一种复合材料风扇叶片与金属包边的胶接成型方法技术

本发明专利技术涉及一种复合材料风扇叶片与金属包边的胶接成型方法，主要涉及一种复合材料风扇叶片与金属包边的胶接成型方法。本发明专利技术通过对复合材料风扇叶片本体和金属包边分别进行定位控制，然后自适应扭转定位后得到复合材料叶片本体与金属包边的预组合体，再升温固化得到风扇叶片组合体的方法，实现了复杂扭转叶片结构与深V型槽薄壁扭转金属结构的胶接控制，显著提高了复合材料风扇叶片的抗外物冲击性能。能。能。

【技术实现步骤摘要】
一种复合材料风扇叶片与金属包边的胶接成型方法


[0001]本专利技术属于树脂基复合材料成型
，特别是涉及一种复合材料风扇叶片与金属包边的胶接成型方法。

技术介绍

[0002]碳纤维增强树脂基复合材料具有轻质、高比强度、高比模量、抗疲劳断裂性能好、耐腐蚀、便于大面积整体成形等独特的优点，已广泛应用于航空飞行器和发动机结构，成为航空装备的关键材料，其用量也已成为航空装备先进性的标志之一。复合材料风扇叶片是广泛应用于航空发动机的一种具有高精度要求的复合材料制件，复合材料叶片直接影响发动机的气动性能和噪音指标，同时还需要承受高速旋转产生的巨大的离心力、高速气流产生的气动力、叶片振动产生的疲劳载荷以及砂石、飞鸟等外来物的冲击等，对材料性能、成型质量和成型精度具有极高的要求。
[0003]为了保证发动机的安全性，风扇叶片通过抗异物冲击试验是发动机通过考核验证的必要条件，而复合材料风扇叶片本体自身很难承受飞机起飞时飞鸟或异物高速冲击产生的巨大能量(冲击速度可达300公里/小时以上)，常规的办法是在复合材料风扇叶片本体的前缘增加金属包边以提高复合材料风扇叶片的抗冲击能力。
[0004]然而，复合材料风扇叶片本体是一种大扭转变截面复杂曲面结构，而叶片前缘更是发生扭转曲面变形最大的区域，而与之配合的金属包边是一种深V槽型扭转结构件，且自身刚性较强，二者的胶接匹配非常困难。首先，为了保证金属与复材的胶接界面强度，金属包边与复合材料风扇叶片本体的单侧胶层厚度必须控制在0.2mm～0.4mm范围以内，如果金属包边与复合材料风扇叶片本体的单侧胶层厚度超差，会导致界面强度下降无法满足发动机设计强度要求，而异形结构的胶层厚度控制是非常困难的；另外，为了保证胶接后叶片整体的气动外形，对复合材料风扇叶片本体和金属包边的相对位置关系有较高的精度要求，通常为
±
0.2mm，如果复合材料风扇叶片本体和金属包边的相对位置关系发生偏移，则无法满足发动机气动的要求，而复合材料叶片本体和金属包边为自由状态曲面，没有定位基准，相对位置的精度控制也是非常困难的。
[0005]因此，为了使复合材料风扇叶片能够在发动机上应用，需要有一种方法确保复合材料风扇叶片本体和金属包边胶接时的相对位置精度及胶接强度。

技术实现思路

[0006](1)要解决的技术问题
[0007]本专利技术实施例针对复合材料风扇叶片与金属包边两种复杂异型结构，提出一种高精度定位胶接成型的方法。
[0008](2)技术方案
[0009]本专利技术的实施例提出了一种复合材料风扇叶片与金属包边的胶接成型方法，复合材料风扇叶片组合体由复合材料风扇叶片本体和金属包边胶接而成，其特征在于，所述的
成型方法至少包括以下步骤S110～步骤S170：
[0010]步骤S110，将限位球用胶黏结在所述金属包边的尖部和尾部内腔后备用；
[0011]步骤S120，将所述金属包边以其V型槽朝上方可拆卸地固定在专用的包边定位装置上，所述包边定位装置匹配电机后，具有带动所述金属包边实现XY平面0
°
～360
°
的旋转功能，调控所述包边定位装置的角度，使其与复合材料风扇叶片本体的插入角度匹配；
[0012]步骤S130，将纱网包裹在所述复合材料风扇叶片本体的前缘上，然后在纱网上放置胶膜，抽真空定型后备用；
[0013]步骤S140，将所述复合材料风扇叶片本体以其前缘)朝下可拆卸地固定在专用的叶片定位装置上，所述叶片定位装置匹配电机后，具有带动所述复合材料风扇叶片本体实现Z向上下升降功能；
[0014]步骤S150，调节所述叶片定位装置在Z向升降移动，使所述复合材料风扇叶片本体慢慢向下移动靠近所述金属包边，当前缘靠近V型槽时，调控所述包边定位装置开始缓慢旋转，使所述金属包边的V型槽始终与所述复合材料风扇叶片本体的前缘相匹配；
[0015]步骤S160，当所述复合材料风扇叶片本体的前缘即将与放置在所述金属包边中的限位球接触时，通过测量装置对叶片定位装置进行测量监控，当所述复合材料风扇叶片本体在Z向达到理论位置时，所述叶片定位装置的升降移动和所述包边定位装置的旋转均停止，得到复合材料风扇叶片组合体；
[0016]步骤S170，将复合材料风扇叶片组合体，从所述包边定位装置和所述叶片定位装置中取出，依据选取胶膜的固化工艺参数进行固化，得到最终的复合材料风扇叶片。
[0017]进一步地，步骤S110中，所述限位球的直径与复合材料风扇叶片本体和金属包边内缘的孔隙长度一致。
[0018]进一步地，步骤S110中，所述限位球的材质与所述复合材料风扇叶片本体的材质相同。
[0019]进一步地，步骤S120中，所述包边定位装置包括旋转底座、定位槽、包边定位夹片、尖部定位块和榫部定位块，安装金属包边时，拉开全部包边定位夹片，将所述金属包边装在所述定位槽中，将尖部定位块和榫部定位块分别安装在金属包边的前、后侧，拧紧包边定位夹片，将金属包边牢固地固定在包边定位装置上，并调整旋转底座的角度使之与复合材料风扇叶片本体的插入角度匹配。
[0020]进一步地，步骤S130中，所述纱网的材质为玻璃纤维、碳纤维、凯夫拉纤维编织而成的多孔织物，单层厚度为0.2mm～0.25mm。
[0021]进一步地，步骤S140中，所述叶片定位装置包括定位支架、叶尖定位夹片、榫部定位夹片、榫部侧定位旋钮和定位基准，安装复合材料风扇叶片本体时，打开榫部定位夹片和榫部侧定位旋钮，将复合材料风扇叶片本体的榫部放置在定位支架上，拧紧榫部定位夹片和榫部侧定位旋钮，将叶尖定位夹片安装在定位装置上，将复合材料风扇叶片本体牢固地固定在定位装置上。
[0022]进一步地，所述金属包边采用钛合金、镍合金、铝合金的金属加工而成。
[0023]进一步地，所述复合材料风扇叶片本体采用碳纤维、玻璃纤维、凯夫拉纤维的原材料，采用预浸料/热压罐工艺成型或编织/RTM工艺成型。
[0024](3)有益效果
[0025]1、本专利技术通过对复杂扭转曲面变截面的复合材料风扇叶片本体和扭转曲面深V型槽形的金属包边分别采用相应定位装置后，通过各自的定位装置实现了扭转曲面变截面结构的复杂定位基准向简单定位基准的转换，降低了复合材料风扇叶片本体和金属包边定位基准的复杂性；
[0026]2、本专利技术通过各自定位装置的旋转和升降功能实现了复合材料风扇叶片本体和金属包边的相互运动并精确定位，满足了设计的高精度要求；
[0027]3、本专利技术可以实现复杂扭转曲面变截面的复合材料风扇叶片本体和扭转曲面深V型槽形的金属包边的胶层厚度的精度控制，保证了胶接强度并满足设计要求。
[0028]综上所述，本专利技术可以实现两种不同材质的复杂自由扭转曲面风扇叶片结构和深V形包边结构的高精度定位并保证胶接强度，能够满足发动机对复合材料风扇叶片气动外形和抗冲击强度苛刻的要求。
附图说明
[0029]为了更清楚地说明本专利技术本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种复合材料风扇叶片与金属包边的胶接成型方法，复合材料风扇叶片组合体(5)由复合材料风扇叶片本体(1)和金属包边(2)胶接而成，其特征在于，所述的成型方法包括：步骤S110，将复合材料限位球(40)用胶黏结在所述金属包边(2)的尖部和尾部内腔后备用；步骤S120，将所述金属包边(2)以其V型槽(4)朝上方可拆卸地固定在专用的包边定位装置(10)上，所述包边定位装置(10)匹配电机后，具有带动所述金属包边(2)实现XY平面0
°
～360
°
的旋转功能，调控所述包边定位装置(10)的角度，使其与复合材料风扇叶片本体(1)的插入角度匹配；步骤S130，将纱网(50)包裹在所述复合材料风扇叶片本体(1)的前缘(3)上，然后在纱网(50)上放置胶膜(60)，抽真空定型后备用；步骤S140，将所述复合材料风扇叶片本体(1)以其前缘(3)朝下可拆卸地固定在专用的叶片定位装置(20)上，所述叶片定位装置(20)匹配电机后，具有带动所述复合材料风扇叶片本体(1)实现Z向上下升降功能；步骤S150，调节所述叶片定位装置(20)在Z向升降移动，使所述复合材料风扇叶片本体(1)慢慢向下移动靠近所述金属包边(2)，当前缘(3)靠近V型槽(4)时，调控所述包边定位装置(10)开始缓慢旋转，使所述金属包边(2)的V型槽(4)始终与所述复合材料风扇叶片本体(1)的前缘(3)相匹配；步骤S160，当所述复合材料风扇叶片本体(1)的前缘(3)即将与放置在所述金属包边(2)中的限位球(40)接触时，通过测量装置(30)对叶片定位装置(20)进行测量监控，当所述复合材料风扇叶片本体(1)在Z向达到理论位置时，所述叶片定位装置(20)的升降移动和所述包边定位装置(10)的旋转均停止，得到复合材料风扇叶片组合体(5)；步骤S170，将复合材料风扇叶片组合体(5)，从所述包边定位装置(10)和所述叶片定位装置(20)中取出，依据选取胶膜的固化工艺参数进行固化，得到最终的复合材料风扇叶片。2.根据权利要求1所述的复合材料风扇叶片与金属包边的胶接成型方法，其特征在于，步骤S110中，所述限位球(40)的直径与复合材料风...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘强，黄峰，赵龙，马金瑞，
申请(专利权)人：中国航空制造技术研究院，
类型：发明
国别省市：