CN112368135B - 用于制造复合部件的方法和工具组 - Google Patents

Abstract

公开了一种制造复合部件的方法。用于部件的预成型件(140)铺叠在铺叠工具(130)上，使得预成型件的第一表面符合工具的铺叠轮廓(136)。预成型件(140)转移到包括相对的第一和第二成型表面(164,168)的成型工具(160)，每个第一成型表面和第二成型表面具有与部件的相应侧面相对应的近终型轮廓。预成型件(140)在成型工具中形成为部件的近终型。预成型件(140)具有超过成型之前部件的近终型的预成型件膨胀块，并且铺叠轮廓相对于第一成型表面(164)的近终型轮廓偏移，以容纳预成型件膨胀块的一部分。因此，预成型件的第一表面和相对的第二表面(42)在成型期间均发生位移，以与成型表面(164,168)的相应近终型轮廓相符合。

Description

用于制造复合部件的方法和工具组

技术领域

本发明涉及一种用于制造复合部件的方法和工具组。

背景技术

复合材料诸如碳纤维增强聚合物(CFRP)越来越多地被选择用于部件中，因为它们可提供理想的材料特性组合，例如高强度和低重量。特别地，已经提出由复合材料制造用于航空工业的部件。

复合材料传统的是通过铺叠工艺制造的，其中将纤维增强材料的连续层施加在铺叠工具(或模具)上，以形成与部件所需形状相对应的预成型件。纤维增强材料可以预先注入基质材料例如树脂，(称为“预浸料”或预浸渍的纤维增强材料)，或者也可以在铺叠后以其他方式提供基质材料(称为“树脂转移”)。

通常有必要铺叠一预成型件，以占据比部件的终型大的体积，因为预成型件将包含预成型件膨胀块(preform bulk)(即，超出其固结和固化形状的体积)，该预成型件膨胀块在成型和/或固化过程中会在压力下被移除。例如，预成型件膨胀块可以是部件的终型(即部件的最终形状)的10％量级。

预成型件膨胀块沿着预成型件的堆叠方向从放置在铺叠工具上的第一表面累积到相对的第二表面。通常通过在第二表面上施加真空袋或垫板(caul plate)在压力下去除预成型件膨胀块。在去膨胀过程中，朝向第二表面的层倾向于移位得最远。去膨胀过程中的移位可能会导致形成缺陷，例如起皱。

发明内容

根据一个方面，提供了一种制造复合部件的方法，包括：将用于复合部件的预成型件铺叠在铺叠工具上，以使所述预成型件的第一表面符合所述铺叠工具的铺叠轮廓；将所述预成型件转移至包括相对的第一和第二成型表面的成型工具，每个第一和第二成型表面具有与所述部件的相应侧面相对应的近终型轮廓；以及在所述成型工具中将所述预成型件成型为所述部件的近终型；其中，所述预成型件具有预成型件膨胀块，所述预成型件膨胀块超过成型前的部件的近终型；以及其中，所述铺叠工具的铺叠轮廓相对于所述成型工具的第一成型表面的近终型的轮廓偏移，以容纳预成型件膨胀块的一部分；因此，所述预成型件的第一表面和相对的第二表面在成型过程中均移位，以与所述成型工具的成型表面的相应近终型轮廓相符合。

换句话说，铺叠轮廓可相对于第一成型表面的近终型轮廓偏移，以允许预成型件膨胀块在预成型件的相对侧面上超过部件的近终型。

术语“近终型”是本领域的术语，其在此用于表示接近部件的最终形状(即终型)，使得成型为近终型后需要最低限度的后处理(例如，机加工)以完成部件。

铺叠工具的铺叠轮廓可相对于成型工具的第一成型表面的近终型轮廓偏移，以容纳大约一半的预成型件膨胀块。

铺叠工具的铺叠轮廓可从成型工具的第一成型表面的近终型轮廓偏移，使得在成型工具中成型预成型件导致：预成型件的第一表面移位第一表面位移分布，以采用成型工具的第二成型表面的近终型轮廓；预成型件的第二表面移位第二表面位移分布，以采用成型工具的第二成型表面的近终型轮廓。第一和第二表面位移分布相等且彼此相反。

该部件的近终型在部件的相应的侧面之间可具有可变的厚度分布。铺叠工具的铺叠轮廓可相对于成型工具的第一成型表面的近终型轮廓偏移，该偏移与可变的厚度成比例。

换句话说，在铺叠工具的铺叠轮廓和成型工具的第一成型表面的近终型轮廓之间具有偏移分布，且该偏移分布与部件的厚度分布成比例。

铺叠工具的铺叠轮廓可相对于成型工具的第一成型表面的近终型轮廓在铺叠工具的至少一个子区域上偏移。铺叠轮廓的另一个子区域可不与第一成型表面的相应区域偏移，例如，它可以具有相同的轮廓。例如，与风扇叶片主体的根部相对应的铺叠轮廓的根部子区域可偏离第一成型表面的近终型轮廓，然而，与风扇叶片主体的翼型芯相对应的铺叠轮廓的翼型芯子区域可具有与第一成型表面的相应子区域相同的轮廓。

该部件可以是用于翼型结构的叶片主体，例如用于燃气涡轮发动机的风扇叶片。铺叠轮廓可至少对应于叶片主体的叶片根部。

在成型工具中成型之前，预成型件的叶片根部部分可在预成型件的第一表面和第二表面之间具有对称平面。因此，在成型期间的第一和第二表面位移分布可以是对称的，以提供具有对称的近终型的叶片根部。

根据第二方面，提供了一种用于形成复合部件的工具组，包括：铺叠工具，具有铺叠轮廓，并被构造成将铺叠轮廓赋予所述部件的预成型件的第一表面上；以及成型工具，被构造成将所述预成型件成型为所述部件的近终型，所述成型工具包括相对的第一和第二成型表面，每个第一和第二成型表面具有对应于所述部件的相应侧面的近终型轮廓；其中，所述铺叠工具的铺叠轮廓相对于所述成型工具的第一成型表面的近终型轮廓偏移，以容纳超过所述部件的近终型的所述预成型件的预成型件膨胀块的一部分；这样，在使用过程中，铺叠在所述铺叠工具上的预成型件的第一表面会在成型过程中移位，以与成型工具的第一成型表面的近终型轮廓相符合。

该铺叠工具的铺叠轮廓相对于所述成型工具的相应成型表面的近终型轮廓偏移，以容纳预成型件膨胀块的一部分；所述预成型件膨胀块对应于所述成型工具限定的近终型的局部厚度的4％至12％。

该铺叠工具的铺叠轮廓可相对于成型工具的第一成型表面的近终型轮廓偏移，以容纳大约一半的预成型件膨胀块，预成型件膨胀块对应于近终型(由成型工具定义)的局部厚度的4％至12％之间–即近终型的局部厚度的2％至6％。

该部件的近终型可具有可变的厚度分布。铺叠工具的铺叠轮廓可具有可变的偏移分布，该可变的偏移分布与部件的近终型的可变的厚度分布成比例。

该工具组可用于制造包括叶片根部的风扇叶片主体，其中，该铺叠工具的铺叠轮廓至少对应于叶片根部。

根据第三方面，提供了一种通过根据第一方面的方法制造的复合叶片主体(例如，风扇叶片主体或用于燃气涡轮发动机的另一个叶片的叶片主体)。

根据第四方面，提供了一种燃气涡轮发动机，包括一个或多个叶片，该一个或多个叶片包括根据第三方面的复合叶片主体。

如本文其他地方所述，本公开可以涉及燃气涡轮发动机。这种燃气涡轮发动机可包括发动机芯，该发动机芯包括涡轮、燃烧器、压缩机以及将涡轮连接到压缩机的芯轴。这种燃气涡轮发动机可包括位于发动机芯上游的风扇(具有风扇叶片)。

本公开的布置对于经由齿轮箱驱动的风扇特别有利，尽管不是排他性的。因此，燃气涡轮发动机可包括齿轮箱，该齿轮箱从芯轴接收输入并且将驱动输出到风扇，从而以比芯轴更低的转速驱动风扇。齿轮箱的输入可以直接来自芯轴，或者间接来自芯轴，例如通过正轴和/或齿轮。芯轴可刚性地连接涡轮和压缩机，使得涡轮和压缩机以相同的速度旋转(风扇以较低的速度旋转)。

如本文描述和/或要求保护的燃气涡轮发动机可以具有任何合适的一般架构。例如，燃气涡轮发动机可以具有连接涡轮和压缩机的任何期望数量的轴，例如一个，两个或三个轴。仅作为示例，连接到芯轴的涡轮可以是第一涡轮，连接到芯轴的压缩机可以是第一压缩机，并且芯轴可以是第一芯轴。发动机芯还可包括第二涡轮、第二压缩机和将第二涡轮连接至第二压缩机的第二芯轴。第二涡轮机、第二压缩机和第二芯轴可布置成以比第一芯轴更高的旋转速度旋转。

在这样的布置中，第二压缩机可以在轴向上位于第一压缩机的下游。第二压缩机可以布置成接收(例如，例如经由大体上环形的管道直接接收)来自第一压缩机的流。

齿轮箱可布置成由构造成以最低转速旋转(例如在使用中)的芯轴(例如，在以上示例中的第一芯轴)驱动。例如，齿轮箱可布置成仅由构造成以最低转速旋转(例如在使用中)的芯轴驱动(例如，在上面的示例中，仅是第一芯轴，而不是第二芯轴)。可替代地，齿轮箱可被布置成由任何一个或多个轴驱动，例如，在以上示例中的第一和/或第二轴。

在本文描述和/或要求保护的任何燃气涡轮发动机中，燃烧器可轴向地设置在风扇和压缩机的下游。例如，燃烧器可以直接位于第二压缩机的下游(例如在第二压缩机的出口处)，在该处设有第二压缩机。作为进一步的示例，可将燃烧器出口处的流提供给第二涡轮机的入口，在该处设有第二涡轮机。燃烧器可以设置在涡轮的上游。

所述压缩机或每个压缩机(例如如上所述的第一压缩机和第二压缩机)可包括任何数量的级，例如多级。每个级可包括一排转子叶片和一排定子叶片，该定子叶片可以是可变的定子叶片(因为它们的入射角可以是可变的)。该排转子叶片和该排定子叶片可在轴向上彼此偏移。

本文描述和/或要求保护的风扇叶片和/或风扇叶片的翼型部分可以由任何合适的材料或材料的组合制成。例如，风扇叶片和/或翼型件的至少一部分可以至少部分地由复合材料制成，例如金属基复合材料和/或有机基复合材料，例如碳纤维。作为进一步的示例，风扇叶片和/或翼型件的至少一部分可至少部分地由金属制成，例如钛基金属或铝基材料(例如铝-锂合金)或钢基材料。风扇叶片可包括使用不同材料制造的至少两个区域。例如，风扇叶片可具有保护性的前缘，该保护性的前缘可使用比叶片的其余部分能够更好地抵抗冲击(例如来自鸟、冰或其他材料)的材料来制造。这样的前缘可以例如使用钛或钛基合金来制造。因此，仅作为示例，风扇叶片可具有碳纤维或铝基主体(例如铝锂合金)，其具有钛前缘。

如本文描述和/或要求保护的风扇可包括中央部分，风扇叶片可从中央部分延伸，例如沿径向方向延伸。风扇叶片可以任何期望的方式附接到中央部分。例如，每个风扇叶片可包括固定装置，该固定装置可接合轮毂(或盘)中的相应槽。纯粹通过示例的方式，这种固定装置可以是燕尾榫(dovetail)的形式，其可以缝入和/或接合在轮毂/盘中的相应槽中，以便将风扇叶片固定到轮毂/盘上。

本领域技术人员应理解，除了相互排斥的地方以外，关于以上方面中的任何一个方面描述的特征或参数可以应用于任何其他方面。此外，除了相互排斥的地方，本文描述的任何特征或参数可以应用于任何方面和/或与本文描述的任何其他特征或参数组合。

附图说明

现在将参考附图通过示例的方式描述本发明，其中：

图1为燃气涡轮发动机的截面侧视图。

图2和图3示意性地示出了根据现有技术的用于风扇叶片主体的预成型件在工具上的铺叠和去膨胀；

图4示意性地示出了用于风扇叶片主体的预成型件在铺叠工具上的铺叠。

图5示意性地示出了包括图4的铺叠工具和成型工具的工具组。

图6和7示出了在成型工具上成型图4的预成型件。

图8是制造风扇叶片的方法的流程图。

具体实施方式

图1示出了具有主旋转轴线9的燃气涡轮发动机10。发动机10包括进气口12和产生两个气流的推进风扇23：芯气流A和旁通气流B。燃气涡轮发动机10包括接收芯气流A的芯11。发动机芯11包括轴向流串联的低压压缩机14、高压压缩机15、燃烧设备16、高压涡轮17、低压涡轮19和芯排气喷嘴20。机舱21围绕燃气涡轮发动机10并且限定了旁通管道22和旁通排气喷嘴18。旁路气流B流过旁通管道22。风扇23经由轴26和行星齿轮箱30附接到低压涡轮19并由低压涡轮19驱动。

在使用中，芯气流A被低压压缩机14加速和压缩，并被引导到高压压缩机15中，在那里进一步压缩。从高压压缩机15排出的压缩空气被引导到燃烧设备16中，在燃烧设备16中，压缩空气与燃料混合并且混合物被燃烧。然后，所产生的热燃烧产物在通过喷嘴20排出之前通过高压和低压涡轮17、19膨胀并由此驱动高压和低压涡轮17、19，从而提供一些推进推力。高压涡轮17通过合适的互连轴27驱动高压压缩机15。风扇23通常提供大部分推力。行星齿轮箱30是减速齿轮箱。

可应用于本公开的其他燃气涡轮发动机可具有可替代的构造。例如，这样的发动机可以具有可替代数量的压缩机和/或涡轮和/或可替代数量的互连轴。再举一个例子，图1所示的燃气涡轮发动机具有分流喷嘴20、22，这意味着通过旁通管道22的气流具有自己的喷嘴，该喷嘴与芯发动机喷嘴20分开并在径向上位于芯发动机喷嘴20的外部。但是，这不是限制性的，并且本公开的任何方面也可以适用于发动机，其中，在单个喷嘴之前(或上游)可以将通过旁通管道22的流和通过芯11的流混合或合并，该喷嘴可以称为混合流量喷嘴。一个或两个喷嘴(无论是混合流还是分流)都可以具有固定或可变的面积。尽管所描述的示例涉及涡轮风扇发动机，但是本发明可以应用于例如任何类型的燃气涡轮发动机，例如敞开转子(其中风扇级没有被机舱包围)或涡轮螺旋桨发动机。在一些布置中，燃气涡轮发动机10可以不包括齿轮箱30。

燃气涡轮发动机10及其部件的几何形状由常规的轴系限定，包括轴向(与旋转轴9对齐)、径向(在图1中从底部到顶部的方向)和圆周方向(与图1中的页面垂直)。轴向、径向和圆周方向相互垂直。

图2示出了用于预成型件40的先前考虑的示例性铺叠工具30的局部截面图，该工具30用于对应于燃气轮机的风扇叶片的预成型件40。工具30用于复合风扇叶片主体，该复合风扇叶片主体包括：径向内根部，用于插入轮毂；以及径向外翼型芯，用于在涡轮机的环带中旋转，以加速空气。复合风扇叶片主体可设置附加部件，以完成风扇叶片的制造，例如可以粘结到翼型芯的保护性前缘和尖端金属制品。在本文中，径向是指当风扇叶片安装在风扇中时风扇叶片被设计成沿其延伸的方向。它可以等效于风扇叶片的翼展方向。在该示例中，截面图与风扇叶片(即，用于风扇叶片的预成型件)的径向平行并且垂直于弦向。

图2中的视图是局部视图，因为它显示了与风扇叶片根部相对应的工具的根部部分32，且显示了工具的翼型部分34的仅一小部分，对应于翼型芯的近端(即，最接近根部)部分。靠近工具(和预成型件、真空袋)的截头翼型部分的虚线代表图中的相应元件继续超出部分视图。

该铺叠工具30限定铺叠表面36，该铺叠表面36具有与风扇叶片的第一侧的近终型相对应的铺叠轮廓。风扇叶片的根部应具有较粗的根部(即沿垂直于叶片径向方向的厚度方向和叶片根部的弦向)以接合风扇的轮毂并在轮毂处作用于风扇叶片上的离心力。在该简化示例中，根部具有恒定厚度的近端部分和朝着风扇叶片的翼型芯逐渐变细的锥形颈部。在该示例中，根部关于径向对称。

图2示出了预成型件40，该预成型件40已经通过以层状方式连续地施加纤维增强材料(例如，预浸料坯碳纤维增强聚合物)层而被施加到铺叠工具上。因此，预成型件40的最低层符合铺叠工具的铺叠表面36的轮廓，该轮廓本身对应于风扇叶片的第一侧面的近终型。

预成型件40的最上层42不符合风扇叶片的相对的第二侧的近终型。取而代之的是，预成型件40被施加以结合预成型件膨胀块，在该示例中，预成型件膨胀块对应于风扇叶片的终型轮廓的厚度的10％(尽管在其他示例中，它可以是另一数量，例如，在轮廓的厚度的4-12％之间)。这在图2中通过虚线44示出，该虚线44对应于风扇叶片的第二侧面的近终型轮廓，并且预成型件的预成型件膨胀块部分46超过风扇叶片的近终型的10％。在该示例中，由于风扇叶片的根部关于径向平面对称，因此虚线44是根部处的铺叠表面36的镜像。

图2示出了真空袋50，该真空袋50施加在预成型件上并且用工具30(在工具的远端处未示出)密封以准备成型。

图3示出了在升高的温度和压力下成型预成型件之后在工具30上的预成型件40以固结预成型件40。预成型件40中的预成型件膨胀块在成型期间被去除，使得预成型件的最上层42移位以对应于风扇叶片的第二侧的近终型轮廓。该位移在图4中示出，通过箭头示出了真空袋50的运动。以阴影视图示出了预成型件47的与成型之前的预成型件的预成型件膨胀块部分46相对应的区域，为了说明，对应于预成型件膨胀块部分46的层已经被移位而不是被去除。

因此，在成型期间的最大位移通常是最上层42和相邻层的位移，靠近铺叠表面的最下层没有位移或位移很小。

图4示出了根据本发明的示例性铺叠工具130，其与图2和3的铺叠工具30的不同之处在于：由铺叠工具130的铺叠表面限定的铺叠轮廓136相对于风扇叶片的相应侧面的近终型轮廓偏移，以容纳预成型件膨胀块的一部分。因此，在工具上成型的预成型件140中，预成型件膨胀块分布在预成型件的第一侧和第二侧，因此，与图2和图3的预成型件40相比，对于相同的最终总体预成型件膨胀块(例如，终型厚度的10％)，减少了预成型件中层的最大位移。

在该示例中，铺叠工具130设置在工具组中，该工具组包括具有第一成型表面的成型工具，该第一成型表面限定了风扇叶片的相应的第一侧的近终型轮廓，这将在下面进一步详细描述。因此，可以相对于成型工具的第一成型表面的近终型轮廓来评估铺叠轮廓136的偏移。

图4示出了示例性铺叠工具130的局部截面图，该铺叠工具130用于铺叠与燃气轮机的风扇叶片的风扇叶片主体相对应的预成型件140。工具130用于风扇叶片主体，该风扇叶片主体包括：径向内根部，用于插入到轮毂中；以及径向外翼型芯，用于在涡轮机的环带中旋转，以加速空气。在该示例中，横截面图与风扇叶片(即风扇叶片的预成型件)的径向平行且垂直于弦向(如图2和图3所示)。

图4中的视图是局部视图，因为它显示了与风扇叶片主体根部相对应的工具的根部部分132，且显示了工具的翼型部分134的仅一小部分，对应于翼型芯的近端(即，最接近根部)部分。靠近工具(和预成型件、真空袋)的截头翼型部分的虚线代表图中的相应元件继续超出部分视图。

风扇叶片主体的根部应具有较粗的根部(即沿垂直于叶片径向方向的厚度方向和叶片根部的弦向)以接合风扇的轮毂并在轮毂处作用于风扇叶片上的离心力。在该简化示例中，根部具有恒定厚度的近端部分和朝着风扇叶片的翼型芯逐渐变细的锥形颈部。在该示例中，根部关于径向对称。

图4示出了铺叠工具130，该铺叠工具130具有施加到工具上的预成型件140，但是在成型之前，预成型件140结合预成型件膨胀块。通过以层状方式连续施加纤维增强材料(例如，预浸料碳纤维增强聚合物)层来将预成型件140施加到铺叠工具上。因此，预成型件140的最低层符合铺叠工具130的铺叠表面的铺叠轮廓136。

在该示例中，预成型件膨胀块相当于风扇叶片主体的近终型厚度的10％。风扇叶片主体的近终型由成型工具限定，这将在下面进一步详细描述。但是，出于说明目的，风扇叶片主体的近终型在预成型件140中通过第一侧面轮廓174示出，该第一侧面轮廓174对应于成型工具的第一成型表面的近终型轮廓(其定义了风扇叶片主体第一侧的近终型)，并通过第二侧面轮廓178示出，该第二侧面轮廓178对应于成型工具的第二成型表面的近终型轮廓(其定义了风扇叶片主体第二侧的近终型)。在最低层和第一侧面轮廓174之间；以及在最高层和第二侧面轮廓178之间的预成型件的外部部分175、179与预成型件140的预成型件膨胀块相对应。

如图4所示，铺叠轮廓136相对于第一侧面轮廓174偏移，该第一侧面轮廓174代表成型工具的第一成型表面的近终型轮廓，从而容纳预成型件膨胀块的一部分。在该简化示例中，与第一侧面轮廓174(即第一成型表面164)的相应锥形部相比，从铺叠轮廓的颈部的锥形部可以明显看出偏移。特别地，锥形部在铺叠轮廓136中比在第一侧轮廓174(即，第一成型表面164)中的锥形部更陡。在其他示例中，从其他对应特征的差异中可以明显看出偏移。例如，在铺叠工具的铺叠轮廓中的局部曲率可以比在成型工具的第一成型表面中的局部曲率低，铺叠轮廓沿着厚度方向的最大值和最小值之间的范围将大于第一成型表面的相应范围。

在该示例中，铺叠工具130的铺叠轮廓136被偏移以容纳一半的预成型件膨胀块。因此，在该示例中，预成型件140的最上层轮廓142在根部上与预成型件的最下层的轮廓(其符合铺设工具130的铺设轮廓136)镜像，以及由最下层和最上层限定的预成型件的第一和第二表面分别在成型之前关于对称平面S对称(在该示例中，该对称平面对应于径向平面)。

在该示例中，预成型件140转移到成型工具160以进行成型。图5示出了包括铺叠工具130和成型工具160的工具组，其包括具有如上所述的第一成型表面164的第一成型元件162，以及具有如上所述的第二成型表面168相对的第二成型元件166。

由于风扇叶片主体在根部是对称的，因此第一和第二成型表面164、168是彼此的镜像，尽管在其他示例中，风扇叶片主体在根部中可能不是对称的，并且成型表面可以不能相互镜像。图5中的构造线示出了铺叠工具的铺叠轮廓136相对于第一成型元件162的第一成型表面164的偏移。特别地，可以看出，铺叠工具的铺叠表面与成型工具的第一成型表面之间的偏移量与根部的局部厚度成比例，因此，对于根的相对较厚的部分，偏移较大，而对于根的相对较薄的部分，偏移较小。这反映出要容纳的预成型件膨胀块的量通常与局部厚度成比例。换句话说，在铺叠工具的铺叠轮廓和成型工具的第一成型表面的近终型轮廓之间存在可变的偏移分布，这与部件的近终型(由成型工具的成型表面所定义)的可变厚度分布成比例。

如图6所示，在该特定示例中，预成型件140被转移到成型工具160，以使被支撑在铺叠工具130的铺叠表面上的预成型件140的最低层被支撑在成型工具的第一成型元件162的第一成型表面164上。将第二成型元件166放置在预成型件上方，使得第二成型表面168以垫板的方式接合预成型件140的最上层142。然后，预成型件140在升高的压力和温度下在成型工具的第一成型元件和第二成型元件162、166之间固化。例如，可以将真空袋150施加在成型工具上，并且将真空施加至成型工具和预成型件以施加压力。可以通过一个或多个加热器来加热成型工具，或者可以将成型工具放置在烤箱或高压釜中。

如图7所示，当第一和第二成型元件162、166被聚集在一起以在它们之间固结预成型件140时，预成型件的最下层和相对的最上层(即第一表面和相对的第二表面)在成型过程中均发生位移，以符合成型工具160的第一和第二成型元件162、166的成型表面164、168的相应的近终型轮廓。因此，叶片主体的近终型轮廓和厚度变化由成型元件162、166的配合构造限定。如图7所示，预成型件140的对应于成型前的预成型件膨胀块的外部区域175、179发生位移，以符合第一和第二成型表面164、168的近终型轮廓。

在成型期间，最下和最上层的移位量可以在相应的表面上变化，从而使得在成型期间至少在根部中，在最下层具有第一表面位移分布和在最上层具有第二表面位移分布，以采用成型工具的第一和第二成型元件的各个成型表面的近终型轮廓。在这个特定的例子中，这两个分布相等且彼此相反，因为铺叠轮廓被偏移以容纳一半的预成型件膨胀块，并且成型表面在根部是彼此的镜像。类似地，根部中最下和最上层的轮廓关于对称平面S(如图4所示)对称，该对称平面在此示例中与径向平面对齐。

图8为制造复合部件的方法的流程图，示出了上面关于图4-7描述的铺叠和成型步骤，并且将参考图4-7的工具组(130、160)和预成型件140进行简要描述。

在方框72中，通过以层状方式铺叠纤维增强材料的连续层，将用于风扇叶片主体的预成型件140施加到铺叠工具130的铺叠表面上。该预成型件包含的预成型件膨胀块约等于所述风扇叶片主体的近终型厚度的10％。

在方框74中，将预成型件140转移至成型工具160的第一成型元件162，以使被支撑在铺叠工具的铺叠表面上的最下层被支撑在成型工具的第一成型表面164上。

在方框76中，第二成型元件166被施加在预成型件140上，并且成型工具160被操作以将预成型件140置于升高的温度和压力下，从而将预成型件形成为风扇叶片主体的近终型，该近终型由成型工具160的第一和第二成型元件162、166的第一和第二成型表面164、168的近终型轮廓限定。

在方框78中，将成型的风扇叶片主体从成型工具中移出并机加工成终型(即，风扇叶片主体的最终形状)。风扇叶片主体可结合到燃气涡轮中，例如图1的示例燃气涡轮。

通过使铺叠工具的铺叠表面的铺叠轮廓相对于部件的相应侧面的近终型轮廓(即由相应的一个成型表面定义的近终型轮廓)偏移，以容纳预成型件膨胀块(可以称为“铺叠偏移”)，本发明使成型期间在预成型件的任一侧的最大位移最小。这有助于减少由于大位移而可能引起的成型缺陷，例如起皱。

先前还已经提出过在铺叠期间进行中间固结，例如通过在部分放置的预成型件上施加真空袋，并在升高的压力和/或温度下固结该预成型件。中间固结也减轻了过度位移的可能性，因为预成型件膨胀块仅被允许在中间固结之间的预成型件的有限部分上堆积。

这样的技术(即铺叠偏移和中间固结)可以一起使用或单独使用。铺叠偏移可减少中间固结的数量(即频率)，而不会不利地影响成型结果，或者可以代替中间固结使用。

通过在预成型件的两侧上容纳预成型件膨胀块，在成型期间达到近终型的位移分布可以是对称的。相反，当预成型件膨胀块仅堆积在预成型件的一侧时，最上层可符合近终型的可能性较小(特别是没有形成缺陷)，这样，在成型后将要被机加工掉的多余材料主要位于部件的一侧。因此，在机加工之后，部件的一侧可以具有限定或紧密跟随部件的表面的层，而相对的一面可能有沿表面的中途终止的层(即加工位置)，这可能会对结构性能和表面光洁度产生不利影响。通过允许预成型件膨胀块均匀地堆积在预成型件的两侧，可以减少任何层的最大位移(如上所述)，使得预成型件的每一侧可符合相应成型表面的近终型轮廓。因此，成型后和机加工前的部件轮廓可能更接近于零件的终型–例如，部件的每一侧可以具有限定或紧密跟随部件的表面的层。

应理解，本发明不限于上述实施例，并且在不脱离本文描述的概念的情况下可以进行各种修改和改进。除了相互排斥的地方以外，任何特征都可以单独使用或与任何其他特征组合使用，并且本公开扩展到并且包括本文描述的一个或多个特征的所有组合和子组合。

Claims (13)

1.一种制造复合部件的方法，包括：

将用于复合部件的预成型件（140）铺叠在铺叠工具（130）上，以使所述预成型件的第一表面符合所述铺叠工具的铺叠轮廓（136）；

将所述预成型件转移至包括相对的第一和第二成型表面（164、168）的成型工具（160），所述第一和第二成型表面（164、168）中的每一个具有与所述部件的相应侧面相对应的近终型轮廓；以及

在所述成型工具中将所述预成型件成型为所述部件的近终型；

其中，所述预成型件具有预成型件膨胀块，所述预成型件膨胀块超过成型前的所述部件的近终型；以及

其中，所述铺叠工具的铺叠轮廓相对于所述成型工具的第一成型表面的近终型的轮廓偏移，以容纳所述预成型件膨胀块的一部分，以便使所述预成型件膨胀块在所述预成型件的相对侧面上超过所述部件的近终型；

因此，所述预成型件的第一表面和相对的第二表面在成型过程中均移位，以与所述成型工具（160）的成型表面的相应近终型轮廓相符合。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述铺叠工具的所述铺叠轮廓相对于所述成型工具的所述第一成型表面的所述近终型轮廓偏移，以容纳大约一半的所述预成型件膨胀块。

3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述铺叠工具的所述铺叠轮廓从所述成型工具的所述第一成型表面的所述近终型轮廓偏移，以使在所述成型工具中成型所述预成型件导致：

所述预成型件的第一表面以第一表面位移分布移位，以采用所述成型工具的第一成型表面的近终型轮廓；以及

所述预成型件的第二表面以第二表面位移分布移位，以采用所述成型工具的第二成型表面的近终型轮廓。

4.根据权利要求3所述的方法，其中，第一和第二表面位移分布相等并且彼此相反。

5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述部件的近终型在部件的对应侧面之间具有可变的厚度分布，并且其中所述铺叠工具的铺叠轮廓相对于所述成型工具的所述第一成型表面的近终型轮廓与所述可变厚度成比例地偏移。

6.根据权利要求1-4中任一项所述的方法，其中，所述部件是用于翼型结构的叶片主体，并且其中，所述铺叠轮廓至少对应于所述叶片主体的叶片根部。

7.根据权利要求6所述的方法，其中，在所述成型工具中成型之前，所述预成型件的叶片根部部分在所述预成型件的第一表面和第二表面之间具有对称平面（S）。

8.一种用于形成复合部件的工具组，包括：

铺叠工具（130），具有铺叠轮廓（136），并被构造成将铺叠轮廓赋予所述部件的预成型件（140）的第一表面上；以及

成型工具（160），被构造成将所述预成型件成型为所述部件的近终型，所述成型工具包括相对的第一和第二成型表面（164、168），所述第一和第二成型表面（164、168）中的每一个具有对应于所述部件的相应侧面的近终型轮廓；

其中，所述铺叠工具的铺叠轮廓相对于所述成型工具的第一成型表面的近终型轮廓偏移，以容纳在所述预成型件的相对侧面上超过所述部件的近终型的所述预成型件的预成型件膨胀块的一部分；

这样，在使用过程中，铺叠在所述铺叠工具上的预成型件的第一表面会在成型过程中移位，以与成型工具的第一成型表面的近终型轮廓相符合。

9.根据权利要求8所述的工具组，其中，所述铺叠工具的铺叠轮廓相对于所述成型工具的相应成型表面的近终型轮廓偏移，以容纳所述预成型件膨胀块的一部分；所述预成型件膨胀块对应于所述成型工具限定的近终型的局部厚度的4％至12％。

10.根据权利要求8所述的工具组，其中，所述部件的近终型具有可变的厚度分布，并且其中所述铺叠工具的铺叠轮廓具有可变的偏移分布，所述偏移分布与所述部件的近终型的可变厚度分布成比例。

11.根据权利要求8-10中任一项所述的工具组，其中，所述工具组用于制造包括叶片根部的风扇叶片主体，其中所述铺叠工具的铺叠轮廓至少对应于所述叶片根部。

12.一种复合叶片主体，通过根据权利要求1-7中任一项所述的方法制造。

13.一种燃气涡轮发动机，包括一个或多个叶片，所述一个或多个叶片包括根据权利要求12所述的叶片主体。

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