CN112793279A - 用于形成复合层压件以获得z形型材的装置和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于形成复合层压件以获得Z形型材的装置和方法。一种用于形成复合层压件以获得Z形型材的装置包括：‑夹持模块，所述夹持模块包括两个板，所述夹持模块被配置成将所述复合层压件的第一部分封围并夹持在所述两个板之间，所述第一部分将形成第一凸缘，‑进给模块，所述进给模块包括两个板，所述进给模块被配置成将所述复合层压件的第二部分封围在所述两个板之间，所述进给模块被配置成加热所述复合层压件的位于所述进给模块的两个板之间的部分，并且被配置成能够相对于所述夹持模块与形成后的所述复合型材的连接板的平面平行地移动到第二位置，在所述第二位置，所述两个板封围所述复合层压件的将形成第二凸缘的部分。

Description

用于形成复合层压件以获得Z形型材的装置和方法
技术领域
本发明涉及一种装置和方法，该装置和方法用于形成复合层压件、例如连续纤维增强的分层热塑性复合层压件，以便获得具有直线或弯曲的Z形截面的型材。
背景技术
已知的是由分层的热塑性复合材料制造型材，该分层的热塑性复合材料可以结合一个或若干个褶，从而形成Z形型材。这些型材的示例是飞行器结构中使用的框架或桁条。所述型材的常见制造工艺是通过冲压工艺，或者替代地通过连续工艺，例如拉挤/挤压。
当型材的曲率高时，这些工艺具有一些缺点。
所述已知的成型工艺尤其是在弯曲的Z形结构中产生褶皱，因为在制造型材的凸缘时由于折叠的方向而将压缩应力施加到分层层压件的不同层。
例如，在冲压工艺中，褶皱的出现是由于最初的平坦层压件与型材的最终三维形状之间的材料过多。
前面提到的连续工艺通常适用于几乎直线的型材，但不适用于扭结型材。
因此，未开发成熟的制造工艺来涵盖复杂的型材，例如框架或桁条，尤其是在曲率半径小于1m的后部机身和机头机身中。
发明内容
本发明的第一目的是一种用于形成复合层压件以获得Z形型材的装置。具体地，Z形型材具有三个不同的区域：连接板和两个凸缘，即位于连接板两端的第一凸缘和第二凸缘。凸缘相对于型材的纵向轴线可以是平坦的或弯曲的。另外，凸缘在它们之间可以平行，并且可以相对于连接板具有不同的角度，最常见的角度是90°。
本发明的装置对象包括：
-夹持模块，所述夹持模块包括两个板。夹持模块被配置成将复合层压件的要形成的第一部分封围并夹持(即牢固地保持)在两个板之间。此第一部分与层压件的将在形成之后形成第一凸缘的区域相对应。
-进给模块，所述进给模块包括两个板。所述进给模块被配置成将所述复合层压件的第二部分封围在所述两个板之间，所述第二部分与位于所述夹持模块中的所述第一部分不同。
进给模块被配置成加热复合层压件的位于其两个板之间的部分，以使其达到相应的熔点。进给模块还被配置成可相对于所述夹持模块在与形成后的所述复合型材(1)的连接板的平面平行的方向上移动。所述运动在以下两个位置之间进行：
-第一位置，在所述第一位置，所述两个板封围所述复合层压件的与所述复合层压件的将形成所述连接板和所述第二凸缘的区域相对应的部分，和
-第二位置，在所述第二位置，所述两个板封围所述复合层压件的与所述复合层压件的将形成所述第二凸缘的区域相对应的部分。
在所述第一位置和所述第二位置之间移动期间，由于所述夹持模块(5)和所述进给模块之间的相对运动，所述复合层压件的与所述连接板相对应的部分从所述进给模块的两个板中滑出。
成形装置因此被分为两个不同的模块，即夹持模块和进给模块。进给模块在工艺开始时封围较大的层压件区域，并且还进给连接板构造。
每个模块的板保持层压件，将层压件夹持在夹持模块中，并允许层压件在进给模块中进行滑动运动。
进给模块在形成型材时与连接板的平面平行地移动。因此，因此总是在避免材料过多的方向上执行形成工艺。而且，层压件承受由进给模块相对于夹持模块的运动引起的拉伸应力，从而产生最终形状和完全固结的部件，并避免了褶皱构造。
根据上述，例如，对于具有与连接板形成90°的凸缘的Z形型材，进给模块以及内部的层压件与连接板平面平行地(即在垂直于凸缘平面的平面中)移动。因此，该运动使连接板区域中的层压件方向转向并产生了凸缘弯曲半径。
如前所述，此相对移位(优选地在低速下以便允许纤维之间的滑动)避免了褶皱的形成。
层压件的旨在位于型材的连接板中的区域因此在工艺开始时被封围在进给模块的板之间，并在工艺期间从进给模块中拉出，因为夹持模块在进给模块运动期间牢固地保持第一凸缘。因此，在移动期间由在进给模块中加热的材料形成连接板。
因此，本发明的装置对象执行有效的工艺，其中形成热塑性复合层压件以避免褶构造。
本发明适用于直线和弯曲的Z形型材。
本发明还适用于不同的碳纤维增强的热塑性复合层压件，即由单向纤维板层构成的层压件、由织物纤维板层构成的层压件。
另外，本发明适用于在形成之前的不同的零状态层压件，仅焊接-其中构建层压件的板层仅通过小的焊接区域接合在一起-并预固结-其中层压件经历了固结过程以便获得刚体层压件。
本发明的装置对象还负责热传递至层压件，以便层压件可以达到待形成的熔融状态。通过工具对层压件的热贡献是通过接触产生的。
本发明的目的还是一种用于形成复合层压件以获得Z形型材的方法。所述方法包括以下步骤：
-提供包括两个板的夹持模块，
-提供包括两个板的进给模块，
-封围所述层压件的第一部分，所述第一部分在所述夹持模块的两个板之间、在所述层压件的将形成所述第一凸缘的区域中，
-封围所述层压件的第二部分，所述第二部分在所述进给模块的两个板之间、与位于所述夹持模块中的所述第一部分不同，
-加热所述层压件的位于所述进给模块中的部分，
-在与形成后的所述型材的所述连接板平面将具有的方向平行的方向上相对于所述夹持模块在以下位置之间移动所述进给模块：
ο第一位置，在所述第一位置，所述两个板在与所述复合层压件的将形成所述连接板和所述第二凸缘的区域中封围所述层压件，和
ο第二位置，在所述第二位置，所述两个板封围所述复合层压件的与所述第二凸缘相对应的区域，
使得在所述第一位置和所述第二位置之间移动期间，由于所述夹持模块和所述进给模块之间的相对运动，所述复合层压件的形成所述连接板的区域从所述进给模块的两个板中滑出。
附图说明
为了完成描述并且为了更好地理解本发明，提供了一组附图。所述附图形成说明书的一体部分、并展示了本发明的优选实施例。这些附图包括以下图。
图1示出了弯曲的Z形型材的示意性透视图。
图2示出了本发明的装置对象的实施例处于第一位置和第二位置的示意性截面以及进给模块执行以达到第二位置的运动。
图3示出了图2的实施例的示意性截面的放大视图，示出了进给模块进入第二位置。
具体实施方式
图1示出了Z形型材(1)的实施例，该型材由复合分层层压件形成，该层压件具有平坦的中央表面或连接板(2)和在截面中与连接板(2)形成
Figure BDA0002772298850000051
的两个凸缘(3，4)。型材(1)是弯曲的型材(1)，即，在其纵向方向上它是弯曲的。本发明可以应用于直线的Z形型材和弯曲的Z形型材。
在此Z形型材(1)中，可以找到两个直线半径，这些半径的铰接轴线垂直于成形运动方向。
图2示出了以下元件：
-夹持模块(5)，该夹持模块包括两个板(6)。夹持模块(5)封围并夹持复合层压件(10)的将形成第一凸缘(3)的第一部分。
-进给模块(7)，该进给模块包括两个板(8)。
进给模块相对于夹持模块(5)在与复合型材(1)的连接板(2)的平面平行的方向上移动。
在第一位置，进给模块(7)的两个板(8)封围复合层压件(10)的与复合层压件(10)的将形成连接板(2)和第二凸缘(4)的区域相对应的部分。
在第二位置，两个板(8)封围复合层压件(10)的与复合层压件(10)的将形成第二凸缘(4)的区域相对应的部分。
在第一位置与第二位置之间的运动期间，由于夹持模块(5)和进给模块(7)之间的相对运动，复合层压件(10)的与连接板(2)相对应的部分从进给模块(7)的两个板(8)中滑出。
具体地，在第一位置，夹持模块(5)和进给模块(7)被定位成彼此面对，使得复合层压件(10)呈现出平坦的平面。
优选地，夹持模块(5)的板(6)的内表面向复合层压件(10)施加均匀的载荷。所述表面还可以被处理以增强夹持效果。
在所示的实施例中，该装置包括在夹持模块(5)与进给模块(7)之间在与板(6，8)的平面垂直的方向上的间隙(9)，所述间隙(9)被配置成具有层压件(10)的厚度。
对进给模块(7)的热贡献可能具有两个不同的实施例：
-通过进给模块与环境(与热压板或加热的周围环境)之间的接触，和
-通过自动加热的内部板。
对于弯曲的凸缘(3，4)，夹持模块和进给模块(5，7)的板(6，8)的与每个模块(5，7)的复合层压件(10)接触的平面中的一个平面凹入，而另一平面凸出，以执行所述弯曲凸缘(3，4)。
例如，夹持模块(5)可以包括凹入的主下板(5)以及凸出的盖或上板(5)，该凹入的主下板上放置有复合层压件(10)的相应部分，该凸出的盖或上板用于压住复合层压件(10)的此部分。进给模块(7)包括凸出的主上板(8)和凹入的盖或上板(8)，以封围层压件(10)的其相对应的部分。
具体地，在所示的实施例中，弯曲的凸缘(3，4)绕与连接板(2)平面垂直的轴线弯曲。
为了减小复合层压件(10)与板(6，8)之间的摩擦系数，可以在板(6，8)的被配置成与复合层压件(10)接触的表面上放置耐高温离型膜以减小板(6，8)与复合层压件(10)之间的摩擦系数。离型膜应主要位于进给区域内。离型膜的示例可以是聚酰亚胺膜。

Claims (7)

1.一种用于形成复合层压件(10)以获得Z形型材(1)的装置，所述Z形型材(1)包括连接板(2)和位于所述连接板(2)的两端处的第一凸缘(3)和第二凸缘(4)，所述装置的特征在于，所述装置包括：
-夹持模块(5)，所述夹持模块包括两个板(6)，所述夹持模块(5)被配置成将所述复合层压件(10)的待形成的第一部分封围并夹持在所述两个板(6)之间，所述第一部分与所述层压件(10)的将形成所述第一凸缘(3)的区域相对应，
-进给模块(7)，所述进给模块包括两个板(8)，所述进给模块(7)被配置成将所述复合层压件(10)的第二部分封围在所述两个板(8)之间，所述第二部分与位于所述夹持模块(5)中的所述第一部分不同，
所述进给模块(7)被配置成加热所述复合层压件(10)的位于所述进给模块的两个板(8)之间的部分，并且被配置成能够相对于所述夹持模块(5)在与形成后的所述复合型材(1)的连接板(2)的平面平行的方向上在以下位置之间移动：
-第一位置，在所述第一位置，所述两个板(8)封围所述复合层压件(10)的与所述复合层压件(10)的将形成所述连接板(2)和所述第二凸缘(4)的区域相对应的部分，以及
-第二位置，在所述第二位置，所述两个板(8)封围所述复合层压件(10)的与所述复合层压件(10)的将形成所述第二凸缘(4)的区域相对应的部分，
使得在所述第一位置和所述第二位置之间移动期间，由于所述夹持模块(5)和所述进给模块(7)之间的相对运动，所述复合层压件(10)的与所述连接板(2)相对应的部分从所述进给模块(7)的两个板(8)中滑出。
2.根据权利要求1所述的用于形成复合层压件(10)以获得Z形型材(1)的装置，其中，在所述第一位置，所述夹持模块(5)和所述进给模块(7)被定位成面对彼此(5，7)，使得所述复合层压件(10)呈现出平坦的平面。
3.根据权利要求2所述的用于形成复合层压件(10)以获得Z形型材(1)的装置，其中，在所述第一位置，所述装置包括在所述夹持模块(5)和所述进给模块(7)之间的间隙(9)，所述间隙(9)被配置成具有所述复合层压件(10)的厚度。
4.根据任一前述权利要求所述的用于形成复合层压件(10)以获得Z形型材(1)的装置，其中，所述进给模块(7)的所述板(8)被自动加热。
5.根据任一前述权利要求所述的用于形成复合层压件(10)以获得Z形型材(1)的装置，其中，所述夹持模块(5)和所述进给模块(7)中的每一者的板中的一个板(6，8)凹入，而另一板(6，8)凸出，以形成弯曲的凸缘(3，4)。
6.根据任一前述权利要求所述的用于形成复合层压件(10)以获得Z形型材(1)的装置，其中，所述装置包括位于所述进给模块(7)的板(8)的被配置成与所述复合层压件(10)接触的表面上的耐高温离型膜，以减小所述板(8)与所述复合层压件(10)之间的摩擦系数。
7.一种用于形成复合层压件(10)以获得Z形型材(1)的方法，所述Z形型材(1)包括连接板(2)和位于所述连接板(2)的两端处的第一凸缘(3)和第二凸缘(4)，所述方法的特征在于，所述方法包括以下步骤：
-提供包括两个板(6)的夹持模块(5)，
-提供包括两个板(8)的进给模块(7)，
-封围所述层压件(10)的第一部分，所述第一部分在所述夹持模块(5)的两个板(6)之间、在所述层压件(10)的将形成所述第一凸缘(3)的区域中，
-封围所述层压件(10)的第二部分，所述第二部分在所述进给模块(7)的两个板(8)之间、与位于所述夹持模块(5)中的所述第一部分不同，
-加热所述层压件(10)的位于所述进给模块(7)中的部分，
-在与形成后的所述型材(1)的连接板平面(2)将具有的方向平行的方向上相对于所述夹持模块(5)在以下位置之间移动所述进给模块(7)：
o第一位置，在所述第一位置，所述两个板(8)在与所述复合层压件(10)的将形成所述连接板(2)和所述第二凸缘(4)的区域中封围所述复合层压件(10)，以及
o第二位置，在所述第二位置，所述两个板(8)封围所述复合层压件(10)的与所述第二凸缘(4)相对应的区域，
使得在所述第一位置和所述第二位置之间移动期间，由于所述夹持模块(5)和所述进给模块(7)之间的相对运动，所述复合层压件(10)的形成所述连接板(2)的区域从所述进给模块(7)的两个板(8)中滑出。
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