CN212154981U - 声衬制造组件及其消音穿孔装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种声衬制造组件，用于制作风扇机匣消音声衬，包括筒形形状的成型工装和消音穿孔装置，其中，成型工装的外壁面支撑风扇机匣消音声衬的制造成型；消音穿孔装置包括弧形支板和多个穿孔针，弧形支板的外弧面与成型工装的内壁面共形匹配，弧形支板具有法矢方向，每个穿孔针沿法矢方向可活动地设置于弧形支板，用于在制作风扇机匣消音声衬时进行穿孔。本实用新型还提供一种消音穿孔装置。通过采用上述消音穿孔装置及声衬制造组件，可以在成型风扇机匣消音声衬的同时进行穿孔，避免现有成型工艺中的堵孔缺陷，以及实现穿孔方向、穿孔分布的精度可控。

Description

声衬制造组件及其消音穿孔装置

技术领域

本实用新型涉及一种声衬制造组件，可以制作风扇机匣消音声衬。特别地，本实用新型涉及一种消音穿孔装置，可以在制作风扇机匣消音声衬时进行穿孔。

背景技术

涡扇发动机风扇机匣为风扇叶片发生飞出故障(FBO)时的安全包容壳体。而涡扇发动机风扇叶片作为发动机工作时主要的噪声源之一，在抑制噪声方面，风扇机匣靠近叶片叶尖一侧敷设有声衬结构，用于噪声声波的吸收和耗散，从而起到风扇叶片前传或后传噪声降噪的功能。

通常，风扇机匣消音声衬的穿孔面板常采用复合材料，其中的消音微孔具有穿孔数量多、孔径尺寸小且分布精度要求高等特点。在这类复合材料声衬结构的工艺成型方面，相比于传统蜂窝夹芯结构，由于多一道次穿孔成型工序，大大增加了制造成本和加工工艺难度。

目前涉及这类复合材料声衬结构穿孔的工艺方法路线主要有以下两种：内面板预固化成型以后，对内面板制备消音微孔，最后与蜂窝芯及外面板共胶结成型，从而形成声衬壁板结构；以及，蜂窝芯与关闭蜂窝芯的内、外面板共固化成型，然后在吸收噪音一侧的内面板钻孔。前一方案中，因内面板穿孔后与蜂窝芯及外面板胶结固化，因此有堵孔的缺陷，而前一方案中，整体成型后面板钻孔除产生的碎屑易残留在夹芯结构从而堵孔外，还存在钻孔导致整体结构被破坏的风险。

另外，现有的穿孔或钻孔装置，基本为平面结构，穿孔或钻孔方向常常无法垂直于风扇机匣消音声衬的圆筒形穿孔面板，且对于整个穿孔面板的穿孔操作，需要移动穿孔或钻孔装置，会影响到穿孔分布或穿孔精度。

本实用新型一方面意在避免现有声衬穿孔方案的堵孔缺陷，另一方面意在针对风扇机匣消音声衬实现穿孔方向、穿孔分布的精度控制。

实用新型内容

本实用新型的一个目的是提供一种声衬制造组件，可以在成型风扇机匣消音声衬的同时进行穿孔，避免现有成型工艺中的堵孔缺陷。

本实用新型的另一目的是提供一种消音穿孔装置，可以在制作风扇机匣消音声衬时实现穿孔方向、穿孔分布的精度可控。

本实用新型提供一种声衬制造组件，用于制作风扇机匣消音声衬，包括筒形形状的成型工装和消音穿孔装置。其中，所述成型工装的外壁面支撑所述风扇机匣消音声衬的制造成型；所述消音穿孔装置包括弧形支板和多个穿孔针，所述弧形支板的外弧面与所述成型工装的内壁面共形匹配，所述弧形支板具有法矢方向，每个穿孔针沿法矢方向可活动地设置于所述弧形支板，用于在制作风扇机匣消音声衬时进行穿孔。

在一个实施方式中，所述声衬制造组件中，所述消音穿孔装置的所述弧形支板固定于所述成型工装的内壁侧。

在一个实施方式中，所述声衬制造组件包括多个消音穿孔装置，所述多个消音穿孔装置的弧形支板拼接在一起，形成筒形形状。

在一个实施方式中，所述声衬制造组件中，所述多个消音穿孔装置的弧形支板构造相同。

在一个实施方式中，所述声衬制造组件中，所述弧形支板设置有沿法矢方向延伸的多个螺纹孔；所述穿孔针通过与所述螺纹孔螺纹连接而设置成可沿法矢方向活动。

在一个实施方式中，所述声衬制造组件中，所述消音穿孔装置还具有基座，所述基座设置于所述弧形支板，并且具有沿法矢方向延伸的通孔；所述穿孔针穿过所述通孔，并且通过弹性件连接所述基座。

本实用新型还提供一种消音穿孔装置，用于制作风扇机匣消音声衬时进行穿孔，包括弧形支板和多个穿孔针，弧形支板具有法矢方向，每个穿孔针沿法矢方向可活动地设置于所述弧形支板。

在一个实施方式中，所述消音穿孔装置中，所述弧形支板设置有沿法矢方向延伸的多个螺纹孔；所述穿孔针通过与所述螺纹孔螺纹连接而设置成可沿法矢方向活动。

在一个实施方式中，所述消音穿孔装置中，所述消音穿孔装置还具有基座，所述基座设置于所述弧形支板，并且具有沿法矢方向延伸的通孔；所述穿孔针穿过所述通孔，并且通过弹性件连接所述基座。

在一个实施方式中，所述消音穿孔装置中，所述通孔包括彼此连通的第一孔段和第二孔段，相比于所述第二孔段，所述第一孔段直径更小且靠近所述弧形支板的外侧；所述弹性件是弹簧，所述弹簧容置于所述第二孔段中，并且所述弹簧的一端连接所述基座，另一端连接所述穿孔针的针尾，所述穿孔针的针头设置成可穿出所述第一孔段。

通过采用上述声衬制造组件，可以在成型风扇机匣消音声衬的同时，特别是对内面板进行铺贴成型时，进行穿孔，从而可以避免现有声衬制作工艺中穿孔后胶结固化出现的堵孔缺陷或者成型后机械钻孔的碎屑堵孔缺陷。

采用上述消音穿孔装置以及包括上述消音穿孔装置的声衬制造组件，可以始终保持穿孔方向与成型工装或者铺贴成型的内面板的切线垂直，因此可以实现穿孔角度的有效控制，保证穿孔方向的精度。而且，上述消音穿孔装置的弧形支板即使需要移动到不同位置进行穿孔操作，也对穿孔方向影响较小，进而对穿孔精度也影响较小。

另外，通过设计消音穿孔装置中弧形支板的穿孔针的尺寸和分布，可以实现对穿孔分布、穿孔尺寸的精度控制。而且，整个声衬制造组件及消音穿孔装置安装便捷，制造成本低。

附图说明

本实用新型的上述的以及其他的特征、性质和优势将通过下面结合附图和实施例的描述而变得更加明显，其中：

图1是消音穿孔装置与声衬组件配合的示意图。

图2是图1中穿孔单元与声衬组件配合的局部放大图。

图3是穿孔针设置于基座的结构示意图。

图4是风扇包容机匣的结构示意图。

图5是风扇机匣消音声衬的结构示意图。

图6是穿孔面板的穿孔分布图。

具体实施方式

下面结合具体实施方式和附图对本实用新型作进一步说明，在以下的描述中阐述了更多的细节以便于充分理解本实用新型，但是本实用新型显然能够以多种不同于此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本实用新型内涵的情况下根据实际应用情况作类似推广、演绎，因此不应以此具体实施方式的内容限制本实用新型的保护范围。

例如，在说明书中随后记载的第一特征在第二特征上方或者上面形成，可以包括第一特征和第二特征通过直接联系的方式形成的实施方式，也可包括在第一特征和第二特征之间形成附加特征的实施方式，从而第一特征和第二特征之间可以不直接联系。进一步地，当第一元件是用与第二元件相连或结合的方式描述的，该说明包括第一元件和第二元件直接相连或彼此结合的实施方式，也包括采用一个或多个其他介入元件加入使第一元件和第二元件间接地相连或彼此结合。

本实用新型的消音穿孔装置10及包括消音穿孔装置10的声衬制造组件20如图1至图3所示。其中，消音穿孔装置10用于制作风扇机匣消音声衬30时进行穿孔，而需要制作的风扇机匣消音声衬30如图4至图6所示。消音声衬也可以称之为消声声衬、降噪声衬等等。需要理解，附图均仅作为示例，不应该以此作为对本实用新型实际要求的保护范围构成限制。此外，不同实施方式下的变换方式可以进行适当组合。

图4示出了涡扇发动机的风扇包容机匣40的示例结构。风扇包容机匣40包括风扇机匣50、风扇叶片前端消音声衬31、风扇叶片硬摩层60及风扇叶片后端消音声衬32，其中，不作区分描述时，前端消音声衬31和后端消音声衬32均可以称之为风扇机匣消音声衬30，或者，作为风扇机匣消音声衬30的示例。硬摩层60位于风扇叶片(未示出)叶尖沿径向的外围，风扇叶片叶尖与风扇包容机匣40之间存在一定干涉余量，两者之间的间隙可以通过风扇叶片转动径向磨损硬磨层60来产生。通过设计硬摩层60，可以保证风扇叶片进气品质，以提升发动机气动性能。前端消音声衬31和后端消音声衬32分别位于硬磨层60的前、后两端并且与风扇机匣50的内表面可更换拆卸地连接，例如通过螺栓连接，从而对风扇叶片可以起到前传和后传噪声抑制作用。风扇包容机匣40的前、后端部还分别布置有连接法兰71和72，用于前、后结构单元体的机械连接。通常情况下，每一片风扇叶片完全相同，因此风扇叶片在额定转速工作状态下的径向变形和向前延伸通常均认为是相同的，便于每个风扇叶片的安装和拆卸所需空间要求。

风扇机匣消音声衬30通常设计为标准的回转体结构，以实现与风扇叶片空间相对位置处处相等同时达到空间包络最小、结构重量最优的构型方案。

图5示出了风扇机匣消音声衬30的示例结构。典型地，风扇机匣消音声衬30可以是蜂窝夹芯声衬结构，包括穿孔面板301、蜂窝芯302和背板303，消音穿孔装置10即用于对尚未穿孔、待穿孔的内面板81(图2中示出)或者内面板81铺贴成型时的铺层进行穿孔，从而形成穿孔面板301，穿孔面板301也可称之为消音板。图6示出了制造成型的穿孔面板301的穿孔分布。穿孔面板301中的微穿孔311可以交错排列或均布排列，图6中，微穿孔311即均布排列，横向孔距d1和纵向孔距d2可以大致相当。微穿孔311的直径可以设置成近似与穿孔面板301的厚度相等。

结合图1和图2，声衬制造组件20可以包括筒形形状的成型工装90，成型工装90的外壁面91支撑风扇机匣消音声衬的制造成型。成型工装90的外壁面91也可以称之为成型工装90的外型面或外弧面。

风扇机匣消音声衬在未完全成型例如还未穿孔时可以称之为声衬中间件80。声衬中间件80包括待穿孔的内面板81，如前所述，消音穿孔装置10可以对声衬中间件80的内面板81进行穿孔，或者，对内面板81铺贴成型时的各铺层进行穿孔，从而形成风扇机匣消音声衬30的穿孔面板301。声衬中间件80还包括蜂窝芯子82和外面板83。内面板81、蜂窝芯子82和外面板83支撑在成型工装90上，共固化成型为蜂窝夹芯结构，其中，蜂窝芯子82成型为风扇机匣消音声衬30的蜂窝芯302，外面板83成型为风扇机匣消音声衬30的背板303。

消音穿孔装置10可以包括弧形支板1和多个穿孔针2。弧形支板1具有法矢方向，图中以R0为示例示出弧形支板1的一个示例法矢方向。弧形支板1还具有轴向，大致为图1和图2中垂直于纸面的方向。每个穿孔针2沿法矢方向(如，法矢方向R0)可活动地设置于弧形支板1，从而可以在制作风扇机匣消音声衬30时进行穿孔(对声衬中间件80进行穿孔)。穿孔针2例如可以采用销钉的形式，弧形支板1可以相应地称之为销钉板。

图示实施方式中，消音穿孔装置10配合成型工装90使用，弧形支板1的外弧面11可以与成型工装90的内壁面92共形匹配。成型工装90的内壁面92也可以称之为成型工装90的内型面或内弧面。“共形匹配”意指两方至少局部形状相同或互补，从而彼此可以配合贴靠在一起。需要理解，“共形匹配”并不意指一方与另一方完全贴合，例如，可以允许一定程度的制造误差。相比于常规的平面型消音穿孔装置，采用上述消音穿孔装置10，可以保证穿孔得到的每个微穿孔的延伸方向大致垂直于成型工装90或者声衬中间件80在对应位置的切线，从而保证穿孔方向准确。而且，常规的平面型消音穿孔装置在移动到不同位置进行穿孔的过程中会对穿孔分布和精度会造成影响，而上述消音穿孔装置10中，弧形支板1的外弧面11与支撑成型的成型工装90的内壁面共形匹配，因此，无论移动到何处，都始终与成型工装90的内壁面贴靠，从而对穿孔分布和精度的影响会减小。

消音穿孔装置10的弧形支板1可以固定于成型工装90的内壁侧。例如，成型工装90可以预先设置有螺纹孔，螺纹孔的分布可以与需要穿孔的穿孔分布完全相同，可以将安装于弧形支板1的穿孔针2完全插入支撑成型的成型工装90的螺纹孔，直到弧形支板1与成型工装90的内壁面92贴合，从而实现弧形支板1与成型工装90的固定。还可以通过其它辅助定位固定装置完成消音穿孔装置10与成型工装90的贴合及制孔定位。例如，消音穿孔装置10的弧形支板1可以沿轴向两端设计前后两排可固定定位的工艺耳片，借此固定于成型工装90的内壁侧。总体上，上述声衬制造组件20中，消音穿孔装置10可以与支撑成型蜂窝夹芯结构的成型工装90集成一体，具体地，成型工装90远离铺层贴模面的背侧安装有消音穿孔装置10，消音穿孔装置10的弧形支板1可以与成型工装90的背侧贴合。

声衬制造组件20可以包括多个消音穿孔装置10。多个消音穿孔装置10的弧形支板1拼接在一起，形成筒形形状。图示实施方式中，声衬制造组件20可以包括五个消音穿孔装置10，分别是消音穿孔装置10a、10b、10c、10d和10e，图中，分别有五个弧形支板1，分别对应成型工装90或声衬中间件80沿周向划分的五个弧形段。由于多个弧形支板1可以首尾相连而拼接在一起，可以沿成型工装90的内壁面91整圈分布，因此，如果穿孔针2的分布密度合适，可以不需要移动弧形支板1，可以避免穿孔分布和精度受到影响。而且，相比于采用整体的筒形板来支撑，这种分段支撑可以有利于装配，并且加工方便，工艺性更好。在一个实施方式中，可以与多个消音穿孔装置10的弧形支板1对应，成型工装90由多个分离的成型支板拼接而成，每个分离的成型支板与一个弧形支板1对应，为构成筒形形状的弧形形状。

多个消音穿孔装置10的弧形支板1可以构造相同。构造相同意指形状、大小皆相同。换言之，多个消音穿孔装置10的弧形支板1分别对应成型工装90沿周向均分的多个弧形段。这样，方便批量生产，彼此具有互换性。在一个实施方式中，弧形支板1可以设置有沿法矢方向延伸的多个螺纹孔。穿孔针2可以通过与螺纹孔螺纹连接而设置成可沿法矢方向活动。

图示实施方式中，消音穿孔装置10还可以具有基座4，如图3所示。基座4可以设置于弧形支板1，并且基座4具有沿法矢方向例如R0延伸的通孔5。穿孔针2可以穿过通孔5，并且通过弹性件6连接基座4。图3中，弹性件6可以是弹簧。通孔5可以包括彼此连通的第一孔段51和第二孔段52，相比于第二孔段52，第一孔段51直径更小且靠近弧形支板1的外侧。作为弹性件5的弹簧可以容置于第二孔段52中，一端(图3中，下端)连接基座4，另一端(图3中，上端)连接穿孔针2的针尾21。穿孔针2的针头22设置成可穿出第一孔段51。

图3中，针尾21可以尺寸定成适容在第二孔段52中。第二孔段52中，通过针尾21和基座4封闭形成空腔S0。图中还示出了密封圈71、72和73，其中，密封圈71、72分别设置在穿孔针2与第一孔段51的孔壁之间的不同位置，密封圈73设置于针尾21与第二孔段52的孔壁之间。弹性件5设置于空腔S0中。在另一实施方式中，空腔S0内可以设置液压油等，以起到阻尼作用。还可以设置气缸或电机等驱动装置，自动驱动穿孔针2沿法矢方向活动，代替手动操作。

多个穿孔针2在弧形支板1的分布密度可以与声衬中间件80(特别是，内面板81)的期望穿孔的分布密度相同。这样，采用弧形支板1即可实现期望实现的穿孔分布。

穿孔针2的针头22可穿出成型工装90的外壁面91的距离可以设置成0.6-1mm。成型工装90的外壁面91也即铺层贴模面，这样，可以确保穿孔通透(完全穿透内面板81)，不出现盲孔的情况，并且对蜂窝芯格立边损伤量最小。

穿孔针2的穿孔直径d0可以设置为

从而可以满足声学降噪孔的要求。

上述声衬制造组件20中，在成型工装90上集成消音穿孔装置10，执行成型工艺的支撑工装以及执行穿孔工艺的辅助工装可以一体化，整个操作方便快捷，简化了整个安装流程，可以降低制作及维护成本。穿孔针2沿法矢方向可活动，例如通过螺纹连接，可以通过调节穿孔针2旋入成型工装90的深度，实现内面板81的穿孔深度可调。

在一个实施方式中，实际操作时，可以在穿孔针2完成在弧形支板1的螺纹孔中的安装以后，整体插入成型工装90中，然后在成型工装90的外壁面91进行内面板81的铺层堆叠。在内面板81的每一层铺层中，保证所有穿过成型工装90的按降噪设计要求排布的穿孔针2可以完全穿过该层预浸料碳纤维铺层，直至完成内面板81的所有铺层堆叠工作。在铺放蜂窝芯子82时，所有分布在蜂窝芯格的穿孔针2可以通过目视检查确保穿孔针2贯穿内面板81，而在六边形蜂窝壁附近，可以通过调节穿孔针2的旋入长度保证穿孔特征完整且对蜂格边损伤最小。

在另一实施方式中，实际操作时，设置有基座4的弧形支板1通过沿轴向两端的工艺耳片固定于成型工装90。穿孔针2远离声衬中间件80的一端(针尾21)直径大，而在靠近声衬中间件80的一端(针头22)直径减小。在进行内面板81的铺贴时，穿孔针2的针头22可以完全埋入成型工装90中，换言之，穿孔针2未冒出铺贴模具表面。当内面板80的一层铺层完成堆叠铺贴并完成抽真空工序之后，非贴模一侧加入保护隔膜，通过按压穿孔针2的针尾21，穿孔针2沿着通孔5(沿法矢方向)活动，从而使得穿孔针2的针头22穿透内面板80的纤维铺层，进而完成穿孔动作，逐层进行，直到完成内面板80所有铺层的穿孔工艺。期间可以通过微调穿孔针2的伸缩量来控制内面板81的穿孔堵塞率及蜂窝芯格立边损伤深度。

通过在成型工装90的内壁侧或背侧安装消音穿孔装置10，可以实现消音穿孔装置10与成型工装90的集成一体化，在成型声衬中间件80的过程中，尤其是内面板81的铺贴成型过程中，可以同时进行内面板81的穿孔，不需要引入额外的穿孔工序，不易产生穿孔堵孔或穿孔碎屑残留物的带入产品结构。声衬结构的穿孔特征可以在成型声衬结构的过程中通过消音穿孔装置10这一辅助工装保证。这样可以结合声衬制造组件20从工艺源头上消除传统成型声衬结构的声学控制参数的制造工艺偏差及缺陷，可以最大限度地消除声衬穿孔结构的穿孔堵塞工艺问题。

消音穿孔装置10中，弧形支板1设置有可法矢方向活动的穿孔针2，穿孔方向及穿孔精度可以得到保证。而且，通过设计弧形支板1中穿孔针2的尺寸及位置控制，可以实现声衬结构中期望的穿孔分布，从而可以确保在整个声衬区域内消音穿孔率、穿孔分布排列均精确可控，可以满足穿孔率声阻抗高精度要求。

消音穿孔装置10具有多个弧形支板1，弧形支板1可以多次重复使用，且可以构造相同从而彼此互换。

采用上述声衬制造组件20，在成型工装90的外壁侧对内面板81进行铺贴成型时，通过消音穿孔装置10进行穿孔，可以避免穿孔后胶结固化造成的堵孔，也不存在声衬整体成型后穿孔或钻孔残留开孔碎屑的问题，因此可以避免出现现有工艺中穿孔堵孔的缺陷。

成型工装90与消音穿孔装置10一体化，内面板81的穿孔与结构整体成型一次形成，减少了结构热压罐固化次数，降低固化成本，穿孔效率高，穿孔及其分布精度高。而且，现有工艺中常常使用的钻孔刀具在数以万计的穿孔工序中存在机械磨损，导致更换刀具前后的穿孔区域微孔精度及其分布均衡性存在偏差，而上述声衬制造组件20中，采用多个弧形支板1构成圆筒形状，一个穿孔针2可以只针对一个穿孔，磨损较少，因此穿孔精度高。

本实用新型虽然以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本实用新型，任何本领域技术人员在不脱离本实用新型的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改。因此，凡是未脱离本实用新型技术方案的内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何修改、等同变化及修饰，均落入本实用新型权利要求所界定的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种声衬制造组件，用于制作风扇机匣消音声衬，其特征在于，包括：

筒形形状的成型工装，所述成型工装的外壁面支撑所述风扇机匣消音声衬的制造成型；以及

消音穿孔装置，包括：

弧形支板，所述弧形支板的外弧面与所述成型工装的内壁面共形匹配，所述弧形支板具有法矢方向；和

多个穿孔针，每个穿孔针沿法矢方向可活动地设置于所述弧形支板，用于在制作风扇机匣消音声衬时进行穿孔。

2.如权利要求1所述的声衬制造组件，其特征在于，

所述消音穿孔装置的所述弧形支板固定于所述成型工装的内壁侧。

3.如权利要求1所述的声衬制造组件，其特征在于，

所述声衬制造组件包括多个消音穿孔装置，所述多个消音穿孔装置的弧形支板拼接在一起，形成筒形形状。

4.如权利要求1所述的声衬制造组件，其特征在于，

所述多个消音穿孔装置的弧形支板构造相同。

5.如权利要求1所述的声衬制造组件，其特征在于，

所述弧形支板设置有沿法矢方向延伸的多个螺纹孔；

所述穿孔针通过与所述螺纹孔螺纹连接而设置成可沿法矢方向活动。

6.如权利要求1所述的声衬制造组件，其特征在于，

所述消音穿孔装置还具有基座，所述基座设置于所述弧形支板，并且具有沿法矢方向延伸的通孔；

所述穿孔针穿过所述通孔，并且通过弹性件连接所述基座。

7.一种消音穿孔装置，用于制作风扇机匣消音声衬时进行穿孔，其特征在于，包括：

弧形支板，具有法矢方向；和

多个穿孔针，每个穿孔针沿法矢方向可活动地设置于所述弧形支板。

8.如权利要求7所述的消音穿孔装置，其特征在于，

所述弧形支板设置有沿法矢方向延伸的多个螺纹孔；

所述穿孔针通过与所述螺纹孔螺纹连接而设置成可沿法矢方向活动。

9.如权利要求7所述的消音穿孔装置，其特征在于，

所述消音穿孔装置还具有基座，所述基座设置于所述弧形支板，并且具有沿法矢方向延伸的通孔；

所述穿孔针穿过所述通孔，并且通过弹性件连接所述基座。

10.如权利要求9所述的消音穿孔装置，其特征在于，

所述通孔包括彼此连通的第一孔段和第二孔段，相比于所述第二孔段，所述第一孔段直径更小且靠近所述弧形支板的外侧；

所述弹性件是弹簧，所述弹簧容置于所述第二孔段中，并且所述弹簧的一端连接所述基座，另一端连接所述穿孔针的针尾，所述穿孔针的针头设置成可穿出所述第一孔段。

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