CN109986801A - 一种碳纤维复合材料叶栅的加工方法及叶栅 - Google Patents

Abstract

本发明涉及航空设备领域，具体涉及一种碳纤维复合材料叶栅的加工方法及叶栅。这种碳纤维复合材料叶栅的加工方法使用加工装置，加工装置包括底座和多个加工芯模，底座与加工芯模可拆卸地连接，加工芯模与底座相连时，加工装置上形成用于碳纤维复合材料成型的成型腔，该加工方法包括以下步骤：a.在加工芯模上包裹碳纤维复合材料的原材料片；b.将加工芯模安装到底座上；c.使碳纤维复合材料的原材料片固化，并再次凝固成型；d.使成型的碳纤维复合材料与加工装置分离。这种叶栅通过上述的加工方法制成。本发明提供的加工方法能够在模具加工中使叶栅一次成型，能够减少加工工序，得到碳纤维复合材料制成的叶栅。

Description

一种碳纤维复合材料叶栅的加工方法及叶栅

技术领域

本发明涉及一种航空设备加工方法，特别是一种碳纤维复合材料叶栅的加工方法及叶栅。

背景技术

叶栅是飞机上的重要零件。叶栅厚度方向的一端为第一表面，叶栅厚度方向的另一端为第二表面，叶栅上具有多个孔，孔的一端延伸至第一表面，另一端延伸至第二表面。孔沿曲线延伸，使得现有技术中的叶栅无法通过模具直接成型。

现有技术中的飞机叶栅通过金属材料制成，其制作过程是首先通过模具进行大致成型，然后对叶栅上的孔进行机加工，使孔最终成型，从而满足叶栅的结构要求。

随着技术的进步，金属的材料综合性能与碳纤维复合材料产生了较大的差距，采用碳纤维复合材料制成的叶栅具有传统的金属叶栅不能媲美的优良性能，在航空航天领域，传统的金属材料已难以满足越来越高的设计要求。而在碳纤维复合材料叶栅的加工过程中，无法对碳纤维复合材料采用机加工来进行孔的成型，因此，传统的加工方法无法适应碳纤维复合材料叶栅的加工。

发明内容

本发明的发明目的在于：针对现有技术存在的问题，提供一种碳纤维复合材料叶栅的加工方法及叶栅。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种碳纤维复合材料叶栅的加工方法，使用加工装置，加工装置包括底座和多个加工芯模，底座与加工芯模可拆卸地连接，加工芯模与底座相连时，加工装置上形成用于碳纤维复合材料成型的成型腔，该加工方法包括以下步骤：a.在加工芯模上包裹碳纤维复合材料的原材料片；b.将加工芯模安装到底座上；c.使碳纤维复合材料的原材料片固化成型；d.使成型的碳纤维复合材料与加工装置分离；步骤b在步骤a完成之后进行，步骤c在步骤b完成之后进行，步骤d在步骤c完成之后进行。

通过上述的加工方法，叶栅上的孔能够通过模具成型加工得到，在模具成型后，无需对孔进行机加工，从而能够得到碳纤维复合材料制成的叶栅，有利于提高叶栅的性能。同时，这种加工方法减少了加工流程，有利于提高叶栅的加工效率。

在上述的步骤中，根据叶栅的实际尺寸和结构设置包裹的原材料片厚度，安装时，对材料施加一定的挤压力，使加工芯模被安装到底座上，有利于使材料充分填充到成型腔中。

作为本发明的优选方案，在步骤c中，将加工装置和原材料片置入热压罐中，以实现原材料片的固化。

采用热压罐进行碳纤维复合材料的固化成型，能够使各个芯模周围包裹的原材料片受到均匀的压力和温度载荷，从而有利于保证叶栅的加工质量。

作为本发明的优选方案，在步骤b之后，在步骤c之前，还包括以下步骤：e.在各个加工芯模之间的缝隙里插入原材料片。

各个芯模的缝隙之间可能会存在填充不够充分的情况，特别是对于互相相邻的四个加工芯模，其中心处产生缝隙的可能性较大，为了避免加工出的叶栅上产生材料分布不均匀，甚至产生材料空腔，因此，在对加工装置施加温度和压力载荷前，使用原材料填充缝隙，有利于提高加工质量。

作为本发明的优选方案，加工芯模包括成型组件，成型组件上具有与叶栅上的孔的形状适配的成型表面，成型表面用于与碳纤维复合材料接触；成型组件包括第一组合块、第二组合块和脱模镶块，脱模镶块能够设于第一组合块与第二组合块之间，并与第一组合块和第二组合块拼接形成成型表面；在步骤a中，先将第一组合块、第二组合块和脱模镶块拼接到一起形成成型表面，再将碳纤维复合材料的原材料片包裹在成型表面上；脱模镶块、第一组合块和第二组合块拼接形成成型表面时，脱模镶块能够沿叶栅的第二表面到第一表面的方向滑动；脱模镶块被设置为，当成型表面周围包裹碳纤维复合材料时，若滑动脱模镶块，使脱模镶块与第一组合块和第二组合块分离，则能够使第一组合块和第二组合块活动，以使第一组合块和第二组合块与碳纤维复合材料分离；在步骤d中，首先使脱模镶块与第一组合块和第二组合块分离，再使第一组合块和第二组合块与已成型的碳纤维复合材料分离。

通过上述的加工芯模的结构，能够实现加工芯模在脱模过程中的顺利脱模，在加工具有相等横截面尺寸的孔时，或加工中部大、两端小的孔时，上述的加工芯模也能够实现顺利脱模，从而使得本发明提供的加工方法能够用于加工多中结构的叶栅。

作为本发明的优选方案，加工芯模还包括定位件，成型组件与定位件相连；底座上设有与定位件适配的定位部；在步骤b中，使定位件与定位部配合，以实现将加工芯模安装到底座上。

定位件的设计，有利于实现加工芯模安装到底座上的相应位置上，从而确定叶栅上的孔的位置。

作为本发明的优选方案，成型组件上形成容置空间，定位件置于容置空间中。

作为本发明的优选方案，脱模镶块包括第一镶块和第二镶块，第一组合块、第二组合块、第一镶块和第二镶块之间形成容置空间。

具体的，在生产该加工芯模时，可以先根据孔的形状制造出加工芯模的基本结构，然后分解该基本结构，将该基本结构分解为第一组合块、第二组合块、第一镶块、第二镶块和中心块，中心块不与成型表面相连。在分解后，去掉中心块，在中心块所处的位置处形成容置空间，用于容纳定位件。通过这种方式实现加工芯模的生产，具有以下优势：能够保证成型表面的精度；定位件可以单独生产，有利于降低加工芯模的成本和加工难度。

作为本发明的优选方案，第一组合块上设有与定位件适配的第一定位槽，第二组合块上设有与定位件适配的第二定位槽。

在步骤a中，通过第一定位槽和第二定位槽确定定加工芯模上各个组合块的相对位置，组装加工芯模。使得在每一次拼接加工芯模时，成型表面的结构能够保持不变，从而保证叶栅上孔的加工精度。

作为本发明的优选方案，底座包括基板、挡块和活动模块；挡块的数量为两个，两个挡块相对设置，挡块与基板相连；活动模块与基板可拆卸地相连；活动模块、挡块与基板围成用于安装加工芯模的安装空间；在步骤d中，从基板上拆卸活动模块，使成型的碳纤维复合材料与加工装置分离。

为了便于整个叶栅从加工装置上脱离，在底座上设置了活动模块。在将加工芯模拆卸下之后，取下活动模块，即可以使叶栅整体顺利脱模。

一种叶栅，其特征在于，由碳纤维复合材料制成，叶栅是由上述的加工方法加工得到的。

本发明提供的叶栅能够通过上述的加工方法加工而成，因此，在模具成型后，叶栅上的孔的形状即能够满足设计要求，无需采用机加工对叶栅上的孔再次成型，故这种叶栅能够采用碳纤维复合材料制作，同时具有加工效率高的优势。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

1.通过本发明提供的加工方法，解决了碳纤维复合材料叶栅的加工问题，能够得到由碳纤维复合材料制成的叶栅，与现有技术中的金属叶栅相比，能够提高叶栅强度；同时，这种加工方法加工叶栅能够实现叶栅上孔的一次成形，与现有技术相比，有利于减少加工工序，提高加工效率；

2.通过上述的加工装置和加工芯模的结构设计，使得在脱模过程中，能够减小叶栅上孔的结构对脱模过程的不利影响，从而使该加工方法能够适用于加工传统模具成型难以加工的叶栅孔(例如：孔的各横截面的尺寸相等；或孔的中部尺寸大、靠近两端的尺寸小等结构)。

3.通过对加工芯模结构的合理设计，能够实现定位件的单独加工，有利于保证成型表面的结构完整性，降低加工芯模的成本。

附图说明

图1是本发明提供的加工装置的结构示意图。

图2是本发明提供的加工装置的底座的结构示意图。

图3是图1中V部的局部放大图。

图4是本发明提供的叶栅的结构示意图。

图5是本发明提供的叶栅在另一视角下的结构示意图。

图6是本发明提供的加工芯模的结构示意图。

图7是本发明提供的加工芯模在另一视角下的结构示意图。

图8是本发明提供的第一组合块的结构示意图。

图9是本发明提供的第二组合块的结构示意图。

图10是本发明提供的第一镶块的结构示意图。

图11是本发明提供的第二镶块的结构示意图。

图12是用碳纤维复合材料的原材料片包裹加工芯块时的结构示意图。

图标：3-加工装置；31-底座；311-基板；312-挡块；313-活动模块；34-安装空间；35-成型腔；36-定位部；2-叶栅；21-孔；22-第一表面；23-第二表面；1-加工芯模；11-第一组合块；12-第二组合块；13-脱模镶块；131-第一镶块；132-第二镶块；14-定位件；15-容置空间；18-成型表面；142-插销；112-第一定位槽；122-第二定位槽；4-原材料片。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明作详细的说明。

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例

请参阅图1-图12。本发明提供了一种碳纤维复合材料叶栅2的加工方法。这种加工方法使用加工装置3，加工装置3包括底座31和多个加工芯模1，底座31上形成用于安装加工芯模1的安装空间34，底座31与加工芯模1可拆卸地连接，加工芯模1与底座31相连时，加工装置3上形成用于碳纤维复合材料成型的成型腔35，该加工方法包括以下步骤：

a.在加工芯模1上包裹碳纤维复合材料的原材料片4；

b.将加工芯模1安装到底座31上；

c.使碳纤维复合材料的原材料片4固化成型；

d.使成型的碳纤维复合材料与加工装置3分离；

步骤b在步骤a完成之后进行，步骤c在步骤b完成之后进行，步骤d在步骤c完成之后进行。

优选的，在步骤c中，将加工装置3和原材料片4置入热压罐中，以实现原材料片4的固化。

优选的，在步骤b之后，在步骤c之前，还包括以下步骤：e.在各个加工芯模1之间的缝隙里插入原材料片4。

优选的，加工芯模1包括成型组件，成型组件上具有与叶栅2上的孔21的形状适配的成型表面18，成型表面18用于与碳纤维复合材料接触；成型组件包括第一组合块11、第二组合块12和脱模镶块13，脱模镶块13能够设于第一组合块11与第二组合块12之间，并与第一组合块11和第二组合块12拼接形成成型表面18；在步骤a中，先将第一组合块11、第二组合块12和脱模镶块13拼接到一起形成成型表面18，再将碳纤维复合材料的原材料片4包裹在成型表面18上。

叶栅2厚度方向的一端为第一表面22，叶栅2厚度方向的另一端为第二表面23。脱模镶块13、第一组合块11和第二组合块12拼接形成成型表面18时，脱模镶块13能够沿叶栅2的第二表面23到第一表面22的方向滑动；脱模镶块13被设置为，当成型表面18周围包裹碳纤维复合材料时，若滑动脱模镶块13，使脱模镶块13与第一组合块11和第二组合块12分离，则能够使第一组合块11和第二组合块12活动，以使第一组合块11和第二组合块12与碳纤维复合材料分离；在步骤d中，首先使脱模镶块13与第一组合块11和第二组合块12分离，再使第一组合块11和第二组合块12与已成型的碳纤维复合材料分离。

优选的，加工芯模1还包括定位件14，成型组件与定位件14相连；底座31上设有与定位件14适配的定位部36；在步骤b中，使定位件14与定位部36配合，以实现将加工芯模1安装到底座31上。

优选的，成型组件上形成容置空间15，定位件14置于容置空间15中。

优选的，脱模镶块13包括第一镶块131和第二镶块132，第一组合块11、第二组合块12、第一镶块131和第二镶块132之间形成容置空间15。

优选的，第一组合块11上设有与定位件14适配的第一定位槽112，第二组合块12上设有与定位件14适配的第二定位槽122。

优选的，底座31包括基板311、挡块312和活动模块313；挡块312的数量为两个，两个挡块312相对设置，挡块312与基板311相连；活动模块313与基板311可拆卸地相连；活动模块313、挡块312与基板311围成安装空间34；在步骤d中，从基板311上拆卸活动模块313，使成型的碳纤维复合材料与加工装置3分离。

本发明实施例还提供了一种碳纤维复合材料制成的叶栅2，该叶栅2是由上述的加工方法加工得到的。

本发明提供的碳纤维复合材料叶栅2的加工方法的有益效果在于：

1.通过本发明提供的加工方法，解决了碳纤维复合材料叶栅2的加工问题，能够得到由碳纤维复合材料制成的叶栅2，与现有技术中的金属叶栅2相比，能够提高叶栅2强度；同时，这种加工方法加工叶栅2能够实现叶栅2上孔21的一次成形，与现有技术相比，有利于减少加工工序，提高加工效率；

2.通过上述的加工装置3和加工芯模1的结构设计，使得在脱模过程中，能够减小叶栅2上孔21的结构对脱模过程的不利影响，从而使该加工方法能够适用于加工传统模具成型难以加工的叶栅2孔21(例如：孔21的各横截面的尺寸相等；或孔21的中部尺寸大、靠近两端的尺寸小等结构)。

3.通过对加工芯模1结构的合理设计，能够实现定位件14的单独加工，有利于保证成型表面18的结构完整性，降低加工芯模1的成本。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种碳纤维复合材料叶栅的加工方法，其特征在于，使用加工装置，所述加工装置包括底座和多个加工芯模，所述底座与所述加工芯模可拆卸地连接，所述加工芯模与所述底座相连时，所述加工装置上形成用于碳纤维复合材料成型的成型腔，该加工方法包括以下步骤：

a.在加工芯模上包裹碳纤维复合材料的原材料片；

b.将所述加工芯模安装到所述底座上；

c.使所述碳纤维复合材料的原材料片固化成型；

d.使成型的碳纤维复合材料与加工装置分离；

步骤b在步骤a完成之后进行，步骤c在步骤b完成之后进行，步骤d在步骤c完成之后进行。

2.根据权利要求1所述的加工方法，其特征在于，在所述步骤c中，将所述加工装置和原材料片置入热压罐中，以实现所述原材料片的固化。

3.根据权利要求1所述的加工方法，其特征在于，在所述步骤b之后，在所述步骤c之前，还包括以下步骤：

e.在各个所述加工芯模之间的缝隙里插入原材料片。

4.根据权利要求1所述的加工方法，其特征在于，所述加工芯模包括成型组件，所述成型组件上具有与所述叶栅上的孔的形状适配的成型表面，所述成型表面用于与碳纤维复合材料接触；

所述成型组件包括第一组合块、第二组合块和脱模镶块，所述脱模镶块能够设于所述第一组合块与所述第二组合块之间，并与所述第一组合块和所述第二组合块拼接形成所述成型表面；

在所述步骤a中，先将所述第一组合块、所述第二组合块和所述脱模镶块拼接到一起形成所述成型表面，再将碳纤维复合材料的原材料片包裹在所述成型表面上；

所述脱模镶块、所述第一组合块和所述第二组合块拼接形成成型表面时，所述脱模镶块能够沿所述叶栅的第二表面到第一表面的方向滑动；

所述脱模镶块被设置为，当所述成型表面周围包裹碳纤维复合材料时，若滑动脱模镶块，使脱模镶块与所述第一组合块和所述第二组合块分离，则能够使所述第一组合块和所述第二组合块活动，以使所述第一组合块和所述第二组合块与所述碳纤维复合材料分离；

在所述步骤d中，首先使所述脱模镶块与所述第一组合块和所述第二组合块分离，再使所述第一组合块和所述第二组合块与已成型的所述碳纤维复合材料分离。

5.根据权利要求4所述的加工方法，其特征在于，所述加工芯模还包括定位件，所述成型组件与所述定位件相连；

所述底座上设有与所述定位件适配的定位部；

在所述步骤b中，使所述定位件与所述定位部配合，以实现将所述加工芯模安装到所述底座上。

6.根据权利要求5所述的加工方法，其特征在于，所述成型组件上形成容置空间，所述定位件置于所述容置空间中。

7.根据权利要求6所述的加工方法，其特征在于，所述脱模镶块包括第一镶块和第二镶块，所述第一组合块、所述第二组合块、所述第一镶块和所述第二镶块之间形成所述容置空间。

8.根据权利要求5所述的加工方法，其特征在于，所述第一组合块上设有与所述定位件适配的第一定位槽，所述第二组合块上设有与所述定位件适配的第二定位槽。

9.根据权利要求1所述的加工方法，其特征在于，所述底座包括基板、挡块和活动模块；

所述挡块的数量为两个，两个所述挡块相对设置，所述挡块与所述基板相连；

所述活动模块与所述基板可拆卸地相连；

所述活动模块、所述挡块与所述基板围成用于安装所述加工芯模的安装空间；

在所述步骤d中，从所述基板上拆卸所述活动模块，使成型的碳纤维复合材料与所述加工装置分离。

10.一种叶栅，其特征在于，由碳纤维复合材料制成，所述叶栅是由权利要求1-9中任意一项所述的加工方法加工得到的。