复杂组合制品精确预成型的方法 本发明涉及树脂传递模塑工艺中，生产复杂组合制品的多层纤维预型的制造方法。
生产组合制品中，通常把多个定位的干纤维层装配到一个与制品的形状相同的模型中。这种干纤维层的装配称作“预型”，通常是随后将其安放在一个模具中，然后把树脂注入模具，以渗入纤维之间，填充纤维之间的空间，从而生产组合部件。这种生产组合部件的工艺称作“树脂传递模塑”(RTM)工艺。
为制造预型，多个纤维薄片迭放并成型为制品的形状。在把这些薄片装配成堆迭的过程中，纤维相对于模具准确定位，从而使成品以及纤维在完成装配和成型的各工序中保持这种定位是很关键的，因为最终产品的结构特性取决于这种纤维定位。
当前，布置纤维层和正确定位必须由人工进行，每迭放一层纤维都要用肉眼检查。然而，这种装配过程本身就可在调整上层纤维使之位于正确方位时引起低层移位。一般地，为了保证各部分的一致，需要把相邻纤维薄片间的精确度保持在±3度之间。目前，很难达到这种精确度。另外，部件的形状越来越复杂，从而更难在成型的工序中保持薄片的方位，因为这些薄片相应于各种造型会发生移位。例如，具有复杂曲面、突出凸缘和成角的边缘，或者具有其它复杂结构的部件，要求薄片在成型过程中相互间可自由移动，这种成型还必须在一种受控方式下进行以防止纤维变形。现在很难制造这种零件预型。
本发明的一个目的是提供一种精确地把多个纤维薄片布置到装配堆迭中地方法，从而能够保证合适的纤维定位，而无需在堆迭中每放一层纤维薄片就进行检测。
本发明的另一个目的是一种自动化的方法，以显著地节约生产纤维预型所需的时间和带动。
本发明还有一个目的是提供一种工具，便于在成型前保证各层间纤维正确定位的同时，自动地把纤维薄片装配成基本上呈平面的形态。
本发明的这些目的以及其它目的是通过一种制造组合部件预型的方法实现的，这种方法包括以下几步：提供多个纤维薄片在每一薄片不包含在部件内的部分上开出定位孔，这些孔在所有的薄片上恬当地垂直对齐时对应共同的位置；提供一种与部件形状相同的成型装配模具；提供一个或多个辅助定位模具，以改变成型装配模具。模拟一个基本上是平面的表面，辅助模具具有一个或多个从它伸出的定位销，把多个薄片相继安置在装置工具和辅助工具之上，使薄片装配或平的堆迭，薄片上的定位孔容纳穿过其中的定位销，切割相邻于定位孔和定位销的纤维薄片，移去辅助工具、定位销和切下的纤维，把装配工具上的薄片成型为部件形状。
采用定位销和辅助模具，使多个平面的薄片能被定位并装配成一种堆迭，用销保证这些薄片中每一片的精确定位，并在装配过程中使它们保持在位。使用自动装置可以方便地装配这种平的堆迭，以免除操作者干预。选择薄片上的孔位，以保证片与片之间恬当地对齐，这些模式可以由计算机产生。典型地，这些定位孔设置在废料区，该区可以在堆迭装配好后很容易地去掉。切割纤维薄片前，去掉边缘纤维片、工具和销钉时，可以压住预型的一部分使薄片保持在位。然后把受压区域以外的全部薄片层压紧并压进成型模具，除纤维薄片的允许变形处外，通常在远离薄片定位图案的区域，在没有明显的纤维薄片位移的条件下制成预型。这个工艺保证了部件造型的重复性。
图1所示为纤维材料片，示出了可从材料片冲出的各种薄片的外形。
图2为一个分解图，表示依次安放到成型模具上的薄片。
图3为一成型模具，具有4个装配平薄片的辅助模具。
图4为沿图3A-A线的辅助模具的横截面图。
图5表示移去辅助模具。
图6为成品的等侧图。
图7为沿图5中B-B线作的横截面图。
图8为成型装配模具和辅助模具的截面图，其上面有薄片。
图1示出了一纤维材料片1。该片由片状的编织或非编织的纤维构成。片上有数个表示要从该片上切下成为数个部件薄片的外形2。可以使用各种方法把材料切成各个预定形状和图案的薄片。例如，可以用在材料片2上方垂直移动的、由计算机操纵的数控切割机，还可以使用临时的或永久的冲模或者选型机切割薄片。
在确定各个薄片的具体形状时，因材料成本原因，要考虑在纤维片上切制的薄片最多，以减少边角料。使用石墨纤维片时尤其是这样。但是还是能得到足够的余地来包含呈小片状的废料区域，安排在每一个薄片旁，用于准确地完成装配薄片堆迭。
这些小片用于图示目的，不是必须采用这种明确的形状，所示的方形的小片只是为了便于说明。所必须的只是要设置废料区域部分以包含定位孔15，然后在设置的区域开出一个孔以便于薄片装配。
一般而言，最终制品部件的形状决定了各个薄片构件，使用市售计算机软件可从它的三维构形“展开”。这种软件能够把零件分解成所需要的薄片构件，并把它们展平形成平面薄片图案。
产生平面图案的同时，对部件外形进行修改以实现薄片在小片或相似的设置区域对齐，选出孔15从而便于装配定位的纤维薄片。一旦确定了如图1所示的平面图案，就在材料片上切出各种薄片。
参照图2，所示为要被装配的切出的薄片，薄片4装配成一个亚单元，然后安放到成型模具5上，如图3所示。之后装配各个薄片或者由一些相同形状的薄片组成的亚单元，如亚单元6、7和8，它们是以装配预型所必需的适当顺序安装到模具上的。
模具5具有与最终部件形状相应的表面，但是另外包括多个可以拆卸的定位块，9a、b、c、d、e具有可塞入模具下部区域的部分，与定位块共同在模具上提供一个平表面以便于薄片装配。这在图8中表现得最清楚。这些定位块含有定位销钉10，配合在各个薄片的定位孔中。这样，装配工作的进行就有可靠的层间定位保证。图3所示为安装好定位块的模具，图4为模具的截面，表示了定位块在撤掉以前怎样让平面薄片得以装配。
定位块的设计可以通过把块设置在部件的最高点附近或者首先要成型的区域附近进行优化。这就可以使薄片叠放成平面的图形，如图8所示，在装配好的堆迭12的最高点11用构件13夹住，或用其它方法配合把薄片保持在一起，然后沿毗邻固定销的线14切除废料区域，卸去定位块。这使模具的复杂表面暴露出来，使得装配好的薄片能被压在模具的复杂形状上，并包在其上成型。
当然，一旦被夹住，纤维就保持其片间定位，只是进行所必需量的移动以符合模具的形状。
参照图5，定位块已经被卸去，薄片被装在了一起并且形成模具的形状。图6所示为成型后的部件，图7为带有已造形为模具形状的薄片的模具的横截面。
本发明的优点之一是，定位块可以用作支持薄片的平面层，起造型区域上方的桥梁作用。只有在使用按压或者其它方法把薄片固定在位以后才卸下定位块，易于在成型模具上使薄片成型的同时基本上保持所必需的层间关系。
本发明的另一优点是易于自动化，因为定位销和定位孔保证了已装配薄片的正确方位，可以用机器切割、分捡并把不同的薄片布置在成型模具上。然后夹持步骤、卸去辅助模具以及成型工序均以自动的方式进行，同时所需操作者的干预大大减少。当然可以希望结合各种检测技术来保证恬当的装置和定位，但本发明方法本身就保证了精确性，从而这种可供选用的工序能够减到很小，用时用工很少。
本发明可以用石墨、丙烯酸酯酰胺、玻璃等任何种类的纤维材料，采取任何想采取的编织和纤维取向。纤维材料薄片可以是干的，就是说，没有预先浸入的树脂，从而装配件可以用于树脂传递模塑工艺，当然可以采用任意适用的树脂，如环氧树脂、bismalmide(比斯摩尔酰胺)、苯乙烯、聚亚胺脂等等。
可以采用任何常规模具，典型地由铝制成，但也可使用钢模具，可使用镍铁合金和钢制成的销。可以按部件的构形选择定位孔数目和大小。一般地，定位孔的直径为1/4英寸至1英寸，依制造部件以及薄片的数目而定。这只是选择的问题。采用本模具工艺时，装配的薄片数目没有限制，采用本方法已经成功地装配达18个薄片。
虽然这里图示并说明了本发明的特殊实施例，本领域的技术人员不难理解，本方法可以进行不同的改变和改进而不偏离本发明范围。