CN111169044A - 一种复合材料叶片rtm成型模具及方法 - Google Patents

一种复合材料叶片rtm成型模具及方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于树脂基复合材料液态成型技术，具体涉及一种复合材料叶片RTM成型模具及方法。由于复合材料叶片的高性能要求，必须采用高韧性的液体成型树脂，在长距离流动过程中易产生温度变化过大超范围的现象，极易由于树脂温度不均匀和树脂流动分布不均匀导致成型失败。本发明在成型模具上设置有与进胶口连通的进胶缓流区，且该进胶缓流区与构成叶片预制体的内腔之间具有树脂分散装置，还具有与出胶口连通的出胶缓流区。能够确保树脂能在要求的温度范围内对叶片预制体进行成型，有效解决了传统RTM工艺进胶量无法分区域控制的难题，减弱常规RTM工艺中存在的边缘效应现象，进一步提高复合材料叶片的成型质量。

Description

一种复合材料叶片RTM成型模具及方法
技术领域
本发明属于树脂基复合材料液态成型技术，具体涉及一种复合材料叶片RTM成型模具及方法。
背景技术
碳纤维增强树脂基复合材料具有轻质、高比强度、高比模量、抗疲劳断裂性能好、耐腐蚀、便于大面积整体成形等独特的优点，已广泛应用于航空飞行器和发动机结构，成为航空装备的关键材料，其用量也已成为航空装备先进性的标志之一。
复合材料叶片是广泛应用于航空发动机的一种具有高精度要求的复合材料制件，复合材料叶片直接影响发动机的气动性能和噪音指标，同时还需要承受高速旋转产生的巨大的离心力、高速气流产生的气动力、叶片振动产生的疲劳载荷以及砂石、飞鸟等外来物的冲击等，对材料性能、成型质量和成型精度具有极高的要求，复合材料叶片的结构参考图1。
树脂转移模塑成型技术，简称RTM成型技术(Resin Transfer Molding)是近年来在航空、航天等领域广泛应用的一种液态成型复合材料制造技术。其原理是在刚性模具型腔内铺放按性能和结构要求设计好的干态纤维预成型体，在特定的耐压容器即树脂贮存罐内将树脂加热到设定的注射温度，然后采用注射设备将低粘度树脂注入到模具型腔内，使树脂与纤维充分浸润，最后按照树脂的工艺规范进行升温固化，最后得到与模具型腔形状一致的复合材料零件。由于RTM成型技术的高精度成型优势，目前已在复合材料叶片上得到广泛应用。
但是，由于复合材料叶片的高性能要求，必须采用高韧性的液体成型树脂，例如Hexcel公司的RTM230ST或Cytec公司的PR520，该类型树脂的特点是抗冲击韧性好，但缺点是有效注射期极短(35min内)，并且注射温度高(165～170℃)，注射温度范围极小(5℃)，RTM工艺操纵苛刻，树脂在注射机-管道-模具的长距离流动过程中易产生温度变化过大超范围的现象；此外，由于复合材料叶片为大变厚度变截面结构，叶片为中间厚两侧薄的结构，树脂在叶片预制体内部流动复杂，极易产生流动分布不均匀的现象，进一步加大了RTM成型的难度。因此，采用高韧性树脂进行复合材料叶片RTM成型时，极易由于树脂温度不均匀和树脂流动分布不均匀导致成型失败。
发明内容
本发明的目的是：针对传统RTM成型复合材料叶片存在的不足，提出一种复合材料叶片RTM成型模具及方法，能够提高RTM成型复合材料叶片的成品率。
本发明复合材料叶片RTM成型模具，包括上半模和下半模，在该成型模具的两端分别具有进胶口和出胶口，该成型模具具有与进胶口连通的进胶缓流区，且该进胶缓流区与构成叶片预制体的内腔之间具有树脂分散装置，该树脂分散装置在进胶方向设置有若干树脂分散口；该成型模具还具有与出胶口连通的出胶缓流区。
进一步地，在进胶缓流区的宽度与榫头的长度一致，进胶缓流区的宽度为20-100mm，深度为0.1-1mm。
进一步地，出胶缓流区的宽度与叶身顶部区域的长度一致，出胶缓流区的宽度为20-100mm，深度为0.1-1mm。
进一步地，在出胶缓流区上放置树脂缓流物质。
进一步地，所述树脂缓流物质包括玻璃布或聚四氟乙烯布。
进一步地，成型模具采用金属坯料加工而成，其中上半模为凸模，下半模为凹模。
进一步地，所述树脂分散口为半圆形槽，其中榫头中间区域树脂分散口的直径为8-10mm，榫头边缘区域树脂分散口的直径为3-5mm。
本发明还提供一种复合材料叶片RTM成型方法，该方法利用上述复合材料叶片RTM成型模具，并包括以下步骤：
S1、将叶片预制体放置在下半模上，在下半模的进胶缓流区与榫头之间放置树脂分散装置，然后组合上半模；
S2、将组合好的成型模具放置到加热设备中，按选用树脂的RTM注射工艺进行注射，注射时树脂从树脂进胶口注入，并经过内腔和出胶缓流区后从树脂出胶口出胶；
S3、待注胶结束后执行固化工艺，将成型好的叶片从成型模具中取出，得到最终产品。
本发明的工作原理为：
1、本发明在成型模具树脂进胶口设置薄壁型进胶缓冲区，通过缓冲区的接触热交换效应，对树脂进行二次均匀性加热，换热效率高，确保树脂在所需温度范围内进入叶片预制体；
2、本发明在叶片榫部前设置树脂分散装置，根据叶片预制体不同区域的厚度，通过改变树脂分散装置上的树脂分散口的截面积，使树脂在不同区域的流量与叶片预制体不同截面位置的树脂需求量一致；
3、本发明在成型模具树脂出胶口位置设计薄壁型树脂缓流区，通过放置树脂缓流材质，如玻璃布、聚四氟乙烯布等材料，由于其材质较为致密，其树脂的渗透能力明显低于叶片预制体内部，故能显著降低树脂在出胶口位置的流速；
4、本方面通过进胶口平台热交换区实现树脂的温度均匀，通过树脂分散装置实现树脂分流控制，通过出胶口的树脂缓流区减缓树脂的流速，最终实现提高复合材料叶片RTM成型质量的目的。
本发明的有益效果是：本发明能够确保树脂能在要求的温度范围内对叶片预制体进行成型，防止树脂注射温度过低导致无法达到注射粘度使流速过慢零件成型失败，也防止了树脂注射温度过高而产生爆聚导致零件报废。有效解决了传统RTM工艺进胶量无法分区域控制的难题，减弱常规RTM工艺中存在的边缘效应现象，进一步提高复合材料叶片的成型质量。实施简单，不需对现有的RTM工艺设备和模具进行大规模改造，具有良好的RTM工艺普适性；降低了RTM工艺树脂爆聚的风险，延长了树脂的有效操作期，实施简单可靠，能显著提高RTM成型复合材料制件的成品率。
附图说明
图1为RTM成型的复合材料叶片示意图；
图2为本发明RTM成型模具的截面示意图；
图3为本发明成型模具中下半模的俯视示意图；
图4为树脂分散装置的结构示意图。
具体实施方式
叶片预制体10为变厚度2.5D机织结构风扇叶片预制体，加工时是在RTM成型前的中间体，叶片1由榫头2和叶身3组成，材料为CCF800，材料的纤维体积含量为58％±3％；其中CCF800为山东威海拓展出品的规格为12K的T800级碳纤维织物，注射用树脂采用中航复合材料有限责任公司的ACTECH1304高韧性液体成型树脂，叶片预制体10的外形尺寸为780mm×320mm(长×宽)，具体的成型步骤如下：
1)成型模具4采用金属坯料加工而成，成型模具4由上半模5和下半模6组成，其中上半模5为凸模，下半模6为凹模；
2)在下半模6前端分布有进胶口20及进胶缓流区30，进胶缓流区30的长度240mm，宽度为50mm，深度为0.5mm,进胶缓流区30通过下半模6内部的树脂流道与进胶口20联通；
4)在下半模6后端分布有出胶口40及出胶缓流区50，出胶缓流区50的长度320mm，出胶平台50的宽度为30mm，深度为0.2mm,在出胶环流区50的位置放置1层EW100A玻璃布，出胶缓流区30通过下半模6内部的树脂流道与出胶口40联通；
5)在下半模进胶缓流区30与榫头2之间设置树脂分散装置60，在树脂分散装置60上设有7个树脂分散口61，树脂分散口61与榫头2相接触；其中中间5个的树脂分散口61的直径为10mm，两侧的树脂分散口61的直径为3mm；
6)将叶片预制体10放置在下半模6上，在下半模6的进胶平台区域30与榫头2之间放置树脂分散装置60，然后组合上半模5；
7)将组合好的成型模具4放置到设备中按选用树脂的RTM注射工艺进行注射，树脂从树脂进胶口20注入，从树脂出胶口40出胶；
8)待执行固化工艺完毕后，将成型好的叶片1从成型模具4中取出，得到最终产品。
经检测零件的外观质量、内部质量均满足设计要求。

Claims (8)

1.一种复合材料叶片RTM成型模具，包括上半模(5)和下半模(6)，在该成型模具的两端分别具有进胶口(20)和出胶口(40)，其特征在于：该成型模具具有与进胶口(20)连通的进胶缓流区(30)，且该进胶缓流区(30)与构成叶片预制体(10)的内腔之间具有树脂分散装置(60)，该树脂分散装置(60)在进胶方向设置有若干树脂分散口(61)；该成型模具还具有与出胶口(40)连通的出胶缓流区(50)。
2.根据权利要求1所述的复合材料叶片RTM成型模具，其特征在于：在进胶缓流区(30)的宽度与榫头(2)的长度一致，进胶缓流区(30)的宽度为20-100mm，深度为0.1-1mm。
3.根据权利要求2所述的复合材料叶片RTM成型模具，其特征在于：出胶缓流区(50)的宽度与叶身(3)顶部区域的长度一致，出胶缓流区(50)的宽度为20-100mm，深度为0.1-1mm。
4.根据权利要求3所述的复合材料叶片RTM成型模具，其特征在于：在出胶缓流区(50)上放置树脂缓流物质。
5.根据权利要求4所述的复合材料叶片RTM成型模具，其特征在于：所述树脂缓流物质包括玻璃布或聚四氟乙烯布。
6.根据权利要求1所述的复合材料叶片RTM成型模具，其特征在于：成型模具(4)采用金属坯料加工而成，其中上半模(5)为凸模，下半模(6)为凹模。
7.根据权利要求1所述的复合材料叶片RTM成型模具，其特征在于：所述树脂分散口(61)为半圆形槽，其中榫头中间区域树脂分散口(61)的直径为8-10mm，榫头边缘区域树脂分散口(61)的直径为3-5mm。
8.一种复合材料叶片RTM成型方法，其特征在于：该方法利用权利要求1-7中任意一项的复合材料叶片RTM成型模具，并包括以下步骤：
S1、将叶片预制体(10)放置在下半模(6)上，在下半模(6)的进胶缓流区(30)与榫头(2)之间放置树脂分散装置(60)，然后组合上半模(5)；
S2、将组合好的成型模具(4)放置到加热设备中，按选用树脂的RTM注射工艺进行注射，注射时树脂从树脂进胶口(20)注入，并经过内腔和出胶缓流区(50)后从树脂出胶口(40)出胶；
S3、待注胶结束后执行固化工艺，将成型好的叶片(1)从成型模具(4)中取出，得到最终产品。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113829648A (zh) * 2021-08-26 2021-12-24 中国航空制造技术研究院 一种复合材料叶片rtm成型方法
CN115625910A (zh) * 2022-10-17 2023-01-20 哈尔滨工业大学 一种用于湿法缠绕的纤维低压浸胶装置

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102529122A (zh) * 2010-11-11 2012-07-04 波音公司 使用穿孔的衬板的复合部件的树脂浸渍
CN102602010A (zh) * 2012-03-13 2012-07-25 西北工业大学 一种用于方形薄壁平板件rtm单向注射成形的装置及方法
EP2683543A1 (de) * 2011-03-10 2014-01-15 Lisa Dräxlmaier GmbH Verfahren und vorrichtung zur herstellung eines formteils mit faserverstärktem träger und funktionsteilen
CN105479773A (zh) * 2015-12-11 2016-04-13 中航复合材料有限责任公司 一种液态树脂转移模塑系统及其成型方法
CN107214979A (zh) * 2017-06-27 2017-09-29 中航复合材料有限责任公司 一种提高树脂传递模塑工艺成型复合材料成品率的方法
CN110524756A (zh) * 2019-08-07 2019-12-03 中国商用飞机有限责任公司北京民用飞机技术研究中心 平板试验件成型模具、平板试验件制作方法及平板试验件

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102529122A (zh) * 2010-11-11 2012-07-04 波音公司 使用穿孔的衬板的复合部件的树脂浸渍
EP2683543A1 (de) * 2011-03-10 2014-01-15 Lisa Dräxlmaier GmbH Verfahren und vorrichtung zur herstellung eines formteils mit faserverstärktem träger und funktionsteilen
CN102602010A (zh) * 2012-03-13 2012-07-25 西北工业大学 一种用于方形薄壁平板件rtm单向注射成形的装置及方法
CN105479773A (zh) * 2015-12-11 2016-04-13 中航复合材料有限责任公司 一种液态树脂转移模塑系统及其成型方法
CN107214979A (zh) * 2017-06-27 2017-09-29 中航复合材料有限责任公司 一种提高树脂传递模塑工艺成型复合材料成品率的方法
CN110524756A (zh) * 2019-08-07 2019-12-03 中国商用飞机有限责任公司北京民用飞机技术研究中心 平板试验件成型模具、平板试验件制作方法及平板试验件

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113829648A (zh) * 2021-08-26 2021-12-24 中国航空制造技术研究院 一种复合材料叶片rtm成型方法
CN115625910A (zh) * 2022-10-17 2023-01-20 哈尔滨工业大学 一种用于湿法缠绕的纤维低压浸胶装置

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