用于浸漬復(fù)合零件的裝置及相關(guān)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及復(fù)合零件浸漬裝置以及相關(guān)方法。
[0002]本發(fā)明涉及樹脂浸漬方法的領(lǐng)域，以便用干燥纖維預(yù)成形件制造復(fù)合零件。更特別的是，本發(fā)明的目標(biāo)裝置和方法涉及LRI (英文縮寫“Liquid Resin Infus1n”(液體樹脂浸漬)方法中的非破壞檢測(cè)和控制。
【背景技術(shù)】
[0003]根據(jù)LRI方法，復(fù)合零件的制造包括兩個(gè)主要步驟:形成干燥纖維預(yù)成形件，然后將樹脂注入到纖維預(yù)成形件中。該制造方法可以形成形狀復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，簡(jiǎn)化組裝步驟，并避免引入將使零件脆弱的(螺栓或粘連)連接。
[0004]如專利文獻(xiàn)FR 2 948 600中描述的液體樹脂浸漬方法，是采用低壓真空將樹脂轉(zhuǎn)移入干纖維預(yù)成形件中來制造復(fù)合零件的方法。將多層纖維層片構(gòu)成的預(yù)成形件置于模具密封腔中的泄放織物與穿孔成型板之間。由于腔被抽真空，液體樹脂沿與各層基本垂直的方向轉(zhuǎn)移到預(yù)成形件的厚度中。位于注入樹脂一側(cè)的泄放織物可以使液體樹脂的推進(jìn)前沿分布在預(yù)成形件的整個(gè)表面。成型板標(biāo)定零件的厚度。因此，液體樹脂在纖維預(yù)成形件的厚度中推進(jìn)直至成型板。根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)，該成型板設(shè)有可以通過加熱預(yù)成形件來保持樹脂流動(dòng)度的加熱裝置。
[0005]通過樹脂穿過成型板的穿孔的溢出來檢測(cè)注入結(jié)束。但是，該目測(cè)效果不能保證這樣得到的零件中不存在干燥區(qū)。該目測(cè)檢查與注入樹脂的體積檢查和內(nèi)壓平衡相結(jié)合。這兩個(gè)參數(shù)是很難掌控的，因?yàn)橐⑷氲捏w積計(jì)算沒有考慮供應(yīng)通道中損失的體積，或者之后的最后剝離層片和通過成型板擴(kuò)散的多余的樹脂損失。另外，內(nèi)壓平衡計(jì)算沒有考慮袋成型材料(bagging materials)的可能運(yùn)動(dòng)。內(nèi)壓平衡參數(shù)改變了樹脂體積含量并且因而改變了注入結(jié)構(gòu)的厚度。這就導(dǎo)致不能獲得作為零件的客觀機(jī)械特性的目標(biāo)纖維體積含量。
[0006]同樣，為了控制該制造方法產(chǎn)生的復(fù)合零件的質(zhì)量，現(xiàn)有技術(shù)使用的方法在于通過取樣進(jìn)行破壞性檢測(cè)，以便分析該取樣零件的內(nèi)部結(jié)構(gòu)或強(qiáng)度特性。這種分析所生產(chǎn)零件的材料健康(material health)的方法不能保證零件100%的可靠并且不適用于小批量分析。另外，該方法導(dǎo)致制造過程中的經(jīng)營(yíng)成本增加。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目標(biāo)是克服這些缺點(diǎn)。
[0008]為此目的，根據(jù)第一方面，本發(fā)明涉及用于將樹脂浸漬到纖維預(yù)成形件中的裝置。所述裝置包括模具和成型板，該模具包括能夠接納纖維預(yù)成形件的密封腔并且包括用于液體樹脂的入口，該成型板位于腔中并與纖維預(yù)成形件接觸，所述裝置包括測(cè)量裝置，測(cè)量裝置包括能夠發(fā)射和接收穿過所述纖維成形件的截面的超聲信號(hào)的發(fā)射器和接收器，該信號(hào)通過成型板被接收。
[0009]本發(fā)明可以在樹脂轉(zhuǎn)移進(jìn)入預(yù)成形件中的過程中實(shí)現(xiàn)復(fù)合零件的材料健康分析。可以在不破壞零件的情況下對(duì)材料健康進(jìn)行分析。因此本發(fā)明提高了所生產(chǎn)的復(fù)合零件的質(zhì)量，并簡(jiǎn)化了對(duì)復(fù)合零件的檢測(cè)。
[0010]有利地，測(cè)量裝置包括發(fā)射/接收傳感器，并且成型板包括其中能夠定位所述傳感器的空隙。發(fā)射/接收傳感器特別適于薄的復(fù)合零件。另外，這種傳感器在浸漬裝置中的安裝相當(dāng)簡(jiǎn)單，因?yàn)樗灰笤诔尚桶逯秀@孔一次。
[0011]有利地，測(cè)量裝置包括位于模具的空隙中的發(fā)射器和位于成型板的空隙中的接收器。將發(fā)射器和接收器定位于纖維預(yù)成形件的兩側(cè)可以限制超聲信號(hào)行進(jìn)的路徑。該實(shí)施方式特別適于厚的復(fù)合零件。另外，發(fā)射器與接收器分開可以根據(jù)復(fù)合零件的厚度改變發(fā)射器，而不用改變測(cè)量裝置的兩個(gè)部分。
[0012]有利地，裝置包括測(cè)量裝置的陣列，該陣列的所述測(cè)量裝置的所述接收器以勻稱間隔開的行和列分布。該實(shí)施方式可以實(shí)現(xiàn)同時(shí)對(duì)復(fù)合零件的多個(gè)部分的材料健康進(jìn)行分析。
[0013]有利地，成型板被加熱，并且測(cè)量裝置的位于所述成型板上的部分包括安裝在基底上的壓電片，該基底的材料能承受成型板的加熱溫度，該實(shí)施方式可以根據(jù)應(yīng)用采用測(cè)量裝置。例如，由石墨制成的基底特別地能夠承受390°C的熱塑性材料的注入，而由聚醚醚酮制成的基底能夠承受達(dá)180°C的環(huán)氧樹脂注入。
[0014]根據(jù)第二方面，本發(fā)明涉及使用根據(jù)本發(fā)明的裝置將樹脂浸漬到纖維預(yù)成形件中的方法，該方法包括以下步驟:使用液體樹脂逐漸浸透纖維預(yù)成形件、發(fā)射和接收穿過纖維預(yù)成形件的超聲信號(hào)、測(cè)量超聲信號(hào)在纖維預(yù)成形件的截面中往返經(jīng)過的時(shí)間、根據(jù)傳播時(shí)間的變化確定復(fù)合零件的固化程度。
[0015]傳播時(shí)間表示超聲信號(hào)在復(fù)合零件中的傳播速度，該速度在液體樹脂的注入和浸漬過程中是變化的。因此，該方法可以允許檢測(cè)復(fù)合零件材料密度的變化，因?yàn)閺?fù)合材料密度越大，傳播時(shí)間越長(zhǎng)。例如，對(duì)于由碳環(huán)氧樹脂制成的復(fù)合零件，浸漬前的超聲信號(hào)的傳播速度為2mm/s，在浸入和聚合后為3mm/s。估計(jì)固化的程度允許評(píng)估所述復(fù)合零件的機(jī)械強(qiáng)度。
[0016]另外，該方法包括以下步驟:測(cè)量超聲信號(hào)的相對(duì)幅度，相對(duì)幅度對(duì)應(yīng)于所發(fā)射超聲信號(hào)的幅度與所接收超聲信號(hào)的幅度的比，并且根據(jù)相對(duì)幅度確定復(fù)合零件的固化程度。超聲信號(hào)的相對(duì)幅度使得能夠了解復(fù)合零件的材料密度，這是因?yàn)榱慵拿芏仍酱?，超聲信?hào)的衰減越小。因此，該實(shí)施方式使得能夠與傳播時(shí)間相互補(bǔ)充分析。
[0017]有利地，該方法包括以下步驟:根據(jù)所接收信號(hào)的傳播時(shí)間和/或相對(duì)幅度估計(jì)纖維預(yù)成形件的飽和度，并且在纖維預(yù)成形件達(dá)到最大飽和閾值時(shí)停止對(duì)纖維預(yù)成形件的浸透。
[0018]這樣允許控制液體樹脂浸漬纖維預(yù)成形件的過程。能夠緩和例如當(dāng)注入裝置中的流體損失時(shí)可能出現(xiàn)的袋成型材料的可能運(yùn)動(dòng)。因此，這樣可以避免可能在現(xiàn)有技術(shù)的估計(jì)預(yù)成形件的浸漬程度方法中發(fā)生的將過多或過少液體樹脂注入到預(yù)成形件中。
[0019]有利地，該方法包括根據(jù)所接收信號(hào)的傳播時(shí)間或相對(duì)幅度檢測(cè)纖維預(yù)成形件的離型膜的步驟。該步驟可以控制遮蓋結(jié)構(gòu)的復(fù)合零件的制造過程，并且例如可以檢測(cè)諸如聚乙烯離型膜之類的外來物體的存在。因此測(cè)量裝置可以起到檢測(cè)器的作用。
【附圖說明】
[0020]下面參照附圖對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選的但非限制的實(shí)施方式進(jìn)行描述，在附圖中:
[0021]圖1示出了根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施方式的浸漬裝置剖視圖；
[0022]圖2示出了圖1中的裝置的成型板的底視圖；
[0023]圖3示出了圖1中的裝置的成型板的俯視圖；
[0024]圖4示出了根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施方式的超聲測(cè)量獲取原理的示意圖；
[0025]圖5示出了纖維預(yù)成形件的飽和與浸漬的時(shí)間測(cè)量；
[0026]圖6示出了纖維預(yù)成形件浸漬的時(shí)間測(cè)量和相關(guān)信號(hào)幅度；以及
[0027]圖7示出了根據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施方式的包括多個(gè)傳感器的浸漬裝置的成型板的底視圖。
【具體實(shí)施方式】
[0028]在描述中，相同、相似或類似的元件在所有附圖中具有相同的附圖標(biāo)記。
[0029]圖1至圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施方式的用于浸漬復(fù)合零件的裝置10。裝置10可以使液體樹脂浸入到纖維預(yù)成形件12中，纖維預(yù)成形件12包括要生產(chǎn)的復(fù)合零件的基質(zhì)。
[0030]預(yù)成形件12位于模具11中并且被形成有腔9的密封囊15覆蓋。更確切地說，預(yù)成形件12定位成與模具11縱向接觸。預(yù)成形件12被位于下面的第一剝離層片21和位于上面的第二剝離層片22包圍，剝離層片21和22通過固定裝置16固定至預(yù)成形件12的兩偵U。剝離層片21、22優(yōu)選地由特富龍涂覆的玻璃纖維織物形成，以更易于復(fù)合零件的脫模。泄放材料20位于第一剝離層片21與模具11之間，使得從注入裝置23通過模具11的樹脂入口 19注入的液體樹脂分散在預(yù)成形件12上。
[0031]通過位于預(yù)成形件12之上的成型板13確保預(yù)成形件12的厚度標(biāo)定。當(dāng)預(yù)成形件12是平坦的時(shí)，成型板13還可以調(diào)節(jié)預(yù)成形件12的平面度。成型板13包括用于排出多余樹脂的穿孔14。當(dāng)成型板13被