所述加固帶體為預浸料坯，并且所述設備還包括多個提起卷軸，其適合隨著預浸料坯帶體從所述軸架分配，提起相應在所述預浸料坯的帶體上的襯紙。有利地，在所述設備中還包括用于將所述一堆加固帶體引導到所述模具中的滑道。有利地，在所述設備中，其中所述滑道為熱滑道。有利地，在所述設備中，其中所述模具基本為圓形并且具有中心軸線，所述模具繞所述中心軸線旋轉。
有利地，在所述設備中，其中所述模具面的橫截面形狀基本為V形。有利地，所述設備還包括表面，其形成夾口，其中可進給所述一堆加固帶體，并且所述模具擠壓所述一堆加固帶體抵靠該表面。有利地，在所述設備中，所述模具基本為圓形，并且所述模具面繞所述模具的全部圓周的至少一部分延伸。有利地，在所述設備中，所述模具基本為圓形；并且所述模具面的橫截面繞所述模具的圓周基本連續(xù)地變化。有利地，在所述設備中，所述模具基本為圓形；并且所述模具面包括:至少第一圓周段，其具有基本不變的橫截面面積；以及至少第二圓周段，其具有變化橫截面面積。有利地，在所述設備中，所述模具形成所述一堆加固帶體的第一橫截面，以及所述設備還包括第二模具，其具有適合形成所述一堆加固帶體的第二橫截面的外圍模具面，其中所述第二模具的模具面的橫截面形狀繞所述第二模具的外圍改變。有利地，所述設備還包括至少一個粘合劑分配器，其用于分配粘合劑；以及裝置，其用于將被分配的粘合劑壓到形成的所述一堆加固帶體上，所述裝置包括凸輪面，其具有繞所述裝置的所述外圍變化的橫截面面積。有利地，在所述設備中，所述分配器包括卷軸，其適合支持粘性帶體；以及在所述凸輪將所述粘合劑壓到所形成的堆之前，所述卷軸將所述粘性帶體分配到所形成的一堆加固帶體上。有利地，所述設備還包括切開器，其用于將預浸料坯層板疊層切開為多個帶體；以及重新引導裝置，其用于將切割的預浸料坯帶體重新引導為堆疊關系。有利地，所述設備還包括控制器，其用于同步所述模具的旋轉和所述裝置的操作，用于移動該堆通過所述模具。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種生產復合材料填料的設備，其包括:切開器，其適合將多層復合材料疊層切開為多個并排帶體；重新引導裝置，其用于將該并排帶體重新引導為一堆；成形模具，其用于使該堆復合材料帶體形成期望的橫截面形狀；以及拉出器，其用于拉動復合材料疊層通過切開器、重新引導裝置和成形模具。有利地，在所述設備中，重新引導裝置包括滾筒，其用于改變所述帶體相對彼此的取向。有利地，在所述設備中，成形模具被布置在所述拉出器和所述切開器之間。有利地，在所述設備中，其中所述成形模具可旋轉，并且包括基本圓形的模具面，其具有繞其外圍的可變橫截面。有利地，在所述設備中，所述重新引導裝置包括滾筒，通過所述滾筒進給所述并排帶體。有利地，所述設備還包括一組壓緊滾筒，其用于壓緊所述一堆帶體。有利地，在所述設備中，其中所述切開器包括多個切割器，其被以不同距離間隔隔開，從而將疊層切開為不同寬度的帶體。有利地，所述設備還包括熱滑道，可將所述堆從所述切開器進給至所述熱滑道，并且被其加熱至成形溫度。有利地，所述設備還包括:至少一個粘合劑分配器，其用于分配粘合劑；以及凸輪，其用于將被分配的粘合劑壓到所形成的所述一堆帶體上，所述凸輪包括凸輪面，其具有繞所述凸輪的所述外圍變化的橫截面面積。根據(jù)本發(fā)明的又一方面，提供一種制作具有沿其長度變化的橫截面的復合材料填料的方法，包括:形成一堆復合材料預浸料坯帶體；進給所述堆帶體通過模具；以及使用所述模具形成所述一堆帶體，包括隨著將該堆被進給通過所述模具，改變接觸所述一堆帶體的模具面的形狀。有利地，在所述方法中，改變所述模具面的形狀包括隨著將所述堆進給通過所述模具而旋轉所述模具。有利地，所述方法還包括與改變接觸所述堆的所述模具的形狀同步地進給所述堆通過所述模具。有利地，在所述方法中，形成所述一堆帶體包括分別從多個軸架分配復合材料預浸料坯帶體；以及將所述帶體彼此對齊。有利地，在所述方法中，通過使所述帶體穿過引導器對齊所述帶體；以及形成所述帶體還包括將被對齊的帶體壓緊為一堆。有利地，所述方法還包括通過使所述一堆穿過熱滑道而將所述一堆帶體加熱至成
形溫度。有利地，所述方法還包括將粘合劑帶體施加至所形成的預浸料坯帶體堆；以及將所述粘合劑壓緊所形成的堆。有利地，在所述方法中，通過在所形成的堆上滾動凸輪執(zhí)行將所述粘合劑壓緊所述形成的堆，所述凸輪具有變化橫截面，其基本匹配所述形成的堆的變化橫截面。有利地，在所述方法中，其中形成所述一堆預浸料坯帶體包括形成預浸料坯層板疊層；以及將所述疊層切開為多個不同寬度的帶體。有利地，在所述方法中，其中形成所述一堆預浸料坯帶體還包括將所述經切開帶體分別裝載到將所述帶體從軸架分配的多個軸架；以及對齊所述經分配的帶體。有利地，在所述方法中，其中形成所述堆包括隨著分配和對齊所述帶體，對其排序。有利地，在所述方法中，其中進給所述堆通過所述模具包括拉動所述堆的一端。有利地，在所述方法中，形成所述一堆預浸料坯層板包括聚集預浸料坯層板疊層；以及通過移動所述疊層通過切開器而將所述疊層切開為不同寬度的多個并排帶體。有利地，在所述方法中，形成所述一堆預浸料坯層板包括將所述并排切開帶體重新引導為彼此對齊，以及將所述經對齊帶體壓實為一堆。有利地，在所述方法中，通過使所述帶體穿過一組滾筒執(zhí)行重新引導和壓實每個所述帶體。有利地，在所述方法中，聚集所述疊層包括疊置單向纖維預浸料坯層板，包括改變所述疊層的層板的纖維取向。通過所述方法生產復合材料填料。根據(jù)本發(fā)明的進一步方面，提供一種制作復合材料填料的方法，其包括:形成多層復合材料疊層；將所述疊層基本連續(xù)地進給通過切開器和成形模具；使用切開器將所述疊層切開為多個并排的復合材料預浸料坯帶體；隨著所述復合材料預浸料坯帶體從所述切開器被進給至所述成形模具，將所述復合材料預浸料坯帶體對齊為一堆；以及使用所述模具使所述一堆復合材料帶體形成所述填料。有利地，在所述方法中，形成所述疊層包括疊置具有至少兩個不同纖維取向的單向纖維預浸料坯層板。有利地，在所述方法中，通過拉動所述一堆復合材料帶體的一端而實現(xiàn)連續(xù)進給所述疊層。有利地，在所述方法中，在切開所述帶體后，使用滾筒對齊所述復合材料預浸料坯帶體，從而將所述帶體從其并排關系重新引導為堆疊關系。有利地，所述方法還包括在將所述堆進給通過所述模具之前，使用滾筒壓實所述一堆復合材料帶體。


在附加權利要求中提出有利實施例的新穎部件的可信特征。然而，當結合附圖閱讀時，通過參考下文本公開的有利實施例的詳細說明，將最佳理解有利實施例及優(yōu)選使用模式以及其進一步目標和優(yōu)點，其中:圖1示出復合材料填料的透視圖。圖2示出桁條和蒙皮之間可由復合材料填料填充的間隙的橫截面透視圖。圖3示出圖1中所示的填料的端視圖。圖4示出具有替代性橫截面形狀的填料的端視圖。圖4A示出三個I橫梁結構性構件的一部分的橫截面圖，其被連接在一起并且其之間具有被圖4中所示的填料填充的間隙。圖5示出具有沿其長度變化的橫截面面積的填料的透視圖。圖6示出在圖5中以圖6指出的方向截取的端視圖。圖7示出用于生產圖5和圖6中所示的填料的設備的功能性方框圖。圖8示出可用于使用圖7中的設備制作填料的層板疊層的分解透視圖。圖9示出圖8中所示的層板疊層的端視圖。圖10示出端視圖，其示出圖9的層板疊層已被切開為單獨的預浸料坯帶體。圖11示出圖7中所示的設備的實施例的示意側視圖。圖12示出示意側視圖,其示出圖11中所示的設備的另外細節(jié)。圖13示出在圖12中沿圖13所示的方向截取的層板帶體引導器。圖14示出在由模具成形之前的一堆層板帶體的端視圖。圖15示出在圖12中沿圖15所示的方向截取的成形模具的端視圖。圖15A示出在圖15中沿圖15A所示的方向截取的側視圖。圖16示出在圖12-15中示出的沿線16_16截取的模具的圓周的直線設計。圖17示出類似于圖12的視圖，但是示出使用粘合劑施加器的設備的替換實施例。圖18示出制作具有沿其長度變化的橫截面的復合材料填料的方法的流程圖。圖18A示出制作復合材料填料的替換方法的流程圖。圖19示出圖18中所示的方法的另外步驟的流程圖。圖20示出使用層板切開器的設備的替換形式的示意側視圖。
圖21示出圖20中所示的設備的平面圖。圖22示出沿圖21中的線22-22截取的橫截面圖。圖23示出使用圖20和圖21中所示的設備制作復合材料填料的方法的流程圖。圖24示出圖23中所示的方法的另外步驟的流程圖。圖25示出由圖20和圖21中所示的設備執(zhí)行的順序步驟。圖26示出使用一對成形模具的設備的替換實施例的側視圖。圖27示出由圖26中所示的設備生產的填料的透視圖。圖28示出圖26中所示的成形模具的端視圖。圖29示出飛機生產和使用方法的流程圖。圖30示出飛機的方框圖。
具體實施例方式首先參考圖1-3，公開的實施例涉及一種生產復合材料填料30的方法和設備，該復合材料填料30適合填充復合材料構件之間的間隙34，該構件諸如(但不限于)被附接至蒙皮38的桁條36。桁條36包括帽件段40，其通過半徑段43連接至一對法蘭42，這產生間隙34，間隙34沿桁條36的長度具有大致為三角形的橫截面形狀。在一些應用中，間隙34的橫截面無論是其面積或其形狀或兩者都可沿間隙34的長度變化。該變化可由例如但不限于蒙皮38中的層板降落、層板墊起或榫接(未示出)和/或桁條36或蒙皮38中的彎曲所引起。桁條36和蒙皮38僅為具有為了提高結構性能可需要填料30的可變間隙34的廣泛連接結構性構件的例證。參考圖3，填料30可包括多個單向纖維預浸料坯層壓層板44。如下文更詳細所述，根據(jù)適合該應用的預定層板方案，層板44的纖維取向可能相同或不同。在所示例子中，填料30具有由三邊46形成的大致三角形橫截面形狀32?？赡苡衅渌麢M截面形狀32。例如，圖4示出具有大致平坦邊46和兩個弧形邊46a的填料30。圖4中所示的填料30適合在填充以下構件之間的間隙34中使用，即一對背靠背L或U形結構性構件35以及頂梁37，其被連接在一起從而形成I橫梁(在圖4A中僅部分示出)。圖1和圖4中所示的填料30的橫截面形狀僅為可能的廣泛橫截面形狀的例證。例如但不限于，填料30的橫截面形狀可具有任意數(shù)量的直邊、曲線或曲線和直邊的組合，其可沿填料30的長度改變面積或幾何形狀并且其可相應于沿其長度改變的間隙34的橫截面輪廓。具有通過在填料30的一端的直邊形成的橫截面形狀的填料30可以線性或非線性地過渡為在沿填料30的長度的任何點處具有一個或多于一個曲線的橫截面形狀。現(xiàn)在參考圖5和圖6，如上所述，在一些應用中，填料30的橫截面可沿其長度變化。例如，填料30的橫截面形狀32和/或橫截面面積58可連續(xù)或僅沿填料30的部分長度變化。在圖5和圖6中所示的例子中，橫截面形狀32保持相同，即貫穿填料的長度都保持為三角形，然而高度H和寬度W1變化，并且因此橫截面的面積變化。例如，橫截面面積58在一端48從54至中間段52穩(wěn)定地增加，在中間段52橫截面面積58保持基本不變，但是然后從56至另一端50穩(wěn)定地減小。填料30的橫截面面積58貫穿中間段52是最大的并且保持基本不變，但是貫穿段54和56線性變化。如上所述，橫截面面積58可沿填料30的長度以任何比率增加或降低，或者在任何段都保持不變。
現(xiàn)在參考圖7，用于生產復合材料填料30的通常以55指出的設備主要包括預層板纖維加固帶體84的源60，其在下文被稱為層板帶體或加固帶體84，其通過拉出器64被拉動通過輸送頭62。輸送頭62包括層板帶體引導器66，其將層板帶體84引導通過切割/添加頭68，成為整齊層板堆92。使用至少一個成形模具70，從而使層板帶體堆92形成為填料30，填料30沿其長度具有期望的橫截面形狀和/或尺寸。在一些實施例中，可通過引導器66將層板帶體堆92引導通過不止一個成形模具70。切割/添加頭68被通過控制器72(圖7)發(fā)出的控制信號操作，并且可包括類似于以下文獻中所述的裝置，即1987年10月13日授權的美國專利號4，699，683,2007年5月8日授權的美國專利號7，213，629以及2007年2月8日公開的美國專利申請N0.20070029030A1，其全部內容包含在此以供參考。在一個實施例中，層板帶體源60可包括復合材料層板疊層74(圖9)，其在進入輸送頭62之前或之后被切開為單獨的層板帶體84 (圖10)。可使用任何適當?shù)那懈钛b置將預浸潰層壓疊層74切開為層板帶體84，諸如但不限于格伯切割機?？捎煽刂破?2操作層板帶體源60以及切割/添加頭68、成形模具70和拉出器64，控制器可包括PC或PLC (可編程邏輯控制器)，其在線73上輸出控制信號?，F(xiàn)在參考圖8、圖9和圖10，如上所述，可根據(jù)預定的供應方案(未示出)，使用手動疊層技術或AFP (自動纖維布置)機(未示出)，由包含一層一層聚集的多層單向纖維預浸料坯層板76的層板疊層74形成填料30。層板76的纖維取向可層層之間變化。例如，如圖8中所示，在具體疊層74內，層板76可具有O度纖維取向78、45度纖維取向80或90度纖維取向82以及其他纖維取向。為了促進稱為“混合填料”的填料30，層板疊層可包括具有至少兩種類型的纖維加固纖維(例如玻璃纖維和碳纖維)的層板?？赡苡衅渌w維加固物。聚集后，層板疊層74 (圖9)被切開為如圖10中所示的多個層板帶體84，每個帶體都包括一個或多于一個相同或不同纖維取向的個體層板76。取決于制作的填料30的橫截面形狀，層板帶體84的寬度W2可能變化?，F(xiàn)在參考圖11，其主要示出設備55的一個實施例的組件。在該例子中，層板帶體源60包括多個軸架86，其分別被可能為不同寬度W2 (圖10)的層板帶體84卷繞。提供一組提起卷軸88,從而提起襯紙85,隨著從軸架86分配層板帶體84,襯紙85被從層板帶體84移除。從軸架86分配的層板帶體84彼此對齊，并且被作為一組90進給至輸送頭62，在此將層板帶體84引導為一堆92 (圖14)，該一堆92被加熱至成形溫度，并且通過至少一個模具70形成填料30的最終橫截面形狀。如上所述，在一些實施例中，可使用不止一個模具70使堆92形成最終的橫截面形狀。通過適當?shù)臋C動化拉出器64使堆92運動通過輸送頭62，該拉出器64在平坦下部模具94上以箭頭65所示的方向拉動成形填料30，使得層板帶體84從軸架86拉出。拉出器64的運行由圖7中所示的控制器72控制?；具B續(xù)和自動地執(zhí)行拉動堆92通過輸送頭以及從軸架86拉出層板帶體84的進程，直到完成期望長度的填料30。在一些實施例中，可由來自圖7中所示的控制器72的控制信號控制軸架86的運行。圖12示出圖11中所示的設備55的另外細節(jié)。從軸架86分配的層板帶體84分別穿過切割/添加頭68，其按要求將層板帶體84切割和添加至產生期望長度的填料30所需的長度段。層板帶體84作為一組90穿過圖12和圖13中所示的引導器66，其包括多個對齊狹槽100。狹槽100對齊層板帶體84，并且引導它們進入滑道96，滑道96可在98以任何適當?shù)难b置加熱?；?6將對齊的層壓帶體84匯集成圖14中所示的整齊堆92，其具有這樣的橫截面，該橫截面大致類似于成品填料30的橫截面形狀和面積?；?6也將堆92加熱至成形溫度，并且通過以下方式將堆92引導至成形模具90和平坦下部模具94之間的夾口 97，即隨著拉出器64在箭頭65所示的方向拉動成品填料30，通過拉出器64 (圖11)施加至堆92的力拉出。下部模具94可能形成或可能不形成熱滑道96的延伸部分。模具70可由馬達(未示出)驅動而旋轉，該馬達受圖7中所示的控制器72操作，其同步模具70的旋轉和拉出器64的速度。如上所述，可串聯(lián)使用不止一個模具70，從而使堆92形成期望的橫截面形狀?，F(xiàn)在參考圖12、圖15、圖15A和圖16，成形模具70通常為繞中心旋轉軸線95的圓形。模具70包括由外圍模具面102形成的凹模具腔體104 (圖15)。在所示例子中，模具腔體104的橫截面形狀基本為三角形，并且具有繞模具70的圓周變化的深度D1和寬度W3。因而，接觸層板帶體84堆92的模具面102的橫截面可隨著模具70旋轉以及堆92運動穿過模具70而變化。圖16示意性示出模具腔體104的變化橫截面輪廓，其由繞模具70的圓周的深度D1的變化表現(xiàn)。深度D1從在106的深度D1穩(wěn)定地增大至108處的深度D2,然后降低至110處的深度Dp通過圖16應明白，模具腔體104的橫截面輪廓基本相應于圖5和圖6中所示的填料30的橫截面形狀。取決于制作的填料30的幾何形狀，模具腔體104可具有繞模具70的圓周變化的各種其他橫截面形狀中的任意一種。如上所述，控制器72(圖7)控制模具70的旋轉位置，并且同步模具的旋轉位置和拉出器(圖7和圖10)拉動填料30通過模具70的速率，以便隨著層板堆進入夾口 97而改變接觸層板堆92的模具面102。在一些應用中，可能期望向填料30的外部表面施加粘合劑，其有助于將填料30粘結至形成圖2中所示的間隙34的周圍結構性構件，諸如桁條36和蒙皮38?？墒褂冒ㄕ澈蟿┓峙淦鞯膱D17中所示的設備55a的改進形式將粘合劑施加至填料30。可從一對卷軸114分配粘合劑膜帶體112，并且使用旋轉凸輪116將其施加至填料30的外部側46(圖3)。凸輪116具有可變橫截面凸輪面，其基本匹配剛成形的填料30，并且該凸輪116與平坦下部模具94 一起起作用，隨著填料30和膜帶體112在凸輪116和平坦下部模具94之間穿過而將粘合劑膜帶體112壓到填料30的各側46上。圖18示出一種使用上述設備55生產填料30的方法的全部步驟。始于步驟118，形成預浸料坯層板帶體84堆92，并且在120，通過一個或多于一個成形模具70進給層壓帶體84的堆92。在124，使用成形模具70，從而形成層板帶體84的堆92，包括隨著供給堆92通過該模具70而改變模具面102的形狀。圖18A大致示出使用設備55生產填料30的替換方法的步驟。始于步驟125，聚集多層纖維預浸料坯疊層74，其中層板可具有由預定的層板方案確定的不同纖維取向。在127，將疊層74切開為單獨的層板帶體84，其具有與制作的具體填料30的橫截面形狀相關的變化寬度。在步驟129，根據(jù)其寬度將切開的層板帶體布置為整齊堆92，以便堆92可具有近似填料30的最終橫截面形狀(參見圖14)的橫截面形狀。在步驟131將層板帶體84的整齊堆92進給到一個或多于一個成形模具70，并且在133，使用成形模具70，從而使堆92形成填料30，其具有可沿填料30的長度變化的期望橫截面形狀。圖19示出實際執(zhí)行圖18中所示方法的另外步驟。在126，數(shù)字限定填料30的幾何形狀，并且選擇制作填料30的材料。在步驟128，開發(fā)生產填料30的程序，并且在130，后處理該程序。在步驟132，將該程序載入設備55，這包括對控制器72編程。在步驟134，制備形成填料30的材料，這包括聚集層板疊層74。在136，層板疊層74被切開為期望寬度的多層帶體84。在138，分別將層板帶體84裝載到軸架86上，并且在140，將層板帶體84進給通過設備55的輸送頭62。在142，將層板帶體84的末端附接至拉出器64，并且在144，打開加熱器從而加熱滑道96。在146，控制器72運行部分程序從而形成填料30，并且在146，將填料30修剪為需要的最終長度。最后，在150，可冷凍填料30，用于將來使用，或者作為替換方式，將其直接傳遞至復合材料疊層組件(未示出)，用于在填充間隙時使用?，F(xiàn)在參考圖20和圖21，其示出設備55b的另一實施例。在該實施例中，將聚集的多層疊層74在方向152進給至切開器/層壓機154，其包括可類似于上述模具的一個或多于一個成形模具70。疊層74可包括相同或不同纖維取向的一層或多于一層單向纖維預浸料坯，并且可包括一層或多于一層粘合劑。使用拉出器64拉動疊層74通過機器154?？赏ㄟ^適當?shù)目刂破?2操作機器154以及拉出器64。現(xiàn)在特別參考圖21和圖22，機器154大致包括:一對夾口滾筒156 ;切開器158 ；重新引導滾筒162、164 ;壓緊滾筒166和成形模具70。將聚集(預層壓)疊層74進給到將疊層74拉入切開器158的夾口滾筒156中。切開器158包括多個間隔隔開的切割器刀片160，其彼此以不同距離間隔隔開，并且將疊層74切開為多個具有變化預選寬度的并排、單獨帶體84，其每個都包括一層或多于一層復合材料層板。重新引導滾筒162、164起到將并排帶體84旋轉九十度的作用，將帶體84重新引導為彼此對齊，并且引導為堆92，堆92被滾筒166壓緊并且被進給通過一個或多于一個成形模具70 (圖21中僅示出一個)。成形模具70可類似于上述具有外圍模具腔體104 (圖15)的可旋轉成形模具70，其可能繞或可能不繞模具70的圓周具有形狀和/或面積變化。在其他實施例中，模具70可包括一種或多于一種適當類型的靜止擠壓模具，而非圖12、圖15和圖15A中所示類型的可旋轉成形模具70。圖23示出使用圖20-22中所示的設備55b生產填料的方法的全部步驟。始于步驟168，聚集多層復合材料疊層74，并且在170，將疊層74基本連續(xù)地進給通過切開器158和成形模具70。在172，使用切開器158，從而將疊層74切開為多個并排層板帶體84。在174,隨著將層板帶體84從切開器158進給到模具70，層板帶體84被對齊為堆92。在176，使用模具70，從而將層板帶體84的堆92形成為期望橫截面形狀和面積的填料30。圖24示出圖23中所示的方法的另外細節(jié)。在178，數(shù)字限定填料30的幾何形狀，并且選擇用于生產填料30的材料。在180，產生用于控制機器154的程序，并且在182，將該程序載入機器控制器72。在184，將疊層74聚集并且放置在平坦帶層上。在186，將疊層74進給到切開器158中，并且在188，將切開的層板堆92附接至拉出器64。在190，如果加熱器在機器154中用于預加熱疊層74，則預加熱加熱器。在192，運行這樣的程序，其控制機器154的運行從而生產填料30。在194，將填料30修剪為一定長度，并且在196，可將填料30冷凍，用于將來使用，或者將其直接傳遞至復合材料疊層組件，用于在填充間隙時使用。圖25示出由機器154執(zhí)行的連續(xù)操作。始于198，聚集的層板疊層進入機器154。夾口滾筒156將疊層74拉入機器154，并且在222，切開器158將疊層74切開為期望寬度的多層帶體84。在224，重新引導滾筒162將帶體84轉九十度，并且在226，重新引導滾筒164將帶體84放在一起成為堆92。在228，壓緊滾筒166壓緊所述堆92，在230，可以如上述靜止或移動的模具70使堆92形成期望的填料形狀。在232，填料離開機器。圖26和圖28示出可用于生產圖27中所示類型的填料30a的設備55c的另一實施例。在該例子中，填料30a包括上部和下部部分236、238，其具有沿其各自長度面積或外形變化的不同橫截面形狀?？墒褂靡粚尚D模具70a、70b分別形成填料30a的上部和下部部分236、238。拉出器，諸如圖11、圖20和圖21中所示的拉出器64將層板堆92拉到模具70a、70b之間的夾口 99中。如圖28中最佳示出，上部模具70a具有模具腔體104，其具有繞模具70a的圓周在面積上變化的大致三角形形狀。模具70b具有大致半圓形模具腔體104a，其橫截面面積同樣繞模具70b的圓周變化。圖28中所示的模具70a、70b的橫截面形狀僅為可能的廣泛橫截面外形的示例，包括但不限于在上文參考圖12和圖15中所示的模具70所述的那些橫截面。本公開的實施例可在許多潛在應用中找到利用價值，尤其是交通運輸行業(yè)，例如包括航空、航海、汽車應用以及可使用自動疊層設備的其他應用。因而，現(xiàn)在參考圖29和圖30，可在圖29中所示的飛機制造和使用方法240和圖30中所示的飛機242的背景下使用本公開的實施例。公開實施例的飛機應用可包括，例如但不限于加強構件的疊層，舉幾個例子，諸如但不限于橫梁、加強桿和桁條。在預生產期間，例示性方法240可包括飛機242的規(guī)格和設計244以及材料采購246。生產期間，進行組件和子部件制造248和飛機242的系統(tǒng)整合250。其后，為了投入使用254，飛機242可經歷驗證和交付252。在由消費者使用期間，飛機242定期進行維護和維修256，這也可包括變型、重新構造、翻新等等?？捎上到y(tǒng)集成者、第三方和/或操作者(例如消費者)執(zhí)行或實施飛機制造和使用方法240的每個過程。為了本說明的目的，系統(tǒng)集成者可包括但不限于任何數(shù)目的飛機制造商和主要系統(tǒng)分包商；第三方可包括但不限于任何數(shù)目的賣主、分包商和供應商；而操作者可為航空公司、租賃公司、軍事機構、服務組織等等。如圖30所示，由例示性方法240制造的飛機242可包括具有多個系統(tǒng)260的機身258和內部262。高級系統(tǒng)260的例子包括一個或多于一個推進系統(tǒng)264、電氣系統(tǒng)266、液壓系統(tǒng)268以及環(huán)境系統(tǒng)270。可包括任何數(shù)目的其他系統(tǒng)。雖然示出航空航天的例子，但是本公開的原理可應用于其他行業(yè)，例如航海和汽車行業(yè)?？稍谏a和使用方法240的任何一個或多于一個階段使用本文具體化的系統(tǒng)和方法。例如，可通過類似于飛機242處于使用中生產的組件或子部件的方式制作或制造相應于生產階段248的組件或子部件。同樣地，可在生產階段248和250期間，例如通過充分加快裝配飛機242或降低其成本而利用一個或多于一個設備實施例、方法實施例或其組合。類似地，可在飛機242處于使用中，例如但不限于處于維護和維修256時利用一個或多于一個設備實施例、方法實施例或其組合。已為了圖解和說明的目的提出了不同有利實施例的說明，并且無意排除或限制于公開形式的實施例。本領域普通技術人員將明白許多更改和變體。此外，與其他有利實施例相比，不同有利實施例可提供不同的優(yōu)點。為了以下目的而選擇和描述選擇的實施例，即最好地解釋實施例的原理、實際應用，并且使本領域其他普通技術人員理解具有各種更改的各種實施例的本公開，其適合預期的特殊應用。
權利要求
1.一種生產復合材料填料的設備，其包括: 至少一個可旋轉模具，其具有適合使一堆復合材料加固帶體成形為期望橫截面形狀的外圍模具面，其中所述模具面的橫截面繞所述模具的外圍變化；以及用于移動所述一堆加固帶體通過所述模具的裝置。
2.根據(jù)權利要求1所述的設備，其中: 所述模具包括用于拉動所述堆通過所述模具的拉出器；以及 所述帶體為纖維預浸料坯。
3.根據(jù)權利要求1所述的設備，其還包括: 多個軸架，其每個都適合支持和分配所述加固帶體中的一個；以及 引導器，其用于將從所述軸架分配的所述加固帶體引導為一堆。
4.根據(jù)權利要求3所述的設備，其中所述引導器包括多個對齊狹槽，其用于相應地將所述加固帶體引導為所述堆。
5.根據(jù)權利要求3所述的設備，其還包括切割和添加裝置，其用于切割從所述軸架分配的所述加固帶體，并且將被分配的加固帶體選擇性地添加至所述引導器。
6.根據(jù)權利要求3所述的設備，其中所述加固帶體為預浸料坯，并且所述設備還包括: 多個提起卷軸，其適合隨著所述預浸料坯帶體從所述軸架分配，分別提起在所述預浸 料坯帶體上的襯紙。
7.根據(jù)權利要求1所述的設備，還包括: 滑道，其用于將所述一堆加固帶體引導到所述模具中，其中所述滑道為熱滑道。
8.根據(jù)權利要求1所述的設備，其中所述模具基本為圓形，并且具有所述模具繞其旋轉的中心軸線。
9.根據(jù)權利要求1所述的設備，其還包括形成夾口的表面，其中所述一堆加固帶體進給通過該夾口，并且所述模具擠壓所述一堆加固帶體抵靠該表面。
10.一種制作具有沿其長度變化的橫截面的復合材料填料的方法，其包括: 形成一堆復合材料預浸料坯帶體； 將所述一堆帶體進給通過模具；以及 使用所述模具形成所述一堆帶體，包括隨著所述堆被進給通過所述模具而改變接觸所述一堆帶體的模具面的形狀。
11.根據(jù)權利要求10所述的方法，其還包括: 同步所述堆進給通過所述模具和接觸所述堆的所述模具的形狀的變化。
12.根據(jù)權利要求10所述的方法，其中形成所述一堆帶體包括: 分別從多個軸架分配復合材料預浸料坯帶體；以及 將所述帶體彼此對齊。
13.根據(jù)權利要求12所述的方法，其中: 通過使所述帶體穿過引導器實現(xiàn)對齊所述帶體；以及 形成所述帶體還包括將所對齊的帶體壓緊為一堆。
14.根據(jù)權利要求10所述的方法，還包括: 將粘合劑帶體施加至所形成的預浸料坯帶體堆；以及 將所述粘合劑壓抵所形成的堆。
15.根據(jù)權利要求10所述的方法，其中形成所述一堆預浸料坯層板包括:聚集預浸料坯層板疊層；以及通過移動所述疊層 通過切開器，將所述疊層切開為多個不同寬度的并排帶體。
全文摘要
一種生產復合材料填料的設備，其包括至少一個模具以及裝置，其用于使一堆加固層板帶體移動通過所述模具。所述模具包括外圍模具面，其適合使所述層板帶體堆疊形成期望的橫截面形狀。所述模具面的橫截面可繞所述模具的外圍變化。
文檔編號B29K401/00GK103085291SQ20121042197
公開日2013年5月8日 申請日期2012年10月29日 優(yōu)先權日2011年10月27日
發(fā)明者D·A·安德森, M·R·查普曼, R·A·吉希, K·P·薩瓦略斯 申請人:波音公司