[发明专利]用于制造复合梁的方法和工具

说明书

技术领域

本发明主要涉及复合结构的制造，更具体地涉及用于制造复合梁的方法和工具，特别是具有诸如“J”形梁的非对称截面几何形状的复合梁。

背景技术

由诸如碳纤维等复合材料形成的梁用在各种车辆应用中，以承受并分布载荷。例如，在飞行器应用中，具有J形截面的复合梁(“J形梁”)可以用来在机身内支撑地板，例如在货物区或旅客舱中的地板。这些梁也可以用在其他应用中，例如但不限于，列出以下几种：机身、机翼、稳定器以及控制表面蒙皮支撑。用在这些用途中的复合梁必需在各种环境条件下具有尺寸稳定性，同时满足其他的性能规范，包括载荷承受能力和刚性。

复合J形梁可以通过组装C形沟槽和Z形沟槽来制造并且然后将外罩安装在该梁上。形成C形沟槽和Z形沟槽特征可能需要多个步骤和复杂的工具，同时对于组装、模制和固化敷层(layup)可能需要另外的工具。这种工具在一些区域可能需要精确的容差，例如特定的半径，以便确保梁的特征完全形成并且达到规范。

因此，需要允许使用最少数目的工具以便成本有效地制造J形梁的方法和工具，以成形或预成型敷层的部件，并且随后模制该敷层，同时满足设计规范。本发明的实施例旨在满足这种需要。

发明内容

本发明的实施例提供一种用于制造复合梁，特别是J形梁的方法和工具，其中该J形梁的截面是大致J形的。一组用于制造该梁的配套工具包括最少数目的简单部件，这些部件既用来将复合装料(charge)预成型为诸如C形沟槽和Z形沟槽等期望形状，又用来模制和固化组装的敷层。作为工具简化的结果，可以经济地制造具有良好的尺寸稳定性和性能特点的J形梁。

根据一个公开的实施例，提供一种用于制造具有J形截面的复合梁的方法，该方法包括如下步骤：通过在第一工具上形成第一复合装料而制造C形沟槽；移动第二复合装料以与该C形沟槽接触以形成敷层；通过在该C形沟槽的一端上形成该第二复合装料的第一部分而制造该梁的一端上的第一凸缘；通过在该第二工具上形成该第二复合装料的第二部分而制造该梁的另一端上的第二凸缘；以及固化该敷层。通过以相对于水平面的25度和45度之间的角度定向该梁的腹板，该敷层可以在工具中固化，以便改进在梁的半径处的压实度。

根据另一个公开的实施例，提供一种用于制造具有J形截面的复合梁的方法，该方法包括如下步骤：利用第一复合装料形成C形沟槽；利用第二复合装料形成Z形沟槽；在一组工具中组装C形沟槽和Z形沟槽以形成J形梁敷层，该J形梁敷层具有由腹板连接的外罩和底部凸缘；以及将该J形梁敷层放置在一组工具中且所述腹板的平面以大约25度和45度之间的角度从水平面倾斜。

根据又一个方法实施例，复合J形梁可以用如下步骤制造：利用第一工具预成型第一复合装料和第二复合装料的一部分；将预成型后的第一和第二装料放置在第一和第二工具之间；利用第二工具预成型第二复合装料的另一部分；利用第一和第二工具模制预成型后的第一和第二复合装料；以及在装料被保持在第一和第二工具之间的情况下固化模制后的装料。

根据再一个实施例，提供一种用于制造复合J形梁的工具，该工具包括：用于预成型和模制具有J形形状截面的复合敷层的配套工具组件。该配套工具组件包括第一工具，敷层的第一部分可以在该第一工具上预成型为C形沟槽；第二工具，敷层的第二部分可以在该第二工具上形成为Z形沟槽；以及第三工具，用于压缩限定J形梁上的外罩的敷层的第三部分。

根据另一个公开的实施例，提供一种用于制造复合J形梁的加工设备，该J形梁具有底部凸缘、由腹板连接于底部凸缘的一对顶部凸缘、以及覆盖该顶部凸缘的外罩。该加工设备包括：第一工具，其具有用于预成型并模制所述底部凸缘的一部分、腹板和所述凸缘中的一个凸缘的三个相邻表面；第二工具，其具有用于模制该底部凸缘的一部分、腹板和另一个顶部凸缘的三个相邻工具表面，以及第三工具，其具有用于模制所述外罩的工具表面。用于模制部分腹板的三个工具表面中的一个工具表面可以相对于水平面以大约25度和45度之间的角度倾斜。

当根据附图和权利要求来考虑时，本发明实施例的其他特征、好处和优点将通过下面实施例的描述变得很清楚。

附图说明

图1是示出用于制造复合J形梁的一种方法实施例的流程图。

图2是示出根据本发明实施例制造的复合J形梁的端视图。

图3是示出用于制造图2所示的J形梁的敷层的预成型部件的分解端视图。

图4是用于制造复合J形梁的一种工具的剖面图。

图5是在用于真空袋模制和固化敷层的组装工具中的敷层的剖面图示。

图6是图5所示的工具组件的等角投影图。