复合材料部件的成型方法和成型系统技术方案

涉及复合材料部件的制造方法领域的复合材料部件的成型方法包括如下步骤：获取机织预制体，在机织预制体的边缘留有放大边区域；使用织物包裹放大边区域并压实处理，以局部提高机织预制体放大边区域之内的纤维体分含量，获得包裹预制体；将包裹预制体置于具有多个注胶口和出胶口的成型模具的内腔中，在部分注胶口与包裹预制体之间增设树脂分流装置，在树脂分流装置上沿两个相交方向设置分流孔缝，通过部分注胶口并经由树脂分流装置向内腔注入树脂，同时通过其余注胶口向内腔注入树脂；树脂注入完成后，进行高温固化，获得成型毛坯件并将成型毛坯件脱模。上述成型方法可以获得高质量复合材料部件。还提供复合材料部件的成型系统。合材料部件。还提供复合材料部件的成型系统。合材料部件。还提供复合材料部件的成型系统。

【技术实现步骤摘要】
复合材料部件的成型方法和成型系统


[0001]本专利技术涉及复合材料部件的制造方法，具体涉及航空发动机部件的制造方法。

技术介绍

[0002]三维机织预制体(3
‑
D woven preform)是指通过特定纺织机或者人工编织而成的具有法向增强纤维的纤维织物，纤维原材料包括但不限于碳纤维、芳纶纤维、聚酰亚胺纤维等。三维机织复合材料一般采用树脂传递模塑(Resin Transfer Molding，RTM)工艺成型工艺，这是一种树脂基复合材料的液态成型工艺。其基本过程是向装有纤维增强体，也即机织预制体的闭合成型模具内灌注液态树脂，使树脂充分浸润机织预制体的干态纤维增强体，之后经过特定的固化工艺以及脱模后，得到表面质量优良的(近)净尺寸部件。
[0003]在航空发动机中，可用上述方法制造风扇叶片或机匣等部件。这里以风扇叶片为例，风扇叶片是航空发动机最大的转子件，也是风扇增压级首段叶片，风扇叶片安装在风扇盘上，为发动机吸入空气并提供大部分推力。对于三维机织复合材料风扇叶片，首先需要根据叶片的外形几何结构制造加工叶片机织预制体，之后放入叶片成型模具，通过RTM工艺过程向模具内灌注树脂，经固化后脱模形成叶片毛坯本体。
[0004]叶片机织预制体在放入模具前要经历扭转、剪切等复杂变形过程，以达到叶片外形轮廓形状。在此过程中，叶片预制体内部几何结构发生变化，导致叶片预制体不同区域渗透率分布变化，渗透率表征液体在其中流动的难易程度，渗透率分布变化直接影响叶片RTM工艺过程中的树脂流动过程，而RTM工艺过程中的充模过程对于叶片的成型质量极为关键。
[0005]例如，叶片机织预制体在成型模具内要经历复杂预变形过程，机织预制体内部结构发生不规则连续变化，导致叶片机织预制体各区域渗透率发生连续变化，直接影响叶片RTM工艺过程中树脂的充模流动轨迹，对机织预制体的成型质量造成影响。
[0006]再如，叶片机织预制体边缘呈断纱松散状态，纤维体分含量及渗透率偏低，树脂很可能优先流过该区域并形成快速流道而形成包络区域，导致成型缺陷，诸如气泡、干斑等问题，从而导致成型失败而影响叶片的力学性能；并且叶片预制体在诸如榫头底部或侧部、叶片前后缘、叶尖等边缘处的结构较松散，在进行RTM工艺过程中，树脂可能对这些区域的机织预制体形成“冲刷”作用，从而改变或破坏该处预制体内部结构，对成型后叶片性能造成影响，尤其是当树脂注射压力较高、流量较大时，在进胶口区域的预制体更易因树脂冲刷而形成变形。
[0007]此外，机织复合材料部件一般采用增韧树脂作为基体，在RTM工艺过程中需要将树脂加热至一定温度以使树脂具备较低的粘度。以树脂PR520为例，需要加热到165℃才满足要求。在该温度下树脂具有有限时间的工艺窗口期，树脂粘度随在该温度下的保温时间延长而不断升高，从而导致在相同注射压力下树脂的充模速率会降低，有可能造成充模失败，尤其是对于尺寸较大的复合材料部件。若不及时在工艺窗口期内完成，则严重影响复合材料部件的成型质量。

技术实现思路

[0008]本专利技术的一个目的是提供一种复合材料部件的成型方法，可以在RTM工艺中降低复合材料部件缺陷的生成概率，提高复合材料部件的成型质量。
[0009]为实现上述目的的成型方法包括如下步骤：获取机织预制体，在所述机织预制体的边缘留有放大边区域；使用织物包裹所述放大边区域并压实处理，以局部提高所述机织预制体的放大边区域的纤维体分含量，获得包裹预制体；将所述包裹预制体置于具有多个注胶口和出胶口的成型模具的内腔中，在部分注胶口与所述包裹预制体之间增设树脂分流装置，在所述树脂分流装置上沿相交的两个方向分别设置分流孔缝，通过所述部分注胶口并经由所述树脂分流装置向所述内腔注入树脂，同时通过其余所述注胶口向所述内腔注入树脂；所述树脂注入完成后，进行高温固化，获得成型毛坯件并将所述成型毛坯件脱模。
[0010]在一个或多个实施例中，在所述树脂分流装置的流入侧设置空腔，确保向所述内腔注入树脂时形成面注射。
[0011]在一个或多个实施例中，所述空腔的高度范围为1～5mm。
[0012]在一个或多个实施例中，所述树脂分流装置为多排均匀阵列多孔结构或非均匀多孔结构。
[0013]在一个或多个实施例中，所述树脂分流装置为金属丝堆叠结构。
[0014]在一个或多个实施例中，所述金属丝堆叠结构的孔隙率范围为70％～90％。
[0015]在一个或多个实施例中，所述放大边区域的宽度范围为15～30mm。
[0016]在一个或多个实施例中，所述织物的包裹层数满足使所述机织预制体的边缘的纤维体分含量不超过65％。
[0017]在一个或多个实施例中，所述织物的材质为芳纶纤维、聚酰亚胺纤维中的一种或几种。
[0018]在一个或多个实施例中，所述注胶口和所述出胶口的数量及分布位置、各所述注胶口的树脂注射压力和树脂流速由仿真计算获取。
[0019]在一个或多个实施例中，向所述内腔注入树脂的树脂注射压力随注入时间呈梯度变化。
[0020]在一个或多个实施例中，各所述注胶口和所述出胶口的开关、向所述内腔注入树脂的树脂注射压力和树脂流速由控制部件实时调节。
[0021]在一个或多个实施例中，所述注胶口和所述出胶口倾斜设置。
[0022]本专利技术的另一个目的在于提供一种复合材料部件的成型系统，包括成型模具以及树脂分流装置。成型模具提供内腔、多个注胶口和出胶口，所述内腔具有夹压机织预制体边缘的放大边区域的放大腔；树脂分流装置设置在部分注胶口和内腔之间，具有沿两个相交方向分布的分流孔缝。
[0023]在一个或多个实施例中，该成型系统在所述树脂分流装置的流入侧设置有空腔。
[0024]在上述复合材料部件的成型方法中，通过将机织预制体边缘的放大边区域使用织物进行包裹压实处理，可以确保在合模后该边缘区域纤维体分含量高于其他区域，避免在成型过程中数值形成边缘快速流道而导致气泡、干斑等缺陷的产生，且避免在合模过程中预制体发生错位或位置偏移而影响到部件净尺寸区域内部结构的形成；此外，通过在部分注胶口与所述包裹预制体之间增设树脂分流装置，可以降低充模时树脂的流动速率，形成
“
面注射”的效果，避免树脂对预制体边缘产生冲刷，从而获得高质量的复合材料部件。
附图说明
[0025]本专利技术的上述的以及其他的特征、性质和优势将通过下面结合附图和实施例的描述而变得更加明显，其中：
[0026]图1是机织预制体的示意图；
[0027]图2是成型模具示意图；
[0028]图3是置于内腔的叶片机织预制体示意图；
[0029]图4是成型模具进胶口和出胶口的一个实施例的示意图；
[0030]图5是成型模具进胶口和出胶口的另一个实施例的示意图；
[0031]图6是成型模具进胶口和出胶口的再一个实施例的示意图；
[0032]图7是树脂分流装置的第一实施例的示意图；
[0033]图8本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.复合材料部件的成型方法，其特征在于，包括如下步骤：获取机织预制体，在所述机织预制体的边缘留有放大边区域；使用织物包裹所述放大边区域并压实处理，以局部提高所述机织预制体的所述放大边区域的纤维体分含量，获得包裹预制体；将所述包裹预制体置于具有多个注胶口和出胶口的成型模具的内腔中，在部分注胶口与所述包裹预制体之间增设树脂分流装置，在所述树脂分流装置上沿相交的两个方向分别设置分流孔缝，通过所述部分注胶口并经由所述树脂分流装置向所述内腔注入树脂，同时通过其余所述注胶口向所述内腔注入树脂；所述树脂注入完成后，进行高温固化，获得成型毛坯件并将所述成型毛坯件脱模。2.如权利要求1所述的复合材料部件的成型方法，其特征在于，在所述树脂分流装置的流入侧设置空腔，确保向所述内腔注入树脂时形成面注射。3.如权利要求2所述的复合材料部件的成型方法，其特征在于，所述空腔的高度范围为1～5mm。4.如权利要求2所述的复合材料部件的成型方法，其特征在于，所述树脂分流装置为多排均匀阵列多孔结构或非均匀多孔结构。5.如权利要求2所述的复合材料部件的成型方法，其特征在于，所述树脂分流装置为金属丝堆叠结构。6.如权利要求5所述的复合材料部件的成型方法，其特征在于，所述金属丝堆叠结构的孔隙率范围为70％～90％。7.如权利要求1所述的复合材料部件的成型方法，其特征在于，所述放...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵宪涛，时起珍，黄天麟，王祯鑫，曹源，胡寿丰，
申请(专利权)人：中国航发商用航空发动机有限责任公司，
类型：发明
国别省市：