混合型结层机具 本发明涉及复合零件在其上面制成的结层机具，更为具体地说，涉及一种用于制作一混合型结层机具的工艺方法，此机具具有一复合面层板片，装在一支承结构上，而面板的基准平面基本上平行于支承结构的基准平面。
复合零件已经由于其工艺质量、设计灵活性和低重量而在整个工业界被普遍应用。特别是，具有一粘合在两片复合面层板片之间的一蜂巢状芯体的蜂巢状复合零件提供了极好的强度和刚度-重量比，使它们在航天工业中特别受重视和广泛被应用。不过，尽管这类零件具有公认的一些好处和广泛用途，它们一直是比较昂贵的，部分原因是，生产这些零件的制造工艺方法都很笨拙而难以应用，从而导致复合零件的很高的报废和返工率。
以前，制作复合零件的标准工艺方法包括在一称作-“粘合组装架”或BAI的表面上结成一机具侧表皮，通常是几个浸渍过树脂的纤维玻璃或石墨布。如果零件必须具有一蜂巢状芯体，就切出蜂巢状材料并配装到机具侧表皮上，而此组件被蒙以真空囊袋，从中可用一真空源抽出空气。蒙以囊袋的组件被塞进一蒸压釜，并在被加热以固化机具侧表皮层和把蜂巢材料粘合于表皮的时候重新连接于真空源。蒙以囊袋的组件随后从蒸压釜中取出并脱出囊袋。
在美国专利第5,746,553号中所述的另一种工艺方法中，开在面板的面层表面上的一面板槽沟填有一种牺牲材料，构成一齐平于机具主体面层表面的顶部表面。牺牲材料是一种发泡复合物，可构成一齐平于机具主体面层表面的光滑坚硬表皮。零件的制作方式是，把机具侧表皮或表层铺放在面板上并把此机具侧表皮粘合于周边槽沟中牺牲材料的齐平表面。蜂巢状芯体安放在表皮上，而此组件粘合和/或固化于机具侧表皮并与机具表面相一致。固化之后，机具从蒸压釜中取出并重新设置在一CNC机床的一床座上，在此处，蜂巢状芯体使用一适当地刀具加工到所需形状，而芯体经过抽空以除去灰尘。用于一囊袋侧表皮的各层，施用于加工过的芯体表面，而此组件予以固化。固化之后，机具精确地重新定位在CNC机床床座上，并使用一CNC机床上的刀具围绕此零件切去一周边边缘。机床的控制器经过编程以指引刀具围绕周边槽沟。刀具伸进周边槽沟并及于零件全部厚度而切去周边边缘。在边缘铣削之后，完成的零件从机具上取下。此零件在整个制造过程中置放在机具上，从而消除了当零件在用于不同制造工序的各机具之间搬移时所产生的通常的各种协调问题。
此发明免去使用两部单独的非常昂贵的机具和免去先前在从两部机具上取下和装设到两部机具上的期间所需的大多数零件手工操纵。由于零件贯穿其全部制作过程置放在同一机具上，把大型挠性复合零件定位到它即将重新设置在上面的机具上去的特殊困难就被消除了。同样，由于零件在其原来的结层位置上保持粘合于机具，一具有仅仅一层表皮的部分制成的零件不会被固化期间引起的表皮中的应力拉拽而失形。在零件上的随后加工或铣削作业，由于零件设置在机具上正好它应当位于的地方处，在指定位置处得以精确地完成。通常的质量控制方法，诸如统计工艺过程控制以及类似方法，此时对于由这种工艺过程制成的零件的结构质量控制也是可用的。因而，在尺寸控制和制造的零件肯定处在以统计方式确定的公差之内这一点对于能够以对于企业在商业上的成功很为重要的速度制造产品来说是关键性的某种环境之下，上面提及的专利申请中所披露的发明“双重用途结层机具”对于大型复合零件的生产效率和制造质量作出了显著贡献。
双重用途机具是由殷钢36制成的，即一种铁和镍的合金，具有几乎等同于石墨环氧树脂复合材料的热胀系数。殷钢面板被冲击成形为或铸成得接近网状并用焊接方法装接于一“蛋箱”状的基底结构。此基座结构连同装接上的面板一起设置在一CNC机床床座上，而面板表面经过完全加工以提供一带有适当轮廓的光滑表面。机床利用一基于有待在机具上制作的零件之数字模型的反演的程序而处在一机床控制器的控制之下。基本上连续的槽沟随后加工制成在精制的面板上，如上面提及的申请人所述。最终的机具是耐用而可靠的，而且可反复地生产出完全处在零件技术规范的公差之内的零件。
双重用途机具上的殷钢面板，虽然在生产高质量零件方面是耐用又有效的，但却沉重而又昂贵。殷钢是一种致密的金属，制成大型零件要在上面制作的机具需要很大数量。这种机具的重量可能超过一间工厂内通常可供使用的提升和运输设备的承载能力，使得购买专门的提升和运输设备成为必需，这样就增加了零件的成本。
用于制成双重用途殷钢机具的制造时间是很长的，因为需要耗时的成形或铸造工序和大量的加工。
一种殷钢结层机具的热质量是很大的，并可显著地延长蒸压釜或烘炉用以达到结层在机层上的复合材料零件的固化温度的时间。延长加热时间在制造零件的能源费用和处理时间方面都是代价很大的。
制作具有与有待制成的零件同样热胀系数的复合材料制结层机具是已为人知的，石墨环氧树脂复合机具已经制成许多年了，象环氧树脂那样的在固化温度下不会劣化的较新材料已经可供使用并由于其好处被公认而得到比较广泛的应用。不过，本技术领域中还从来没有一种复合结层机具，可以多件生产并具有生产一种完整地结层、固化和修边的零件，制作时完全不需从机具上卸下零件的能力。
因而，在“双重用途”机具上制作结层复合零件的作法可以大大地得到改进，假如存在一种用于基于一单一的标准机具而生产多件的双重用途机具的工艺的话。这些复制件最好是制作快速、便宜、高度精确并具有一低热质量以使零件在蒸压釜中的固化周期尽可能地短。它们的制作工艺方法可以是：具有精确地复制各种精确安放参照件的能力，这些器件包括确定机器面板在一机床床座上面的高度和取向的一“A”基准平面、以及诸如一“定位销”和一“正弦键”这样的定位器件。
因此，本发明的一项目的是，提供一种经过改进的制作混合型机具的工艺方法，这种机具用于从诸如面层表皮或表层、蜂巢状芯体和预浸过树脂的织物这样的构成元件制出粘合的或固化的零件，此工艺方法可生产出在符合尺寸要求方面具有重大改进的零件。本发明的另一项目的是，提供一种混合型机具和一种用于制作这种混合型机具的工艺方法，在机具上，粘合的或固化的零件的各构成元件可以以很大的精度组装、粘合和/或固化，而后加工，亦即雕琢、修边和/或钻削，始终在零件首先组装所在的混合型机具上的原先位置上，直到机加工工序之后才从机具上卸下。本发明还有另一项目的是，提供一种经过改进的零件，由在一混合型机具上粘合或固化的各构成元件组装而成，并在零件粘合和固化所在的原先位置上、在同一机具上作机加工，直到最终机加工工序之后才从机具上卸下。
本发明的这些和其他目的可以在一种混合型机具上达到，这种机具既用作一种模具，在它上面施用各种构成材料以便粘合或固化成为一具有所需形态的零件，也用于在结层机具设置在机床床座上的同时、由一CNC机床随后从事机加工零件的一周边边缘期间，把经过粘合或固化的各种材料卡持在原先所施用的位置上。由复合材料制成的一面板具有一面层表面，设计成有待在机具上制作的一零件的一个表面的所需形状，此面板具有一参照平面，其在机床床座之上的取向和高度规定在零件程序之中。一混合型机具面板上的基本上连续的槽沟开在面层表面上。一基座结构支承着面板以保持面层表面的所需形状。基座结构具有一些地面接触底座，各自具有一接触表面，一起形成一“A”基准平面，借此平面，支承结构接触机床床座并由此床座支承。面板上的装接装置把面板支承在支承结构上，以面板的参照平面平行于“A”基准平面。用于零件的各种材料施加在面板上，始终在面板上原先施加的位置上被粘合或固化以及修边。边缘修整是由一CNC机床遵循一零件程序以移动一伸进槽沟的刀具来触及零件的全部厚度而完成的。由于面板参照平面与“A”基准平面的精确关系，槽沟在空间上对应于零件程序中刀具行走路径所代表的位置。
本发明及其许多附带的目的和优点，在阅读以下结合以下图纸所作的优选实施例的说明之后，将变得更为明显，图纸中：
图1是符合本发明的一种混合型双重用途结层机具的一透视图；
图2是定位于一龙门式安装的机床基座的一种混合型结层机具的一透视图；
图3是示于图1中的机具顶板的机具面层的一剖视立面图，连同装有的一零件的各元件并表明在零件仍然安装在机具上原先位置上时在修边和其他机加工作业中刀具行程的轮廓。
图4是一部分示于图1中的机具顶板的一剖视立面图，表明在槽沟中的牺牲材料固化时槽沟上面的一均压盖板；
图5是一分解透视图，表明在一符合本发明的机具上方的一电热抛光板片；
图6是符合本发明的一种机具的另一形式，表明机具顶板上用于多种切断的各凹槽；
图7是一用于象图1中所示机具那样的一种机具的支承结构的一侧视立面图；
图8是一示于图7中的机具支承结构的平面视图；
图9是一方框图，示出从一数字零件模型把数字数据转变为可由机床控制器使用的一种形式的过程；
图10是一真空器具的透视图，此器具用于从图1中所示的机具上作机加工的各蜂巢状芯体元件的小室中清除灰尘；
图11是一用于制作示于图1中的混合型机具的工艺过程简略流程图；
图12是一基座结构的透视图，此结构用于一设置在一机床床座上以便铣削各地面底座的表面的一种混合型机具；
图13是一示于图12中的基座结构的端视立面图，此结构被安装到一制成在并仍然装接于一主模具的面板上去；
图13A是一套管的剖视立面图，此套管通过精确定位在主模具上一套管中的一销钉上面而装入混合型机具面板；
图14是一装接装置的一侧视立面图，在示于图13中的主模具上制成的面板由此装置装接于基座结构；
图15是一示于图14中的装接装置上的、装接板件的平面视图；
图16是一示于图15中的装接板件的侧视立面图；以及
图17和18是一主模具的透视图，而一基座结构支承在各地面接触腿柱上的主模具上方。
现在转向附图，其中同样的参照数字标明等同的或相应的零件，并更为具体地转向其中的图1，图1表明一双重用途结层机具30，具有一机具主体，诸如一面板32，由一基座结构34予以支承。面板32是由一种在化学和物理性质方面适应于零件构成材料的复合材料制成的。比如，面板32最好是应当具有一匹配于零件构成材料，特别是接触于顶板的层(通常称作“机具侧表皮”)的热胀系数的热胀系数。如果机具侧表皮是预先浸有环氧树脂的碳素纤维织物，即一种常用的材料，则面板32本身可以是碳素纤维/环氧树脂复合材料，或者最好是一种碳素纤维/二顺丁烯二酰亚胺材料，诸如以品名“Dura Tool 450”由加利福尼亚，阿纳海姆，赛泰克工程材料公司(CytecEngineered Materials Anaheim，California)出售的那种材料。碳素纤维/二顺丁烯二酰亚胺具有的热胀系数密切地匹配于各种零件一般由之制成的碳素纤维/环氧树脂复合材料。
支承结构34可以是任何适当的结构，尽管优选实施例是示于图1中的通常的“蛋箱”式结构。它是由一些平面殷钢板件制成的，这些板件带有槽孔，并在示于图1中的多孔排列中与各横向构件37滑动配合在一起，然后在各板件35和各横向构件37的交接处焊接起来。另一种适当的支承结构是美国专利第5,100,255号所说明的、由各连接件装接在一起的许多复合管材制成的一种，此专利的内容在此引入作为参照。“蛋箱”式结构的可取之处是因为它可以以高精确度很快地予以组装，便宜，并且不会象环氧树脂那样遭受因热劣化。
支承结构34具有运输附件以便于机具30在厂内的搬移。在图1中所示优先实施例中的运输附件包括各提升环36，在支承结构34前和后侧上每侧固紧两只，用于装接各提升缆绳，后者与一架空吊车的大钩勾合，以便在厂内到处提升和运移机具30。另一可以替代各提升环36或者最好是补充于它们的运输附件是各叉车提升管筒40，如图1中所示嵌装在支承结构34里面。各叉车提升管筒40套住一叉车的间隔开来的各叉齿，这样机具30可以被举升起来在厂内到处搬移。
各定位和装接装置设置在支承结构34上，以便精确地把机具30定位和设置在一诸如一种示意性地示于图2之中的5轴线龙门型机床44的机床床座42上，以及以便把支承结构34在所需位置上固紧于机床床座42。机床44，在一机床控制器46的控制之下，在零件固化之后，在结层在机具30上的零件上从事机加工作业，并且还在制作混合型机具30方面起重要作用。定位和装接装置便于把混合型机具30精确地定位在底座42的一已知位置上，以致机床控制器46可以驱动机床中的切削刀具达到正确位置以便精确地加工零件。定位装置包括各控制点(也称作“定位销”)、正弦键以及机具球头，其用法下面将详细说明。使用这些装置使得可能以极大精度把混合型机具30定位在机床底座42上并检验该位置和调节机器程序以符合于机具30面板34的真实位置，从而由于机具30的和结层在它上面的零件的位置得以精确地了解而促进了随后各项机加工作业的精确度。
机具30借以固定于机床底座42的装接装置可以是本技术领域中已知的用于把一零件固紧于一机床床座的常用装置。在此实施例中，装接装置是常用的趾夹具，其结构为本技术领域中熟练人员所熟知。通常，不需要定位稍和正弦键以外的装接装置，由于机具和定位装置的重量就足以使它保持就位在机床床座上。
面板32具有一面向上的上部面层表面60，在它上面结层零件的各组成元件。上部表面60按照下面详述的一种过程构成有待在机具上制成的零件的一个表面的所需形状。一些向上开通的凹槽，在对应于随后在制造过程中需要各项机加工作业的零件各部位的位置上，机加工制成在面板32的上部表面60上。这些凹槽包括一周边槽沟62，位于面板32上零件的周边边缘将要切去的地方，以及各圆柱形凹坑63(示于图3中)，位于面板32上将穿过零件钻出孔眼的地方。另外一些连续槽沟位于由槽沟62界定的区域之内应当从零件中切出一些孔口的地方。某些多种形状的凹槽示于图5和6之中。这些凹槽容纳一种下面予以说明的牺牲材料64，在它上面，可以把各种零件的构成材料结层在齐平于上部表面60的面板32上面。
槽沟62最好是截面作成鸽尾状的，如图3和4中所示，可有助于把牺牲泡沫材料卡持在槽沟之内，直至除去为止。在固化之后，泡沫材料具有的强度是大约500psl，足够强固以提供一支承表面，在正常情况下托持齐平于机具面板32表面的机具侧各层。不过，如果需要较高的强度，一或多层石墨/环氧树脂预浸处理胶带可以添加在槽沟62之中而盖住泡沫材料64以形成一比较刚硬的表面，固化之后能够把载荷分布在一较大的表面上并从而承托一较大的载荷。为了在卸掉零件之后容易从槽沟62中除去泡沫材料64，单独一条浸渍过树脂的织物可以在施用泡沫材料于槽沟之前嵌入其中。
槽沟62完全围绕零件各构成元件有待于结层在上的面板32面层表面60中心部分而伸展在有效边修整所在处表面的一区域之中。其他一些凹槽位于机具上有待穿过零件钻出各孔眼处或需要穿过零件从事其他机加工处的各区域之中。外部周边槽沟在以下意义下是一“连续的”槽沟，即完全围住零件被结层于其上的区域。不过，可能有一些特殊的零件结构，要求在槽沟上有一中断或一间隙，因此要求采用“基本上连续的”槽沟这一用语。最好是，槽沟只是深到足以使一铣刀68能够在铣刀铣削通行期间伸到面层表面60以下以致它的周边切削牙齿可以接触和切割零件周边边缘的全部厚度。在此实施例中，槽沟62的深度D，示于图4之中，大约是0.050英寸，尽管如果铣刀68安装所在的机床不能予以编程而以必需的精度跟随面板32的轮廓时，它可以做得较深一点。
槽沟62的宽度W选定得适应铣刀68的直径加上机床44中铣刀68行走路径中必需的允差。一附加的槽沟62宽度也设定在由铣刀68切割出来的切缝两侧，用于托持接合于牺牲材料64的各种结层材料的机具侧表面，以确保零件在切削作业期间不会移位而依旧牢固地在面板32上固定就位，直至切削作业完成和零件准备从机具30上卸下为止。
牺牲材料64可以是任何适当的材料，能够方便地施用以填充槽沟62，并具有充分的强度、耐热和其他性质以便在接合/固化作业期间支承各种构成材料。在此实施例中新使用的优选材料是可热胀的自结皮泡沫材料B.F.Goodrich#PL657。这种材料用作槽沟62中的一种压条或一种切成的狭条并由一种模制成的光滑均压板片70覆盖，如图4中所示。均压板片70最好是一种石墨/环氧树脂构件，直接模制在面板32的顶部表面上，而后在面板上加工出槽沟62和其他各凹槽，并在面板上面通过在罩以一抽空的真空囊袋71的同时加热到固化过程的固化温度而予以固化。各真空轨道73，可以通过沿着槽沟62将要在面板表面60上加工出来的路径两侧设置一条通常用以把真空囊袋71的各边沿密封于机具的密封胶带，而模制到均压板片70的底面上去。均压板片赖以制成的各石墨/树脂板片铺放在机具表面60上而盖住各条胶带并固化成该形状以形成各真空轨道73。牺牲材料64，通过用均压板片70和一真空囊袋覆盖槽沟62并用为此用途而在本技术领域中为人熟知的油灰状密封胶带75把真空囊袋的各边沿密封于面板32的面层表面60，而在槽沟中予以膨胀和固化。真空囊袋抽空到一大约10英寸真空的真空度，并在各真空轨道73中施加真空以帮助把均压板片向下压贴于机具的顶部表面60而盖住槽沟62，同时泡沫材料膨胀而贴靠盖住槽沟62的均压板片的底面，并随后在已膨胀的情况下固化。为了使泡沫材料膨胀和固化，机具30被放置在一烘炉或蒸压釜里面，并被加热到一由泡沫材料供应商所规定的温度，对于B.F.Goodrich#PL657来说，大约在260°下持续大约90分钟。
一种用于固化泡沫材料64的优选技术采用一种电热均压板片72，示于图5之中。均压板片72具有一电热带74，在槽沟62上方的区域内固紧于均压板片72的顶部表面76，或者当制作均压板片72时埋置在其中。一绝缘覆盖层77，用虚线部分地示于图5之中，可以铺盖在均压盖板72的顶部以减少向环境大气的热损失并降低为保持泡沫材料64固化时的某一高温而需要的电力。靠近加热带的各温度传感器78产生各种信号，经过各导线79传送给一控制器80，此控制器可监测均压板片72的温度，并可调节从电源82发送给加热胶带74以便把温度维持在槽沟62中泡沫材料64所需的固化温度上的电力。电热均压板片72可免除在泡沫材料固化过程期间占用昂贵的烘炉或蒸压釜的需要，从而可降低制造过程的成本。
在牺牲材料64已经固化之后，真空囊袋71和均压板片70或72被拿掉，而一解脱涂层被施用于机具面层60、槽沟62的两侧，但不施加于槽沟62之中的牺牲泡沫材料64。脱解涂层可确保零件在到了从机具30上取下它的时候不会粘接于机具面层。零件的机具侧表85的各层施用于机具面层60，叠置在槽沟62上面，并如图3中所示，超出槽沟伸展一小段距离而形成一余量或边缘。如果零件是一种蜂巢芯体夹芯零件，各蜂巢芯体元件84则在各元件84之间具有一种粘接用膨胀性泡沫材料的情况下，配装就位在机具侧各层的顶部。方便的是，用在槽沟62之中的同样的膨胀性泡沫材料64可以用来把各蜂巢状元件84接合在一起。
另一用于以牺牲材料填充槽沟62的优选技术是，施用一种脱解涂层于槽沟62并迳直以石墨或纤维玻璃环氧树脂予以填充。零件的各层然后铺放在槽沟62之中环氧树脂的顶部上。一条纤维玻璃可以铺放得盖住槽沟以有助于需要时在固化和边沿修整之后的分离。槽沟62之中的环氧树脂与零件一起固化并接合于零件，但在经过槽沟62而从事边沿修整之后，余留的环氧树脂细小边沿在零件被提起而离开机具时，是容易除去的。
如图3中所示，一通气带条87铺放在机具侧各层85附近，而真空囊袋71铺放在机具侧表皮各层85和其他各部件上面，诸如各蜂巢芯体元件84。真空囊袋71的周边边沿，如本技术领域中所知的那样，用密封胶带75或类似物围绕槽沟62的外部密封于机具面层。真空囊袋71下面和密封油灰周边里面的空间由一真空泵86予以抽空，此泵通过一条真空管线88连通于靠近槽沟62的机具面板32底面上的一真空孔口90。方便的是，在真空孔口中的一单向阀(未示出)，在机具30被传送到一蒸压釜(未示出)中去时，可保持真空。在蒸压釜中，真空孔口90被重新连接于真空源86而蒸压釜被加压和加热，使各层中的已浸渍树脂流动而后固化，而出自正在固化的树脂的任何逸出物通过真空管线88被抽取出来。
在各层和各部件中的树脂固化之后，蒸压釜中的温度和压力降低到室内温度和压力，而机具30被运送到机床床座42。机具30支承结构34上的各可缩进脚柱94被缩进以使基座结构34底面上的一“A”基准表面96啮合于机床床座42。这样就确定了机具30的面层表面60相对于机床床座42的垂直位置和取向，这是控制龙门安装式机床44运动的机器程序所“已知”的一段距离。可缩进的各脚柱94在所有其他时间，即在机具30贮放和挪动期间和把各种表皮材料和各种构成材料结层在机具30上期间，保持是伸出的，以防止精确磨制的“A”基准表面96出现刻痕或其他会影响“A”基准面96与面板32顶部表面60之间距离的损伤。
机具30在机床床座42上的位置和取向是由一些定位装置确定的，包括一控制点98和一正弦键100，示于图7和8之中。控制点98包括一板件102，通过焊接或类似方式刚性地固定于机具30支承结构34的底面，以及在板件102上的一经过精确钻削和研磨的垂直孔眼104。一精磨成的销钉106，一般直径为2英寸，以一种紧密滑动配合配装在孔眼104之中，并配入机床底座42上许多等同大小的孔眼108之中所选定的一个，示于图2之中。正弦键100，同样示于图7和8之中，包括象板件102一样地固定于支承结构34底面的一板件110。一较小的垂直孔眼112精确地钻削和研磨在板件110上并同样以一种紧密滑动配合装放一精磨成的销钉114，一般直径为13/16英寸，向下伸展超出板件110，并配入孔眼108中心所在的、机床床座42之中的同一T形槽孔116。当各销钉106和114就位在板件102和110之中时，向下伸进孔眼108和槽孔116，机具30的位置就被唯一地确定在机床床座42上。其位置可以通过识别各销钉位置所在的槽孔116和孔眼108而被输入到机床控制程序。该信息，连同输入机床控制器46的机具结构数据组和零件结构数据组，提供了充分的信息，使得机床控制器可能导引机床以实现所需的各种切削作业。
现在转向图9，它简略地表明一种过程，用于把数字零件数据转变成能够为机床44控制器所了解和使用的各机器指令，以便使控制器能够在零件上实现所需的各种机加工作业，诸如边缘铣削和孔眼钻削。一驻在一主计算机122上的数字零件模型120被提供给一NC机器编程员，他可利用零件模型120编出一程序124。此程序包含诸如刀具类型、主轴速度、刀具给进速度、切口深度、行刀次数和刀具有待经过的路径等信息。NC机器程序经过一后处理器126的处理以由一种能由机床控制器46读出的格式和媒体生成一部程序。此程序被存入一数据库管理系统，用于贮存和在需要时提取。此程序由机床操作者在他准备制作零件时予以提取。他将其装载到机床控制器里面并运行程序，以便在零件适当地装在机床床座42之上并经测试以核实其位置之后，在零件上实现各种切削作业。
一些零件则要求：与机具侧表皮分开制成各单独的芯体组件，而后在一项作业中配接于机具侧表皮和囊袋侧表皮并一起共同固化。对于这些零件来说，单一的石墨环氧树脂层铺放在机具表面60上，而各蜂巢芯体元件铺放在机具侧层的顶上。诸如B.F.Goodrich#PL657这样的泡沫材料的各带条被嵌置在各泡沫芯体元件之间。一真空囊袋铺设在此组件的上面，并用真空泵86予以抽空。机具被放进一蒸压釜，温度和压力予以提高以供固化过程之用。在这一工艺方案中，可以不必使用一均压板片来分别地固化槽沟62之中的泡沫材料，如果各蜂巢状芯体元件铺设在槽沟上面并跨越槽沟，形成支承以防止真空囊袋在泡沫材料可以固化之前使槽沟62之中的泡沫材料形成凹痕。在芯体元件已经固化之后，机具被送到机床44并安装在机床床座42上和对准就位。芯体元件经过机加工以产生为它使用所在的零件所需的雕琢形状，而芯体元件的周边跟随周边的槽沟62予以切割以便从机具上脱除下来。经过雕琢和加工的芯体元件被取下来而装在同或另一机具中的一机具侧表皮上。一囊袋侧表皮施用在芯体元件上面，而一真空囊袋铺放在机具上面并密封于它。真空囊袋被抽空，而机具被放进一蒸压釜，用于同时共同固化两个表皮。
机加工芯体元件84以制成为零件所需的雕琢外廓，是一种用于制成芯体元件所需形状的有效和精确方法。不过，在机加工之后从各芯体小室中清除灰尘和碎屑已经证实是很困难的，尤其是当零件依然贴在机具上直到囊袋机表皮固化为止的时候。为使从各芯体小室中容易清除灰尘和碎屑，一真空器具130，示于图10之中，滑移在芯体元件顶面表面的上方。此真空器具具有一框罩132，带有一配件134，一真空软管136装接于此配件。一根管子138装在框罩132的对置两侧上，横过框罩的开孔。管子具有一排小孔140，方向朝着框罩的开孔，并在其端部具有一快速解开联接器142，用于装接于一气压软管144。
在操作时，真空器具连接于从一真空源诸如一车间真空除尘器来的一真空软管136，而一气压软管144连接于联接器142。框罩以其开孔安放在蜂巢状芯体表面上，通过一排孔眼140喷出的空气会把灰尘从各蜂巢小室中吹出来，而带灰尘的空气则通过真空软管136依靠真空从框罩132处抽走。通过各孔眼140吹出的空气速度小于由真空源从真空框罩132吸出的空气速度，所以没有灰尘从框罩132处吹出。一组沿着框罩132前沿的浅度缺口146可使空气被吸进框罩并防止在框罩内部形成一种真空状态，这种状态会使得难以在芯体元件84表面的上方挪动框罩。
上述的混合型机具30是依靠一种工艺过程制成的，此工艺过程设计得可造成一复合面板32，具有正确的外形并在相对于“A”级基准面96的正确取向上装接于基座结构34。复合面板32是与基座结构34分开制成的，并在其外形确定之后装接于基座结构的，所以此工艺过程必须使平行于基座结构34“A”级基准平面的面板32参照平面的精确对准是可能的。
优选的工艺方法，概述在图11的工艺流程图之中，包括在并列的各工序中制作基座结构34和面板32。示于图7、8和12中的各基座结构是由殷钢板料制成的，这种板料用激光或水射流予以切割以形成间隔开来的一组平行板件35，由各横向件37保持就位，后者滑动配合到各板件35的槽孔里面并焊接就位以形成一具有高强度和耐久性的刚硬的、开式结构。一系列在各横向件37上的“堞垛”150，如图7和8中所示，或者在各板件35上的，如图1、6和12中所示，可提供有托脚的装接支柱，借助于它们，面板32可以装接于基座结构34，这将在下面详细说明。相邻堞垛150之间的间距，对于一种大约.25″-.30″厚的石墨/二顺丁烯二酰亚胺面板来说，是大约18英寸。
面板32制成一主模具155-也称作一“DFT”-上面，示于图13之中。主模具155最好是由一殷钢“蛋箱”型基座结构157制成，带有一些精密机加工而成的支承底座160以形成一“A”基准平面。一殷钢顶板162装接于主模具155基座结构上的各堞垛164，并加工和抛光到有待模制零件的表面准确外廓。加工是由在机床床座190上具有“A”基准面的一CNC机床予以完成的，所以，主模具面板162的参照平面是由加工作业确定的。同时，各参照器件都经过机加工而纳入主模具面板162，这些细节确定了参照平面，并提供了参照平面借以被转移到混合型机具30的面板32的手段。各参照细节最好是钻出在主模具顶板162上的三个或更多的孔眼，在其中装有各淬硬的套管163，如图13A中所示。这些孔眼以后可以用作钻头导管以钻出混合型机具30面板上的各相应孔眼，机具各球头或各激光靶可以装设在其中，以便把面板32正确地对准在基座结构34上。另外，而且最好是，各定位销165装在各套管163之中，而各套管167则装在各定位销165上，并在面板32展放在主模具155上时连同一加强铺垫一起装入混合型机具面板32。各套管167此时为混合型机具面板上用于确立参照平面的诸如各机具球头或各销钉这样的参照器件提供了安装插座。
一种用于制作主模具155的另外方法是，采用一种现有的双重用途生产机具，最好是以高精度由殷钢制成的那种。各参照器件可以经过机加工而纳入现有的生产机具，用于以后转移到主模具155。一主模具面板被结层、消胀和固化在生产机具上，而各参照器件被以与上述相同的方式转移到主模具面板。一主模具基座结构随后以与下述用于制作混合型机具的相同方式装接于主模具面板。这一用于制作主模具用的工艺方法是很方便而且便宜的，因为此生产机具是业已可供使用的，但它并不是最佳的，因为有可能在结层主模具面板期间把一些微小的尺寸误差引入主模具。
在主模具155上制作混合型机具面板32遵循Cytec，即机具Dura 450石墨/二顺丁烯二酰亚胺预浸材料的供应商所规定的各项结层程序。主模具顶板162的表面用脱模剂予以清洗和涂敷。各预浸的层结层、依次取向在各递增的45。位置上。每4-6个层，即这叠层，被置于真空囊袋之中并通过在一加压至90PSI的蒸压釜中抽空松垂的各层而予以消胀。大约20个层会产生一大约0.30＂英寸的固化层板。
在所有的层都已结层之后，装接零件固紧于面板32的向上面层表面。此向上面层表面，当它在装接于基座结构34之后，被翻转过来时，将实际上是面板32的底面。装接零件，如图14-16中所示，包括一装接板件164，直径大约3＂，开有几个排孔166，树脂可以通过它们流动，而各相邻层在固化之后鼓胀起来而把板件164牢固地保持就位。一螺帽166焊接于装接板件164的中心并通过一直角支架170水平支腿上一孔眼套住一带螺纹直杆168。直杆168由对置的两个顶靠支架顶侧和底侧上两个自对中垫圈174的螺帽172在一所需的轴向位置上固定在支架上。支架170具有一垂直支腿，由一螺栓175固紧于基底结构34的堞垛150，用于把面板32支承在堞垛150上。
装接板件164铺放在面板32的已消胀但仍然未固化的各层上的两片另外的石墨-二顺丁烯二酰亚胺预浸材料制的层上面，而10片另外的层铺放在装接板件164上面，同时直杆168穿过这些层上的各孔眼。在固化期间，直杆168很方便地用一带螺纹栓塞代替并密封起来以便于置于真空囊袋之中和防止树脂流进螺帽166的螺纹。
固化过程包括在大约90PSI的压力下和大约350°温度下延续大约6小时的初步凝固和固化，随之以冷却和减压，以及在大约440°下另外6小时的最终面板自由静置固化。
在面板32固化在主模具155上之后，在面板32和主模具顶部板件162的界面处，通过连接于一真空源180的各管线178，抽成真空，以牢固地把面板32保持就位。基座结构34由吊车吊起并由四个或更多的外伸腿柱183定位在焊接于主模具155两侧的支架185。各腿柱183把基座结构支承在各支架185上，并允许作出调节以大略地找平基座结构上平行于对应主模具155座放所在的表面190的“A”基准面的、各底座187的各顶部表面(亦即，在混合型机具30翻转之后各底部接触表面)。
如果主模具155不是已经在一机床床座上，就运移到那里并使用定位销和正弦键在一已知的取向和位置处定位在它上面。机加工作业包括把各底座187铣平并使之平行于主模具155的“A”基准面，以便为混合型机具30确立一“A”基准面，以及为混合型机具的定位销和正弦键钻出孔眼。
混合型机具30此时可以通过从各支架185中解脱各外伸腿柱183和从真空源180上断开真空管线178而从主模具155上卸掉。混合型机具30被提起而离开主模具155、倒转过来和固定在与示于图1中的那些同样的其各底座或可伸出的腿柱94上，以防止贮存和运输期间损伤各底座187的表面。如果各外伸腿柱183会妨碍使用混合型机具30，可以卸掉它们，因为它们没有任何其他作用了。
本发明的一第二实施例，示于图17和18，具有同样的步骤顺序，安排得在各地面支承底座187的机加工之前把基座结构34装接于面板32。在此实施例中，长度大到足以触及底面的各外伸腿柱193装接于基座结构34的两侧，而此结构设置在主模具155的上方并调节得大略地找平基座结构34的顶部而平行于“A”基准面。如果各地面支承底座187还未装接好，则它们此时可以焊接在基座结构34上。面板32以与上述相同的方式装接于各堞垛650。各腿柱193此时为混合型机具30确立了一个暂时的“A”基准平面，以致当它连同其面板32一起从主模具155上卸掉时，可以被传送到一机床床座并将相对于机床床座以正确的取向竖立在床座上。使用机床把各地面支承底座187铣平并平行于机床床座，从而为混合型机具30确立“A”基准平面。各参照器件，象在第一实施中那样，装入面板，而这些参照器件，在机具被翻转过来而立于其各底座187时，可以用以设定混合型机具在机床床座上的位置并精确地加工定位销和正弦键上的各孔眼。
本发明的第三和第四实施例重新安排了步骤顺序，即加工各底座187以便为混合型机具基座结构确立“A”基准平面，然后把基座结构34装接于面板32。图12中表明，基座结构支承在设计得把基座结构34保持在大致正确取向上的各临时腿柱195上。各底座187经过机加工整平并平行于机床床座，而基座结构被运送到主模具155处。各临时腿柱195被卸掉，而象图18中所示那些的外伸腿柱被装接上去。基座结构34安放在支承在自身各腿柱上的主模具155，而一激光追踪器或经纬仪装设起来以测定各地面底座187顶部表面的取向。各腿柱在长度上予以调节，直至各地面底座表面齐平并平行于主模具的“A”基准平面为止，此平面也就是主模具置放所在的表面。各装接装置此时被固紧于基座结构43的各堞垛150，而混合型机具即准备好被从主模具155上卸掉。
第四实施例以与第三实施例同样的方式确立了基座结构34的“A”基准平面，但代之以装接象图17和18中所示的那样一些接触地面的外伸腿柱而装接一些象图13中各腿柱183那样的短小腿柱。在铣削机床床座上各地面底座187的表面之后，基座结构被运送到主模具155处，而各短小的外伸腿柱被装接于主模具上的、象图13中所示的各支架185那样的支架。短小外伸腿柱的调节螺帽予以调节以找平各地面底座表面而平行于主模具155座放所在的表面，或者平行于支架185的顶部表面，如果各支架已经装接以致它们平行于主模具155的“A”基准面。在调节基座结构34的取向以致各地面底座表面平行于主模具155的“A”基准平面之后，面板上的各装接装置连接于混合型机具基座结构34的各堞垛150，而混合型机具可以从主模具上卸掉。象以前那样，各定位销和正弦键孔眼可以通过探测从主模具155转移来的各参照器件而予以加工并装入面板32以确立混合型机具30在机床床座上的位置。
因而，本发明通过提供了一种用于在一结层机具上结层和固化/结合零件的方法和设备，并提供了用于当零件仍然在原来机具上和仍然在原来位置上时雕琢蜂巢状芯体以及修整和钻削零件的手段达到了前所提及的各项目的。所有的在先前技术的方法和设备之中的配准问题都由本发明排除了，从而导致从本质上改进了对于规定制造公差的适应性，而且建造、维护和贮存机具的费用也大大降低了。提高了的小公差制造性能首次使之可能在这些大型结层零件上利用现代制造工艺技术，诸如统计性的设定公差和确定性的从事组装，从而零件使用所在的总成得以进一步地提高质量和降低成本。
显然，由于这一披露，本技术领域中的熟练人员会想到本优先实施例的许多改进变更。因此，显然可以理解，这些改进和变更，以及其等同作法，应当认为是在以下各项权利要求中所确定的、本发明的精神和范畴之内。