[发明专利]用于制造由复合材料形成的圆筒形部件的方法和装置

说明书

技术领域

本发明涉及由复合材料形成的圆筒形（尤其是对称的）部件的制造方法，该方法包括嵌入在聚合有机树脂的基体中的纤维加强结构。

背景技术

一种制造由复合材料形成的部件的方法，该方法包括：首先，根据所需机械强度，用纤维沿一个或多个方向生产部件的预成形坯。然后，将纤维结构整合到封闭的模塑壳体中，以便用合成树脂浸渍它，合成树脂在压力下以流体状态注射到模具中。然后使树脂聚合。这项技术被称为树脂传递模塑工艺（RTM）。可以通过减小模具中与注射侧相反的一侧的压力来帮助引入树脂以及排除模具中的纤维间的空隙中的气体。

已知使用这种方法生产例如用于喷气式发动机的风扇外壳等的圆筒形部件。图1中显示了外壳1。它包括具有对称形状的单个部件，该单个部件具有圆筒部1C，该圆筒部1C具有从一端至另一端不均匀的厚度，尤其在与风扇的叶片扫过的区域对应的区域具有增加的厚度，以为了在发生叶片故障时吸收冲击能量。该圆筒部由两个径向外法兰2B和2D限制。发动机的风扇的机舱上游元件和下游元件通过这两个法兰连接至外壳。

制造该部件尤其包括通过围绕圆筒形心轴卷绕合适的纤维结构来生产预成形坯，该圆筒形心轴由用于形成法兰的径向侧翼终止。纤维结构例如可以通过使用不同厚度的三维编织来形成（如申请人的专利EP1961923中所描述的）。因此，管状纤维的预成形坯形成用于外壳的单个部件，该单个部件具有与法兰对应的加强部。

然后将模塑成分布置到预成形坯上并且覆盖预成形坯，以便将预成形坯封闭在壳体中。预成形坯可以径向压缩地设置，以便减小纤维结构的膨胀。壳体包括用于将树脂供应到一个或多个树脂注射口的装置，该装置位于圆筒部的轴向的一个端部且位于一个法兰处，所述一个或多个树脂注射口围绕圆筒的轴线沿壳体的边缘分布。分配管可以与这些注射装置连通。在另一端，同样在法兰处，预成形坯的延长部分中形成有环形腔，环形腔具有用于与真空源建立联系的排气孔。

为了保证模塑壳体内的均衡填充，并且保证树脂完全沿着模塑壳体的边缘均匀地上升，在生产预成形坯并封闭模塑壳体后，通常将模塑壳体布置为垂直，使树脂注射装置位于下部而环形排气孔位于上部。以这种方式，树脂沿预成形坯渗透到壳体中，形成位于预成形坯下部的法兰；树脂逐渐均匀地向前然后向上，直到到达与排气孔连通的上法兰。

就填充模塑壳体的速度和均匀度而言，这种用于注射树脂的方法产生非常好的效果。

然而，会产生下列问题：一方面，通过将纤维结构缠绕到内心轴上以将管状预成形坯放置的步骤以及装配模具的步骤均为在部件处于水平位置时实施，并且另一方面，中等和大功率喷气式发动机的风扇壳体较大，具有例如至少两米的直径。此外，处理重达5吨至25吨的模具是一项难度很大的操作，它涉及操作者的HSE（健康、安全和环境）风险，并且需要昂贵的工具来放置到位。

因此，一种方法用于在模具填充阶段保持模具水平。不幸的是，如图2所示，做出的实验显示树脂的分配不合要求。模具4包括模塑壳体，纤维预成形坯保持压缩在该模塑壳体中。模具包括位于两个同轴的壁之间的环形中心部40。壳体的第一端41形成为产生径向法兰，其包括以注射装置41a、41b等形式的树脂供应装置，该装置沿第一端41的边缘分布。与第一端相反的第二端42同样形成为产生径向法兰。环形排气孔42e沿第二端开放。注射装置41a、41b等在压力（未示出）下与流体树脂源连通，并且排气孔42e与真空源连通。图中的三个示意图显示填充壳体时的三种状态，位于壳体中的预成形坯被浸渍。树脂R由阴影区域表示。流体R完全沿着供应端41分布，但由于重力，壳体40中的纤维预成形坯的下部比上部提前完全浸渍。当继续进行时，显示在中间的图表中，流体R然后沿位于相反端42的排气孔42e上升。实验显示，如右边的图表所示，至少一个区域P’，在预成形坯的靠近排气孔42e的上部中，被浸渍不佳或被浸渍至有限的程度。实际上，在模具的上部中，当在水平位置时，由于在前部到达排气孔之前，排气孔被来自下部的树脂填满，因此前部的树脂难以到达排气孔42e。不佳的浸渍导致所述区域较弱且无法接受的机械特性。

发明目的

因此，本申请人本身的目的在于保持模具处于水平位置，而不经过90°垂直地枢转它，同时提高模具的填充。

根据本发明，上述目的通过用于制造由复合材料形成的圆筒形部件的方法实现，包括如下步骤：

将纤维结构放置在水平心轴上，

围绕所述纤维结构和所述卷筒形成环形的模塑壳体，