CN116674241A - 风扇叶片及制造方法 - Google Patents
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Abstract
本公开提供一种风扇叶片制造方法，包括将若干种纤维丝编织并扭转形成内芯；对预处理后的多层预浸料依据铺层设计分别铺设于内芯的向背的第一面及第二面形成叶片预制件；将叶片预制件进行树脂灌注及固化成型处理形成固化叶片；以及对固化叶片的至少一部分表面涂注防腐涂层形成风扇叶片。本公开还提供一种风扇叶片，包括：内芯，由若干种纤维丝编织形成；第一预浸料包覆层，形成于内芯的第一面；以及第二预浸料包覆层，形成于内芯的第二面。
Description
技术领域
本公开的至少一种实施例涉及一种航空发动机用风扇叶片，尤其涉及一种风扇叶片及制造方法。
背景技术
风扇叶片是航空发动机中的重要配件，在保持甚至提升风扇叶片强度的基础上，如何实现风扇叶片的减重是影响航空发动机性能的重要途径。基于上述问题，多通过包括碳纤维及其他材料制成复合材料的风扇叶片以取代金属的风扇叶片。
目前，上述复合材料的风扇叶片多采用碳纤维环氧树脂预浸料手工铺设经热压罐固化成型的技术方案。这种复合材料制成的风扇叶片层间强度低、抗冲击性能差，容易产生分层破坏等问题，特别是在易受冲击结构上这种问题尤为明显，进而限制了风扇叶片的使用范围。进一步的，在上述风扇叶片固化成型过程中，过多的铺层数量容易导致固化变形纤维褶皱。并且，随着航空发动机的结构越来越复杂，现有技术中通过固化成型切割方式对风扇叶片进行塑形的难度也越来越大，很难保证风扇叶片的制造精度。
发明内容
针对于现有的技术问题，本发明提供一种风扇叶片及风扇叶片的制造方法，用于至少部分解决上述问题。
本公开的一方面提供一种风扇叶片制造方法，包括：将若干种纤维丝编织并扭转形成内芯；对预处理后的多层预浸料依据铺层设计分别铺设于所述内芯的向背的第一面及第二面形成叶片预制件；将所述叶片预制件进行树脂灌注及固化成型处理形成固化叶片；以及对所述固化叶片的至少一部分表面涂注防腐涂层形成风扇叶片。
在一种示意性的实施例中，制造方法还包括对所述风扇叶片的至少一部分边缘部分通过硬质材料进行包边处理。
在一种示意性的实施例中，对所述风扇叶片的至少一部分边缘部分通过硬质材料进行包边处理，包括：对所述风扇叶片的前缘位置进行所述包边处理；将所述硬质材料粘接在所述风扇叶片上。
在一种示意性的实施例中，所述硬质材料包括钛合金。
在一种示意性的实施例中，所述钛合金经过酸洗处理后与所述风扇叶片进行所述包边处理。
在一种示意性的实施例中，将若干种纤维丝编织并扭转形成内芯，包括：将若干种所述纤维丝编织进行三维编织形成平面预制体；以及将所述平面预制体沿与至少一部分所述纤维丝的编织方向的正交方向进行扭转形成所述内芯。
在一种示意性的实施例中，若干种所述纤维丝包括碳纤维丝、金属纤维丝及陶瓷纤维丝中的至少一种。
在一种示意性的实施例中，对预处理后的多层预浸料依据铺层设计分别铺设于所述内芯的向背的第一面及第二面形成叶片预制件，包括：依据铺层设计制备预浸料；对预浸料进行裁切，以使得所述预浸料形成于所述第一面或第二面相同的表面形状；以及将多层所述预浸料分别铺设于所述第一面或所述第二面上形成所述叶片预制件。
在一种示意性的实施例中，所述预浸料包括碳纤维预浸料，所述碳纤维预浸料包括±45°两种铺层角度，两种所述铺层角度的预浸料层数相同，并且构造成关于所述内芯的中面对称的铺设顺序。
在一种示意性的实施例中，将所述叶片预制件进行树脂灌注及固化成型处理形成固化叶片，包括：将所述叶片预制件放置于模具中；以及对于所述模具中的所述叶片预制件通过真空辅助树脂灌注成型工艺形成所述固化叶片。
本公开的另一方面还提供一种风扇叶片，包括：内芯，由若干种纤维丝编织形成；第一预浸料包覆层，形成于所述内芯的第一面；以及第二预浸料包覆层，形成于所述内芯的第二面。
在一种示意性的实施例中，还包括包边，所述包边粘接在所述风扇叶片的前缘位置。
在一种示意性的实施例中，所述第一预浸料包覆层和第二预浸料包覆层的预浸料的层数相同。
在一种示意性的实施例中，所述第一预浸料包覆层和第二预浸料包覆层的预浸料的铺层顺序构造成相对于所述内芯的中心面对称。
本公开的实施例中公开了一种风扇叶片的制造方法及风扇叶片，由若干种纤维丝编织形成的内芯替代一部分预浸料，可较为有效的降低层数过多的预浸料所造成的纤维褶皱的问题并增强各层材料之间的层间强度。由若干种纤维丝编织形成的内芯具有较为良好的可设计性，通过编织的方法和扭转的角度可实现对风扇叶片进行较高精度且较为简便的塑形，减少预浸料的裁切，有利于风扇叶片的复杂化设计。并且，由若干种纤维丝所编织形成的风扇叶片可较为有效的提升风扇叶片的塑形形变能力，有利于防止在冲击载荷下发生断裂所造成的危害，适用于更多的极端环境。
附图说明
图1是根据本公开的一种示意性实施例的风扇叶片的制造方法的流程图；以及
图2是根据本公开的一种示意性实施例的风扇叶片的局部剖视图。
附图标记
1、第一预浸料包覆层；
2、内芯；以及
3、第二预浸料包覆层。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明作进一步的详细说明。
在此使用的术语仅仅是为了描述具体实施例，而并非意在限制本公开。在此使用的术语“包括”、“包含”等表明了所述特征、步骤、操作和/或部件的存在，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、步骤、操作或部件。
在此使用的所有术语包括技术和科学术语具有本领域技术人员通常所理解的含义，除非另外定义。应注意，这里使用的术语应解释为具有与本说明书的上下文相一致的含义，而不应以理想化或过于刻板的方式来解释。
在使用类似于“A、B和C等中至少一个”这样的表述的情况下，一般来说应该按照本领域技术人员通常理解该表述的含义来予以解释例如，“具有A、B和C中至少一个的系统”应包括但不限于单独具有A、单独具有B、单独具有C、具有A和B、具有A和C、具有B和C、和/或具有A、B、C的系统等。在使用类似于“A、B或C等中至少一个”这样的表述的情况下，一般来说应该按照本领域技术人员通常理解该表述的含义来予以解释例如，“具有A、B或C中至少一个的系统”应包括但不限于单独具有A、单独具有B、单独具有C、具有A和B、具有A和C、具有B和C、和/或具有A、B、C的系统等。
图1是根据本公开的一种示意性实施例的风扇叶片的制造方法的流程图。
本公开提供一种风扇叶片制造方法，如图1所示，包括：将若干种纤维丝编织并扭转形成内芯2；对预处理后的多层预浸料依据铺层设计分别铺设于内芯2的向背的第一面及第二面形成叶片预制件；将叶片预制件进行树脂灌注及固化成型处理形成固化叶片；以及对固化叶片的至少一部分表面涂注防腐涂层形成风扇叶片。
在一种示意性的实施例中，涂注的防腐材料包括但不限于聚氨酯防腐涂层，以提升风扇叶片的抗腐蚀性能。
根据本公开的实施例，风扇叶片制造方法还包括对风扇叶片的至少一部分边缘部分通过硬质材料进行包边处理。
根据本公开的实施例，对风扇叶片的至少一部分边缘部分通过硬质材料进行包边处理，包括：对风扇叶片的前缘位置进行包边处理；将硬质材料粘接在风扇叶片上。
在一种示意性的实施例中，风扇叶片和硬质材料通过胶粘剂粘接固定，胶粘剂包括但不限于型号为AF191的环氧树脂胶粘剂。
根据本公开的实施例，硬质材料包括但不限于钛合金。
在一种示意性的实施例中，上述硬质材料还可包括其他金属材料、非金属材料或复合材料中的至少一种。以能减少风扇叶片的缺陷，提升风扇叶片的抗冲击性能和/或抗分层能力为宜。
根据本公开的实施例，钛合金经过酸洗处理后与风扇叶片进行包边处理。
在一种示意性的实施例中，对钛合金进行酸洗包括：将硝酸溶液浓度60％和氢氟酸溶液浓度40％按照20：1的体积比混合，在室温下将钛合金板块置于混合溶液中浸泡5min～15min，然后用清水冲洗，在90～110℃的热风烘干槽中烘干以待包边处理。经过酸洗处理的钛合金可较为有效的提高钛合金和风扇叶片的前缘位置的胶接强度。
根据本公开的实施例，将若干种纤维丝编织并扭转形成内芯2，包括：将若干种所述纤维丝编织进行三维编织形成平面预制体；以及将平面预制体沿与至少一部分纤维丝的编织方向的正交方向进行扭转形成所述内芯2。
详细地，编织方向表征为通过纤维丝进行三维编织所形成的带状件的延伸方向。
根据本公开的实施例，若干种纤维丝包括但不限于碳纤维丝、金属纤维丝及陶瓷纤维丝中的至少一种。
在一种示意性的实施例中，采用纤维丝、金属纤维丝及陶瓷纤维丝三种纤维丝进行三维编织形成内芯2。
详细地，上述碳纤维丝采用IM7级碳纤维。应当理解，本公开的实施例不限于此。
例如，上述碳纤维丝还可采用T800级或其他强度更高的碳纤维中的至少一种。
根据本公开的实施例，对预处理后的多层预浸料依据铺层设计分别铺设于内芯2的向背的第一面及第二面形成叶片预制件，包括：依据铺层设计制备预浸料；对预浸料进行裁切，以使得预浸料形成于所述第一面或第二面相同的表面形状；以及将多层预浸料分别铺设于第一面或所述第二面上形成叶片预制件。
在一种示意性的实施例中，预浸料包括但不限于碳纤维预浸料。
根据本公开的实施例，预浸料包括碳纤维预浸料，碳纤维预浸料包括±45°两种铺层角度，两种铺层角度的预浸料层数相同，并且构造成关于内芯2的中面对称的铺设顺序。应当理解，本公开的实施例不限于此。
例如，碳纤维预浸料的铺层角度也可为0°、90°及其他铺层角度。以符合铺层设计的技术要求为宜。
在一种示意性的实施例中，碳纤维预浸料采用单向碳纤维预浸料。
根据本公开的实施例，将叶片预制件进行树脂灌注及固化成型处理形成固化叶片，包括：将叶片预制件放置于模具中；以及对于模具中的叶片预制件通过真空辅助树脂灌注成型工艺VARIM形成所述固化叶片。
在一种示意性的实施例中，将叶片预制件进行树脂灌注及固化成型处理形成固化叶片还包括模具准备工序，包括：清理模具表面、涂覆脱模剂和真空辅助介质。
在一种示意性的实施例中，将叶片预制件放置于模具中后，依次铺设预浸料、脱模布、剥离层介质、高渗透导流介质、树脂灌注管道、真空导气管道，之后可通过真空辅助树脂灌注成型工艺VARIM形成所述固化叶片。
进一步的，对于模具中的叶片预制件通过真空辅助树脂灌注成型工艺VARIM形成所述固化叶片，包括：用密封胶带将预浸料及真空辅助介质密封在弹性真空袋膜内，并抽真空，保证密闭模腔达到预定的真空度；在真空负压下，将树脂胶液通过树脂灌注管道导入到密闭模腔内，并充分浸渍叶片预制件；继续维持真空度，在加热条件下树脂固化；清理真空袋膜、导流介质、剥离层介质、脱模布等真空辅助介质，最终得到固化叶片。
详细地，上述树脂采用RTM工艺专用树脂，RTM工艺专用树脂包括但不限于型号为PR520型号的树脂。应当理解，本公开的实施例不限于此。
例如，上述树脂还可采用其他相同等级的任一一种树脂。
图2是根据本公开的一种示意性实施例的风扇叶片的局部剖视图。
本公开还提供一种风扇叶片，如图2所示，包括：内芯2，由若干种纤维丝编织形成；第一预浸料包覆层1，形成于内芯2的第一面；以及第二预浸料包覆层3，形成于内芯2的第二面。
在一种示意性的实施例中，内芯2由若干种纤维丝三维编织形成。
详细地，若干种纤维丝包括但不限于碳纤维丝、金属纤维丝及陶瓷纤维丝中的至少一种。
在一种示意性的实施例中，内芯2由碳纤维丝、金属纤维丝及陶瓷纤维丝三维编织形成。
详细地，上述碳纤维丝采用IM7级碳纤维。应当理解，本公开的实施例不限于此。
例如，上述碳纤维丝还可采用T800级或其他强度更高的碳纤维中的至少一种。
根据本公开的实施例，风扇叶片还包括粘接在风扇叶片的前缘位置的包边。
在一种示意性的实施例中，包边采用钛合金制成。
详细地，钛合金包边通过型号为AF191的环氧树脂胶粘剂粘接在风扇叶片上。
根据本公开的实施例，第一预浸料包覆层1和第二预浸料包覆层3的预浸料的层数相同。
根据本公开的实施例，第一预浸料包覆层1和第二预浸料包覆层3的预浸料的铺层顺序构造成相对于内芯2的中心面对称。
本领域技术人员可以理解，本公开的各个实施例和/或权利要求中记载的特征可以进行若干种组合或/或结合，即使这样的组合或结合没有明确记载于本公开中。特别地，在不脱离本公开精神和教导的情况下，本公开的各个实施例和/或权利要求中记载的特征可以进行若干种组合和/或结合。所有这些组合和/或结合均落入本公开的范围。
以上对本公开的实施例进行了描述。但是，这些实施例仅仅是为了说明的目的，而并非为了限制本公开的范围。尽管在以上分别描述了各实施例，但是这并不意味着各个实施例中的措施不能有利地结合使用。本公开的范围由所附权利要求及其等同物限定。不脱离本公开的范围，本领域技术人员可以做出若干种替代和修改，这些替代和修改都应落在本公开的范围之内。
Claims (14)
1.一种风扇叶片制造方法，其特征在于，包括：
将若干种纤维丝编织并扭转形成内芯(2)；
对预处理后的多层预浸料依据铺层设计分别铺设于所述内芯(2)的向背的第一面及第二面形成叶片预制件；
将所述叶片预制件进行树脂灌注及固化成型处理形成固化叶片；以及
对所述固化叶片的至少一部分表面涂注防腐涂层形成风扇叶片。
2.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于，还包括对所述风扇叶片的至少一部分边缘部分通过硬质材料进行包边处理。
3.根据权利要求2所述的制造方法，其特征在于，对所述风扇叶片的至少一部分边缘部分通过硬质材料进行包边处理，包括：
对所述风扇叶片的前缘位置进行所述包边处理；
将所述硬质材料粘接在所述风扇叶片上。
4.根据权利要求2或3所述的制造方法，其特征在于，所述硬质材料包括钛合金。
5.根据权利要求4所述的制造方法，其特征在于，所述钛合金经过酸洗处理后与所述风扇叶片进行所述包边处理。
6.根据权利要求1至3中任一所述的制造方法，其特征在于，将若干种纤维丝编织并扭转形成内芯(2)，包括：
将若干种所述纤维丝编织进行三维编织形成平面预制体；以及
将所述平面预制体沿与所述纤维丝的编织方向的正交方向进行扭转形成所述内芯(2)。
7.根据权利要求6所述的制造方法，其特征在于，若干种所述纤维丝包括碳纤维丝、金属纤维丝及陶瓷纤维丝中的至少一种。
8.根据权利要求1至3中任一所述的制造方法，其特征在于，对预处理后的多层预浸料依据铺层设计分别铺设于所述内芯(2)的向背的第一面及第二面形成叶片预制件，包括：
依据铺层设计制备预浸料；
对预浸料进行裁切，以使得所述预浸料形成于所述第一面或第二面相同的表面形状；以及
将多层所述预浸料分别铺设于所述第一面或所述第二面上形成所述叶片预制件。
9.根据权利要求8所述的制造方法，其特征在于，所述预浸料包括碳纤维预浸料，所述碳纤维预浸料包括±45°两种铺层角度，两种所述铺层角度的预浸料层数相同，并且构造成关于所述内芯(2)的中面对称的铺设顺序。
10.根据权利要求1至3中任一所述的制造方法，其特征在于，将所述叶片预制件进行树脂灌注及固化成型处理形成固化叶片，包括：
将所述叶片预制件放置于模具中；以及
对于所述模具中的所述叶片预制件通过真空辅助树脂灌注成型工艺形成所述固化叶片。
11.一种风扇叶片，其特征在于，应用权利要求1至10中任一所述制造方法制成，所述风扇叶片，包括：
内芯(2)，由若干种纤维丝编织形成；
第一预浸料包覆层(1)，形成于所述内芯(2)的第一面；以及
第二预浸料包覆层(3)，形成于所述内芯(2)的第二面。
12.根据权利要求11所述的风扇叶片，其特征在于，还包括包边，所述包边粘接在所述风扇叶片的前缘位置。
13.根据权利要求11或12所述的风扇叶片，其特征在于，所述第一预浸料包覆层(1)和第二预浸料包覆层(3)的预浸料的层数相同。
14.根据权利要求11或12所述的风扇叶片，其特征在于，所述第一预浸料包覆层(1)和第二预浸料包覆层(3)的预浸料的铺层顺序构造成相对于所述内芯(2)的中心面对称。
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