本发明专利技术涉及一种陶瓷基复合材料涡轮外环预制体、定型模具及其使用方法，克服陶瓷基复合材料涡轮外环纤维预制体设计难度大、纤维预制体贴模均匀性差以及脱模时对纤维预制体的保护性低的缺点，预制体包括欧米伽型盖板预制体、弧形管段预制体和弧形板预制体；这种结构设计方案不仅有利于减少预制体数量，降低预制体定型难度，同时大大提高了贴模均匀性以及各预制体件间的结合强度。定型模具包括外模模具及内模模具。采用对开合模的形式对预制体外部轮廓进行定型，构件的矩形回转腔体则通过内模模具进行定型。在简化定型模具结构，对纤维预制体的保护性较高的同时，也大大提高了模具合模、脱模效率，降低了定型难度。降低了定型难度。降低了定型难度。
【技术实现步骤摘要】
陶瓷基复合材料涡轮外环预制体、定型模具及其使用方法
[0001]本专利技术涉及一种陶瓷基复合材料涡轮外环，尤其指一种陶瓷基涡轮外环预制体的结构形式；本专利技术还涉及上述陶瓷基复合材料涡轮外环预制体的高温定型模具及模具的使用方法。本专利技术属于航空发动机涡轮部件的结构
技术介绍
[0002]涡轮外环(也称涡轮罩环)是涡轮静子的主要结构件，其主要作用是组成涡轮部件的高温燃气通道。随着先进航空发动机的不断发展，对涡轮外环构件提出了耐更高温度、更长寿命、更轻质的需求。
[0003]目前，陶瓷基复合材料作为一种具有低密度、耐高温、抗氧化、耐腐蚀、高韧性、高刚度等各种材料优点的热结构功能一体化材料，被国际公认为是发展先进发动机高温部件最具潜力的材料之一。其综合性能指标能够很好地满足高性能涡轮外环构件的使用要求，并逐步取代传统镍基和钴基高温合金成为制备涡轮外环的首选材料。
[0004]陶瓷基复合材料构件的结构及其纤维预制体具有一体化的设计特点，纤维作为复合材料的增强体，是其主要承力相，纤维预制体结构与性能极大影响着复合材料及构件的性能。采用陶瓷基复合材料制备涡轮外环构件时，第一个工艺流程是纤维预制体的结构设计。陶瓷基复合材料具有很强的可设计性特征，一般纤维预制体结构分为1D、2D、2.5D和3D及组合连接结构，其中2D碳纤维布或碳化硅纤维布或氧化铝纤维布预制体结构最为简单，工艺可实现性好，适合成型薄壁零件，但对于成型复杂结构、厚度尺寸大的构件难度较大。第二个工艺流程就是纤维预制体的定型。纤维预制体的定型是通过定型模具的合模操作实现对多层碳纤维布或碳化硅纤维布或氧化铝纤维布在预定刚性曲面上的贴合和压紧。然而，因陶瓷基涡轮外环的预制体结构形式不同，定型模具的结构也均不相同。且定型过程中易发生贴模率低、夹持力不均匀、脱模困难等问题，导致最终产品存在分层、孔隙缺陷和型面尺寸超差，从而影响构件的结构强度。因此，需要从预制体结构设计、定型模具设计和模具使用的角度进行技术优化，保证涡轮外环构件定型的工艺性和便捷性。
[0005]陶瓷基复合材料涡轮外环预制体结构和定型模具的设计难点在于使用碳纤维布或碳化硅纤维布或氧化铝纤维布制备具有特定结构形式涡轮外环时的预制体结构设计，以及纤维预制体贴模均匀性差以及脱模时对纤维预制体的保护性低。
技术实现思路
[0006]为了克服陶瓷基复合材料涡轮外环纤维预制体设计难度大、纤维预制体贴模均匀性差以及脱模时对纤维预制体的保护性低的缺点，本专利技术提出一种陶瓷基复合材料涡轮外环的预制体、模具及模具的使用方法。采用该方法可以实现对具有所述结构特征涡轮外环预制体的制备和定型。
[0007]本专利技术的技术方案是提供一种陶瓷基复合材料涡轮外环的预制体，其特殊之处在于：包括涡轮外环主体预制体和填充件预制体；
[0008]上述涡轮外环主体预制体包括弧形板预制体、弧形管段预制体和欧米伽型盖板预制体；
[0009]上述弧形板预制体呈弧板形，其内表面为涡轮外环的内表面；
[0010]上述弧形管段预制体的底面及顶面呈弧板形，位于弧形板预制体的外表面，与弧形板预制体同心，形成涡轮外环腔体型面；
[0011]上述欧米伽型盖板预制体沿涡轮外环的径向截面为欧米伽型，包括两边的翻边及中部形成的空腔；上述空腔形状与弧形管段预制体的外形相适配；上述欧米伽型盖板预制体铺设在弧形板预制体与弧形管段预制体上，用于连接弧形管段预制体和弧形板预制体，作为涡轮外环构件的外表面；其中，欧米伽型盖板预制体的翻边与弧形板预制体裸露外表面接触，欧米伽型盖板预制体的空腔内壁面与弧形管段预制体外表面接触；
[0012]上述填充件预制体填充在欧米伽型盖板预制体、弧形管段预制体及弧形板预制体之间形成的间隙中。
[0013]进一步地，弧形管段预制体周向截面为矩形。
[0014]进一步地，涡轮外环主体预制体和填充件预制体均可采用2D碳纤维布或碳化硅纤维布或氧化铝纤维布进行制备。
[0015]本专利技术还提供一种上述陶瓷基复合材料涡轮外环预制体的定型模具，其特殊之处在于：包括外模模具、内模模具和定位销；
[0016]上述外模模具包括第一外模模具和第二外模模具；
[0017]上述第一外模模具的内表面为使用型面，其面型与欧米伽型盖板外表面相适配；在第一外模模具上开设缝制孔并在非使用型面位置处开设定位销孔；定型时，利用定位销与第二外模模具紧固，与预制体上表面和侧面的贴合和压紧；
[0018]上述第二外模模具的上表面为使用型面，其面型与弧形板预制体内表面相适配；在第二外模模具上开设缝制孔并在非使用型面位置处开设定位销孔；定型时，利用定位销与第一外模模具紧固，与预制体下表面的贴合和压紧；
[0019]上述内模模具的外表面为使用型面，其面型与弧形管段预制体内表面相适配；在内模模具上开设缝制孔并在非使用型面位置处开设定位销孔；定型时，利用定位销与第二外模模具紧固，用于成型弧形管段预制体。
[0020]进一步地，上述陶瓷基复合材料涡轮外环预制体的定型模具还包括加强框和楔块，利用加强框和楔块对第一外模模具与第二外模模具进行压紧、固定。
[0021]进一步地，上述外模模具、内模模具、定位销、加强框和楔块均可采用高温材料制备，如电极石墨、高纯石墨等。
[0022]本专利技术还提供一种上述陶瓷基复合材料涡轮外环预制体的定型模具的使用方法，其特殊之处在于，包括以下步骤：
[0023]步骤1、将第二外模模具固定到操作台上，防止工件在后续操作过程中发生转动和平移。
[0024]步骤2、在第二外模模具使用型面从下至上依次铺设1层1K碳布及设定层数的碳纤维布或碳化硅纤维布或氧化铝纤维布作为弧形板预制体，局部进行简单缝制；
[0025]步骤3、在内模模具上缠绕一定层数的碳纤维布或碳化硅纤维布或氧化铝纤维布作为弧形管段预制体，通过内模模具上的缝制孔进行局部的简单缝制；
[0026]步骤4、将内模模具与第二外模模具进行组装，并通过第一定位销安装、定位；
[0027]步骤5、在弧形板预制体与弧形管段预制体夹角位置铺垫填充件预制体；
[0028]步骤6、在第一外模模具使用型面依次铺设1层1K碳布及设定层数的碳纤维布或碳化硅纤维布或氧化铝纤维布作为欧米伽型盖板预制体，通过模具上的缝制孔进行局部的简单缝制；
[0029]步骤7、将第一外模模具安装固定到第二外模模具上，并通过第二定位销进行安装、定位，内模模具位于第一外模模具的空腔部位；
[0030]步骤8、通过模具上的缝制孔对所有预制体进行整体缝制；
[0031]步骤9、使用加强框和楔块对第一外模模具与第二外模模具进行压紧、固定。
[0032]本专利技术所具有的优点和有益效果是：
[0033]第一，本专利技术所提出的陶瓷基复合材料涡轮外环结构采用了无挂耳或安装法兰的预制体结构设计，在对结构进行优化，减少预制体数量，降低预制体定型难度的同时，大大提高了贴模均匀性以及各预制体件间的结合强本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种陶瓷基复合材料涡轮外环预制体，其特征在于：包括涡轮外环主体预制体和填充件预制体(2)；所述涡轮外环主体预制体包括弧形板预制体(11)、弧形管段预制体(12)和欧米伽型盖板预制体(13)；所述弧形板预制体(11)呈弧板形，弧形板预制体内表面(111)为涡轮外环的内表面；所述弧形管段预制体的底面(121)及弧形管段预制体的顶面(122)呈弧板形，位于弧形板预制体外表面(112)，与弧形板预制体(11)同心，形成涡轮外环腔体型面；所述欧米伽型盖板预制体(13)沿涡轮外环的径向截面为欧米伽型，包括两边的翻边(131)及中部形成的空腔(132)；所述空腔(132)形状与弧形管段预制体(12)的外形相适配；所述欧米伽型盖板预制体(13)铺设在弧形板预制体(11)与弧形管段预制体(12)上，用于连接弧形管段预制体(12)和弧形板预制体(11)，作为涡轮外环构件的外表面；其中，欧米伽型盖板预制体(13)的翻边(131)与弧形板预制体(11)裸露外表面接触，欧米伽型盖板预制体(13)的空腔内壁面(1321)与弧形管段预制体(12)外表面接触；所述填充件预制体(2)填充在欧米伽型盖板预制体(13)、弧形管段预制体及弧形板预制体(11)之间形成的间隙中。2.根据权利要求1所述的陶瓷基复合材料涡轮外环预制体，其特征在于：弧形管段预制体(12)周向截面为矩形。3.根据权利要求2所述的陶瓷基复合材料涡轮外环预制体，其特征在于：涡轮外环主体预制体和填充件预制体(2)均可采用2D碳纤维布或碳化硅纤维布或氧化铝纤维布进行制备。4.一种权利要求1
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3任一所述陶瓷基复合材料涡轮外环预制体的定型模具，其特征在于：包括外模模具、内模模具(33)和定位销；所述外模模具包括第一外模模具(31)和第二外模模具(32)；第一外模模具内表面(311)为使用型面，其面型与欧米伽型盖板外表面相适配；在第一外模模具(31)上开设缝制孔(7)并在非使用型面位置处开设定位销孔(8)；定型时，利用定位销与第二外模模具(32)紧固，与陶瓷基复合材料涡轮外环的预制体上表面和侧面贴合压紧；第二外模模具的上表面(321)为使用型面，其面型与弧形板预制体内表面(111)相适配；在第二外模模具(32)上开设缝制孔(7)并在非使用型面位置处开设定位销孔(8)；定型时，利用定位销与第一外模模具(31)紧固，与陶瓷基复合材料涡轮外环的预制体下表面贴合压紧；所述内模模具(33)的外表面为使用...
【专利技术属性】
技术研发人员：杨勇，刘持栋，张晰，张紫琦，张海昇，孙翔，李苗，文磊，
申请(专利权)人：西安鑫垚陶瓷复合材料有限公司，
类型：发明
国别省市：
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