[发明专利]一种扭转变厚度复合材料结构的成型装置和方法

说明书

本发明属于树脂基复合材料预制体成型技术，具体涉及一种扭转变厚度复合材料结构的成型装置和方法。由于预制体的加工精度不足，同时受编织工艺的限制，叶片编织预制体的厚度与叶片的理论厚度存在差异，在合模过程中存在预制体的与型面二次贴合及压实的现象。本发明扭转变厚度复合材料结构的成型装置，该装置包括底座、横向压块及纵向压块，该底座的上表面与扭转后预制体的下表面一致，所述横向压块及纵向压块组合后的下表面与扭转后预制体的上表面一致，实现了变厚度叶片预制体从平面状态到扭转状态的精确变形控制，显著提升了变形精度，并且变形过程可控；避免了不同厚度区域预制体同时压缩带来的局部挤压或滑移变形问题。

技术领域

本发明属于树脂基复合材料预制体成型技术，具体涉及一种扭转变厚度复合材料结构的成型装置和方法。

背景技术

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，复合材料叶片直接影响发动机的气动性能和噪音指标，同时还需要承受高速旋转产生的巨大的离心力、高速气流产生的气动力、叶片振动产生的疲劳载荷以及砂石、飞鸟等外来物的冲击等，对材料性能、成型质量和成型精度具有极高的要求。

树脂转移模塑成型技术，简称RTM成型技术(Resin Transfer Molding)是近年来在航空、航天等领域广泛应用的一种液态成型复合材料制造技术。其原理是在刚性模具型腔内铺放按性能和结构要求设计好的干态纤维预成型体，在特定的耐压容器即树脂贮存罐内将树脂加热到设定的注射温度，然后采用注射设备将低粘度树脂注入到模具型腔内，使树脂与纤维充分浸润，最后按照树脂的工艺规范进行升温固化，最后得到与模具型腔形状一致的复合材料零件。由于RTM成型技术的高精度成型优势，目前已在异形复杂结构的复合材料零件。特别是发动机复合材料叶片上得到广泛应用。

预制体是RTM技术合模前的中间体，其精度决定了成型复合材料构件的最终成型质量，由于发动机复合材料叶片具有较高的抗冲击要求，因此需采用2.5D/3D编织结构成型预制体。然而采用碳纤维整体织造成型的2.5D/3D编织预制体，其预制体采用数千根碳纤维纱线相互交织而成，内部结构无法完全致密，使预制体的厚度较理论厚度偏厚，尤其针对大变厚度的发动机复合材料叶片，其厚度变化可从1.5mm变化至60mm，形状复杂。

编织复合材料风扇叶片的成型工序流程为编织预制体展平态编织-预制体扭转-预制体模具定位-成型合模-RTM工艺注射-固化-脱模。其中，预制体在模具中的定位方法已通过专利CN201711345855.8公开，然而，由于复合材料风扇叶片的结构复杂性，在合模前，即使预制体与模具进行了定位处理，由于预制体的加工精度不足，预制体与模具型面是无法完全贴合到位的；同时，而受编织工艺的限制，叶片编织预制体的厚度与叶片的理论厚度存在差异，通常较理论厚度偏厚，在合模过程中存在预制体的与型面二次贴合及压实的现象。因此，在合模过程中，预制体与光滑的模具型面的二次贴合和预制体局部压实产生的结构变形会导致预制体在合模过程中出现滑移的现象，从而出现成型后的叶片编织结构位置与理论位置不符的现象，导致零件报废。另外，因叶片结构的复杂性，编织叶片内部结构存在不同分区，有的结构交织点较少结构稳定性不够好，导致在树脂注射时易受压力产生冲刷变形，从而出现成型后叶片的结构变形现象，导致零件报废。

发明内容

本发明的目的是：针对传统成型扭转变厚度复合材料结构的不足，提出一种扭转变厚度复合材料结构的成型装置和方法。

本发明扭转变厚度复合材料结构的成型装置，该装置包括底座、横向压块及纵向压块，该底座的上表面与扭转后预制体的下表面一致，所述横向压块及纵向压块组合后的下表面与扭转后预制体的上表面一致，且横向压块覆盖预制体的端部，纵向压块覆盖预制体的其他区域。

进一步地，在每个压块上都设置有定位栓，其与气动或液压装置连接。