本發(fā)明涉及一種用于由纖維幅材的線性預(yù)成型件生產(chǎn)復(fù)合材料彎曲型材的方法。本發(fā)明更特別涉及一種生產(chǎn)用于航空器的機(jī)身的框架的方法。

背景技術(shù)：
根據(jù)圖1中所示的實(shí)施例，機(jī)身框架10為具有Z形橫截面的型材形式，其中間部分稱為芯部12，形成完整的或部分的環(huán)。該型材包括稱為內(nèi)翼的第一翼部14和稱為外翼的第二翼部16，第一翼部14布置在芯部12的內(nèi)邊緣并垂直于芯部12，第二翼部16布置在芯部12的外邊緣并也垂直于芯部12。文獻(xiàn)FR-2.928.295中描述了用來生產(chǎn)由復(fù)合材料制成的這種框架的方法。根據(jù)該文獻(xiàn)，基本成線性的帶材首先由一疊3個(gè)預(yù)浸漬的纖維幅材制成，每個(gè)幅材具有沿一方向定向的纖維，該帶材包括具有不同纖維定向的幅材，即，一個(gè)幅材具有呈30°的纖維，一個(gè)幅材具有呈90°的纖維，另一個(gè)幅材具有呈150°的纖維。其次，纖維帶材被布置在由可變形材料制成的心軸上，然后被壓緊在心軸上以適合其形狀。該可變形的心軸能夠在線性位置和彎曲位置之間變形，但是具有不可壓縮或類似不可壓縮的橫向橫截面。隨后，布置在由可變形材料制成的心軸上的變形帶材被布置成接觸加熱工具，該加熱工具在其外圍上包括具有與心軸的橫向橫截面互補(bǔ)的輪廓的徑向截面。因此，在彎曲過程中，該帶材被壓縮并經(jīng)受升溫。在放置所述第一帶材之后，由3個(gè)預(yù)浸漬纖維幅材形成的第二帶材被切割并適于布置在另一個(gè)可變形的心軸上，然后壓緊在其上。隨后，在由可變形材料制成的心軸上的變形的第二帶材被布置成接觸仍布置在工具上的第一帶材，然后壓緊第一帶材。如上所述，為了獲得框架，需要在聚合組件之前將數(shù)個(gè)帶材一個(gè)粘附在另一個(gè)上，從而形成框架。另外，具有0°定向纖維的幅材被手動(dòng)添加到特定的帶材之間。出于下列原因，該操作方法并不令人完全滿意：第一，因?yàn)樾筒囊鸩降刂谱?，多個(gè)帶材需要連續(xù)地變形和彎曲，所以實(shí)施起來比較費(fèi)時(shí)且乏味。第二，由于帶材由預(yù)浸漬纖維制成，可發(fā)現(xiàn)相對(duì)滑動(dòng)帶材來校正其相對(duì)位置是很困難的，所以帶材之間的相對(duì)定位是很難實(shí)現(xiàn)的。另外，在彎曲過程中很難確保兩個(gè)帶材的兩個(gè)內(nèi)翼、兩個(gè)帶材的兩個(gè)芯部以及兩個(gè)帶材的兩個(gè)外翼在框架的整個(gè)長度上完美地相互接觸。鑒于這些布置難題，操作者必須調(diào)試多次來嘗試手動(dòng)校正發(fā)現(xiàn)的缺陷。根據(jù)另一個(gè)問題，由于帶材被堆疊，外半徑增加，而內(nèi)半徑減小，結(jié)果是已經(jīng)布置在彎曲工具上的帶材和被粘附的帶材之間的偏差值引起所謂的橋接(bridging)的問題，這兩個(gè)帶材在彎曲半徑的底部沒有相互緊密壓靠。在聚合過程中，這一問題引起對(duì)該部分的品質(zhì)不利的卷曲。根據(jù)另一個(gè)問題，不可能在帶材已經(jīng)被壓緊后彎曲帶材，而不引起預(yù)浸漬纖維幅材之間的滑動(dòng)并由此引起纖維的卷曲或折疊。根據(jù)另一個(gè)問題，與最后粘附的帶材的幅材相比，第一帶材的幅材與加熱到大約50℃溫度的工具接觸更長時(shí)間，這引起浸漬第一幅材的樹脂的加速且不受控制的老化。根據(jù)另一個(gè)缺點(diǎn)，由于必須連續(xù)進(jìn)行多個(gè)彎曲階段，所以這一操作模式導(dǎo)致了低產(chǎn)量。最后，根據(jù)另一個(gè)問題，0°定向的纖維必須手動(dòng)布置在彎曲結(jié)構(gòu)上，以減少卷曲的風(fēng)險(xiǎn)。這一手動(dòng)布置增加了制造時(shí)間和成本。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
因此，本發(fā)明旨在克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，提出一種用于由纖維幅材的線性預(yù)成型件生產(chǎn)復(fù)合材料彎曲型材的方法，其可能特別是在內(nèi)翼處減小0°定向的纖維的卷曲的風(fēng)險(xiǎn)。為此，本發(fā)明涉及一種用于由預(yù)浸漬纖維幅材的線性預(yù)成型件生產(chǎn)彎曲型材的方法，所述方法包括將幅材堆疊在可變形的心軸上，并將所述可變形的心軸和堆疊的幅材沿旋轉(zhuǎn)軸線卷繞在彎曲工具上，所述型材包括由N個(gè)幅材組成的疊層，所述型材的至少一個(gè)第一部分布置在垂直于所述旋轉(zhuǎn)軸線的平面內(nèi)，至少一個(gè)第二部分平行于所述旋轉(zhuǎn)軸線，所述第二部分的表面能夠接觸所述彎曲工具，其中，所述方法包括將N個(gè)纖維幅材堆疊在所述可變形的心軸上，在預(yù)成型件的所述第二部分的所述表面和比所述表面熱的其余部分之間形成熱梯度，在單一的階段中將插入所述可變形的心軸和所述彎曲工具之間的N個(gè)幅材彎曲，并將被彎曲的N個(gè)幅材聚合。附圖說明其它特征和優(yōu)點(diǎn)將通過結(jié)合附圖的如下的描述變得清楚，該描述僅作為示例給出，其中：圖1是航空器的機(jī)身的框架的一部分的透視圖；圖2是在線性可變形的心軸上的一疊幅材的透視圖，其具有剖面部分，使其可能顯示堆疊幅材的纖維的定向；圖3是圖2的堆疊纖維幅材和心軸的橫向橫截面的視圖；圖4是用于彎曲圖2的堆疊纖維幅材和心軸的彎曲裝置的概略視圖；圖5是在彎曲之前的某些纖維的定向的示意圖；圖6是在彎曲操作之后的圖5中相同纖維的定向的視圖；圖7是堆疊幅材的橫截面視圖；以及圖8是根據(jù)一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的彎曲工具的橫截面視圖。具體實(shí)施方式在圖1中，機(jī)身框架10被顯示為具有Z形橫截面的型材形式，其中間部分被稱作芯部12，形成完整的或部分的環(huán)。該型材包括稱作內(nèi)翼的第一翼部14和稱作外翼的第二翼部16，第一翼部14布置在芯部12的內(nèi)邊緣并垂直于芯部12，第二翼部16布置在芯部12的外邊緣并也垂直于芯部12。為了給出數(shù)量級(jí)，芯部具有80mm的高度，大約4到6mm的厚度。所述翼部具有大約30mm的寬度。本發(fā)明并不限于該橫截面形狀和該應(yīng)用。因此，本發(fā)明可能獲得具有J、Z、L、Ω(Omega)或其它形狀橫截面的數(shù)種彎曲型材。根據(jù)本發(fā)明，型材10沿著旋轉(zhuǎn)軸線X和曲率半徑R彎曲。因此，彎曲型材10包括至少一個(gè)第一部分和至少一個(gè)第二部分，該第一部分特別是芯部12，其位于垂直于旋轉(zhuǎn)軸線X的平面內(nèi)，該第二部分特別是翼部14，其平行于軸線X。型材的不同部分通過彎曲部分相互連接。因此，第一部分的第一表面與其它部分的第一表面是連續(xù)的。這些第一表面形成下面稱作外表面的表面。相似地，第一部分的第二表面與其它部分的第二表面是連續(xù)的。這些第二表面形成下面稱作內(nèi)表面的表面。內(nèi)表面的一部分朝向旋轉(zhuǎn)軸線X定向。根據(jù)本發(fā)明，彎曲型材10包括由N個(gè)幅材組成的疊層，N是大于或等于10的整數(shù)。為了提供數(shù)量級(jí)，型材包括大約50個(gè)幅材。這些幅材包括針對(duì)每個(gè)幅材沿一個(gè)方向的預(yù)浸漬纖維。該彎曲型材由線性預(yù)成型件20獲得，其具有與將獲得的彎曲型材10的橫截面相同的橫向橫截面。縱向方向是指線性預(yù)成型件20的最大尺寸方向。橫向平面是垂直于縱向方向的平面。線性預(yù)成型件20由在可變形的心軸22上形成上述彎曲型材所需的一疊N個(gè)幅材形成?？勺冃问侵感妮S能夠在線性位置和彎曲位置之間變形，但是具有不可壓縮或類似不可壓縮的橫截面。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，心軸由彈性體制成?？勺冃蔚男妮S22包括與彎曲型材的橫截面互補(bǔ)的橫截面。彎曲型材的N個(gè)幅材相互堆疊在一起，第一個(gè)幅材布置在心軸上形成型材的外表面，最后一個(gè)幅材布置形成型材的內(nèi)表面。如圖2所示，一些幅材24可具有相對(duì)于縱向方向呈A°定向的纖維，另一些幅材26可具有相對(duì)于縱向方向呈-A°定向的纖維，A在10°到90°之間變化。值A(chǔ)根據(jù)理想的機(jī)械性能來確定。這些值A(chǔ)由工程公司來確定，并且必須符合+/-3°的容許區(qū)間。因此，當(dāng)定向的標(biāo)準(zhǔn)值A(chǔ)為30°時(shí)，纖維與縱向方向形成的角度必須在27°和33°之間。作為一個(gè)示例，一些幅材具有在30°定向的纖維，另一些幅材具有在-30°定向的纖維。一些幅材具有在60°定向的纖維，另一些幅材具有在-60°定向的纖維。一些幅材28、28’可具有分別在0°和90°定向的纖維。優(yōu)選地，對(duì)于每個(gè)值A(chǔ)，彎曲型材包括的纖維在A°定向的幅材和纖維在-A°定向的幅材具有相同數(shù)目。當(dāng)彎曲型材10包括一疊10到20個(gè)幅材時(shí)，其包括M’個(gè)纖維在A°定向的幅材以及M’+/-1個(gè)纖維在-A°定向的幅材。超過20個(gè)幅材時(shí)，型材可包括M’個(gè)纖維在A°定向的幅材以及M+/-5％個(gè)纖維在-A°定向的幅材。有利地，纖維在A°定向的幅材鄰近纖維在-A°定向的幅材。當(dāng)彎曲型材10的所有幅材被粘附在可變形的心軸22上時(shí)，使用彎曲裝置30進(jìn)行彎曲階段。在彎曲階段中，心軸以及所有的幅材纏繞在彎曲裝置30的彎曲工具32上，如圖4中所示，彎曲工具32具有與彎曲型材的內(nèi)表面的橫截面互補(bǔ)的橫截面。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)重要方面，彎曲裝置30包括用于加熱線性預(yù)成型件20的加熱裝置34和用于冷卻接觸彎曲工具32的翼部14的表面38的冷卻裝置36，冷卻裝置36插入加熱裝置34和彎曲區(qū)域(預(yù)成型件與彎曲工具相接觸的區(qū)域)之間。這種預(yù)加熱和冷卻是連續(xù)進(jìn)行的。優(yōu)選地，加熱裝置34可能在預(yù)成型件的整個(gè)橫截面上將預(yù)成型件的溫度增加到大約70℃的溫度。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，在離變形區(qū)域大約500mm的上游部分上使用脈沖的熱空氣來加熱預(yù)成型件。優(yōu)選地，冷卻裝置36可能將內(nèi)翼的表面38冷卻到大約15℃到20℃的溫度。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，在離變形區(qū)域大約100mm的上游部分上使用脈沖的冷空氣來冷卻表面38。因此，預(yù)成型件的各個(gè)部分首先全部被加熱，然后就在插入彎曲工具之前在可與工具相接觸的內(nèi)翼的表面38上進(jìn)行局部冷卻。如圖7中所示，由于溫度的操縱，在橫截面上獲得具有兩個(gè)區(qū)域的熱分布，區(qū)域Zc對(duì)應(yīng)于熱區(qū)域，區(qū)域Zf對(duì)應(yīng)于冷區(qū)域，這兩個(gè)區(qū)域由一直線表示的強(qiáng)熱梯度分開，該直線基本平行于冷卻的內(nèi)翼的表面38，對(duì)應(yīng)于熱中性纖維40。這種加熱預(yù)成型件的方法使其可能獲得盡可能靠近與彎曲工具32相接觸的內(nèi)翼的表面38的熱中性纖維。位于中性纖維40以外的所有纖維將受到牽引力，且不會(huì)卷曲。中性纖維40非?？拷鼉?nèi)翼的外表面，在該水平面上0°定向的纖維不會(huì)受到壓縮力，且不易于卷曲。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)特征，該方法包括在內(nèi)翼的表面38和彎曲工具32之間形成強(qiáng)粘合。為了形成該強(qiáng)粘合，彎曲工具32包括加熱工具42(如圖8所示)，至少將其與表面38相接觸的表面加熱到大約30℃的溫度，而表面38具有從15℃到20℃的溫度。因此，工具的表面和表面38具有不同的溫度，工具的溫度高于預(yù)成型件的表面38大約5℃。該方案可能限制布置在表面38上的纖維的滑動(dòng)，并因此限制所述纖維出現(xiàn)卷曲。有利地，該方法包括在預(yù)成型件和心軸22之間形成弱粘合。根據(jù)圖8所示的實(shí)施例，兩個(gè)薄膜44疊置在預(yù)成型件和心軸之間，所述薄膜相對(duì)彼此具有低粘合。薄膜44可以是例如由氟乙烯丙烯(fluoroethylenepropylene)制成的分離薄膜。如圖8中所示，彎曲裝置包括輥?zhàn)?，使其可能將心軸22壓靠彎曲工具，第一輥?zhàn)?6能夠壓緊心軸22的一部分，該部分將預(yù)成型件的內(nèi)翼壓靠彎曲工具，第二輥?zhàn)?8的母線平行于所述芯部。優(yōu)選地，在輥?zhàn)?8和心軸之間保留小間隙J，以有利于心軸和預(yù)成型件之間的滑動(dòng)。特別是由于纖維在A°定向的幅材和纖維在-A°定向的幅材具有相同或類似相同的數(shù)目，所有幅材的彎曲操作在單一的且相同的彎曲操作中進(jìn)行是可能的。在A°定向的纖維和在-A°定向的纖維形成基礎(chǔ)菱形50，當(dāng)預(yù)成型件是線性的時(shí)，這些菱形全部相同，如圖5中所示。在變形后，基礎(chǔ)菱形仍相對(duì)于徑向方向52對(duì)稱。在變形過程中，-A°和A°纖維的交叉點(diǎn)作為纖維樞轉(zhuǎn)的節(jié)點(diǎn)。因此，纖維在A°定向的幅材和纖維在-A°定向的幅材變形，而不會(huì)起皺。根據(jù)圖6中所示的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，所有基礎(chǔ)菱形相對(duì)徑向方向52對(duì)稱地變形。中性纖維40布置在內(nèi)翼14處，所有的基礎(chǔ)菱形50沿垂直于徑向方向的方向伸展。在該情形下，所有的纖維受到牽引力，并且沒有起皺是可能的。如圖6中所示，線性預(yù)成型件中在A°和-A°定向的纖維的定向在彎曲后改變。因此，由最初在A°定向的纖維所形成的角度根據(jù)到旋轉(zhuǎn)軸線X的距離而減小，而由最初在-A°定向的纖維所形成的角度根據(jù)到旋轉(zhuǎn)軸線X的距離而增加。根據(jù)由工程公司所設(shè)定的大約+/-3°的容許區(qū)間+/-IT，想要在A°定向的纖維會(huì)在彎曲之前布置在A+IT°，而想要在-A°定向的纖維會(huì)在彎曲之前布置在-(A+IT)°。根據(jù)在彎曲階段之后的這種設(shè)置，所有的纖維正確地定向，并形成+A+/-IT或-A+/-IT的角度。這種設(shè)置可能顯著地增加芯部的高度。作為一個(gè)示例，芯部的高度在現(xiàn)有技術(shù)中被限制到大約80mm，而使用本發(fā)明可達(dá)到大約170mm。當(dāng)A＝30°并且容許區(qū)間是+/-3°時(shí)，在變形之前，一些幅材的纖維在+33°定向，而另一些幅材的纖維在-33°定向。在該情形下，在彎曲以后，所有的纖維被正確地定向并符合容許區(qū)間。因此，對(duì)于一些幅材，靠近內(nèi)翼14的纖維在33°定向，而靠近外翼16的纖維在27°定向，且全部符合30°+/-3°的定向。在彎曲階段以后，彎曲的幅材被聚合。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，可能移除可變形的心軸并在彎曲的預(yù)成型件上使用囊袋，以在溫度周期中向幅材施加壓力?？商鎿Q地，囊袋可在聚合過程中粘附在心軸上方，該心軸執(zhí)行按壓功能來形成彎曲型材的外表面。本發(fā)明方法獲得以下優(yōu)點(diǎn)：第一，因?yàn)樗蟹脑趩我坏碾A段中彎曲，不用使用按步方法，所以該方法可能大大減小生產(chǎn)成本和時(shí)間。第二，由于在彎曲半徑上不存在起皺或橋接，所以本發(fā)明方法可能限制廢料。根據(jù)另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)，本發(fā)明可能生產(chǎn)具有更大芯部的型材。根據(jù)另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)，中性纖維布置在與彎曲工具接觸的內(nèi)翼的表面38上可能不會(huì)引起在內(nèi)翼上0°定向的纖維上的壓縮力，因而不會(huì)卷曲。根據(jù)另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)，由于中性纖維理想地布置在表面38上，所以本發(fā)明方法可能控制強(qiáng)化纖維在芯部上的位置。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)，由于預(yù)成型件在上游由彎曲工具預(yù)加熱，所以彎曲速度遠(yuǎn)高于現(xiàn)有技術(shù)，大約是8mm/s。最后，由于僅變形部分承受溫度增加，所以該方法確保了對(duì)樹脂老化的更好的控制。