铺层表面的几何形状的制作方法

本发明涉及通过在表面上铺层来制造由复合材料制成的部件。特别地，但非排他性地，本发明涉及制造航空发动机的外壳。

背景技术：

1、使用复合材料来制造航空部件(例如航空发动机外壳)能够获得这样的部件，即：其是坚固的，并且其机械性能与由金属制成的部件相当、甚至优于那些部件，同时其质量低得多。

2、众所周知，通过在预浸渍纤维结构的表面上铺层来生产由复合材料制成的部件。由于生产成本和可重复性的原因，可以使用自动纤维铺放(afp)技术来自动进行铺层。例如，在文献fr3062336b1中描述了一种用于使用afp方法来制造复合材料部件的方法的示例。

3、然而，在具有小振幅角(例如，120°或更小)的凸表面的部件的情况下，用于沉积纤维结构的头或辊无法进入所述角的底部。例如，包括从部件的主体延伸的一个或多个凸缘的部件就是这种情况。

4、因此，为了生产具有这种角度的部件，以较大振幅角度产生铺层，以便允许沉积头或辊通过，然后将通过铺层生产的结构机械地变形，以获得所需的角度。例如，在文献wo2012/046020中描述了这样的解决方案。在所述文献中，生产了一种部件，该部件包括圆柱形主体和圆形凸缘，该圆形凸缘垂直于该圆柱形主体延伸。所述铺层通过以下方式产生：将旨在形成凸缘的部分铺层在旨在形成圆柱形主体的部分的铺层的延长部分中。然后，将旨在形成凸缘的部分变形，以便将其垂直于主体的旋转轴线放置。当接近第一部分的自由端时，在铺层过程中旨在形成凸缘的部分具有振幅更大的周向波动，以便在变形之后获得光滑的凸缘。

5、然而，铺层结构的机械变形导致铺层纤维结构的变形和纤维中的显著应力，特别是靠近角的顶点。当凸缘和主体之间存在圆角时，这些变形甚至更加明显。

技术实现思路

1、本发明的目的是旨在弥补以上提及的缺点。为此，本发明提出了一种铺层模具的几何形状的确定方法，所述铺层模具用于生产复合材料部件的坯料，该复合材料部件包括：具有指向轴向方向的轴线的旋转主体，所述主体沿周向方向绕轴向方向延伸；以及至少一个凸缘，该至少一个凸缘从主体的一端沿延伸方向延伸，该方法包括：

2、-确定第一表面，该第一表面具有指向轴向方向的旋转轴线，所述第一表面具有待生产的主体的形状，所述第一表面沿所述周向方向绕轴向方向延伸，

3、-确定第二表面，该第二表面沿延长方向位于第一表面的延长部分中，形成在轴向方向和延长方向之间的角度比形成在轴向方向(da)和延伸方向之间的角度大，第二表面具有在所述周向方向上波动的闭合曲线，在延长方向上连续延伸，周向波动的每个闭合曲线与属于所述待生产的凸缘的圆相对应，闭合曲线的曲线长度与所述圆的周长的值相对应，

4、该方法具有的特征在于，第二表面在延长方向上也具有校正曲率，使得周向波动的每个闭合曲线的所有点与第一表面和第二表面之间的接合处相距相同的曲线距离，所述曲线距离属于所述第二表面，并且其值对应于与所述闭合曲线相对应的、属于待生产的凸缘的圆与待生产的主体和凸缘之间的接合处之间的曲线距离。

5、术语“旋转主体”应被理解为具有完整旋转体积或完整旋转体积的至少一部分的形状的主体。

6、闭合曲线的点与第一表面和第二表面之间的接合处之间的曲线距离被限定为属于所述第二表面并且使闭合曲线的所述点能够接合到所述接合处的最短曲线距离。

7、圆与凸缘和主体之间的接合处之间的曲线距离被限定为属于凸缘并且使该圆的一点能够接合到所述接合处的最短曲线距离。

8、因此，通过沿延长方向产生校正曲率，变形后纤维中的应力受到限制。更具体地，周向波动引起沿延伸方向的长度不足，这是使用校正曲率来矫正的。

9、此外，在设计模具时，确定在属于凸缘的圆与凸缘和主体之间的接合处之间的不同曲线长度，使得可以考虑所述凸缘和所述主体之间的任何潜在圆角的半径。因此，纤维中的张力在所述圆角的位置处受到限制。

10、根据本发明的一个特定特征，周向波动的每个闭合曲线的拐点位于同一个圆上。

11、根据本发明的另一个特定特征，周向波动的每个闭合曲线的最小值位于同一个圆上，该圆的半径大于或等于在第一表面和第二表面之间产生接合处的圆的半径。

12、根据本发明的另一个特定特征，周向波动的每个闭合曲线的最小值位于同一个圆上，该圆的半径与在第一表面和第二表面之间产生接合处的圆相同。

13、因此，确保了在纤维坯料的变形期间在纤维中获得尽可能小的应力。

14、根据本发明的另一特定特征，位于周向波动的最大值上的校正曲率具有比位于周向波动的拐点上的校正曲率大的曲率半径。

15、更具体地，周向波动使第二表面变形，并且因此可能导致周向波动的最大值上的材料不足。因此，通过在周向波动的最大值上使用更弯曲的校正曲率，可以将更多的材料添加在这些位置处。

16、根据本发明的另一个特定特征，轴向方向和延伸方向之间的角度小于或等于120°，并且轴向方向和延长方向之间的角度大于120°。

17、根据本发明的另一特定特征，待生产的凸缘包括：在其与待生产的主体的接合处的圆角。

18、本发明还涉及一种用于制造复合材料部件的方法，该复合材料部件包括旋转主体和至少一个凸缘，该旋转主体具有指向轴向方向的轴线，所述主体沿周向方向绕轴向方向延伸，该至少一个凸缘从主体的一端沿延伸方向延伸，该方法包括：

19、-生产铺层模具，该铺层模具包括第一铺层表面和第二铺层表面，该第一铺层表面和第二铺层表面分别与第一表面的至少一部分和第二表面的至少一部分相对应，第一表面和第二表面是根据根据本发明的铺层模具几何形状的确定方法确定的，

20、-形成通过将多个纤维层沉积在包括第一铺层表面和第二铺层表面的铺层模具上而获得的部件的纤维坯料，该沉积通过自动纤维铺放来执行，

21、-沿延伸方向使形成在第二铺层表面上的纤维坯料的一部分成形，以便获得具有待生产的凸缘的形状和主体的形状的纤维预制件，以及

22、-通过基质使所述预制件致密化，从而获得所述复合材料部件。

23、因此，即使通过模具几何形状的确定方法所确定的第一“几何”表面和第二“几何”表面被限定为360°以上，根据待生产的复合材料部件，第一“实际”铺层表面和第二“实际”铺层表面也可以周向地延伸较短的距离，例如仅超过180°或超过120°。

24、本发明还涉及一种用于纤维结构的铺层的模具，该模具包括第一铺层表面和第二铺层表面，该第二铺层表面沿延长方向在所述第一铺层的延长部分中延伸，该第一铺层表面是具有指向轴向方向的轴线的旋转表面，所述第一铺层表面沿周向方向绕轴向方向延伸，该模具具有的特征在于，第二铺层表面在周向方向上具有波动，并且在延长方向上具有校正曲率。

25、术语“旋转表面”应被理解为具有完整旋转表面或完整旋转表面的至少一部分的形状的表面。

26、根据本发明的一个特定特征，该模具包括多个可分离部，所述多个可分离部被界定为允许在铺层之后脱模。