CN102256773A - 涡轮发动机叶片的制造方法 - Google Patents

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Abstract

公开一种通过3D编织待注入树脂的预型件来制作叶片的方法。根据本发明，增强预型件(16)的预定纱线的切断端部，例如经纱的切断端部，的可见性来使曲线(20)得到呈现，并将这些曲线的构造与基准构造进行比较以适当地成型所述预型件。

Description

涡轮发动机叶片的制造方法
技术领域
本发明涉及一种用三维(3D)编织法来制造涡轮机叶片的方法，更具体地但不排他地涉及例如用于飞机涡轮喷气式发动机风扇的大尺寸叶片的制造方法。本发明更具体地涉及如下改进：能够更好地检查该方法的某些步骤的性能，从而使得叶片的最终特性尽可能接近被认为最佳的基准叶片的特性。
背景技术
文献EP 1777063描述了一种制造叶片的方法，该叶片由用经纱和纬纱进行3D编织而获得的预型件所获得。通常，纱线由碳纤维制成。然后，在对以这种方式所获得的预型件进行压紧和增强之前，将预型件设置于合适的模具中对其进行成型。最后，将以这种方式准备的预制品放置在注入热固型树脂的炉形成加热模具中。从模具中取出的处于原状态的叶片具有与期望成品所具有的形状和尺寸实际相同的形状和尺寸，从而只需要通过加工进行少量的再加工。
在制造预型件或半成品时，采用了用于确定所述预型件上的所有点的轮廓和厚度的实际织机。通常，在这种织机中，经纱占32层，每层由几百条纱线组成。经纱在本领域中也可以称为绞股。利用这种织机，可以使所有这些经纱独立地设置在经纱所通过的方向的任意侧，从而能在所有点根据预型件的轮廓、纹理和厚度完全确定地进行编织。采用该技术，甚至可以使叶片的根部与机翼形成一体。
为了向预型件赋予尺寸特性，从特定阶段停止编织特定纱线。然后，在纱线离开织造主体的位置切断纱线。因此，所述切断端部限定出了以点形式绘制的曲线。这尤其适用于经纱的切断端部。
发明内容
通过对大量测试进行的观察而做出本发明，这些测试的目的在于寻求限定叶片的最佳特性，即，对于叶片在整个使用过程中可能遭受的各种冲击类型呈现出最大强度的叶片。对于各种类型的叶片，可以找到叶片强度与曲线的构造之间的可靠匹配。在多个连续测试之后，这使得可以限定由所有曲线的最佳构造(即，纱线被切断的所有点的精确位置)所表示的理想编织构造，从而可以认为所产生的具有该构造的叶片具有最好的性能。
根据本发明，在这种叶片的整个制造过程中，需要注意参考基准曲线的该构造，并确保或验证叶片的构造为并尽可能维持为以一种或另一种形式预先确定和保持的最佳叶片的相应构造。
更具体地说，本发明由此提供了一种通过3D编织预型件来制作叶片的方法，在所述预型件中在预定部位切断经纱和纬纱以限定所述预型件的轮廓和体积，对所述预型件进行成型，并且注入所述成型的预型件，所述方法的特征包括如下步骤：
确保至少一部分纱线的切断端部可见，以呈现曲线；
至少将这些曲线的构造与基准构造进行比较；以及
利用该比较的结果来制备所述叶片。
经纱和纬纱优选地基于碳纤维。至少一部分纱线，优选地为经纱，由纺织浆料覆盖物包围。
这种主动或被动的检查处理可以应用于制造叶片的各个阶段，并且尤其应用于正在被成型的时期，可以包括在压紧步骤之前进行合适的成型。
然后，在编织好预型件之后，切断经纱和纬纱以从织机中取出预型件。这制造出需要成型并压紧的相对具有可塑性(malleable)的主体，同时，在继续执行树脂的注入之前为该主体赋予一定量的硬度，该注入步骤对主体赋予了几乎最终的形状和尺寸，还赋予卓越的承受冲击的能力。如上所述的本发明原理可以连续应用于这些阶段中的多个阶段。
因此，通常，在成型期间，对预型件执行处理以使其曲线与这种基准构造的曲线基本上重合(coincide)。因此，可以设想在注入阶段之前在多个阶段以这种方式对预型件进行处理，但自然地，主要在编织之后紧接着将叶片成型的同时对预型件进行处理。参考可见(或至少可检测)曲线的构造的可能性使得可以调整预型件在成型模板(例如，压紧模具的一部分)中的设置方式，并且可以作用于仍具有可塑性的缠结的纱线以确保曲线实际上具有尽可能接近预定最佳构造的构造(这种检查可以称为“主动”)。
还可以在压紧步骤之后接着执行检查。
换句话说，该方法的特征还可以在于，在成型之后，可以对所述预型件进行压紧并且可以验证其曲线与对应基准构造的曲线基本上重合。该验证或检查用于确保压紧步骤不改变曲线的最佳构造，最佳构造表示预型件的编织和最佳成型。如果验证结果不佳，则可以重复压紧步骤来获得可接受的曲线的构造或者在不能获得可接受的构造时，抛弃该半成品。
然后，可以在注入步骤之后执行相同类型的最终检查。
换句话说，在对所制造的叶片进行注入之后，如果其曲线与对应基准构造的曲线基本上重合，则选择该叶片。
如上所述，优选地通过识别经纱的切断端部，即通过增强可见性来应用该方法。然而，还可以通过增强纬纱的切断端部的可见性来应用本方法。
在一个可行实施例中，可以(通过用染料点进行标记)对经纱或者纬纱的切断端部进行着色。可以设计通过选择不同的颜色来结合这两种识别类型。
在另一个可行的实施例中，可以对覆盖至少一部分纱线的纺织浆料着色以增强其切断端部的可见性。纺织浆料是通过在压紧操作期间在热的作用下熔化的纱线覆盖物，能使纱线彼此结合，从而能获得呈现预定量强度的结构，但同时不会与后续的注入操作起冲突。
举例而言，通过将标记在透明介质上的基准曲线的构造放置在预型件或半成品上来执行上述比较步骤。
应当观察到，所述最佳构造在一个步骤与另一步骤之间存在的差异很小，并且这种差异可能与所采用的不同的多个透明介质有关。
在另一变型例中，可以通过对预型件或半成品的所述曲线进行光学成像，根据所述成像生成计算机文件并将其与相应基准的计算机文件进行比较来执行上述比较步骤。
此外，可以存在与多个不同的检查步骤相应的多个基准文件。
附图说明
根据对按照本发明的利用3D编织法制造叶片的原理的方法的例子所做的说明，将更好地理解本发明并更清楚地了解本发明的其他优点，这些说明仅是通过参考附图并以实例的方式给出的，其中：
图1是示出预型件的3D编织的示意图；
图2是编织的预型件的示意图；
图3是示出所述预型件在编织之后的实际成型的示意图；
图4是示出压紧步骤的示意图；以及
图5是示出注入步骤的示意图。
具体实施方式
图1示出了使用设置有12束经纱或绞股的提花型织机(例如包括32层，每层具有几百根纱线)来编织合适叶片的步骤。该装置构造成可以与所示经纱片横切地作用于这些纱线中的每一根纱线上，来插入纬纱14。在编织作为叶片最厚部分的根部时，所有的32层均参与到编织过程中，然后，逐渐地，在厚度减小的情况下继续执行叶片的编织步骤，使得一定数目的经纱12a不再参与到编织过程中，从而可以获得具有预期且厚度和轮廓连续变化的预型件。在编织结束时，预型件16看起来被保持在缠结的两个系列的纱线之中。然后在织造主体的边界部切断这些经纱和纬纱。
这制造出了如图2所示的预型件16。
根据本发明的一个重要特征，着重示出了至少一部分纱线的切断端部18，例如此处的仅经纱的切断端部18，从而以点的形式在预型件的表面上显示曲线20。如上所述，各个切断端部可以用染料点来着色。在另一可行实例中，如果预先用具有期望颜色的纺织浆料覆盖物覆盖纱线，则仅切断纱线就会显示其端部具有不同的颜色，即碳纤维的颜色。
在任何情况下，预型件16在如下方面值得注意：经纱的切断端部由于颜色对比而呈现为可见的点。
在预型件16仍具有可塑性(malleable)(因为其只包括双面针织的纱线主体)且放置在例如由成型模具23a、23b的底部所构成的成型模具23a中时，继续对预型件16执行该方法。
在该步骤中，可以(借助于投影仪25)将预定理想预型件的曲线的图像投影到该预型件上。操作者可以由此调整预型件在成型模具23a中的放置位置，以使预型件的染料线与投影线重合。在图3中示出了该结果。
相反，在变型例中，可以拍摄成型模具中的预型件16的光学图像，以将该图像尤其是曲线20的图像转换成计算机文件，并且将文件的内容与表示基准叶片的曲线的基准文件的内容进行比较。
如图4所示，后续步骤本身是常规步骤。其包括对预型件16执行压紧和初始增强步骤。将压紧模具的顶部23b放置到合适位置。在加热加压的情况下封闭模具，以在熔化覆盖纱线的纺织浆料时执行压紧步骤，从而能够获得具有预定量硬度的预型件。在压紧步骤结束时，可以通过至少再次依次投影理想预型件(在该制造阶段所认为的理想预型件)的曲线的构造，来再次执行检查操作以证实预型件的合适定位不会受到压紧操作的结果的影响。
后续操作如图5所示；其包括将树脂注入预型件16。该操作同样是常规操作；已压紧的叶片布置在模具29中，模具29形成了用于对注入其中的树脂进行热固处理的炉。
在该注入操作结束时，曲线在执行过注入操作的预型件的表面上仍然可见，可以再次执行检查操作来确保注入操作没有显著改变所述曲线的构造。
在该检查处理结束时，如果成功，则选择使用预型件并对其进行加工以使其具有最终形状。如果检查结果不成功，则丢弃进行过注入操作的预型件。
如上所述，采用标记有对应于最佳叶片的曲线的基准曲线的至少一种透明介质，也可以执行在该方法的多个阶段重复的检查操作。

Claims (11)

1.一种通过3D编织预型件(16)来制作叶片的方法，在所述预型件中在预定部位切断经纱(12a)和纬纱(14)以限定所述预型件的轮廓和体积，对所述预型件进行成型，并且注入所述成型的预型件，所述方法的特征包括如下步骤：
确保至少一部分纱线的切断端部可见以呈现曲线(20)；
至少将这些曲线的构造与基准构造进行比较(25)；以及
利用该比较的结果来制备所述叶片。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，
在注入阶段之前，对所述预型件执行处理以确保其曲线(20)与这种基准构造的曲线基本上重合。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，
在编织之后对所述预型件成型(23a)，并且验证其曲线是否与相应的基准构造的曲线基本上重合。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，
在成型之后对所述预型件进行压紧(23a、23b)，并且验证其曲线是否与相应的基准构造的曲线基本上重合。
5.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，
在注入步骤(29)之后，如果所制造的叶片的曲线与相应的基准构造的曲线基本上重合，则选择该叶片。
6.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，
其包括至少增强经纱(12a)的切断端部的可见性。
7.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，
其包括对经纱(12a)的切断端部进行着色。
8.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，
其包括对纬纱(14)的切断端部进行着色。
9.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其特征在于，
其包括对至少一部分纱线的纺织浆料覆盖物进行着色，以增强其切断端部的可见性。
10.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，
通过对所述预型件的所述曲线进行光学成像，根据所述成像生成计算机文件，并将其与相应的基准计算机文件进行比较来执行上述比较步骤。
11.根据权利要求1至9中任一项所述的方法，其特征在于，
通过将标记在透明介质上的基准曲线的构造叠加在所述预型件上来执行上述比较步骤。
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