一种编织复合材料风扇叶片及其成型方法技术

本发明专利技术涉及一种编织复合材料风扇叶片及其成型方法，主要涉及一种编织复合材料风扇叶片的成型方法，成型方法包括如下步骤：将编织好的叶片预制体进行裁切和扭转，然后得到变形预制体，将变形预制体经过压实后放进成型模具中，采用RTM成型的方法得到编织复合材料风扇叶片本体，将本体进行加工后与金属包边进行定位胶接，再次加工后得到编织复合材料风扇叶片产品。本发明专利技术涉及的编织复合材料风扇叶片精度高、具有高抗冲击性，能满足大涵道比发动机的风扇转子叶片的性能要求。风扇转子叶片的性能要求。风扇转子叶片的性能要求。

【技术实现步骤摘要】
一种编织复合材料风扇叶片及其成型方法


[0001]本专利技术属于树脂基复合材料成型
，特别是涉及一种编织复合材料风扇叶片及其成型方法。

技术介绍

[0002]碳纤维增强树脂基复合材料具有轻质、高比强度、高比模量、抗疲劳断裂性能好、耐腐蚀、便于大面积整体成形等独特的优点，已广泛应用于航空飞行器和发动机结构，成为航空装备的关键材料，其用量也已成为航空装备先进性的标志之一。复合材料风扇叶片是广泛应用于航空发动机的一种具有高精度要求的复合材料制件。由于飞机起飞时偶尔出现飞鸟或异物对发动机叶片高速冲击的现象会产生的巨大能量(冲击速度可达300公里/小时以上)，会对风扇叶片造成瞬时破坏，严重时会导致发动机失效，因此，为了保证发动机的安全性，风扇叶片通过抗异物冲击试验是发动机通过考核验证的必要条件。虽然采用二维叠层预浸料/热压罐技术成型的复合材料风扇叶片结合金属包边通过了抗异物冲击试验并实现了商业应用，但采用二维叠层结构研制的复合材料其层间韧性较低，抗冲击性相对较差导致其应用范围受限。
[0003]编织复合材料是将两条及以上增强纤维互相交织形成整体结构复合材料，与二维叠层结构复合材料相比，编织复合材料具有完全整体且不分层的结构，克服了传统叠层复合材料受力后容易分层的缺点，可用于制造整体结构制件和功能制件。因此，采用编织/RTM技术成型的复合材料风扇叶片不但具有更好的抗冲击性能，而且RTM工艺能更好地保证产品的外形精度和高一致性，目前已经成为大涵道比发动机复合材料风扇叶片的发展和应用方向之一。
[0004]然而，复合材料风扇叶片是一种大扭转变截面复杂曲面结构，对成型质量和成型精度具有极高的要求，风扇叶片的变厚度扭转形态很难直接编织成型，而且编织后的预制体也无法达到风扇叶片要求的高精度，再次，直接采用常规的复合材料成型方法成型是异常困难的。因此，需要有一种方法来实现编织复合材料风扇叶片的高精度成型，满足发动机对抗冲击性能的要求。
[0005]因此，为了实现编织复合材料风扇叶片的高精度成型，满足发动机对抗冲击性能的要求，专利技术人提供了一种编织复合材料风扇叶片及其成型方法。

技术实现思路

[0006](1)要解决的技术问题
[0007]本专利技术实施例提供了一种编织复合材料风扇叶片及其成型方法，解决了现有技术的常规二维叠层结构复合材料风扇叶片精度低、无法满足发动机对高抗冲击特性要求的技术问题。
[0008](2)技术方案
[0009]本专利技术的实施例提出了一种编织复合材料风扇叶片及其成型方法，所述编织复合
材料风扇叶片包括编织复合材料风扇叶片本体和金属包边，所述编织复合材料风扇叶片本体包括叶片前缘、叶片后缘、叶片尖部、叶片榫部和叶身，其特征在于，所述成型方法至少包括以下步骤S110～步骤S170：
[0010]步骤S110，将风扇叶片产品三维数模中编织复合材料风扇叶片本体进行边缘放大设计，得到复合材料风扇叶片本体放大叶形；将复合材料风扇叶片本体放大叶形进行展平设计，得到复合材料风扇叶片本体放大展平叶形，将复合材料风扇叶片本体放大展平叶形边缘进行二次放大设计，得到复合材料风扇叶片预制体编织参考叶形；
[0011]步骤S120，按照复合材料风扇叶片预制体编织参考叶形编织出一种呈变厚度平面形态的预制体毛坯，编织过程中对编织原材料纱线进行喷涂定型剂处理；
[0012]步骤S130，将预制体毛坯先裁切为预制体放大件，后进行扭转变形并进行加热加压处理，得到叶片预制体放大件；或者，将预制体毛坯先进行扭转变形并进行加热加压处理，然后再裁切得到叶片预制体放大件；
[0013]步骤S140，将叶片预制体放大件放进成型模具中，采用RTM工艺进行成型，得到编织叶片放大件；
[0014]步骤S150，按照风扇叶片产品三维数模，将编织叶片放大件的叶片前缘、叶片后缘、叶片尖部和叶片榫部边缘进行加工，得到编织复合材料风扇叶片本体；
[0015]步骤S160，按照风扇叶片产品三维数模，加工金属包边，将金属包边与步骤S150得到的编织复合材料风扇叶片本体的叶片前缘进行胶接，得到编织复合材料风扇叶片胶接件；
[0016]步骤S170，按照风扇叶片产品三维数模对编织复合材料风扇叶片胶接件的叶片尖部进行加工，得到最终产品编织复合材料风扇叶片。
[0017]进一步地，步骤S110中，所述编织复合材料风扇叶片本体进行边缘放大设计，边缘的放大余量为20～50mm，所述将复合材料风扇叶片本体放大展平叶形边缘进行二次放大设计时，边缘放大尺寸不小于10mm，放大后的复合材料风扇叶片预制体编织参考叶形为矩形。
[0018]进一步地，步骤S120中，所述编织过程中对编织原材料纱线进行喷涂定型剂处理，采用的定型剂为2％～10％含量的树脂溶剂。进一步地，在所述步骤S110中，所述毛坯定型模板的型面采用叶片预制体毛坯展平状态的下表面型面加工。
[0019]进一步地，步骤S120中，所述预制体毛坯采用提花织布机对碳纤维、玻璃纤维、凯夫拉纤维、聚酰亚胺纤维中的一种或多种原材料编织成型，编织结构采用二维、二点五维或三维编织结构。
[0020]进一步地，步骤S120中，所述叶片前缘、叶片后缘、叶片尖部、叶片榫部和叶身不同区域采用相同或不同的编织原材料和编织结构，以适应编织复合材料风扇叶片不同部位的性能要求。
[0021]进一步地，步骤S130中，采用激光、高压水或超声波的无损裁切方式将预制体毛坯裁切为预制体放大件。
[0022]进一步地，步骤S140中，按照复合材料风扇叶片本体放大叶形设计加工RTM成型模具；叶片预制体放大件采用RTM工艺进行成型时，需采用断裂能量GIC≥1000J/m2的高韧性液体成型树脂成型。
[0023]进一步地，步骤S150中，对编织叶片放大件的叶片前缘、叶片后缘、叶片尖部和叶
片榫部边缘进行加工得到编织复合材料风扇叶片本体过程中，对叶片尖部预留2～5mm余量。
[0024]另一方面，本专利技术还提供了一种采用前述成型方法获得的编织复合材料风扇叶片，该编织复合材料风扇叶片包括编织复合材料风扇叶片本体和金属包边所述编织复合材料风扇叶片本体采用的编织原材料为碳纤维、玻璃纤维、凯夫拉纤维、聚酰亚胺纤维中的一种或多种原材料编织。
[0025](3)有益效果
[0026]本专利技术提出的一种编织复合材料风扇叶片及其成型方法，通过从设计
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预制体制造
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本体制造
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包边胶接
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产品的成型技术流程，结合了数模转化技术、预制体编织成型及设备应用技术、异型结构RTM成型技术及复合材料与金属的胶接技术，并将产品形态控制技术贯穿于各个工序，实现了编织复合材料风扇叶片从数模设计到中间产品到最终产品的全过程控制，本专利技术对预制体采用了编织过程预定型处理和预制体的无损切割处理，更利于保证复杂结构预制体的编织过程、变形过程、裁切过程的尺寸精度。本专利技术实现了风扇叶片的成型精度控制，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种编织复合材料风扇叶片的成型方法，所述编织复合材料风扇叶片(1)包括编织复合材料风扇叶片本体(2)和金属包边(3)，所述编织复合材料风扇叶片本体(2)包括叶片前缘(21)、叶片后缘(22)、叶片尖部(23)、叶片榫部(24)和叶身(25)，其特征在于，所述的成型方法包括：步骤S110，将风扇叶片产品三维数模中编织复合材料风扇叶片本体(2)进行边缘放大设计，得到复合材料风扇叶片本体放大叶形(20)；将复合材料风扇叶片本体放大叶形(20)进行展平设计，得到复合材料风扇叶片本体放大展平叶形(30)，将复合材料风扇叶片本体放大展平叶形(30)边缘进行二次放大设计，得到复合材料风扇叶片预制体编织参考叶形(40)；步骤S120，按照复合材料风扇叶片预制体编织参考叶形(40)编织出一种呈变厚度平面形态的预制体毛坯(50)，编织过程中对编织原材料纱线进行喷涂定型剂处理；步骤S130，将预制体毛坯(50)先裁切为预制体放大件(51)，后进行扭转变形并进行加热加压处理，得到叶片预制体放大件(52)；或者，将预制体毛坯(50)先进行扭转变形并进行加热加压处理，然后再裁切得到叶片预制体放大件(52)；步骤S140，将叶片预制体放大件(52)放进成型模具中，采用RTM工艺进行成型，得到编织叶片放大件(60)；步骤S150，按照风扇叶片产品三维数模，将编织叶片放大件(60)的叶片前缘(21)、叶片后缘(22)、叶片尖部(23)和叶片榫部(24)边缘进行加工，得到编织复合材料风扇叶片本体(2)；步骤S160，按照风扇叶片产品三维数模，加工金属包边(3)，将金属包边(3)与步骤S150得到的编织复合材料风扇叶片本体(2)的叶片前缘(21)进行胶接，得到编织复合材料风扇叶片胶接件(4)；步骤S170，按照风扇叶片产品三维数模对编织复合材料风扇叶片胶接件(4)的叶片尖部(23)进行加工，得到最终产品编织复合材料风扇叶片(1)。2.根据权利要求1所述的编织复合材料风扇叶片的成型方法，其特征在于，步骤S110中，所述编织复合材料风扇叶片本体(2)进行边缘放大设计，边缘的放大余量为20～50mm，所述将复合材料风扇叶片本体放大展平叶形(30)边缘进...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘强，赵龙，黄峰，
申请(专利权)人：中国航空制造技术研究院，
类型：发明
国别省市：