[发明专利]一种复材叶片钛合金包边的成形方法

说明书

本发明涉及一种复材叶片钛合金包边的成形方法，该方法针对包边模型进行工艺补充，将原来并不封闭的实体进行补充得到封闭三维模型；采用基于有限元的方法来确定不等厚度包边的最佳毛坯外形及内部止焊区边界线；制备扩散焊毛坯；装配毛坯并在扩散连接设备中进行扩散连接；对得到的不等厚毛坯进行数控加工；加热预成形，得到热气胀成形前的过渡形状；在高温下用惰性气体对预成形件进行热气胀成形，形成内部空心构件；对气胀成形后的工件进行数控加工，得到复材叶片的包边形状。本发明通过两层板材扩散连接得到的空心构件解决了使用管材存在的厚度较薄的问题，并且有成本低、制造效率高、产品质量好等优点。

技术领域

本发明属于复合材料航空发动机叶片制造技术，具体涉及一种复材叶片钛合金包边的成型方法。

背景技术

复合材料航空发动机叶片具有重量轻、效率高、噪音低的特点，但复材航空发动机叶片同时也存在边缘厚度薄、强度低等问题。在正常工作中，复材叶片高速转动，若受到异物如鸟类、冰雹等的冲击，容易产生损伤，甚至导致断裂。

采用钛合金包覆在复材叶片边缘的方法可以有效抵抗外部冲击导致的叶片损伤。现有的钛合金包覆工艺方法主要有：

1.采用数控机床对钛合金包覆边进行铣削加工，利用网状包覆层对叶片进行包覆增强制造钛合金叶片包边，该工艺技术存在制造效率低、成本高等问题；

2.采用3D打印技术打印包边基体，该工艺技术存在对设备要求较高、制造效率低等问题；

3.采用金属管材通过热气胀方法成形叶片包边，该工艺技术存在成形包边厚度较小，且包裹叶片前缘较短等问题。

申请号为CN202110024330.4的中国发明专利申请公开了一种采用超塑成形对直升机旋翼桨叶进行包边的方法：首先对薄壁钛合金管材进行预成形处理，生成扁形异型管，然后通过超塑模具对扁形异型管进行气压热胀成形处理，生成双包边复合工件，最后对工件进行切割，得到包边工件。该工艺技术采用的原材料为管材，无法对各处壁厚进行控制，同时因为壁厚较薄，无法满足航空发动机对风扇叶片包边厚度的要求。

发明内容

针对上述现有技术中存在的问题，本发明提出了一种基于扩散连接和热气胀成形的复材叶片钛合金包边成形方法，该方法以板材为原材料，成形之前对板材各处进行不同厚度的加工，相比于使用管材为原材料，可以更加精确地控制各处的厚度，并且可以成形出更加复杂的工件形状，热气胀成形出的包边形状更加精确，减少后续精加工的工作量，在提升包边的生产效率的同时降低了生产的成本。本发明的技术方案具体如下：

一种复材叶片钛合金包边的成形方法，包括以下步骤：

S1针对复材叶片钛合金包边进行实体建模，对模型进行补充，得到封闭的三维模型；

S2基于S1所得三维模型，采用有限元法确定不等厚包边的最佳毛坯外形及内部止焊边界线；

S3制备扩散焊毛坯；

S4清洗扩散焊毛坯的待连接表面，在扩散焊毛坯相互接触但不需要扩散的连接部分涂止焊剂；

S5装配扩散焊毛坯，进行扩散连接；

S6数控加工得到不等厚包边的最佳毛坯；

S7对不等厚包边的最佳毛坯进行加热预成形，经保温、冷却后得到热气胀成形前的预成形件；

S8对预成形件进行热气胀成形；

S9对热气胀成形后的工件进行数控加工，得到复材叶片钛合金包边。