CN118354890A - 在缠绕机的浸渍心轴注射树脂的方法和保持纤维织物的装置 - Google Patents
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Abstract
一种用于注射浸渍树脂的方法,用于制造由复合材料制成的旋转部件,其中,几个夹紧块(180,200,202)支承在缠绕在形成注射模具(16)的浸渍心轴上的纤维织物(22)上,用于在缠绕结束位置切割纤维织物的最后一层期间保持纤维织物,在移除夹紧块和闭合模具以将浸渍树脂注射到其中之前对纤维织物进行加热。
Description
技术领域
本发明涉及由复合材料制成的燃气涡轮壳体的生产的一般领域,更具体地,涉及用于航空发动机的燃气涡轮风扇的保持壳体的生产。
背景技术
在航空燃气涡轮发动机中,风扇壳体执行几个功能:它限定进入发动机中的空气流的进气口流段,支撑面向风扇叶片尖端的可磨损材料,支撑用于在发动机的入口处的声学处理的可能的声波吸收结构,并包含或支撑保持罩。后者构成了捕捉器,用于截留由离心作用产生的碎片,诸如摄入的物体或损坏的叶片的碎片,以便防止它们穿过壳体并到达飞行器的其他部分。
由复合材料制成的风扇壳体的生产本身是已知的。例如,可以参考文献EP 1 961923,所述文献描述了由具有变化厚度的复合材料制成的壳体的制造,包括:通过纤维织物的叠加层形成纤维增强件和通过聚合物基体使纤维增强件致密化。更具体地,本文献提供了使用滚筒(以下称为存储心轴)进行纤维织物的三维编织,然后将纤维织物以叠加层的形式缠绕在树脂注射模具的心轴(以下称为浸渍心轴)上,树脂注射模具具有外表面和两个侧凸缘,外表面的轮廓与待制造的壳体的中心部分的轮廓相对应,侧凸缘与壳体的紧固夹具相对应。将因此获得的纤维预制件保持在浸渍心轴上,然后用树脂进行浸渍。为此,在纤维预制件上施加形成反模的封套,并将树脂注射到由这个封套和浸渍心轴构成的封闭组件中。可以通过在纤维预制件位于其中的模具的内部与外部之间建立压力差来辅助浸渍。在浸渍之后,进行通过加热模具来使树脂聚合的步骤。然后可以对最终获得的部件进行脱模和修整,以去除多余的树脂并形成所需的壳体。
在这样的实施例中,存在在缠绕开始处将纤维织物保持在浸渍心轴上的问题,而且尤其是在缠绕结束处,纤维预制件在被切割至其最终长度并用树脂浸渍之前必须被保持,同时避免在其缠绕期间失去施加到织物上的张力。
申请EP 2 771 172通过提出一种可移除装置解决了在缠绕开始处和缠绕结束处将纤维织物保持在浸渍心轴上的问题,所述可移除装置紧固在缠绕机的浸渍心轴的侧凸缘上,并且所述可移除装置设置有块,所述块旨在支承抵靠纤维织物的中心部分和端部,并且在所述块上施加夹紧(或夹紧)力以将缠绕的纤维织物层保持在浸渍心轴上。
然而,在缠绕结束处,在注射树脂之前移除块和闭合反模期间,在外层或上层(纤维织物的最后一层)处产生滑动,通过在闭合的模具中留下空腔,将产生富含树脂的区域,一旦脱模,可能导致最终部件被顶出。
发明内容
因此,本发明的主要目的是通过提出一种与保持装置相关联的改进的树脂注射方法来克服上述缺点,所述保持装置防止预制件在注射模具闭合之前发生任何位移。本发明的一个目的也是确保纤维织物层之间更好的粘合。另一个目的是允许更好地控制预制件的尺寸和重量。
这些目的是通过一种用于注射浸渍树脂的方法来实现的,所述方法用于制造由复合材料制成的旋转部件,其中,几个夹紧块支承在缠绕在形成注射模具的浸渍心轴上的纤维织物上,用于在缠绕结束位置切割纤维织物的最后一层期间保持纤维织物,其特征在于,在移除夹紧块和闭合模具以将浸渍树脂注射到其中之前对纤维织物进行加热。
因此,通过在闭合模具之前加热纤维织物,这种纤维织物被硬化,并被允许粘合到先前的缠绕匝上。没有滑动进一步允许:优化切割,并因此更好地控制预制件的重量。
优选地,在支承夹紧块和加热纤维织物之前,在纤维织物上施加一薄层的浸渍树脂。
有利地,通过喷涂或粉刷来施加所述薄层的浸渍树脂。
优选地,所施加的浸渍树脂的百分比小于被注射到模具中的浸渍树脂的总量的3%。
在一个特定实施例中,在闭合模具之前安装压实膜。
本发明还涉及一种用于将纤维织物保持在形成注射模具的浸渍心轴上的装置,包括:
形成支撑件的横向构件,所述横向构件的每个端部旨在紧固在浸渍心轴的侧凸缘之一上;
至少一个中心块保持器和至少一个侧面块保持器,所述至少一个中心块保持器安装在横向构件上并设置有前夹紧块,所述至少一个侧面块保持器安装在横向构件上并设置有至少一个侧夹紧块;其特征在于,所述装置还包括:
加热垫,所述加热垫介于每个前夹紧块与缠绕在浸渍心轴上的纤维织物层之间;以及
用于经由加热垫将前夹紧块的夹紧力施加在缠绕在浸渍心轴上的纤维织物层上的装置。
有利地,保持装置还包括喷涂模块,所述喷涂模块旨在在支承夹紧块和由加热垫加热纤维织物之前,将一薄层的浸渍树脂喷涂到纤维织物上。
优选地,加热垫和前夹紧块形成同一部件。
有利地,保持装置还包括:在其模具闭合之前设置在纤维织物层上的压实膜。
最后,本发明涉及一种缠绕机,所述缠绕机包括:浸渍心轴和如上所述的至少一个保持装置,在浸渍心轴上,存储在存储心轴上的纤维织物旨在以叠加层形式缠绕。
附图说明
参考附图,本发明的其他特征和优点将从下面给出的描述中显现出来,附图示出了本发明的示例性实施例,而没有任何限制性质。在附图中:
-图1是根据本发明的保持装置的视图,所述保持装置安装在纤维织物缠绕机的浸渍心轴上;
-图2A、图2B、图2C和图2D示出了通过图1的保持装置实施根据本发明的树脂注射方法的不同步骤。
具体实施方式
下面将在本发明应用于制造航空燃气涡轮发动机的风扇壳体的上下文中描述本发明。壳体由复合材料制成,具有通过基体被致密化的纤维增强件。增强件由纤维(例如,碳、玻璃、芳族聚酰胺或陶瓷纤维)制成,并且基体由聚合物(例如,环氧树脂、双马来酰亚胺或聚酰亚胺聚合物)制成。
本发明应用于任何类型的缠绕机,其功能是允许将存储在存储心轴上的纤维织物自动转移到树脂注射模具的浸渍心轴。
简要地,这种缠绕机包括框架,特别地,所述框架支撑存储心轴和浸渍心轴。接收纤维织物的存储心轴由水平轴承载,所述水平轴由电动机驱动旋转,并且所述存储心轴可以沿所述水平轴相对于框架平移,以在将纤维织物缠绕在浸渍心轴上期间执行这个心轴在浸渍心轴上的对齐。旨在以叠加层接收存储在存储心轴上的纤维织物的浸渍心轴具有外表面和两个侧凸缘,所述外表面的轮廓对应于待生产的壳体的内表面的轮廓,所述侧凸缘的轮廓对应于壳体在其上游端部和下游端部处的外部夹具的轮廓,以便允许其安装和与其他元件的连接。然而,在中间壳体护罩(VCI)的情况下,有可能仅具有一个夹具。浸渍心轴由水平轴承载,所述水平轴也平行于存储心轴的旋转轴,并且与之类似地由电动机驱动旋转。连接到这两个电动机的控制单元允许控制和监测每个心轴的旋转速度以及缠绕机的所有操作参数。
图1示出了可移除保持装置的示例,所述可移除保持装置在缠绕开始处以预定角度位置定位在浸渍心轴上,并确保将存储心轴的纤维织物的自由端部紧固在浸渍心轴上。在缠绕结束处,它还用于在将纤维织物切割至其最终长度之前将纤维织物保持在浸渍心轴上。
特别地,这个可移除保持装置10包括形成支撑件的横向构件12,所述横向构件的两个端部例如通过螺钉14紧固在浸渍心轴16的侧凸缘上。在所图示的示例(其不是限制性的)中,横向构件12支撑:三个块保持器(即,中心块保持器18(但是根据心轴的宽度,具有两个或甚至三个或四个块保持器的配置也是可能的))和两个侧面块保持器20(或者在VCI的情况下甚至只有一个)。
更具体地,中心块保持器18在如图所示地是唯一的时定位成与浸渍心轴16的两个侧凸缘基本等距。中心块保持器18包括前夹紧块(或夹具180),所述前夹紧块优选地由枢转连杆182承载在块保持器184上,所述块保持器本身紧固在横向构件12上(但是也可以设想集成高度调节和压实功能的滑动型刚性连杆,特别是对于平坦或低斜坡区域)。中心块保持器18还包括由蜗杆螺钉186组成的螺钉螺母系统,所述蜗杆螺钉能够由曲柄188操作并固定到块保持器184。因此,通过枢转曲柄188,有可能相对于横向构件12降低或升高前夹紧块180,从而或多或少地将所述块夹紧在纤维织物层22上。
同样地,每个侧面块保持器20包括:侧夹紧块202和可选的前夹紧块200,优选地,所述侧夹紧块和所述前夹紧块分别由刚性连杆206和枢转连杆204承载在块保持器208上,所述块保持器本身紧固在横向构件12上,并且由能够由夹紧曲柄212操作并固定到块保持器208的蜗杆螺钉210组成的螺钉螺母系统允许(当存在时)相对于横向构件12降低或升高前夹紧块200,从而将块或多或少地夹紧在纤维织物层22上。侧夹紧块202也能够通过由蜗杆螺钉214组成的螺钉螺母系统进行调节,所述蜗杆螺钉固定到块保持器208并能够由侧夹紧曲柄216操作。因此,通过枢转这个曲柄216,有可能使侧夹紧块202相对于浸渍心轴16的侧凸缘横向移动,从而将这个侧夹紧块或多或少地夹紧在纤维织物层22的垂直侧边缘上(因为这些螺钉螺母系统与任何其他类似装置一样能够施加所述块的夹紧力,当然可以是电动的)。
根据本发明,加热垫24有利地介于每个前块180、200与缠绕在浸渍心轴16上的纤维织物层22之间。这个加热垫的存在确保了在缠绕结束处对纤维织物的加热,其具有以下效果:使其成为纸板,并因此确保增粘剂的更好粘合性,增粘剂通常分布在这个纤维织物的最后两层之间。
结合图2A至图2D,现在将描述通过根据本发明的改进的保持装置而在缠绕结束处切割纤维织物和闭合树脂注射模具的过程。纤维织物的浸渍可以通过称为RTM(树脂传递模塑成型)的注射成型工艺或称为PolyflexTM的柔性注塑工艺进行。
在图2A中,纤维织物处于在纤维织物在浸渍心轴16上的最后缠绕匝中的缠绕结束处(即第五层也是最后一层22A),通过在第四层的末端处限定缠绕结束位置30而缠绕在第四层22B上。在此之前,为了促进最后一层22A在倒数第二层22B上的粘合,有利地将增粘剂喷涂在倒数第二层上。通过致动曲柄,保持装置的不同的前夹紧块180、200然后被降低,以在切割期间保持纤维织物,这具有将加热垫24支承抵靠纤维织物22的结果。
可选地,以及为了使缠绕的这个端部稍微固定,在夹紧块180、200、202的支承和通过加热垫24加热纤维织物之前,可以在纤维织物22上施加一薄层的浸渍树脂(该树脂与一旦闭合将被注射到模具中的树脂相同)。所施加的浸渍树脂的百分比可以小于被注射到模具中的总浸渍树脂的3%。这个薄层的树脂可以通过喷涂模块或喷涂器28的喷涂而自动沉积,或者通过简单的粉刷来手动沉积。
在PolyflexTM成型工艺的情况下,这种喷涂特别重要,因为树脂的固化避免了:在移除保持装置的情况下安装被制作的压实膜(保持树脂的压力所必需的,它传递由膜的另一侧上的流体施加的力)期间出现任何脱落和松开。
在这个位置并且如图2B所示,纤维织物的最后一层22A在缠绕结束位置30处被切割,并且例如经由专用的电连接26激活垫24的加热,特别是在最后两个缠绕匝处,导致增粘剂和/或所施加的树脂的聚合,以确保因此压实的纤维织物的完全干燥。
在图2C所示的下一步骤中,块可以被升高,而被移除的加热垫留下完全固定的纤维织物,并且其最后一层22A的缠绕结束位置30没有移动,这与现有技术的先前方法不同,在现有技术中,即使在最后一层之间存在增粘剂的情况下,也会发生从这个位置的滑动。
在图2D所示的最后一个步骤中,模具可以随后被闭合,并且可以执行树脂注射。在因此闭合的模具中不会出现可能产生富含树脂的区域的空腔。
在这种闭合之前,可以安装PolyflexTM成型工艺中使用的压实膜34。当然,铺设这个膜时必须小心,以避免纤维织物的任何脱落和部分松开。
应注意,如果已经参考了由夹紧块压靠纤维织物的加热垫,还可以设想,加热垫24和前夹紧块180、200使用具有加热珠的前夹紧块形成同一部件。
Claims (10)
1.一种用于注射浸渍树脂的方法,所述方法用于制造由复合材料制成的旋转部件,其中,几个夹紧块(180,200,202)支承在缠绕在形成注射模具(16)的浸渍心轴上的纤维织物(22)上,用于在缠绕结束位置(30)切割所述纤维织物的最后一层(22A)期间保持所述纤维织物,其特征在于,在移除所述夹紧块和闭合所述模具以将所述浸渍树脂注射到其中之前,对所述纤维织物进行加热。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,在支承所述夹紧块(180,200,202)和加热所述纤维织物之前,在所述纤维织物(22)上施加一薄层的浸渍树脂。
3.根据权利要求2所述的方法,其特征在于,所述薄层的浸渍树脂是通过喷涂或粉刷来施加的。
4.根据权利要求2所述的方法,其特征在于,所施加的浸渍树脂的百分比小于被注射到所述模具中的浸渍树脂的总量的3%。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法,其特征在于,在闭合所述模具之前安装压实膜(34)。
6.一种用于将纤维织物保持在形成注射模具(16)的浸渍心轴上的装置(10),包括:
形成支撑件的横向构件(12),所述横向构件的每个端部紧固在所述浸渍心轴的侧凸缘之一上;
至少一个中心块保持器(18)和至少一个侧面块保持器(20),所述至少一个中心块保持器安装在所述横向构件上并设置有前夹紧块(180),所述至少一个侧面块保持器安装在所述横向构件上并设置有至少一个侧夹紧块(202);其特征在于,所述装置还包括:
加热垫(24),所述加热垫介于每个前夹紧块(180,200)与缠绕在所述浸渍心轴上的纤维织物层之间;以及
用于经由所述加热垫(24)将所述前夹紧块的夹紧力施加在缠绕在所述浸渍心轴上的所述纤维织物层上的装置。
7.根据权利要求6所述的装置,其特征在于,所述装置还包括喷涂模块(28),在支承所述夹紧块(180,200,202)和由所述加热垫(24)加热所述纤维织物之前,所述喷涂模块将一薄层的浸渍树脂喷涂到所述纤维织物(22)上。
8.根据权利要求6或7所述的装置,其特征在于,所述加热垫(24)和所述前夹紧块(180,200)形成同一部件。
9.根据权利要求6至8中任一项所述的装置,其特征在于,所述装置还包括:在闭合所述模具之前设置在所述纤维织物层上的压实膜(34)。
10.一种用于将纤维织物缠绕在浸渍心轴上的机器,包括:
浸渍心轴(16),存储在存储心轴上的纤维织物(22)以叠加层的形式缠绕在所述浸渍心轴上;以及
根据权利要求6至9中任一项所述的用于将所述纤维织物保持(10)在所述浸渍心轴上的至少一个装置。
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