[发明专利]具有集成金属配件的热塑性复合零件及其制作方法

说明书

技术领域

本公开一般涉及制造复合材料零件的工艺，并且更具体地涉 及使用连续零件成形工艺制造具有集成金属配件的热塑性复合零件的 方法。

背景技术

存在许多工艺用于制造热塑性复合(TPC)层压板(laminate)。 除了诸如压制、冲压和压热成形等不连续工艺外，存在诸如挤压、拉 挤、轧制以及压模等连续工艺。最近，已经发展出了使用连续压模 (CCM)工艺生产连续长度的TPC零件的工艺，这些TPC零件具有 沿它们长度变化的厚度和/或曲率。

将金属配件附连到层压板结构的需求增加了对在连续工艺中 制造TPC层压板结构和零件的挑战。例如在航空工业中，金属配件可 用于将层压板结构附连到飞行器的其它零件，或增强需要额外刚度的 层压板结构的区域。过去，金属配件首先被形成为分离的特征，然后 使用紧固装置接合为层压板结构。这种将金属配件附加到层压板结构 和零件的方法一般不划算、需要额外的时间和材料并且给飞行器增加 了重量。在TPC和金属配件之间形成结合接头的工艺是存在的，然而 这些结合接头必须在烤箱或高压锅内加工，能被加工的零件长度由于 可买到的设备的容量大小而受到限制。

因此，存在对在连续工艺中生产具有集成金属配件的TPC结 构和零件的方法的需求。本公开的实施例的目的是满足这种需求。

发明内容

本公开的实施例提供使用连续制造工艺制造具有集成金属配 件的热塑性复合层压板零件的方法。所述零件可具有定制的和/或变化 的厚度以及曲率。所述工艺利用自动设备或手动层叠以将零件或组件 排列成多层堆叠(stack)。每个堆叠包含所有层压板片层，这些片层(ply) 包括片层组合区域，这些片层在合适位置被粘附在一起以保持取向和 位置。提供固结模具(tooling)，所述固结模具包含所有必需的零件特 征并且与定制的多重片层堆叠协调以形成潜在地具有不同厚度的区域 的单一整体式复合层压板。由上述方法形成的具有集成金属配件的复 合零件可广泛用于各种应用，例如汽车和航空航天应用。

根据本公开的实施例，提供用于制造具有集成金属配件的热 塑性复合层压板结构的方法。所述方法包括以下步骤：形成包括热塑 性复合材料的多重片层堆叠和至少一个金属配件的层叠；供应所述层 叠穿过压力机；以及，使用所述压力机固结所述片层和所述配件。在 所述金属配件和一个所述片层之间引入热塑性材料的薄膜以改善结 合。所述堆叠的所述片层可被粘附起来以便在制造工艺期间保持它们 的相对取向。在所述金属配件和所述层压板结构之间的接合件(joint) 可以采用各种形式，包括双搭接头、嵌接(scarf)、台阶搭接以及槽接 (rabbet)，仅举几个例子。包括所述金属配件的所述层叠被放置在模 具之间，所述模具被连续移动通过预成型操作和固结操作。在所述预 成型操作中所述层叠被预成型为所述层压板结构的所述近似形状。预 成型后，所述片层和金属配件在压缩压力机中被固结。

根据另一个实施例，提供用于在连续工艺中制造具有金属配 件的热塑性复合层压板零件的方法。所述方法包括以下步骤：排列热 塑性复合材料的多重片层；提供用于所述零件的金属配件；形成多个 层叠，每个层叠包括被排列的所述片层和至少一个所述金属配件；将 每个所述层叠预成型为所述零件的近似形状；以及，通过逐渐移动所 述层叠穿过连续压模压力机来固结所述片层和所述金属配件。所述片 层被配置为在每个所述堆叠的所述金属配件与层压板片层之间形成所 选择几何形状的结合件。包含所述金属配件的所述层叠被放置在模具 之间，所述模具被配置为在所述固结工艺期间将特征赋予预成型的所 述层叠。在固结工艺期间预成型的所述层叠被至少加热到所述片层材 料中的基体树脂成分的自由流动温度。所述金属配件被清洗且随后被 涂漆，接着施加树脂薄膜到所述配件的涂漆表面，以便改善结合。