CN113103626B - 混合结构风扇叶片成型模具 - Google Patents

Abstract

本公开涉及一种混合结构风扇叶片成型模具，其包括上模和下模，上模和下模之间形成有型腔，型腔包括用于复合材料成型的叶身区和用于放置金属前缘的前缘区，前缘区的前缘内壁上设有弹性体，用于隔离金属前缘与型腔的型面接触。通过在型腔的前缘区的前缘内壁上设置弹性体来隔离金属前缘与型腔的型面接触，避免金属前缘对型腔的内壁造成划痕或损失，同时避免叶片前缘出现微裂纹等损伤缺陷，提高叶片成型工艺质量。

Description

混合结构风扇叶片成型模具

技术领域

本公开涉及航空发动机领域，尤其涉及一种混合结构风扇叶片成型模具。

背景技术

随着现代商用航空发动机对燃油经济性要求的提升，轻质高强的复合材料在航空发动机上获得越来越广泛的应用。对于发动机冷端部件，如风扇叶片、风扇出口导向叶片、风扇包容机匣等部件，国外成熟航空发动机厂商已实现部分或全部采用了树脂基复合材料制造，其减重效果为航空公司带来了燃油效率的极大提升。

现有的方案中提出了一种带金属夹芯的混合结构风扇叶片，其包括金属前缘部分和复合材料叶身部分，金属前缘面板和复合材料部分以界面联接的方式组合为一体，可以增强叶片抗冲击性能，获得更轻质的叶片。

对于带金属夹芯这种特殊混合结构风扇叶片，由于叶片前缘为金属，在树脂传递模塑成型中，若采用传统闭模成型工艺，将全尺叶片(包括金属前缘)全部置于闭合模具内，有可能因为叶片金属前缘加工精度不足或叶片在模具内定位不准确，导致金属前缘对模具内腔壁面造成划痕或损伤；同时，由于树脂在固化过程中需要对模具进行加热，若金属前缘与模具内壁面直接接触，因两者热膨胀系数不同而具有导致变形特征不匹配，同样有可能对模具或叶片金属前缘造成微裂纹等损伤缺陷，影响叶片质量。

发明内容

经发明人研究发现，相关技术中存在金属前缘对模具内腔壁面造成划痕或损伤的问题。

有鉴于此，本公开实施例提供一种混合结构风扇叶片成型模具，能够提高叶片成型工艺质量。

本公开提供一种混合结构风扇叶片成型模具，包括：上模和下模，上模和下模之间形成有型腔，型腔包括用于复合材料成型的叶身区和用于放置金属前缘的前缘区，前缘区的前缘内壁上设有弹性体，用于隔离金属前缘与型腔的型面接触。

在一些实施例中，前缘内壁的壁面相对于叶身区的叶身内壁的壁面凹陷预设深度，弹性体的自然厚度大于预设深度。

在一些实施例中，预设深度大于等于1cm。

在一些实施例中，弹性体沿着叶身区的叶身内壁与前缘内壁的交界线延伸设置。

在一些实施例中，弹性体由耐高温橡胶材料制成。

在一些实施例中，弹性体通过粘结剂粘结在前缘内壁上。

在一些实施例中，粘结剂为硅胶。

在一些实施例中，前缘区为敞口腔，用于部分地容置金属前缘，前缘内壁被配置为双层密封槽，弹性体密封双层密封槽。

在一些实施例中，还包括设置在叶身区的叶身内壁上的多个压力传感器，用于监测树脂的流动轨迹。

在一些实施例中，压力传感器为金属压电阻抗式传感器或陶瓷压电阻抗式传感器。

在一些实施例中，压力传感器的探头的平面低于叶身区的叶身内壁的壁面。

因此，根据本公开实施例，通过在型腔的前缘区的前缘内壁上设置弹性体来隔离金属前缘与型腔的型面接触，避免金属前缘对型腔的内壁造成划痕或损失，同时避免叶片前缘出现微裂纹等损伤缺陷，提高叶片成型工艺质量。

附图说明

构成说明书的一部分的附图描述了本公开的实施例，并且连同说明书一起用于解释本公开的原理。

参照附图，根据下面的详细描述，可以更加清楚地理解本公开，其中：

图1是一种带金属夹芯的混合结构风扇叶片的结构示意图；

图2是根据本公开混合结构风扇叶片成型模具的一些实施例的整体外部结构示意图；

图3是根据本公开混合结构风扇叶片成型模具的一些实施例中下模的结构示意图；

图4是根据本公开混合结构风扇叶片成型模具的一些实施例的横截面示意图；

图5是根据本公开混合结构风扇叶片成型模具的另一些实施例的横截面示意图；

图6是根据本公开混合结构风扇叶片成型模具的一些实施例中下模的结构示意图；

图7是根据本公开混合结构风扇叶片成型模具的一些实施例中压力传感器位置处的截面示意图。

附图标记说明

1、全复合材料区；2、金属夹芯区；3、金属复合材料分界线；4、榫头；5、叶尖；6、金属前缘；7、上模；8、下模；9、叶身内壁；

10、交界线；11、前缘内壁；12、型腔；13、叶身区；14、前缘区；15，15′、弹性体；16、压力传感器；17、探头；18、导线。

具体实施方式

现在将参照附图来详细描述本公开的各种示例性实施例。对示例性实施例的描述仅仅是说明性的，决不作为对本公开及其应用或使用的任何限制。本公开可以以许多不同的形式实现，不限于这里的实施例。提供这些实施例是为了使本公开透彻且完整，并且向本领域技术人员充分表达本公开的范围。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、材料的组分、数字表达式和数值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。

本公开中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指在该词前的要素涵盖在该词后列举的要素，并不排除也涵盖其他要素的可能。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。

在本公开中，当描述到特定器件位于第一器件和第二器件之间时，在该特定器件与第一器件或第二器件之间可以存在居间器件，也可以不存在居间器件。当描述到特定器件连接其它器件时，该特定器件可以与其它器件直接连接而不具有居间器件，也可以不与其它器件直接连接而具有居间器件。

本公开使用的所有术语与本公开所属领域的普通技术人员理解的含义相同，除非另外特别定义。还应当理解，在诸如通用字典中定义的术语应当被解释为具有与它们在相关技术的上下文中的含义相一致的含义，而不应用理想化或极度形式化的意义来解释，除非这里明确地这样定义。

对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。

混合结构风扇叶片由金属和复合材料两种材料制成，为提高叶片的抗冲击性，其外形特征为叶片前缘为金属，叶身(包括吸力面和压力面)为复合材料部分。图1示出了一种带金属夹芯的混合结构风扇叶片，叶片分为金属前缘6、全复合材料区1、叶尖5、金属夹芯区2以及榫头4。前缘金属部分延伸至叶身的金属夹芯区2，其厚度根据叶片的厚度变化而连续变化，金属夹芯置于叶身复合材料的金属夹芯区2之中。叶片采用液态成型工艺(如树脂传递模塑方式)一体成型，经过树脂充模流动、树脂固化、叶片脱模后完成全尺叶片的成型制造。

若采用传统闭模液态成型工艺，全尺混合结构叶片需要整体置于模具内。在模具合模时，叶片前缘金属部分与模具内腔会形成“硬接触”，这种接触形式有可能形成两种后果：一、若叶片在模具内未准确定位，叶片金属前缘会对模具内腔造成划痕，严重时会损坏模具；二、叶片金属前缘与模具内腔之间存在缝隙，不可能形成完全的贴合状态，这些缝隙在注胶时会形成快速流道，以致无法对树脂在模具内的流动状态形成有效控制，有可能导致叶片局部干斑等缺陷，影响成型质量。

有鉴于此，本公开提供一种混合结构风扇叶片成型模具，用于加工上述带金属夹芯的混合结构风扇叶片。参考图2～图7所示，在一些实施例中，混合结构风扇叶片成型模具包括：上模7和下模8，上模7和下模8之间形成有型腔12，型腔12包括用于复合材料成型的叶身区13和用于放置金属前缘6的前缘区14，两者通过交界线10分割，前缘区14的前缘内壁11上设有弹性体15，15′，用于隔离金属前缘6与型腔12的型面接触。

如图4所示，通过在型腔12的前缘区14的前缘内壁11上设置弹性体15，模具闭合之后，模具内的弹性体15对金属前缘6形成紧密接触和挤压，弹性体15从而隔离金属前缘6与型腔12的型面接触，避免金属前缘6对型腔12的内壁造成划痕或损失，同时避免在充模过程中树脂流入金属前缘区域形成快速流道而出现微裂纹等损伤缺陷，提高了叶片成型工艺质量。

为确保在模具闭合之后弹性体15对金属前缘6形成紧密接触和挤压，在一些实施例中，如图4所示，前缘内壁11的壁面相对于叶身区13的叶身内壁9的壁面凹陷预设深度，弹性体15的自然厚度大于预设深度。为保证弹性体15的容置空间和压紧可靠性，在一些实施例中，预设深度大于等于1cm。

在一些实施例中，结合图3和图4所示，弹性体15沿着叶身区13的叶身内壁9与前缘内壁11的交界线10延伸设置，使得弹性体15贯穿前缘区14布置，确保弹性体15与金属前缘6全部位形成紧密接触和挤压，以确保充模时严格限制树脂流动边界范围，有效避免在充模过程中树脂流入金属前缘区域。

对于弹性体15的选材，在一些实施例中，弹性体15由耐高温橡胶材料制成，以满足成型树脂工艺使用温度范围。在其他一些实施例中，弹性体15由其他耐高温弹性材料制成。应根据不同材料的可压缩特性，确定该材料的厚度，以避免合模时弹性体被过压而无法合模，或过薄导致叶片前缘金属与型腔表面形成空隙。

弹性体15需要可靠地设置在前缘内壁11上，在一些实施例中，弹性体15通过粘结剂粘结在前缘内壁11上。在一些实施例中，粘结剂为硅胶，硅胶具有较好的粘结特性，能够将弹性体15可靠地粘结在前缘内壁11上。在其他一些实施例中，粘结剂为其他具有粘结特性的粘结体。

图5示出了本公开混合结构风扇叶片成型模具的另一些实施例。与图4所示实施例不同的是，前缘区14为敞口腔，用于部分地容置金属前缘6，使得金属前缘6一部分置于成型模具之内，另一部分置于成型模具之外，为确保合模气密性，前缘内壁11被配置为双层密封槽，弹性体15′密封双层密封槽。

在树脂充模过程中对模具内树脂的流动轨迹进行监测，可据此对充模工艺进行调整和优化(比如改变树脂注射压力、流速以及对各注/出胶口进行开闭控制等)，避免树脂流动前锋对干预制体(或干纤维布)形成包络而导致生成干斑等成型缺陷。在一些实施例中，混合结构风扇叶片成型模具还包括设置在叶身区13的叶身内壁9上的多个压力传感器16，用于监测树脂的流动轨迹。通过设置压力传感器16来明确树脂在模具内的流动趋势，有利于控制树脂的充模速度，确保在树脂的注射工艺窗口内完成注胶过程，避免因树脂开始固化而粘度升高，导致无法对全尺叶片完成充模。在模具上下模不同位置分布设计内嵌压力传感器16，根据每个压力传感器外接的显示屏读数变化，分析确定树脂达到预定位置的时间。压力传感器16可分别设计在模具上模7和下模8型腔内壁面，其在模具内的位置分布可根据需求设计，图6中示出了一种压力传感器在模具内腔的分布形式。在一些实施例中，压力传感器16为金属压电阻抗式传感器或陶瓷压电阻抗式传感器，监测可靠稳定性高。

如图7所示，压力传感器为内嵌式，根据传感器的型号及尺寸要求分别在模具上模7和下模8加工安装。为防止模具合模时预制体由于合模力过大造成对压力传感器16的探头17的损害，在一些实施例中，探头17的平面低于叶身区13的叶身内壁9的壁面。压力传感器的作用机理为当树脂充模流动至探头17监测位置时，该处树脂流动前锋压力持续发生变化，探头17将此压力变化通过内接的导线18传输至外接显示屏，由此判定树脂流动前缘位置以及该处压力变化。

由于传感器探头与模具内腔壁面非共面，在完成树脂充模及固化脱模后，叶片表面在压力传感器位置会出现树脂堆积凸出而对表面光洁度造成影响。因此，本实施例的混合结构风扇叶片成型模具更适用于复合材料部件成型的试模模具以及工艺参数优化。

至此，已经详细描述了本公开的各实施例。为了避免遮蔽本公开的构思，没有描述本领域所公知的一些细节。本领域技术人员根据上面的描述，完全可以明白如何实施这里公开的技术方案。

虽然已经通过示例对本公开的一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上示例仅是为了进行说明，而不是为了限制本公开的范围。本领域的技术人员应该理解，可在不脱离本公开的范围和精神的情况下，对以上实施例进行修改或者对部分技术特征进行等同替换。本公开的范围由所附权利要求来限定。

Claims (9)

1.一种混合结构风扇叶片成型模具，其特征在于，包括：上模(7)和下模(8)，所述上模(7)和所述下模(8)之间形成有型腔(12)，所述型腔(12)包括用于复合材料成型的叶身区(13)和用于放置金属前缘(6)的前缘区(14)，所述前缘区(14)的前缘内壁(11)上设有弹性体(15，15′)，用于隔离所述金属前缘(6)与所述型腔(12)的型面接触，所述前缘内壁(11)的壁面相对于所述叶身区(13)的叶身内壁(9)的壁面凹陷预设深度，所述弹性体(15，15′)的自然厚度大于所述预设深度，所述弹性体(15，15′)沿着所述叶身区(13)的叶身内壁(9)与所述前缘内壁(11)的交界线(10)延伸设置。

2.根据权利要求1所述的混合结构风扇叶片成型模具，其特征在于，所述预设深度大于等于1cm。

3.根据权利要求1所述的混合结构风扇叶片成型模具，其特征在于，所述弹性体(15，15′)由耐高温橡胶材料制成。

4.根据权利要求1所述的混合结构风扇叶片成型模具，其特征在于，所述弹性体(15，15′)通过粘结剂粘结在所述前缘内壁(11)上。

5.根据权利要求4所述的混合结构风扇叶片成型模具，其特征在于，所述粘结剂为硅胶。

6.根据权利要求1所述的混合结构风扇叶片成型模具，其特征在于，所述前缘区(14)为敞口腔，用于部分地容置所述金属前缘(6)，所述前缘内壁(11)被配置为双层密封槽，所述弹性体(15′)密封所述双层密封槽。

7.根据权利要求1所述的混合结构风扇叶片成型模具，其特征在于，还包括设置在所述叶身区(13)的叶身内壁(9)上的多个压力传感器(16)，用于监测树脂的流动轨迹。

8.根据权利要求7所述的混合结构风扇叶片成型模具，其特征在于，所述压力传感器(16)为金属压电阻抗式传感器或陶瓷压电阻抗式传感器。

9.根据权利要求7所述的混合结构风扇叶片成型模具，其特征在于，所述压力传感器(16)的探头(17)的平面低于所述叶身区(13)的叶身内壁(9)的壁面。

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