用于航空发动机风扇叶片的制造方法技术

本公开提供了一种用于航空发动机风扇叶片的制造方法，包括：步骤A：进行镂空金属骨架的外形加工；步骤B：在镂空金属骨架上进行纤维编织或铺缝，得到复合固化核；步骤C：在复合固化核表面铺覆预浸料铺层，调整叶片的叶型和尺寸；步骤D：采用层间加强法，对预浸料铺层的层间以及预浸料铺层和复合固化核间进行强化结合；步骤E：采用热压罐进行二次固化，形成叶片的外壳。本公开制造出的复合材料风扇叶片重量轻，能够经受鸟撞冲击，结构更加坚固，不易出现层间分离的现象，满足航空发动机风扇叶片复材化的严苛要求。

Manufacturing Method for Aeroengine Fan Blade

【技术实现步骤摘要】
用于航空发动机风扇叶片的制造方法
本公开涉及航空发动机风扇领域，尤其涉及一种用于航空发动机风扇叶片的制造方法。
技术介绍
树脂基复合材料宽弦风扇叶片不仅具有先进气动性能和抗振能力，而且可明显减轻结构重量，具有较高推进效率，被越来越广泛地应用于发动机的研制及使用中。国内现有大涵道比风扇叶片的设计及工艺均不成熟，存在抗鸟撞能力差、易分层开裂等不足。基于传统工艺方法制造出的铺带风扇叶片无法满足冲击要求，极易发生分层现象；此外采用整体编织工艺方法制造出的叶片根部强度不足，容易发生根部断裂。现有技术中叶片的叶身整体结构为田字形框架，基于田字形框架来形成复合叶片叶身，在叶身的加工中未考虑到喷砂/毛化等增加树脂和金属结合力的工艺方式，所形成的叶片也未采用Z-PIN等方法，有可能存在层间错层的风险，其叶片的抗冲击性能和抗分层性能会比较低。另一种通过使用网状包覆层对复合材料风扇叶片进行包覆增强的制备技术。该专利中的结构主要是通过在叶片的本体的至少一部分表面包覆至少一部分的金属包覆层，用以增强叶片的抗冲击和抗分层性能，该种制造工艺方法可能存在的影响包括：在高速转动时金属网所带来的额外离心载荷通过复合材料层最终作用于复材叶根处，额外增加了复材叶片的载荷。现有技术中还提供有叶片全部采用增材制造打印而成，其叶片在叶面处全部为增材制造的金属材料，而未考虑采用树脂基复合材料作为最终叶片的成形材料，未在叶片表面设计并制造减重结构，可能无法达到最佳的减重效果。另一种包括多个插入件区段的混合涡轮叶片及工艺，风扇叶片在至少一个弦向区间内，沿着厚度方向上由不同的材料铺叠构成，层与层间是通过胶结固化，该种工艺成形方法的强度可能不如以中间金属骨架为唯一的承力和传力单元来抵御飞鸟等的效果更好，且加工的难度可能更高，整体工艺方法可能更加复杂。
技术实现思路
(一)要解决的技术问题本公开提供了一种用于航空发动机风扇叶片的制造方法，以至少部分解决以上所提出的技术问题。(二)技术方案根据本公开的一个方面，提供了一种用于航空发动机风扇叶片的制造方法，包括：步骤A：进行镂空金属骨架的外形加工；步骤B：在镂空金属骨架上进行纤维编织或铺缝，得到复合固化核；步骤C：在复合固化核表面铺覆预浸料铺层，调整叶片的叶型和尺寸；步骤D：在预浸料铺层的层间以及预浸料铺层和复合固化核间设置层间加强装置，进行强化结合；步骤E：采用热压罐进行二次固化，形成叶片的外壳。在本公开的一些实施例中，所述步骤E后还包括：步骤F：在叶片的外壳边缘设置金属包边。在本公开的一些实施例中，所述步骤A包括：子步骤A1：通过机械加工或3D打印进行加工，得到金属骨架；子步骤A2：在金属骨架上，通过采用机械加工或电化学加工，得到镂空金属骨架；子步骤A3：对镂空金属骨架进行表面喷砂或毛化处理。在本公开的一些实施例中，所述步骤A包括：子步骤A1：通过3D打印进行加工，得到镂空金属骨架；子步骤A2：对镂空金属骨架进行表面喷砂或毛化处理。在本公开的一些实施例中，所述步骤B中包括：子步骤B1：将复合材料分别基于镂空金属骨架上叶盆和叶背两个曲面上的镂空部分进行铺缝；子步骤B2：进行树脂固化或RTM处理后得到复合固化核。在本公开的一些实施例中，所述步骤F还包括对金属包边进行仿形加工。在本公开的一些实施例中，步骤C中预浸料铺层由叶片的榫根到叶片的叶顶沿叶片径向进行包裹缠绕。在本公开的一些实施例中，步骤D中层间加强装置，选用Z-Pin层间加强材料。在本公开的一些实施例中，所述镂空金属骨架为双箭头型或鱼刺型。(三)有益效果从上述技术方案可以看出，本公开用于航空发动机风扇叶片的制造方法至少具有以下有益效果其中之一或其中一部分：(1)镂空金属骨架的结构便于复合固化核的固定，同时有效降低骨架自重。(2)层间加强装置分布在叶片中，利于保证叶片满足强度要求。(3)金属包边的结构利于强化叶片前缘的强度，避免鸟撞引起的前缘开裂和分层现象的出现。附图说明图1为本公开实施例用于航空发动机风扇叶片的制造方法的方框图。图2a为本公开实施例制造的叶片用于航空发动机风扇叶片结构示意图。图2b为图2a的A-A剖面示意图。图3a为本公开实施例制造的叶片用于航空发动机风扇叶片叶型结构示意图。图3b为图3a的B-B剖面示意图。图4为本公开实施例制造的叶片用于航空发动机风扇叶片镂空金属骨架结构示意图。图5a为本公开实施例制造的叶片用于航空发动机风扇叶片复合固化核结构示意图。图5b为图5a的C-C剖面示意图。【附图中本公开实施例主要元件符号说明】1-预浸料铺层；2-复合固化核；3-镂空金属骨架；4-层间加强装置；5-金属包边。具体实施方式本公开提供了一种用于航空发动机风扇叶片的制造方法，包括：步骤A：进行镂空金属骨架的外形加工；步骤B：在镂空金属骨架上进行纤维编织或铺缝，得到复合固化核；步骤C：在复合固化核表面铺覆预浸料铺层，调整叶片的叶型和尺寸；步骤D：采用层间加强法，对预浸料铺层的层间以及预浸料铺层和复合固化核间进行强化结合；步骤E：采用热压罐进行二次固化，形成叶片的外壳。本公开制造出的复合材料风扇叶片重量轻，能够经受鸟撞冲击，结构更加坚固，不易出现层间分离的现象，满足航空发动机风扇叶片复材化的严苛要求。为使本公开的目的、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，对本公开进一步详细说明。本公开某些实施例于后方将参照所附附图做更全面性地描述，其中一些但并非全部的实施例将被示出。实际上，本公开的各种实施例可以许多不同形式实现，而不应被解释为限于此数所阐述的实施例；相对地，提供这些实施例使得本公开满足适用的法律要求。在本公开的第一个示例性实施例中，提供了一种用于航空发动机风扇叶片的制造方法。图1为本公开实施例用于航空发动机风扇叶片的制造方法的方框图。如图1所示，本公开用于航空发动机风扇叶片的制造方法，包括：步骤A：进行镂空金属骨架的外形加工。步骤B：在镂空金属骨架上进行纤维编织或铺缝，得到复合固化核。步骤C：在复合固化核表面铺覆预浸料铺层，调整叶片的叶型和尺寸。具体的，预浸料铺层由叶片的榫根到叶片的叶顶沿叶片径向进行包裹缠绕。需要注意的是，包裹和缠绕需要保证材料的连续，能够最大限度降低风扇叶片的变形，使得叶片的镂空金属骨架和内部复合材料的变形接近，减小层间应力的大小。步骤D：在预浸料铺层的层间以及预浸料铺层和复合固化核间设置层间加强装置，进行强化结合。具体可以选用Z-Pin层间加强材料。步骤E：采用热压罐进行二次固化，形成叶片的外壳。步骤F：在叶片的外壳边缘设置金属包边，并对金属包边进行仿形加工。所述步骤A在一些实施例中，包括：子步骤A1：通过机械加工或3D打印进行加工，得到金属骨架；子步骤A2：在金属骨架上，通过采用机械加工或电化学加工，得到镂空金属骨架；子步骤A3：对镂空金属骨架进行表面喷砂或毛化处理。所述步骤A在另一些实施例中，包括：子步骤A1：通过3D打印进行加工，得到镂空金属骨架；子步骤A2：对镂空金属骨架进行表面喷砂或毛化处理。所述步骤B中包括：子步骤B1：将复合材料分别基于镂空金属骨架上叶盆和叶背两个曲面上的镂空部分进行铺缝，使得复合固化核2的编织结构紧紧依附在镂空金属骨架3上，形成金属-纤维复合编织体。子步骤B2：进行树脂本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于航空发动机风扇叶片的制造方法，其中，包括：步骤A：进行镂空金属骨架的外形加工；步骤B：在镂空金属骨架上进行纤维编织或铺缝，得到复合固化核；步骤C：在复合固化核表面铺覆预浸料铺层，调整叶片的叶型和尺寸；步骤D：在预浸料铺层的层间以及预浸料铺层和复合固化核间设置层间加强装置，进行强化结合；步骤E：采用热压罐进行二次固化，形成叶片的外壳。

【技术特征摘要】
1.一种用于航空发动机风扇叶片的制造方法，其中，包括：步骤A：进行镂空金属骨架的外形加工；步骤B：在镂空金属骨架上进行纤维编织或铺缝，得到复合固化核；步骤C：在复合固化核表面铺覆预浸料铺层，调整叶片的叶型和尺寸；步骤D：在预浸料铺层的层间以及预浸料铺层和复合固化核间设置层间加强装置，进行强化结合；步骤E：采用热压罐进行二次固化，形成叶片的外壳。2.根据权利要求1所述的用于航空发动机风扇叶片的制造方法，其中，所述步骤E后还包括：步骤F：在叶片的外壳边缘设置金属包边。3.根据权利要求1所述的用于航空发动机风扇叶片的制造方法，其中，所述步骤A包括：子步骤A1：通过机械加工或3D打印进行加工，得到金属骨架；子步骤A2：在金属骨架上，通过采用机械加工或电化学加工，得到镂空金属骨架；子步骤A3：对镂空金属骨架进行表面喷砂或毛化处理。4.根据权利要求1所述的用于航空发动机风扇叶片的制造方法，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑会龙，康振亚，姚俊，杨肖芳，赵世迁，张谭，
申请(专利权)人：中国科学院工程热物理研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11