CN114046181B - 一种耐温叶片榫头预制体的制备方法 - Google Patents

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Abstract

为解决现有技术的不足，本发明提供了一种耐温叶片榫头预制体的制备方法，包括：S1.制备特种纤维布：将耐高温陶瓷纤维织造为特种纤维布；S2.编织卷绕芯：采用三维结构编织棒材作为卷绕芯；S3.卷绕棒材：选取步骤S1所得特种纤维布，在卷绕芯外层卷绕成型，得到卷绕棒材；S4.铺层成型：选取步骤S1所得特种纤维布，在卷绕棒材外层包裹，并沿特定方向和构型，经过多层铺设形成叶身；铺层完成后得到所述耐温叶片榫头预制体。步骤S1所述耐高温陶瓷纤维为：碳化硅陶瓷纤维、氧化铝陶瓷纤维、硅酸铝陶瓷纤维中的至少一种。本发明可以工业化量产耐温叶片榫头预制体，且发明产品叶身榫头整体强度较高，且具有轻质量、耐高温的性能。

Description

一种耐温叶片榫头预制体的制备方法
技术领域
本发明属于发动机配件制备技术领域，具体涉及一种耐温叶片榫头预制体的制备方法。
背景技术
耐温榫头在发动机中应用非常广泛，是涡轮发动机叶片必要构件。由于榫接结构形状较为复杂，且服役环境十分恶劣，使得榫头、榫槽连接部分容易产生较为严重的应力集中现象，所以榫接结构成为航空发动机故障多发的部位之一。目前，国内外叶片榫头连接结构件多采用高温合金铸造的方式成型，能够满足耐高温等性能需求，但随着涡轮发动机性能的不断改进提高，传统合金铸造工艺制备出的构件很难满足高温、质轻的使用需求。
发明内容
本发明针对现有技术存在的问题，提供了一种耐温叶片榫头预制体的制备方法，包括：
S1.制备特种纤维布：将耐高温陶瓷纤维织造为特种纤维布；
S2.编织卷绕芯：采用三维结构编织棒材作为卷绕芯；
S3.卷绕棒材：选取步骤S1所得特种纤维布，在卷绕芯外层卷绕成型，得到卷绕棒材；
S4.铺层成型：选取步骤S1所得特种纤维布，在卷绕棒材外层包裹，并沿特定方向和构型，经过多层铺设形成叶身；铺层完成后得到所述耐温叶片榫头预制体。
进一步的，步骤S1所述耐高温陶瓷纤维为：碳化硅陶瓷纤维、氧化铝陶瓷纤维、硅酸铝陶瓷纤维中的至少一种。
进一步的，步骤S1所得特种纤维布的经纬向纤维细度、经纬密密相同，纤维体积含量为38-42％。
进一步的，步骤S2所述三维结构编织棒材为：三维四向结构编织棒材、三维五向结构编织棒材、三维六向结构编织棒材、三维七向结构编织棒材中的一种。
进一步的，所述三维结构编织棒材的轴向纤维选用双股以上结构，纤维体积含量为43-47％。
进一步的，步骤S4所述铺层完成后包括：使用缝合线将叶身底部与卷绕棒材连接处的空隙缝合，以减少空隙。
进一步的，所述缝合线由步骤S1所述耐高温陶瓷纤维制备得到。
进一步的，步骤S4所述铺层完成后包括：在卷绕棒材前端和尾端涂设粘合剂，形成粘接部。
进一步的，所述粘合剂为：环氧树脂、羧甲基纤维素钠、聚丙烯酸酯、聚苯乙烯、聚乙烯醇中的一种。
本发明至少具有以下优点之一：
1.本发明制备工序简单，可以工业化量产由耐高温陶瓷纤维制备得到的耐温叶片榫头预制体。
2.本发明产品叶身榫头整体强度较高，且具有轻质量、耐高温的性能。
3.本发明所得产品质量稳定，使用过程中故障率相比合金铸造件有显著的降低。
附图说明
图1所示为本发明耐温叶片榫头预制体结构示意图。
图2所示为本发明耐温叶片榫头预制体的实物图。
具体实施方式
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，对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
一种耐温叶片榫头预制体的制备方法，包括：
S1.制备特种纤维布：将耐高温陶瓷纤维织造为特种纤维布；
所述耐高温陶瓷纤维为1K连续碳化硅纤维，线密度285tex。织造方法为：使用改造织机，把耐高温陶瓷纤维造成平纹布。该平纹布经纬密设定为6*6根/cm
S2.编织卷绕芯：采用三维结构编织棒材作为卷绕芯；
使用三维立体编织机，采用三维五向结构编织棒材作为榫头的卷绕芯。编织单件长度3cm，外径0.8cm。
S3.卷绕棒材：选取步骤S1所得特种纤维布，在卷绕芯外层卷绕成型，得到卷绕棒材；
分切步骤S1所得的平纹布为：宽度3cm，长度25cm，并卷绕三维五向结构编织棒材，得到卷绕棒材。
S4.铺层成型：选取步骤S1所得特种纤维布，在卷绕棒材外层包裹，并沿特定方向和构型，经过多层铺设形成叶身；铺层完成后得到所述耐温叶片榫头预制体。
分切步骤S1所得的平纹布为：宽度3cm，长度30cm，共计7块。按照步骤S4所述方法在卷绕棒材外层包裹、铺设叶身，并形成7层叶身铺设层。铺设完成后得到所述耐温叶片榫头预制体。
采用上述方法制备得到的耐温叶片榫头预制体结构如图1所示，其中心位置处为卷绕芯1，所述卷绕芯1外层包裹有卷绕层2，所述卷绕层2外包裹有包裹层3，所述包裹层3沿卷绕芯1截面方向铺设形成叶身4。采用实施例1所述方法制备得到的耐温叶片榫头预制体实物图如图2所示。
采用上述方法制备得到的耐温叶片榫头预制体，一方面制备工序简单，可以工业化量产由耐高温陶瓷纤维制备得到的耐温叶片榫头预制体。另一方面充分利用了耐高温陶瓷纤维轻质量、耐高温、高强度、高模量的性能，使得本发明耐温叶片榫头预制体也整体强度较高，同时具有轻质量、耐高温的性能。
实施例2
基于实施例1所述耐温叶片榫头预制体的制备方法，步骤S1所得特种纤维布的经纬向纤维细度、经纬密密相同，纤维体积含量为38-42％，优选为40％。
采用本实施例特种纤维布结构，可以保障所得耐温叶片榫头预制体各向受力均匀，且在保障最优质量的基础上，保障了最终耐温叶片榫头预制体具有足够的使用强度。
实施例3
基于实施例1所述耐温叶片榫头预制体的制备方法，所述三维结构编织棒材的轴向纤维选用双股以上结构，纤维体积含量为43-47％，优选为45％。
采用本实施例三维结构编织棒材结构，可以使得卷绕芯轴向增强且不分层，从而保障了最终耐温叶片榫头预制体具有较低的使用故障率。
实施例4
基于实施例1所述耐温叶片榫头预制体的制备方法，步骤S4所述铺层完成后包括：使用缝合线将叶身底部与卷绕棒材连接处的空隙5缝合，以减少空隙5。所述缝合线由步骤S1所述耐高温陶瓷纤维制备得到。
该方法可以进一步优化最终耐温叶片榫头预制体的结构，提高其使用性能，一方面显著降低使用过程中的故障率，另一方面通过该方法减少空隙5，优化了制件的空间结构，减少其高速远转时的空气阻力。
实施例5
基于实施例1所述耐温叶片榫头预制体的制备方法，步骤S4所述铺层完成后包括：在卷绕棒材前端和尾端涂设粘合剂，形成粘接部。所述粘合剂为：环氧树脂、羧甲基纤维素钠、聚丙烯酸酯、聚苯乙烯、聚乙烯醇中的一种。
采用该方法可以显著改善制件的使用寿命，保证制件整体致密不发生退绕。
根据本发明的一个实施例，步骤S1所述耐高温陶瓷纤维为：碳化硅陶瓷纤维、氧化铝陶瓷纤维、硅酸铝陶瓷纤维中的至少一种。
根据本发明的一个实施例，步骤S2所述三维结构编织棒材为：三维四向结构编织棒材、三维五向结构编织棒材、三维六向结构编织棒材、三维七向结构编织棒材中的一种。
应该注意到并理解，在不脱离本发明权利要求所要求的精神和范围的情况下，能够对上述详细描述的本发明做出各种修改和改进。因此，要求保护的技术方案的范围不受所给出的任何特定示范教导的限制。

Claims (4)

1.一种耐温叶片榫头预制体的制备方法，其特征在于，包括：
S1. 制备特种纤维布：将耐高温陶瓷纤维织造为特种纤维布；步骤S1所述耐高温陶瓷纤维为：碳化硅陶瓷纤维、氧化铝陶瓷纤维、硅酸铝陶瓷纤维中的至少一种；步骤S1所得特种纤维布的经纬向纤维细度、经纬密密相同，纤维体积含量为38-42%；
S2. 编织卷绕芯：采用三维结构编织棒材作为卷绕芯；
S3. 卷绕棒材：选取步骤S1所得特种纤维布，在卷绕芯外层卷绕成型，得到卷绕棒材；
S4. 铺层成型：选取步骤S1所得特种纤维布，在卷绕棒材外层包裹，沿卷绕芯截面方向铺设构型，经过多层铺设形成叶身；铺层完成后得到所述耐温叶片榫头预制体；步骤S4所述铺层完成后包括：使用缝合线将叶身底部与卷绕棒材连接处的空隙缝合，以减少空隙；步骤S4所述铺层完成后包括：在卷绕棒材前端和尾端涂设粘合剂，形成粘接部；所述粘合剂为：环氧树脂、羧甲基纤维素钠、聚丙烯酸酯、聚苯乙烯、聚乙烯醇中的一种。
2.根据权利要求1所述耐温叶片榫头预制体的制备方法，其特征在于，步骤S2所述三维结构编织棒材为：三维四向结构编织棒材、三维五向结构编织棒材、三维六向结构编织棒材、三维七向结构编织棒材中的一种。
3.根据权利要求2所述耐温叶片榫头预制体的制备方法，其特征在于，所述三维结构编织棒材的轴向纤维选用双股以上结构，纤维体积含量为43-47％。
4.根据权利要求1所述耐温叶片榫头预制体的制备方法，其特征在于，所述缝合线由步骤S1所述耐高温陶瓷纤维制备得到。
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