CN101704302B

CN101704302B - 复合材料螺旋桨的整体成型模具及其制造方法

Info

Publication number: CN101704302B
Application number: CN2009103098335A
Authority: CN
Inventors: 赫晓东; 王荣国; 洪毅; 张鸿名
Original assignee: Harbin Institute of Technology
Current assignee: Harbin Institute of Technology
Priority date: 2009-11-17
Filing date: 2009-11-17
Publication date: 2011-09-14
Anticipated expiration: 2029-11-17
Also published as: CN101704302A

Abstract

复合材料螺旋桨的整体成型模具及其制造方法，它涉及一种螺旋桨的整体成型模具及其制造方法。本发明为解决现有螺旋桨的桨毂与桨叶轴系振动、桨叶根部易破坏的问题。模具：上模分型曲面上设有上模桨叶腔，下模上的每个下模块上设有与上模块上的上模分型曲面相配合的下模分型曲面，下模桨叶腔与上模桨叶腔正对，下模上的每个下模分型曲面和密封槽中配合有一个上模块，盖板设置在三个上模块的上端面上，且盖板上的每个模块槽中配合装有一个上模块。方法：一、设计铝套；二、制作铝合金桨毂；三、裁剪多块上模纤维布和多块下模纤维布；四、制作桨叶；五、放置铝合金桨毂；六、合模；七、注入环氧树脂；八、加压成型。本发明用于制造复合材料螺旋桨。

Description

复合材料螺旋桨的整体成型模具及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种螺旋桨的整体成型模具及其制造方法。

背景技术

现有复合材料螺旋桨大多由金属桨毂与复合材料桨叶组成。制备时往往先利用袋压对模法或是泡沫塑料叶芯填充对模法成型复合材料桨叶，然后再将其与桨毂通过法兰翻边螺栓连接、直柄抱瓦连接、倒椎式连接或耳插螺栓连接等方式连接而成。上述几种制备方式的缺点是：一、金属桨毂与复合材料桨叶间的连接很难达到很好的匹配，导致螺旋桨的轴系振动，甚至在桨叶根部发生疲劳破坏；二、各桨叶在与桨毂进行整体组装的时候易出现定位不平衡问题，致使螺旋桨的螺距发生改变，从而大大影响螺旋桨的推进性能。

发明内容

本发明的目的是为解决现有螺旋桨由金属桨毂与复合材料桨叶组成，金属桨毂与复合材料桨叶间的连接很难达到匹配，导致螺旋桨的轴系振动、定位不平衡、桨叶根部易疲劳破坏的问题，提供一种复合材料螺旋桨的整体成型模具及其制造方法。

本发明的模具由至少三个上模块、下模和盖板组成，盖板的下端面上沿圆周设有环形槽，环形槽内顶端面上均布设有至少三个模块槽，各模块槽之间的区域为定位块，盖板下端面的中心处设有桨毂定位凸缘，每个上模块的周边形状与模块槽的周边形状相吻合，每个上模块的下端面上沿弧形的长度方向上依次设有上模分型曲面和密封凸台，上模分型曲面上设有上模桨叶腔，上模桨叶腔的顶面为弧面，上模分型曲面上设有两个上模注入口，上模分型曲面上且靠近密封凸台处设有上模排气孔，上模分型曲面上靠近外圆弧面处且与上模排气孔对角位置处设有上模定位孔，下模的上端面上设有至少三个下模块，每两个下模块之间设有与上模块上的密封凸台相配合的密封槽，下模的上端面上的中心处设有与桨毂定位凸缘相配合的桨毂槽，每个下模块上设有与上模块上的上模分型曲面相配合的下模分型曲面，每个下模分型曲面上设有与上模桨叶腔大小和形状相同的下模桨叶腔，且下模桨叶腔与上模桨叶腔正对，每个下模分型曲面上设有与上模定位孔正对的下模定位孔，下模上的每个下模分型曲面和密封槽中配合有一个上模块，盖板设置在三个上模块的上端面上，且盖板上的每个模块槽中配合装有一个上模块。

本发明的方法是通过以下步骤实现的：步骤一、设计铝套：铝套的外径比下模上的桨毂槽的直径小15～20mm；步骤二、制作铝合金桨毂：将单向碳纤维布缠绕在铝套的外径上，缠绕完成后的直径与桨毂槽直径相同；步骤三、裁剪多块上模纤维布和多块下模纤维布：将纤维布按照铺设到上模块上的上模桨叶腔内每层形状剪裁成多块上模纤维布，将纤维布按照铺设到下模块上的下模桨叶腔内每层形状剪裁成多块下模纤维布；步骤四、制作桨叶：将多块下模纤维布由下模桨叶腔的底面沿着厚度方向逐层铺设，将多块上模纤维布由上模桨叶腔的顶面沿着厚度方向逐层铺设；步骤五、放置铝合金桨毂：将步骤二制成的铝合金桨毂装在下模上的桨毂槽中；步骤六、合模：将各上模块与下模合模；步骤七、注入环氧树脂：将环氧树脂由上模块上的上模注入口向上模桨叶腔和下模桨叶腔中注入；步骤八、加压成型：将盖板扣合在上模块上，将模具放在压力机上，加压，压力为50～60MPa；步骤九、出模：拆除盖板、上模块和下模，即得到复合材料螺旋桨的毛料，去除毛刺，即得到复合材料螺旋桨。

本发明具有以下优点：一、利用本发明的模具制造复合材料螺旋桨，使得螺旋桨的工艺制件尺寸精确、强度优良，并使金属桨毂与复合材料桨叶间的连接牢固，金属桨毂与复合材料桨叶之间不产生轴系振动、定位平衡、桨叶根部不易破坏。二、本发明的制造方法能够使桨毂与所有的桨叶连接更加牢固，满足强度的设计及使用要求。

附图说明

图1是本发明复合材料螺旋桨的整体成型模具的结构立体图，图2是上模1和盖板3装配的仰视立体图，图3是上模1的仰视图，图4是盖板3的仰视图，图5是图4的A-A剖视图，图6是上模块1的仰视立体图，图7是下模2的俯视立体图，图8是具体实施方式三中制作完成的复合材料螺旋桨的整体结构立体图。

具体实施方式

具体实施方式一：结合图1～图7说明本实施方式，本实施方式由至少三个上模块1、下模2和盖板3组成，盖板3的下端面上沿圆周设有环形槽3-1，环形槽3-1内顶端面上均布设有至少三个模块槽3-1-1，各模块槽3-1-1之间的区域为定位块3-2，盖板3下端面的中心处设有桨毂定位凸缘3-3，每个上模块1的周边形状与模块槽3-1-1的周边形状相吻合，每个上模块1的下端面上沿弧形的长度方向上依次设有上模分型曲面1-1和密封凸台1-2，上模分型曲面1-1上设有上模桨叶腔1-1-1，上模桨叶腔1-1-1的顶面为弧面，上模分型曲面1-1上设有两个上模注入口1-3，上模分型曲面1-1上且靠近密封凸台1-3处设有上模排气孔1-4，上模分型曲面1-1上靠近外圆弧面处且与上模排气孔1-4对角位置处设有上模定位孔1-5，下模2的上端面上设有至少三个下模块2-1，每两个下模块2-1之间设有与上模块1上的密封凸台1-2相配合的密封槽2-2，下模2的上端面上的中心处设有与桨毂定位凸缘3-3相配合的桨毂槽2-3，每个下模块2-1上设有与上模块1上的上模分型曲面1-1相配合的下模分型曲面2-1-1，每个下模分型曲面2-1-1上设有与上模桨叶腔1-1-1大小和形状相同的下模桨叶腔2-1-1-1，且下模桨叶腔2-1-1-1与上模桨叶腔1-1-1正对，每个下模分型曲面2-1-1上设有与上模定位孔1-5正对的下模定位孔2-1-1-2，下模2上的每个下模分型曲面2-1-1和密封槽2-2中配合有一个上模块1，盖板3设置在三个上模块1的上端面上，且盖板3上的每个模块槽3-1-1中配合装有一个上模块1。

具体实施方式二：结合图1说明本实施方式，本实施方式的上模块1、盖板3和下模2均采用LY12的铝合金。LY12具有良好的强度和组织致密性，加工及工艺性能优良，非常适合加工螺旋桨这种复杂型面的构件。其它组成及连接关系与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：结合图6～图8说明本实施方式，本实施方式是通过以下步骤实现的：步骤一、设计铝套4-1：铝套4-1的外径比下模2上的桨毂槽2-3的直径小15～20mm；步骤二、制作铝合金桨毂4：将单向碳纤维布缠绕在铝套4-1的外径上，缠绕的直径与桨毂槽2-3直径相同；步骤三、裁剪多块上模纤维布和多块下模纤维布：将纤维布按照铺设到上模块1上的上模桨叶腔1-1-1内每层形状剪裁成多块上模纤维布，将纤维布按照铺设到下模块2-1上的下模桨叶腔2-1-1-1内每层形状剪裁成多块下模纤维布；步骤四、制作桨叶5：将多块下模纤维布由下模桨叶腔2-1-1-1的底面沿着厚度方向逐层铺设，将多块上模纤维布由上模桨叶腔1-1-1的顶面沿着厚度方向逐层铺设；步骤五、放置铝合金桨毂4：将步骤二制成的铝合金桨毂4装在下模2上的桨毂槽2-3中；步骤六、合模：将各上模块1与下模2合模；步骤七、注入环氧树脂：将环氧树脂由上模块1上的上模注入口1-3向上模桨叶腔1-1-1和下模桨叶腔2-1-1-1中注入；步骤八、加压成型：将盖板3扣合在上模块1上，将模具放在压力机上，加压，压力为50～60MPa；步骤九、出模：拆除盖板3、上模块1和下模2，即得到复合材料螺旋桨的毛料，去除毛刺，即得到复合材料螺旋桨。

具体实施方式四：本实施方式的步骤三中的纤维布为单向碳纤维布或碳纤维编织布。单向碳纤维可承受由离心力和水动弯矩产生的轴向应力，纤维编织布则承受由扭矩产生的剪切应力。其它步骤与具体实施方式三相同。

Claims

1.一种复合材料螺旋桨的整体成型模具，其特征在于：所述模具由至少三个上模块(1)、下模(2)和盖板(3)组成，盖板(3)的下端面上沿圆周设有环形槽(3-1)，环形槽(3-1)内顶端面上均布设有至少三个模块槽(3-1-1)，各模块槽(3-1-1)之间的区域为定位块(3-2)，盖板(3)下端面的中心处设有桨毂定位凸缘(3-3)，每个上模块(1)的周边形状与模块槽(3-1-1)的周边形状相吻合，每个上模块(1)的下端面上沿弧形的长度方向上依次设有上模分型曲面(1-1)和密封凸台(1-2)，上模分型曲面(1-1)上设有上模桨叶腔(1-1-1)，上模桨叶腔(1-1-1)的顶面为弧面，上模分型曲面(1-1)上设有两个上模注入口(1-3)，上模分型曲面(1-1)上且靠近密封凸台(1-3)处设有上模排气孔(1-4)，上模分型曲面(1-1)上靠近外圆弧面处且与上模排气孔(1-4)对角位置处设有上模定位孔(1-5)，下模(2)的上端面上设有至少三个下模块(2-1)，每两个下模块(2-1)之间设有与上模块(1)上的密封凸台(1-2)相配合的密封槽(2-2)，下模(2)的上端面上的中心处设有与桨毂定位凸缘(3-3)相配合的桨毂槽(2-3)，每个下模块(2-1)上设有与上模块(1)上的上模分型曲面(1-1)相配合的下模分型曲面(2-1-1)，每个下模分型曲面(2-1-1)上设有与上模桨叶腔(1-1-1)大小和形状相同的下模桨叶腔(2-1-1-1)，且下模桨叶腔(2-1-1-1)与上模桨叶腔(1-1-1)正对，每个下模分型曲面(2-1-1)上设有与上模定位孔(1-5)正对的下模定位孔(2-1-1-2)，下模(2)上的每个下模分型曲面(2-1-1)和密封槽(2-2)中配合有一个上模块(1)，盖板(3)设置在三个上模块(1)的上端面上，且盖板(3)上的每个模块槽(3-1-1)中配合装有一个上模块(1)。

2.根据权利要求1所述复合材料螺旋桨的整体成型模具，其特征在于：所述上模块(1)、盖板(3)和下模(2)均采用LY12的铝合金。

3.一种利用权利要求1所述模具实现复合材料螺旋桨的整体成型制造方法，其特征在于：所述方法是通过以下步骤实现的：步骤一、设计铝套(4-1)：铝套(4-1)的外径比下模(2)上的桨毂槽(2-3)的直径小15～20mm；步骤二、制作铝合金桨毂(4)：将单向碳纤维布缠绕在铝套(4-1)的外径上，缠绕完成后的直径与桨毂槽(2-3)直径相同；步骤三、裁剪多块上模纤维布和多块下模纤维布：将纤维布按照铺设到上模块(1)上的上模桨叶腔(1-1-1)内每层形状剪裁成多块上模纤维布，将纤维布按照铺设到下模块(2-1)上的下模桨叶腔(2-1-1-1)内每层形状剪裁成多块下模纤维布；步骤四、制作桨叶(5)：将多块下模纤维布由下模桨叶腔(2-1-1-1)的底面沿着厚度方向逐层铺设，将多块上模纤维布由上模桨叶腔(1-1-1)的顶面沿着厚度方向逐层铺设；步骤五、放置铝合金桨毂(4)：将步骤二制成的铝合金桨毂(4)装在下模(2)上的桨毂槽(2-3)中；步骤六、合模：将各上模块(1)与下模(2)合模；步骤七、注入环氧树脂：将环氧树脂由上模块(1)上的上模注入口(1-3)向上模桨叶腔(1-1-1)和下模桨叶腔(2-1-1-1)中注入；步骤八、加压成型：将盖板(3)扣合在上模块(1)上，将模具放在压力机上，加压，压力为50～60MPa；步骤九、出模：拆除盖板(3)、上模块(1)和下模(2)，即得到复合材料螺旋桨的毛料，去除毛刺，即得到复合材料螺旋桨。

4.根据权利要求3所述复合材料螺旋桨的整体成型制造方法，其特征在于：所述步骤三中的纤维布为单向碳纤维布或碳纤维编织布。