[发明专利]航空发动机的复合材料叶片的成型方法

说明书

本发明公开了一种航空发动机的复合材料叶片的成型方法，包括以下步骤：将碳纤维丝束展开，使用热塑性树脂泥浆浸渍展开后的碳纤维丝束，得到中间体丝束；烘干中间体丝束；采用超声振动加热的方式对中间体丝束加热，采用干铺丝的方法将加热后的中间体丝束进行逐层铺放，铺放后形成叶片预制体；在叶片预制体的外部套上碳纤维织物套，采用三维缝合的方法对碳纤维织物套与内部的叶片预制体进行边缘缝合；将缝合后的叶片预制体与碳纤维织物套放入RTM模具中，采用RTM技术将叶片预制体与碳纤维织物套闭模并固化成型，得到复合材料叶片；本发明保证了轴线纤维的比例和精准定位，从而提高了复合材料叶片的整体性和抗冲击性。

技术领域

本发明属于复合材料自动化成型领域，尤其涉及一种航空发动机的复合材料叶片的成型方法。

背景技术

树脂基复合材料耐高温能力较低，但其重量轻、比强度和比模量高、耐疲劳与耐腐蚀性好、阻尼特性好，加之可设计性强和成型工艺比较成熟，已经在航空发动机冷端部件（主要有发动机的外涵机匣、静子叶片、转子叶片包容机匣以及发动机短舱、反推力装置等部件）得到大量应用，可明显减轻发动机的重量，降低发动机的研制成本，大大地提高了发动机的性能。

经历了数十年的发展，目前第四代航空发动机复合材料叶片的制造工艺主要是三维编织和RTM技术，其中RTM成形工艺具有如下优点：良好的表面质量；可以制备形状复杂、尺寸精确的制件；可以严格控制纤维体积分数；可实现结构、功能一体化，因此特别适合于发动机复合材料转子叶片的制造，可以显著降低制造成本。

利用三维编织技术可以实现任意外形的叶片的预制体的成型，但是为了提高大飞机的发动机的涵道比和效率，必须采用更大尺寸的风扇，此时其离心载荷远远大于小尺寸的航空发动机复合材料风扇叶片，因此对复合材料叶片的轴向刚度和强度提出了更高的要求。采用三维编织技术无法进一步提高其轴向纤维的比例，并且三维编织中不可避免在节点处造成纤维性能的降低，容易发生损伤。因此，对于大型复合材料发动机风扇叶片的RTM成型工艺，其预制件的成型工艺有必要保证轴线纤维的比例和精准定位，并保持整体结构的损伤容限。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足提供一种航空发动机的复合材料叶片的成型方法，本航空发动机的复合材料叶片的成型方法保证了轴线纤维的比例和精准定位，提高了成型的复合材料叶片的整体性和抗冲击性。

为实现上述技术目的，本发明采取的技术方案为：

一种航空发动机的复合材料叶片的成型方法，包括以下步骤：

（1）将碳纤维丝束展开，使用热塑性树脂泥浆浸渍展开后的碳纤维丝束，得到中间体丝束；

（2）烘干中间体丝束；

（3）采用超声振动加热的方式对中间体丝束进行加热，采用干铺丝的方法将加热后的中间体丝束进行逐层铺放，铺放后形成叶片预制体；

（4）在叶片预制体的外部套上碳纤维织物套，采用三维缝合的方法对碳纤维织物套与内部的叶片预制体进行边缘缝合；

（5）将缝合后的叶片预制体与碳纤维织物套放入RTM模具中，采用RTM技术将叶片预制体与碳纤维织物套闭模并固化成型，得到复合材料叶片。

作为本发明进一步改进的技术方案，所述将碳纤维丝束展开包括将碳纤维丝束通过展纱辊展开且展开后的碳纤维丝束具有一定的宽度。

作为本发明进一步改进的技术方案，所述烘干中间体丝束包括使用烘道将中间体丝束进行烘干。

作为本发明进一步改进的技术方案，所述步骤（3）包括：

采用超声振动加热头对中间体丝束进行加热，使用铺放压辊按照预设的轨迹将中间体丝束铺放在铺放模具的表面并逐层铺放，铺放后形成叶片预制体，从铺放模具的表面取下叶片预制体。