本发明涉及一种制造机械部件(10)的方法,机械部件(10)包括至少一个由金属基复合物制成的插件(3),基体陶瓷纤维在所述复合物中延伸,所述复合物插件(3)由多个涂覆丝线(32)获得,每个涂覆丝线(32)包括涂覆以金属包层的陶瓷纤维,该方法包括通过将结合成组或成束的涂覆丝线(32)围绕柱形部件(2)卷绕的步骤来制造至少一个插件(3)。根据本发明,至少一些卷绕沿直线方向进行。本发明还涉及一种由此获得的机械部件(10),并涉及一种被设计以实施根据本发明的制造方法的卷绕装置(20)。
1.一种制造机械部件(10,110)的方法,该机械部件为细长形状,在其各端部(13,14)具有至少一个柱形凹部(11,12),所述柱形凹部(11,12)的轴(Z1,Z2)是平行的,所述机械部件(10,110)包括:至少一个由金属基复合物制成的插件(3),基体陶瓷纤维在所述复合物中延伸,所述复合物插件(3)由多个涂覆丝线(32)获得,每个所述涂覆丝线(32)包括涂覆以金属包层的陶瓷纤维,所述方法包括通过将结合成组或成束的涂覆丝线(32)围绕一形成一心轴的部件(2)卷绕的步骤制造至少一个插件(3),所述插件(3)具有描述一封闭结构的回转的几何形状,所述形成心轴的部件(2)围绕近似平行于所述凹部的轴(Z1,Z2)的轴(Z)旋转,并具有两个安装在两个圆形部分(25)之间的直线卷绕部分(24),整个所述插件(3)随后被插入一容器(4)中,以经历热等静压成型。
2.如权利要求1所述的制造机械部件(10,110)的方法,其中,所述两个圆形部分(25)具有不同半径。
3.如权利要求1所述的制造机械部件(10,110)的方法,其中,所述两个直线部分(24)平行。
4.如权利要求1所述的制造机械部件(10,110)的方法,其中,两个插件(3)被分别插入所述容器(4)的两个相对表面(42)的侧面上,以经历热等静压。
5.如权利要求4所述的制造机械部件的方法,其中,所述插件(3)位于形成非零角度(α)的平面(P2,P3)中。
6.一种机械部件(10,110),为细长形状,在其各端部(13,14)具有至少一个柱形凹部(11,12),所述凹部的轴(Z1,Z2)是平行的,该机械部件包括至少一个由金属基复合物制成的插件(3),基体陶瓷纤维在所述复合物中延伸,所述复合物插件(3)通过多个涂覆丝线(32)获得,每个所述涂覆丝线(32)包括涂覆以金属包层的陶瓷纤维,其中,所述插件(3)的丝线具有描述一封闭结构的回转的几何形状,并具有两个直线卷绕部分(24),近似垂直于所述凹部的轴(Z1,Z2),安装在两个圆形部分(25)之间。
7.如权利要求6所述的机械部件,其包括至少两个插件(3),所述至少两个插件(3)位于所述机械部件的中平面(P1)的每侧上。
8.如权利要求7所述的机械部件,其中,所述两个插件(3)位于相互成角度(α)的平面(P2,P3)中。
9.如权利要求6至8中任一项所述的机械部件(10,110),其构成一杆。
10.一种起落架,包括至少一个如权利要求6至9中任一项所述的机械部件(10,110)。
11.一种涡轮机组,包括至少一个如权利要求6至9中任一项所述的机械部件(10,110)。
12.一种飞机,包括如权利要求6至9中任一项所述的机械部件、如权利要求10所述的起落架或如权利要求11所述的涡轮机组。技术领域
本发明涉及一种机械部件,包括由复合物制成的插件,这种类型的复合物包括金属基体中的陶瓷纤维;本发明还涉及一种制造该机械部件的方法,并涉及一种被设计以实施所述制造方法的卷绕装置。本发明适用于目的在于主要沿一个方向传递拉伸力和/或压缩力的任何种类的机械部件。
背景技术
特别是在航空工程领域,始终存在优化机械部件强度以具有最小重量和尺寸的动机。因此,特定机械部件可具有由金属基复合物制成的插件,可使这样的部件成为单一件。类似这样的复合物包括金属合金基体,例如由钛(Ti)合金制成的金属合金基体;诸如陶瓷碳化硅(SiC)纤维之类的纤维在所述金属合金基体内延伸。这种纤维具有比钛高得多的拉伸和压缩强度。因此,主要由纤维对载荷作出反应,金属合金基体用作粘接剂以连接到部件其余部分以及保护和隔离纤维,其中需使纤维不相互接触。而且,陶瓷纤维耐腐蚀,但其基本上通过金属而增强。如上所述的复合物在航空工程领域中已知用于制造盘、轴、致动缸主体、壳体、柱或制造为单一件的增强物(例如叶片)。制造这些部件的一种技术如具有本发明技术背景的文献FRxa02886290中所述,在此文献中,基本制造步骤之一包括:可成束或成组的涂覆丝线围绕垂直于其旋转轴线的圆柱形部件卷绕。这种方式所获得的所述部件是圆形的且主要适于生产圆形部件,例如,轴,致动缸主体,壳体,或盘。不过,一些机械部件所需的性能不同于圆形部件所呈现出的性能。特别是在目的在于沿一个方向传递拉伸载荷和/或压缩载荷的大致为长形的杆的情况下。
发明内容
本发明的一个特定目的在于,一种制造机械部件的方法,所述机械部件包括至少一个由复合物制成的插件,这种类型的复合物包括在金属基体中的陶瓷纤维,所述机械部件能够在其端部之间传递沿一个方向的拉伸载荷和/或压缩载荷。为此,本发明涉及一种制造机械部件的方法,所述机械部件包括:至少一个由金属基复合物制成的插件,基体陶瓷纤维在所述复合物中延伸,所述复合物插件通过多个涂覆丝线获得,每个所述涂覆丝线包括涂覆以金属包层的陶瓷纤维,包括制造至少一个插件的方法包括将结合成组或成束的涂覆丝线围绕柱形部件卷绕的步骤。根据本发明,至少一些所述卷绕沿直线方向进行。由此获得的机械部件(例如杆)有利地能够传递沿一个方向的拉伸载荷和/或压缩载荷。本发明还涉及一种专门设计以实施根据本发明的制造方法的卷绕装置。
附图说明
通过阅读以下结合附图的详细描述,本发明进一步的优点和特征将变得明显,其中:图1是根据现有技术的机械部件的一个示例的立体图;图2是根据本发明的卷绕装置的一个示例的立体图;图3是根据本发明的制造方法获得的插件一示例的立体图;图4是插件、用于容纳插件的容器和用于密封容器和插件的金属盖的一个示例;图5是根据本发明的制造方法获得的机械部件的一个示例的立体图;图6是本发明制造方法的可替代形式;图7是根据本发明的制造方法的可替代形式而获得的机械部件的另一示例的剖视图;和图8是根据本发明的制造方法的可替代形式而获得的机械部件的示例的立体图。
具体实施方式
包括如文献FRxa02886290中所述由复合物制成的插件的机械部件的制造技术可用于本发明的应用环境中。这样,该文献的教示将被认为并入本申请中,并在非限制性示例中包括:涂覆丝线的结构及其制造,结合成组的涂覆丝线的制造,将所述组紧固到供其卷绕其上的金属支撑物或紧固到下方成组的层上,丝线的激光焊接或丝线通过两电极间接触而进行的焊接,热等静压,和机加工。图1图示出机械部件的一个示例,例如杆1,其总体形状为长形,即,细长形。杆1具有两个端部13和14。杆1的目的是在围绕平行轴线Z1和Z2铰接到杆端部的两个部件之间传递运动和/或拉伸力T和/或压缩力C。杆1在其每个端部13和14具有柱形凹部11或12,凹部11和12的轴线对应于平行轴线Z1和Z2。这种类型的杆1可例如用于起落架设计中或用于包括推力杆的涡轮机组中。图2图示出根据本发明的卷绕装置20的示例。在此示例中,卷绕装置20特别适于形成用于机械部件(例如杆)的插件3。这种卷绕装置20包括中空并呈长形且用作芯棒的回转部件2,和两种长形的大致相同的端板21和22。柱形部件2具有回转的几何形状,也就是说,形成通常为弯曲的封闭结构的几何形状。端板21和22的尺寸大于柱形部件2的尺寸,这意味着,每个端板21和22的周边27延伸超过柱形部件2的周边。柱形部件2夹在端板21和22之间。当卷绕装置20围绕卷绕轴线Z旋转时,丝线32卷绕到柱形部件2上。端板21和22沿轴向保持和卷绕涂覆丝线32。卷绕装置20属于形成卷绕系统的组件。卷绕系统进一步包括用于旋转卷绕装置20的机构和用于供应结合成组或成束的涂覆丝线32的机构。柱形部件2包括两个直线卷绕部分24。这些直线卷绕部分24被导向为垂直于卷绕轴线Z。这样,丝线32的至少一些围绕柱形部件2的卷绕是沿直线方向进行的。涂覆丝线32的卷绕垂直于卷绕轴线Z执行,或者换句话说,涂覆丝线32被导向为大致垂直于卷绕轴线Z。在图2中所示的示例中,这些直线卷绕部分24平行并装配在两个圆形部分25之间。可根据所需插件3的尺寸改变柱形部件2的尺寸,特别是其沿轴向Z的厚度、直线卷绕部分24的长度和圆形部分25的曲率半径。圆形部分25也可具有不同的半径。这样,直线卷绕部分24可以不平行。围绕包括直线卷绕部分24的柱形部件2进行卷绕,可实现在短时段中形成具有至少一个直线母线(generatrix)的插件3,所述直线母线包括许多平行且单向的涂覆丝线32。插件3一旦卷绕完成,则可通过使端板21和22相互分离而从卷绕装置20移除。插件3的由此形成的形状需要被保持,以防止丝线32丧失取向。存在可用于实现这一目标的各种技术。用于保持插件3的形状的第一种技术提供以下步骤:在卷绕开始时卷绕用于紧固插件3的内部分的第一金属箔,和在卷绕结束时卷绕用于紧固插件3的外部分的第二金属箔28。在此示例中,第一金属箔构成了柱形部件2。涂覆丝线32因而自身处于箔2和28之间,如图3中所示。而且,如图2所示,每个端板21和22在其周边27上具有缝23。端板21的每个缝23面向端板22的缝23定位,由此形成一对缝23。由于缝23朝向端板21和22内侧延伸至深度d,因而更易于装配金属带31。缝23的深度d必须可形成通入柱形部件2的中空内部29的通路,所述中空内部29围绕卷绕装置20的毂定位,所述毂在图2中不可见,包括交替的缝和齿,毂的缝与端板21和22的缝23对齐。深度d延伸超过柱形部件2的卷绕表面。每对缝23用于允许附接金属带31。金属带31由与结合图4所述的容器4以及柱形部件2相同的金属材料制成。金属带31通过接触焊工艺围绕插件3固定。金属带31沿被卷绕的插件3而以规定的间隔定位。一旦插件3已被卷绕且金属带31已被装配,则可通过使端板21和22相互分离而将插件3从卷绕装置20移除。由此获得的插件3的示例显示在图3中。这种插件3包括长形的柱形部件,柱形部件包括装配在两个圆形部分35之间的两个直线平行部分34。用于使插件3保持形状的第二种技术不涉及使用带31,而是提供形成长形芯棒的柱形部件2,此柱形部件2包括供丝线32卷绕其上的至少一个径向边缘,其例如具有L形或U形截面。当使用结合成组的涂覆丝线32时,可将其紧固到供其卷绕其上的柱形部件2,并使用两电极间接触焊的方法并通过穿过中频电流而紧固到下面成组的层。丝线32因而随卷绕进行而焊接到一起,这意味着,当插件3从卷绕装置20移除时,其与柱形部件2形成为一个部件。然后,插件3被插入如图4中所示的容器4中。为此目的,容器4包括槽41,槽41在形状上与插件3互补并供插件3容纳其中。容器4形成金属合金基体的预成型件,优选由钛(Ti)制成。盖5通过电焊连接到容器4,抽空,然后使用热等静压工艺压制。然后,整体进行机加工以获得最终机械部件10:如图5中所示的杆10。杆10与图1中杆1的形状相同,其进一步包括具有回转几何形状的复合物插件3,其丝线32部分地沿直线方向导向。此直线方向垂直于轴线Z1和Z2。这种杆10优选地能够传递单向的拉伸力和/或压缩力。插件3的直线部分34包括均沿一个相同直线方向导向的丝线。本发明适用于功能在于主要沿一个方向传递拉伸力和/或压缩力的各种类型的机械部件,因而不仅限于杆,杆仅为一个应用示例。根据本发明的可替代形式,机械部件可以是更复杂的形状,并包括均可具有回转几何形状的多个插件3,也就是说,其几何形状限定了通常弯曲的封闭结构。在图6中所示的示例中,通过使用容器4对制造方法进行改造,容器4在其两个相反表面42中的每侧上包括用于容纳插件3的槽41。在热等静压和机加工之后,所获得的机械部件110如图7中所示并由此包括插件3。插件3位于机械部件110的中平面P1的每侧上。插件3位于相互成非零角度α的平面P2和P3中。图8是由此获得的机械部件110的立体图。此机械部件110可同样具有凹部15,以减轻其重量。这样的机械部件10或110优选地适用于航空应用,例如,适用于飞机的起落架或涡轮机组。