CN114211781B - 一种碳纤维直升机发动机叶片成型装置及成型方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种碳纤维直升机发动机叶片成型装置及成型方法，该成型装置包括吸胶装置，所述吸胶装置包括吸胶结构和与吸胶结构连接的抽真空装置，所述吸胶结构包括吸胶垫板、吸胶层、导流层、支撑层和置于支撑层外的隔气层；所述吸胶垫板上设置有槽体、凸起和容胶腔，所述吸胶垫板四周设置有台阶面，所述台阶面上设置有与所述容胶腔连通的进胶口；所述吸胶层包括置于吸胶垫板上表面的第一吸胶层和置于导流层与待吸胶产品之间的第二吸胶层；所述导流层和支撑层依次设置在第二吸胶层外，所述支撑层的四周分别沿吸胶垫板侧壁与进胶口接触，所述隔气层包覆在整个吸胶垫板和支撑层外。其可提高叶片的成型质量。

Description

一种碳纤维直升机发动机叶片成型装置及成型方法

技术领域

本发明属于碳纤维叶片成型技术领域，具体地涉及一种碳纤维直升机发动机叶片成型装置及成型方法。

背景技术

对发动机叶片来讲，刚度是一个重要的指标，始于上世纪末的相关研究表明，碳纤维合成材料具有出众的抗疲劳特性，当与树脂材料混合时，则成为发动机叶片等适应恶劣条件的最佳材料之一，碳纤维符合材料叶片刚度是玻璃复合叶片的3至5倍。

为了增强碳纤维直升机发动机叶片的强度，其在碳纤维复合层的桨叶弧面内设置泡沫夹心层，但是，采用泡沫夹心层其存在强度不高和耐高温性能差的问题。发明人研发了一种基于铝片的夹心层，在制备成型该种结构的叶片时，其需经多道工序，吸胶程序是相当重要的一个程序，其直接关系到叶片成型质量。对此，如何提高叶片成型质量是一件值得研究的事。

发明内容

为了解决现有采用泡沫夹心制备的叶片现象，本发明提供一种碳纤维直升机发动机叶片成型装置及成型方法，其可提高叶片的成型质量。

本发明通过以下技术方案实现：

本发明第一方面提供一种碳纤维直升机发动机叶片成型装置，包括吸胶装置，所述吸胶装置包括吸胶结构和与吸胶结构连接的抽真空装置，

所述吸胶结构包括吸胶垫板、吸胶层、导流层、支撑层和置于支撑层外的隔气层；

所述吸胶垫板上设置有槽体、凸起和容胶腔，所述吸胶垫板四周设置有台阶面，所述台阶面上设置有与所述容胶腔连通的进胶口；

所述吸胶层包括置于吸胶垫板上表面与待吸胶产品之间的第一吸胶层和置于导流层与待吸胶产品之间的第二吸胶层；所述导流层和支撑层依次设置在第二吸胶层外，所述支撑层的四周分别沿吸胶垫板侧壁与进胶口接触，所述隔气层包覆在整个吸胶垫板和支撑层外。

本方案的叶片成型装置，通过在吸胶垫板上设置容胶腔，通过导流层将第二吸胶层上的胶水导流至容胶腔内实现存储，既可使吸胶层保持持续的吸胶能力，也可避免真空吸胶后，多余的胶量的回流导致胶过多，影响叶片成型质量。

在一种可能的设计中，还包括置于槽体内的支撑件，所述支撑件包括上支撑面、下支撑面和连接在上支撑面和下支撑面之间的支撑杆。

在芯材采用铝片支撑件时，其铝片较薄，在真空吸胶时，对铝片结构稳定性会造成一定破坏，采用支撑件实现对铝片支撑件的保护，提高叶片成型质量。

在一种可能的设计中，所述导流层为薄膜，所述薄膜上设置有导流孔。

本方案采用薄膜实现导流，薄膜对胶水等液态物质的吸附作用小，导流效果好。

本发明第二方面提供一种碳纤维直升机发动机叶片成型方法，包括以下步骤，

制备芯材，所述芯材包括第一铝片、第二铝片和第三铝片，所述第一铝片为方形，所述第一铝片、第二铝片和第三铝片均有多个且第一铝片、第二铝片和第三铝片上设置有卡缝，以使所述第一铝片、第二铝片和第三铝片通过卡缝卡接后形成多个由第一铝片、第二铝片和第三铝片围成的三角形腔体；

采用碳纤维和环氧树脂复合制备预浸料，根据叶片第一桨叶弧面和第二桨叶弧面的形状进行剪裁；

采用第一方面及其任一种可能中所述的碳纤维直升机发动机叶片成型装置，在吸胶垫板上表面铺贴第一吸胶层后将制备好的芯材置于所述槽体内，将第一桨叶弧面和第二桨叶弧面的预浸料分别置于所述槽体、凸起的对应出处；

依次在第一桨叶弧面和第二桨叶弧面的预浸料上铺设第二吸胶层、导流层和支撑层，并使支撑层沿吸胶垫板侧壁与进胶口接触后将整个吸胶垫板置于隔气层内得到待真空吸胶产品；

将所述待真空吸胶产品放入热压罐内，抽真空吸胶；

将吸胶后的第一桨叶弧面及芯材倒扣入一贴合叶片型面的玻璃钢阴模模具中，再将吸胶后的第二桨叶弧面倒扣入另一贴合叶片型面的玻璃钢阴模模具中，在第一桨叶弧面和第二桨叶弧面的安装孔内插入安装柱；

合模固化成型。

芯材采用第一铝片、第二铝片和第三铝片通过卡缝卡接而成，在卡接处，具有卡缝的铝片其连接性不稳。本方案在现有叶片成型方法的基础上做了改进，通过在吸胶垫板上设置槽体以容纳芯材，芯材上方为第一桨叶弧面或第二桨叶弧面的预浸料，在真空吸胶时，预浸料上的环氧树脂可沿铝片流至槽体内的第一吸胶层上，此时，环氧树脂即可对铝片卡缝处进行填胶处理，在固化时，可提高铝片卡缝处和与第一桨叶弧面、第二桨叶弧面连接面连接的稳定性。在吸胶过程中，第一桨叶弧面或第二桨叶弧面上的环氧树脂胶水一部分沿铝片流至槽体内的第一吸胶层上，一部分经第二吸胶层吸附。当第二吸胶层吸附量过大后，经导流层导流至容胶腔中进行存储，避免真空完后胶水回流影响叶片成型质量。

在一种可能的设计中，所述将第一桨叶弧面和第二桨叶弧面的预浸料分别置于所述槽体、凸起的对应出处，之前还包括：

将支撑件放置于第一铝片、第二铝片和第三铝片围成的三角形腔体内使下支撑面与第一吸胶层贴附。

本方案通过在三角形腔体内设置支撑件，可对芯材进行保护；由于芯材为铝片构成的多腔体结构，在真空吸胶过程中，空腔会影响吸胶质量，采用支撑件，其端面其空腔支撑作用，可大大提高吸胶质量。

在一种可能的设计中，所述抽真空吸胶包括：

对所述隔气层进行抽真空，热压罐内吸胶温度为70℃～75℃，压力为0.1Mpa～0.2Mpa，吸胶时间为90min～100min。

本方案通过对吸胶时间、温度、压力进行优化，避免胶水在铝片上过多的堆积，提高吸胶质量，进而提高叶片的成型质量。

在一种可能的设计中，所述抽真空吸胶包括：

对所述隔气层进行抽真空，热压罐内吸胶温度为75℃，压力为0.17Mpa，吸胶时间为90min。

本发明与现有技术相比，至少具有以下优点和有益效果：

1、本发明通过在吸胶垫板上设置容胶腔，通过导流层将第二吸胶层上的胶水导流至容胶腔内实现存储，既可使吸胶层保持持续的吸胶能力，也可避免真空吸胶后，多余的胶量的回流导致胶过多，影响叶片成型质量。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明吸胶结构吸胶垫板的结构示意图；

图2是本发明吸胶结构吸胶垫板的剖视图；

图3是本发明支撑件的结构示意图；

图4是本发明芯材的结构示意图；

图5是本发明一第一铝片的结构示意图；

图6是本发明一第二铝片的结构示意图；

图7是本发明一第三铝片的结构示意图；

图8是本发明第一桨叶弧面及芯材的结构示意图；

图9是本发明方法制备的叶片的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例来对本发明作进一步阐述。在此需要说明的是，对于这些实施例方式的说明虽然是用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。本文公开的特定结构和功能细节仅用于描述本发明的示例实施例。然而，可用很多备选的形式来体现本发明，并且不应当理解为本发明限制在本文阐述的实施例中。

应当理解，对于本文中可能出现的术语“和/或”，其仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，单独存在B，同时存在A和B三种情况；对于本文中可能出现的术语“/和”，其是描述另一种关联对象关系，表示可以存在两种关系，例如，A/和B，可以表示：单独存在A，单独存在A和B两种情况；另外，对于本文中可能出现的字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”关系。

应当理解，在下面的描述中提供了特定的细节,以便于对示例实施例的完全理解。然而,本领域普通技术人员应当理解可以在没有这些特定细节的情况下实现示例实施例。例如可以在框图中示出系统，以避免用不必要的细节来使得示例不清楚。在其他实例中，可以不以非必要的细节来示出众所周知的过程、结构和技术，以避免使得示例不清楚。

本发明第一方面公开了一种碳纤维直升机发动机叶片成型装置，包括吸胶装置，所述吸胶装置包括吸胶结构和与吸胶结构连接的抽真空装置。抽真空装置为现有技术，故在本方案的图中未体现。

所述吸胶结构包括吸胶垫板21、吸胶层、导流层、支撑层和置于支撑层外的隔气层。具体的，如图1、图2所示，所述吸胶垫板21上设置有槽体22、凸起24和容胶腔25，所述吸胶垫板21四周设置有台阶面26，所述台阶面26上设置有与所述容胶腔25连通的进胶口23。

所述吸胶层包括置于吸胶垫板21上表面与待吸胶产品之间的第一吸胶层31和置于导流层与待吸胶产品之间的第二吸胶层；吸胶垫板21上表面不仅包括除槽体22、凸起24之外的上端面，也包括槽体22的底面、凸起24的凸起面，即弧形面。槽体22的底面、凸起24的凸起面后其分别与叶片芯材相适配。

所述导流层和支撑层依次设置在第二吸胶层外，所述支撑层的四周分别沿吸胶垫板21侧壁与进胶口23接触，所述隔气层包覆在整个吸胶垫板21和支撑层外。隔气层上设置一抽气孔，实现与抽真空装置连接。

优选的，还可在槽体22内设置支撑件，如图3所示，所述支撑件包括上支撑面221、下支撑面222和连接在上支撑面221和下支撑面222之间的支撑杆223。下支撑面222与第一吸胶层接触，上支撑面221与第二吸胶层接触。上支撑面221、下支撑面222的形状与芯材形成的腔体结构适配即可。

所述导流层为薄膜，所述薄膜上设置有导流孔。薄膜要具有一定的韧性。导流层实现导流作用，支撑层起到支撑作用，避免导流层上导流孔被堵塞，使导流层与隔气层之间存在间隙，保证胶水的可靠导流。支撑层可采用空隙较大的毛毡、丝圈等具有空隙且具有一定硬度的材质实现。丝圈即具有一定硬度的材质制成丝状后堆叠而成，譬如地垫的PCV丝圈。

本发明第二方面公开了一种碳纤维直升机发动机叶片成型方法，包括以下步骤，

制备芯材，如图4-7所示，所述芯材包括第一铝片11、第二铝片12和第三铝片13，所述第一铝片11为方形，所述第一铝片11、第二铝片12和第三铝片13均有多个且第一铝片11、第二铝片12和第三铝片13上设置有卡缝14，以使所述第一铝片11、第二铝片12和第三铝片13通过卡缝卡接后形成多个由第一铝片11、第二铝片12和第三铝片13围成的三角形腔体。本方案的腔体为三角形，由三角形最稳定的原理，可大大提高芯材的支撑作用。第一铝片11为方形，其沿叶片空腔横向设置，即与叶片长度方向一致，由于叶片的空腔为异形，只需将第二铝片12和第三铝片设置为异性即可，可以大大简化铝片制备的复杂度，具体的，第一铝片11、第二铝片12和第三铝片13上卡缝的设置可参照图5-7，当然，也可采用其他卡缝设置结构，只要三者能可靠卡接即可。为了叶片整体的重量考虑，铝片整体重量不易过重，在直升机发动机叶片中，一般控制在0.06kg/m³左右，容重控制为0.055kg/m³至0.066kg/m³。为了提高叶片强度的均匀性，第一铝片11、第二铝片12和第三铝片13厚度控制在0.05mm至0.2mm。

采用碳纤维和环氧树脂复合制备预浸料，根据叶片第一桨叶弧面和第二桨叶弧面的形状进行剪裁。具体的，采用热熔法制备预浸料，将三维模型的铺层展开并转化为二维图像，根据二维图像裁剪出合适的图形。

采用第一方面中及其任一可能中所述的碳纤维直升机发动机叶片成型装置，在吸胶垫板21上表面铺贴第一吸胶层31后将制备好的芯材置于所述槽体22内，将第一桨叶弧面和第二桨叶弧面的预浸料分别置于所述槽体22、凸起24的对应出处。槽体22、凸起24的设置，使得放置第一桨叶弧面和第二桨叶弧面后第一桨叶弧面和第二桨叶弧面相互接触，以提高吸胶质量。

在碳纤维直升机发动机叶片成型装置具有支撑件的情况下，此时，还包括将支撑件放置于第一铝片11、第二铝片12和第三铝片13围成的三角形腔体内使下支撑面222与第一吸胶层贴附。支撑件的数量可根据三角形腔体的数量决定，支撑件的上支撑面221、下支撑面222的各边的长度略小于其所在位置三角形腔体各边的长度，以方便在吸胶结束后将支撑件与芯材脱离。

依次在第一桨叶弧面和第二桨叶弧面的预浸料上铺设第二吸胶层、导流层和支撑层，并使支撑层沿吸胶垫板21侧壁与进胶口23接触后将整个吸胶垫板21置于隔气层内得到待真空吸胶产品。支撑层的设置使得导流层与隔气层之间存在间隙，实现胶水的可靠导流。

将所述待真空吸胶产品放入热压罐内，抽真空吸胶。具体的，对所述隔气层进行抽真空，热压罐内吸胶温度为70℃～75℃，压力为0.1Mpa～0.2Mpa，吸胶时间为90min～100min。该步骤中，对温度、压力和吸胶时间的把控尤为重要，保证足够长的吸胶时间和合适的吸胶温度，使铝片上有一点胶水实现黏附即可。优选的，可将参数控制在以下值：热压罐内吸胶温度为75℃，压力为0.17Mpa，吸胶时间为90min，采用该参数，在吸胶时间越小的情况下，通过控制温度和压力值，可减小能耗，且可提高吸胶质量。

将吸胶后的第一桨叶弧面及芯材倒扣入一贴合叶片型面的玻璃钢阴模模具中，第一桨叶弧面及芯材的结构如图8所示，再将吸胶后的第二桨叶弧面倒扣入另一贴合叶片型面的玻璃钢阴模模具中，在第一桨叶弧面和第二桨叶弧面的安装孔内插入安装柱。该步骤中，两个玻璃钢阴模模具构成的腔体与叶片匹配。安装柱为叶片与旋翼桨夹连接部。

合模固化成型得到如图9所示的叶片。具体的，合模后将其放入热压罐内，真空条件下，保持固化温度160℃～170℃，固化时间为3h～6h，热压罐内压力为0.2MPa～0.3Mpa。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围。

Claims (7)

1.一种碳纤维直升机发动机叶片成型装置，包括吸胶装置，其特征在于，所述吸胶装置包括吸胶结构和与吸胶结构连接的抽真空装置，

所述吸胶结构包括吸胶垫板（21）、吸胶层、导流层、支撑层和置于支撑层外的隔气层；

所述吸胶垫板（21）上设置有槽体（22）、凸起（24）和容胶腔，所述吸胶垫板（21）四周设置有台阶面，所述台阶面上设置有与所述容胶腔连通的进胶口（23）；

所述吸胶层包括置于吸胶垫板（21）上表面与待吸胶产品之间的第一吸胶层（31）和置于导流层与待吸胶产品之间的第二吸胶层；所述导流层和支撑层依次设置在第二吸胶层外，所述支撑层的四周分别沿吸胶垫板（21）侧壁与进胶口（23）接触，所述隔气层包覆在整个吸胶垫板（21）和支撑层外。

2.根据权利要求1所述的一种碳纤维直升机发动机叶片成型装置，其特征在于，还包括置于槽体（22）内的支撑件，所述支撑件包括上支撑面（221）、下支撑面（222）和连接在上支撑面（221）和下支撑面（222）之间的支撑杆（223）。

3.根据权利要求1所述的一种碳纤维直升机发动机叶片成型装置，其特征在于，所述导流层为薄膜，所述薄膜上设置有导流孔。

4.一种碳纤维直升机发动机叶片成型方法，其特征在于，包括以下步骤，

制备芯材，所述芯材包括第一铝片（11）、第二铝片（12）和第三铝片（13），所述第一铝片（11）为方形，所述第一铝片（11）、第二铝片（12）和第三铝片（13）均有多个且第一铝片（11）、第二铝片（12）和第三铝片（13）上设置有卡缝（14），以使所述第一铝片（11）、第二铝片（12）和第三铝片（13）通过卡缝卡接后形成多个由第一铝片（11）、第二铝片（12）和第三铝片（13）围成的三角形腔体；

采用碳纤维和环氧树脂复合制备预浸料，根据叶片第一桨叶弧面和第二桨叶弧面的形状进行剪裁；

采用权利要求1至3任一所述的碳纤维直升机发动机叶片成型装置，在吸胶垫板（21）上表面铺贴第一吸胶层（31）后将制备好的芯材置于所述槽体（22）内，将第一桨叶弧面和第二桨叶弧面的预浸料分别置于所述槽体（22）、凸起（24）的对应出处；

依次在第一桨叶弧面和第二桨叶弧面的预浸料上铺设第二吸胶层、导流层和支撑层，并使支撑层沿吸胶垫板（21）侧壁与进胶口（23）接触后将整个吸胶垫板（21）置于隔气层内得到待真空吸胶产品；

将所述待真空吸胶产品放入热压罐内，抽真空吸胶；

将吸胶后的第一桨叶弧面及芯材倒扣入一贴合叶片型面的玻璃钢阴模模具中，再将吸胶后的第二桨叶弧面倒扣入另一贴合叶片型面的玻璃钢阴模模具中，在第一桨叶弧面和第二桨叶弧面的安装孔内插入安装柱；

合模固化成型。

5.根据权利要求4所述的一种碳纤维直升机发动机叶片成型方法，其特征在于，所述将第一桨叶弧面和第二桨叶弧面的预浸料分别置于所述槽体（22）、凸起（24）的对应出处，之前还包括：

将支撑件放置于第一铝片（11）、第二铝片（12）和第三铝片（13）围成的三角形腔体内使下支撑面（222）与第一吸胶层贴附。

6.根据权利要求4所述的一种碳纤维直升机发动机叶片成型方法，其特征在于，所述抽真空吸胶包括：

对所述隔气层进行抽真空，热压罐内吸胶温度为70℃～75℃，压力为0.1Mpa～0.2Mpa，吸胶时间为90min～100min。

7.根据权利要求4所述的一种碳纤维直升机发动机叶片成型方法，其特征在于，所述抽真空吸胶包括：

对所述隔气层进行抽真空，热压罐内吸胶温度为75℃，压力为0.17Mpa，吸胶时间为90min。

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