[发明专利]用于制造由复合材料制成的弯曲型件的方法和设备及制成的型件

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于实现由复合材料制成的型件的方法，该型件具有至少一个具有非零曲率半径的第一部分的构型，该型件由沿纵向轴线延伸的至少一个复合带材制成。

本发明还涉及一种实施该方法的设备及由复合材料制成的相应的型件。

背景技术

在制造高强度的弯曲构件的领域中，例如在用于制造飞机机身框架的航空学领域中，本发明具有特别重要的但非排他性的应用。

但是本发明也能使用在其它需要良好的应力抵抗性的领域中，例如休闲和竞技运动中。

用于实现由复合材料制成的弯曲型件的设备和方法是已经公知的，该复合材料由浸渍强化纤维形成，通过自动机器一根一根的铺设以获得纤维的合适方向，以便优化强度特性。

这种一根一根的铺设需要使用诸如自动纤维铺放机之类的复杂机器，并且具有与准确性很高的需求及高成本的制造装置相关联的显著缺点。

这些导致了用于低生产率的高花费投资以及在纤维定位时获得不能允许良好一致性纤维的扇形展开的结果。

发明内容

本发明寻求提供一种方法、一种设备及型件，相比于那些已知的，其能够更好地满足实践的需求，特别是它能够获得由复合材料制成的型件，以低成本实现了在该复合材料中完全均匀的单向预浸渍层的铺设，而且这借助于一种带材而实现，这些带材还未变形，但是一旦因为弯曲而伸展就将显著地增加最终产品的机械性能。

为了该目的，本发明主要提出了一种用于实现由复合材料制成的型件的方法，该型件具有至少一个具有非零曲率半径的第一部分的构型，该型件由沿纵向轴线延伸的至少一个复合带材而制成；

其特征在于：所述带材由至少两个单向强化纤维带堆叠而成，这些单向强化纤维的取向布置成与所述带材的纵向轴线不同并且相互之间的取向也不同，所述带预浸渍有树脂并在特定的压力和温度下相互预压紧；

通过带材的逐步施加并同时使其沿所述基准线变形，所述带材铺放在具有平坦或基本平坦的应用表面的大致细长形状的模板上，使得在具有非零曲率半径的部分或多个具有非零曲率半径的部分上实现纤维在应用表面中逐步的扇形展开，其中所述模板具有以对应于期望型件并围绕基准线延伸的特定构型。

该逐步的扇形展开对应于同一个带中分开两个纤维的间隔的宽度在带材的横向方向上增加，存在于两个纤维之间的张开角度的逐步形变以均匀和规则的方式在带材的具有非零曲率半径的部分上发生。

通过“基准线”表示纵向轴线所遵循的整体线，模板和因此在规划中的相应型件围绕所述纵向轴线延伸。

一方面因为利用预浸渍交叉纤维的带的堆叠组合，而另一方面因为沿着该基准线的逐步施加，该独特的扇形展开——这被认为一旦构件固化，有利于构件的弹性——以可重复的、可靠的方式获得，该方式可以通过自动化或半自动化模式实现。

在有利的实施方式中，还以单个或组合的方式使用了下述措施中的一个和/或另一个：

-所述型件包括至少一个具有非零曲率半径的第二部分；

-所述第一部分和所述第二部分具有不同的曲率半径；

-围绕卷筒缠绕带材，通过展开所述卷筒将带材铺放到模板上，同时通过具有与模板相同的基准线的引导装置引导带材沿其纵向的运动；

-将带材铺放成所述带中的至少两个带的单向纤维关于所述带材的轴线对称；

-所述复合带材由三个叠加的并通过压紧而相互结合的带形成；

-所述带中的每一个的平行纤维与所述带材的轴线形成角度，该角度值分别为90°-a°、90°、90°+a°；

-各自的角度是90°-a和/或90°-b和/或90°+a和/或90°+b；

-a和/或b是使得：10°＜a＜80°；

-所述纤维由碳制成而树脂是环氧树脂；

-所述模板具有凹腔，用于在将所述带材冲压到凹腔中之后并在硬化之前随之形成补充形状的型件；

-所述模板是具有矩形或梯形横截面的梁的形状，以便于在将带材的边折叠到模板的侧向表面上之后并在硬化之前形成U形梁形状的型件；

-实现至少三个连续层的所述复合带材；

-在两个层之间沿纵向方向叠加和/或插入至少一个由单向复合材料制成的补充强化带，该补充强化带的强化纤维平行于轴线而延伸。

本发明还提出了一种实现上述方法的设备。