一种制造航空发动机复合材料风扇叶身特征件的工装制造技术

本发明专利技术涉及一种制造航空发动机复合材料风扇叶身特征件的工装，包括工装主体和对接部件，所述工装主体包括工装型面和工装支撑框架，所述工装型面的中心部分为零件铺覆区，余量区设置在零件铺覆区外围，所述工装型面设置在所述工装支撑框架的上表面。本发明专利技术能够实现自动铺丝工艺在复合材料风扇叶身制造上的应用，提高了制造效率和零件轮廓精度，可以推动实现复合材料风扇叶身制造工艺的自动化。实现复合材料风扇叶身制造工艺的自动化。实现复合材料风扇叶身制造工艺的自动化。

【技术实现步骤摘要】
一种制造航空发动机复合材料风扇叶身特征件的工装


[0001]本专利技术属于航空发动机制造领域，具体涉及一种制造航空发动机复合材料风扇叶身特征件的工装，可用于自动铺丝工艺进行复合材料风扇叶身特征件的铺层，以及热压罐固化工艺前的真空袋、辅助材料的组合和粘贴，并跟随零件在热压罐中进行固化处理，最终实现复合材料叶身的初步制造。

技术介绍

[0002]航空发动机是飞机的心脏式部件，为飞机提供飞行所需的动力，是飞机可靠性、耐用性和经济性的决定性部件。据统计，风扇段质量约占发动机总质量的30％～35％，减小风扇段质量是减小发动机整体质量和提高发动机效率的关键手段。故为了满足航空发动机高推重比、低耗油率、轻量化等性能要求，拥有高比强度、热膨胀系数小、易于成型等等优点的碳纤维增强树脂基复合材料已经逐渐成为代替钛合金成为制造航空发动机风扇叶片的理想材料。
[0003]现有碳纤维增强树脂基复合材料航空发动机风扇叶片的制造技术中，常用预浸料手工铺层后热压罐或模压成形。但由于手工作业铺层定位依据激光投影系统和肉眼判定，且需要用手动压实并每铺一定层数需要抽真空压实处理，易导致最后零件的外形和厚度与设计尺寸产生偏差。
[0004]目前国内现有类似复合材料风扇叶片成形工装有以下问题：
[0005]1、设计上只面向手工铺层/热压罐成形工艺；
[0006]2、无法直接与自动铺丝机定位装置进行对接；
[0007]3、如直接使用现有型号自动铺丝机在型面上进行铺放，其下凹区域易与铺丝头发生干涉；
[0008]4、型面上无用于自动铺丝机定位的相关设计，总体上来说无法适用于自动铺丝工艺进行风扇叶片的铺放。
[0009]而近年来逐渐发展起来的自动铺丝技术(AFP)凭借高效的、自动化的铺放作业流程，开始在复材零件制造工艺中广泛应用。
[0010]故针对目前国内现有类似工装的以上不足，基于对自动铺丝机对接装置装配尺寸要求、铺丝头外形特点与自动铺丝工艺流程的理解，设计出一种面向自动铺丝工艺的航空发动机复合材料风扇叶身样件成形工装，用于评价工装制造的工艺可行性与自动铺丝工艺制造复材叶片的结构完整性，对实现复合材料风扇叶片叶身的制造自动化具有重要意义。

技术实现思路

[0011]本专利技术的目的是针对现有复合材料风扇叶片成形工装无法直接应用到自动铺丝工艺上的问题，设计了一套面向自动铺丝机的工装，并使工装接口的设计尺寸与自动铺丝机的尺寸相互配合，同时工装型面与铺丝头不会发生干涉且设置有自动铺丝机定位的相关设计，从而可以使用自动铺丝/热压罐工艺制造叶片叶身特征件，评价自动铺丝制造的工艺
可行性和复材叶身结构完整性。
[0012]本专利技术中的叶片叶身特征件工装，为了确保工装与自动铺丝机的尺寸相互配合，应具有以下特点：
[0013]1)该工装采用金属框架式结构。
[0014]2)该工装的型面为全区域外凸式的阳模，且不同曲面之间采用切线连续进行连接，最大程度上避免了自动铺丝机的铺丝头尺寸过大导致与工装型面干涉的问题。
[0015]3)该工装的型面上设计有靶标球插孔，可用于插放靶标球，专用于自动铺丝机进行工装定位且接口部件可与自动铺丝机的直接配合。
[0016]4)该工装设计有150
‑
300mm的余量区，用于铺放需要后续数控加工的铺丝余量，同时用于真空袋的粘贴。
[0017]5)该工装也可用于进行手工铺放作业，以进行手工铺放工艺和自动铺丝工艺的零件质量对比。
[0018]根据上述思路，本专利技术提供一种制造航空发动机复合材料风扇叶身特征件的工装，包括面向自动铺丝工艺的工装主体和对接部件，所述工装主体的左右两侧分别连接一个对接部件，两个所述对接部件共同用于将工装整体架设在自动铺丝机上；所述工装主体包括工装型面和工装支撑框架，所述工装型面的中心部分为零件铺覆区，余量区设置在零件铺覆区外围，所述工装型面设置在所述工装支撑框架的上表面。
[0019]进一步的，所述工装型面为全区域外凸式的阳模，且不同曲面之间采用切线连续进行连接。
[0020]进一步的，所述工装支撑框架包括一个由钢板组成的组合件和一个底板，所述组合件设置在底板上；所述组合件为栅格式结构，由多块带孔支撑钢板通过十字交叉榫卯装配组成，其顶部设置成与工装型面的曲面形状相适应的形状。
[0021]其中，为了使工装与零件预制体在热压罐环境中拥有良好的传热效率和温度分布均匀度，且受热后变形小，工装主体采用金属框架式设计，材料为殷瓦钢(InVar钢)。
[0022]进一步的，所述带孔支撑钢板与工装型面相连接的顶部附近设置有顶部散热孔，带孔支撑钢板的侧面设置有侧面散热孔。
[0023]进一步的，所述工装型面的边缘均匀分布有多个靶标球插孔，用于装配铺丝机定位使用的靶标球。
[0024]进一步的，所述对接部件的主体一端设置有法兰固定圆盘、定位卡槽和定位配件，多个所述定位卡槽呈辐射状态均匀设置在所述法兰固定圆盘上，所述定位配件设置在所述定位卡槽内。定位配件用于用于在定位卡槽起到定位作用，并用于将所述对接部件设置到自动铺丝机上。
[0025]进一步的，所述定位配件(2
‑
3)包括中心部分和四个定位滑块，所述中心部分用于定位到自动铺丝机定位装置的法兰盘中心位置，所述四个定位滑块与所述中心部分上的周向槽、所述定位卡槽(2
‑
2)配合实现所述法兰固定圆盘(2
‑
1)的周向定位。
[0026]可选的，所述对接部件的主体上设置有增强主体与法兰固定圆盘连接强度的筋板，所述筋板上设置有用于连接第一吊环的吊环挂孔。第一吊环用于将上述工装吊装到自动铺丝机上。
[0027]进一步的，所述对接部件的主体另一端设置有用于连接所述工装主体的法兰固定
板，在所述法兰固定板上连接有吊装柱，吊装柱上设置有用于插入圆形吊环的吊环插孔。圆形吊环用于将上述工装吊装到自动铺丝机上。
[0028]本专利技术的有益效果：
[0029]本专利技术为一种制造航空发动机复合材料风扇叶身特征件的工装，与现有技术相比，
[0030]1、通过在工装主体两侧设置对接部件，与自动铺丝机定位装置之间利用定位卡槽和定位配件进行装配位置定位，然后使用螺栓进行法兰固定连接，能够将工装方便地架设在自动铺丝机上，使得航空发动机复合材料风扇叶身特征件能够实现自动铺丝；
[0031]2、基于叶片特征件压力面曲面进行工装型面的设计，并通过合理的边缘曲线设计、曲面连接设计处理，保证工装型面为全区域外凸式的阳模，避免了工装型面与铺丝头发生干涉；
[0032]3、在工装型面上设置多个靶标球插孔以用于装配铺丝机定位使用的靶标球，能够实现工装型面在自动铺丝机上的定位；
[0033]4、工装支撑框架为栅格式结构，设置有顶部散热孔和侧面散热孔，可使工装与零件预制体在热压罐环境中拥有良好的传热效率和温度分布均匀度，且受热后变形小。8块带孔支撑钢板相互十字交叉本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种制造航空发动机复合材料风扇叶身特征件的工装，其特征在于，包括工装主体(1)和对接部件(2)，所述工装主体(1)的左右两侧分别连接一个对接部件(2)，两个所述对接部件(2)共同用于将工装整体架设在自动铺丝机上；所述工装主体(1)包括工装型面(1
‑
1)和工装支撑框架(1
‑
5)，所述工装型面(1
‑
1)的中心部分为零件铺覆区(1
‑
2)，余量区(1
‑
3)设置在零件铺覆区(1
‑
2)外围，所述工装型面(1
‑
1)设置在所述工装支撑框架(1
‑
5)的上表面。2.如权利要求1所述的制造航空发动机复合材料风扇叶身特征件的工装，其特征在于，所述工装型面(1
‑
1)为全区域外凸式的阳模，且不同曲面之间采用切线连续进行连接。3.如权利要求2所述的制造航空发动机复合材料风扇叶身特征件的工装，其特征在于，所述工装支撑框架(1
‑
5)包括一个由钢板组成的组合件和一个底板(1
‑
9)，所述组合件设置在底板(1
‑
9)上；所述组合件为栅格式结构，由多块带孔支撑钢板(1
‑
8)通过十字交叉榫卯装配组成，其顶部设置成与工装型面(1
‑
1)的曲面形状相适应的形状。4.如权利要求3所述的制造航空发动机复合材料风扇叶身特征件的工装，其特征在于，所述带孔支撑钢板(1
‑
8)与工装型面(1
‑
1)相连接的顶部附近设置有顶部散热孔(1
‑
11)，带孔支撑钢板(1
‑
8)的侧面设置有侧面散热孔(1
‑
10)。5.如权利要求4所述的制造航空发动机复合材料风扇叶身特征件的工装，其特征在于，所述带孔支撑钢板(1
‑
8)为...

【专利技术属性】
技术研发人员：李小强，周何，李东升，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：