风扇叶片及其制备方法技术

本发明专利技术提供风扇叶片及其制备方法，该风扇叶片的榫头承载能力得到提高，该风扇叶片包括叶片本体和榫头，其中，所述榫头包括榫头芯部和包覆层，所述榫头芯部的外部由所述包覆层包覆，所述榫头芯部为金属材料，所述包覆层和所述叶片本体由连续的纤维增强树脂基复合材料构成。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及风扇叶片及其制备方法，尤其涉及适合于航空发动机的风扇叶片及其制备方法。
技术介绍
树脂基复合材料风扇叶片是实现航空发动机减重增效的重要技术手段，但目前的树脂基复合材料风扇叶片多为直榫头结构，叶身与榫头均为树脂基复合材料。若将直榫头改为圆弧榫头结构，就可以有效增加榫头与榫槽的实际接触面积，改善叶片榫头受载状况，提升叶片性能。但由于树脂基复合材料的抗压能力较弱，导致树脂基复合材料风扇叶片的榫头承载能力较差。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种风扇叶片，其榫头承载能力得到提高。本专利技术的另一目的在于提供一种风扇叶片的制备方法。一种风扇叶片，包括叶片本体和榫头，其中，所述榫头包括榫头芯部和包覆层，所述榫头芯部的外部由所述包覆层包覆，所述榫头芯部为金属材料，所述包覆层和所述叶片本体由连续的纤维增强树脂基复合材料构成。优选地，在所述的风扇叶片中，所述榫头芯部的横截面的角部为圆弧结构。优选地，在所述的风扇叶片中，所述榫头的芯部外侧具有与便于所述包覆层的纤维纱线缠绕的凹槽。优选地，在所述的风扇叶片中，所述榫头的芯部外侧具有适合于所述包覆层的纤维纱线缠绕的粗糙度。一种风扇叶片的制备方法包括：步骤一，提供榫头芯部，所述榫头芯部为金属材料；步骤二，在织机上织造所述叶片本体的纤维预制体，在织造过程中在织机的纱架上预留足够长度的纤维纱线，以保证有足够长度的纤维纱线用于对所述榫头芯部缠绕包覆；步骤三，暂停织造，将所述榫头芯部固定在所述织机的工作台上的支撑架上，然后在榫头区域织造出包覆所述榫头芯部外侧的包覆层的预制体；以及步骤四，获得织造成型的整个风扇叶片的预制体，通过复合树脂材料的成型工艺获得纤维增强树脂基复合材料叶片。优选地，在所述步骤三中，在所述工作台上启用一个开口装置、引纬装置，在所述支撑架左右两侧各启用一个打纬装置，通过控制所述开口装置将经纱上下拉起，同时控制引纬装置开始运动，在所述榫头芯部的两侧引入纬纱，随后控制打纬装置开始动作，将所述纬纱与所述榫头芯部打紧，从而在榫头区域形成所述包覆层的预制体。优选地，在所述步骤一中，所述榫头的芯部外侧具有与便于所述包覆层的纤维纱线缠绕的凹槽。优选地，在所述步骤一中，所述榫头的芯部外侧具有适合于所述包覆层的纤维纱线缠绕的粗糙度。优选地，在所述步骤三中，所述榫头芯部的横截面的角部为圆弧结构。优选地，在所述步骤四中，将风扇叶片的预制体采用预加应力的方式进行预扭转，以保证其结构形状与RTM成型模具有效贴合，并满足RTM成型工艺的要求，将经过预扭转的风扇叶片的预制体放入RTM成型模具，通过RTM成型工艺得到所述纤维增强树脂基复合材料叶片。根据本专利技术的风扇叶片，其叶片本体为高性能的纤维增强树脂基复合材料，榫头芯部为金属材料，包覆层为包括与叶片本体的一样的纤维增强材料对榫头芯部进行编织的纤维增强树脂基复合材料，因此风扇叶片充分利用金属材料与复合材料的各自优点，该风扇叶片在大幅降低风扇叶片重量的同时，还可以有效保证叶片榫头部位的承载能力。根据本专利技术的方法充分利用金属材料与复合材料的各自优点，解决了金属材料与树脂基复合材料连接问题，保证叶片本体与榫头的结构连续性，克服了传统胶接工艺和焊接工艺异种材料界面强度不足的问题。附图说明本专利技术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为根据本专利技术的一实施例中风扇叶片的示意图；图2为显示出图1中风扇叶片的榫头芯部的示意图；图3为图1中榫头芯部的示意图；图4为织造风扇叶片的包覆层的示意图；图5为风扇叶片的预制体的示意图；图6为图4中对应榫头部分的装置的放大示意图；图7为榫头芯部织造结构的横截面的示意图。具体实施方式下面结合具体实施例和附图对本专利技术作进一步说明，在以下的描述中阐述了更多的细节以便于充分理解本专利技术，但是本专利技术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专利技术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例的内容限制本专利技术的保护范围。图1从整体显示了风扇叶片的构造，图2显示了榫头从叶片本体分离的分解示意图。需要注意的是，这些以及后续其他的附图均仅作为示例，其并非是按照等比例的条件绘制的，并且不应该以此作为对本专利技术实际要求的保护范围构成限制。如图1、图2所示，风扇叶片10包括叶片本体15和榫头20，叶片本体15可以是宽弦结构，榫头20包括榫头芯部25和包覆层30，榫头20可以是截面角部呈圆弧形的结构，榫头芯部25为金属材料，包覆层30、叶片本体15为一样的纤维增强树脂基复合材料，榫头芯部25的外部由包覆层30包覆，前述纤维增强树脂基复合材料是由织造成型的纤维预制体构成的增强材料与树脂材料复合而成，包覆层30的纤维预制体与叶片本体15的碳纤维预制体之间的纤维经纱连续。所述增强材料可以是碳纤维织物或玻璃纤维织物。所述树脂材料可以是不饱和聚酯树脂。纤维增强树脂基复合材料的成型方法可以是RTM成型工艺(树脂传递模塑成型工艺)。榫头芯部25可以是钛合金。如后所述，叶片本体15与包覆层30可以在一次性织造过程完成，二者的增强材料的纤维经纱连续。榫头20的横截面的角部为圆弧结构，以增加榫头20在安装时榫槽的实际接触面积。由于风扇叶片10的叶片本体15为高性能的纤维增强树脂基复合材料，榫头芯部25为截面角部呈圆弧形结构的金属材料，包覆层30为包括与叶片本体15的一样的纤维增强材料对榫头芯部25进行编织的纤维增强树脂基复合材料，因此风扇叶片充分利用金属材料与复合材料的各自优点。具有前述混合结构的风扇叶片10，在大幅降低风扇叶片重量的同时，还可以有效保证叶片榫头部位的承载能力，对航空发动机减重增效具有非常重要的工程应用价值。如图3所示，榫头芯部25的外侧具有与便于包覆层30的纤维纱线缠绕的凹槽35，凹槽35大致与纤维纱线的缠绕方向一致，凹槽35可以增强榫头芯部25与包覆层30之间的连接可靠性。在优选的实施例中，在榫头芯部25的金属外表面40提供适合于包覆层30的纤维纱线缠绕的粗糙度，例如采用不低于120目的氧化铝球进行喷砂处理，以保证金属外表面40清洁，同时初步具备一定的粗糙度。在优选的实施例中，金属外表面40的表面粗糙度控制在6.3微米以上，以保证榫头芯部与外层包覆层30之间有足够的摩擦力，榫头芯部25的凹槽35深度控制在0.5～1mm之间，宽度控制在1～2mm之间，凹槽35的表面粗糙度也控制在至少6.3以上。同时结合图4至图7，根据本专利技术的一实施例中，风扇叶片的制备方法包括：步骤一，提供榫头芯部25，榫头芯部25为金属材料，优选为钛合金材料，榫头芯部25的加工方法可以先锻造出坯体，再对坯体机械加工，随后采用相应的热处理来提高榫头芯部25的硬度同时消除可能产生的加工变形，然后还可以对榫头芯部25进行表面处理，表面处理包括喷砂处理，以获得合适的粗糙度。该方法还包括步骤二，如图4所示，在织机上织造叶片本体15的纤维预制体，在织造过程中在织机的纱架45上预留足够长度的纤维纱线，以保证有足够长度的纤维纱线用于对榫头芯部25缠绕包覆，织机可以选择三维织机进行三维编织，或者二维织机进行三维编织，图4仅示意性地示出了织机的基本构造，其包括本文档来自技高网...

【技术保护点】
风扇叶片，包括叶片本体和榫头，其特征在于，所述榫头包括榫头芯部和包覆层，所述榫头芯部的外部由所述包覆层包覆，所述榫头芯部为金属材料，所述包覆层和所述叶片本体由连续的纤维增强树脂基复合材料构成。

【技术特征摘要】
1.风扇叶片，包括叶片本体和榫头，其特征在于，所述榫头包括榫头芯部和包覆层，所述榫头芯部的外部由所述包覆层包覆，所述榫头芯部为金属材料，所述包覆层和所述叶片本体由连续的纤维增强树脂基复合材料构成。2.如权利要求1所述的风扇叶片，其特征在于，所述榫头芯部的横截面的角部为圆弧结构。3.如权利要求1所述的风扇叶片，其特征在于，所述榫头的芯部外侧具有与便于所述包覆层的纤维纱线缠绕的凹槽。4.如权利要求1所述的风扇叶片，其特征在于，所述榫头的芯部外侧具有适合于所述包覆层的纤维纱线缠绕的粗糙度。5.风扇叶片的制备方法，该风扇叶片包括叶片本体和榫头，其特征在于，包括步骤一，提供榫头芯部，所述榫头芯部为金属材料；步骤二，在织机上织造所述叶片本体的纤维预制体，在织造过程中在织机的纱架上预留足够长度的纤维纱线，以保证有足够长度的纤维纱线用于对所述榫头芯部缠绕包覆；步骤三，暂停织造，将所述榫头芯部固定在所述织机的工作台上的支撑架上，然后在榫头区域织造出包覆所述榫头芯部外侧的包覆层的预制体；步骤四，获得织造成型的整个风扇叶片的预制体，通过复合树脂材料的成型工艺获得纤维增强树脂基复合...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈巍，
申请(专利权)人：中航商用航空发动机有限责任公司，
类型：发明
国别省市：上海;31