CN118475460A - 用于生产航空涡轮发动机用复合材料叶片夹板的方法 - Google Patents

Abstract

一种航空涡轮发动机用复合材料叶片夹板的制造方法(10)，包括：‑提供(12，14)编织面板(24)，该编织面板包括多个夹板预成型件(30)，每个夹板预成型件具有可用部分(32)和至少一个裕度(34)，该预成型件30分布在面板(24)中，使得两个相邻的预成型件(30)至少有一部分所述裕度(34)是共同的；‑将基体注入(16)在面板(24)上；‑在注入之后，将面板(24)分开(18)，以便使夹板彼此分离；‑对该夹板进行机加工(20)，以去除所述裕度(34)。

Description

用于生产航空涡轮发动机用复合材料叶片夹板的方法

技术领域

本公开涉及航空领域，特别是用于航空涡轮发动机中的复合材料部件的领域。特别地，本公开涉及一种用于制造航空涡轮发动机用叶片夹板的方法。

背景技术

在飞机燃气涡轮机中，可移动叶片通常通过将叶片根部插入到为此目的而设置的圆盘的插口中而被组装在中心圆盘的外围上。在叶片根部与相应的插口之间布置有夹板，以便将所接合的叶片适当地保持在圆盘中。

叶片夹板(其可以是复合材料的)可以通过切割夹板预成型件并且将基体注入在该预成型件上来生产。为了确保夹板的质量，该预成型件不是按照夹板的精确尺寸制备的，而是更大一些，以便在注塑之后能够从中去除边缘，所述边缘通常具有不希望的边缘效应。然而，与这种类型的方法相关联的材料损失是显而易见的，因此需要一种新型航空涡轮发动机用叶片夹板制造方法，该方法允许在不对所生产的夹板的质量产生负面影响的情况下减少这些材料损失。

发明内容

为此，本公开涉及一种航空涡轮发动机用复合叶片夹板的制造方法，包括：

-提供编织面板，该编织面板包括多个夹板预成型件，每个夹板预成型件具有可用部分和至少一个裕度，所述预成型件分布在所述面板中，使得两个相邻的预成型件至少有一部分的所述裕度是共同的；

-将基体注入在所述面板上；

-在注入之后，将所述面板分开，以使所述夹板彼此分离；

-对所述夹板进行机加工，以去除所述裕度。

在本方法中，所述叶片夹板是由复合材料组成的，其独立于所述叶片本身的材料。

所述夹板预成型件是所述编织面板的一部分。在注入所述基体之后，这种与所述基体相关联的夹板预成型件(或更简单地说“预成型件”)形成夹板。在所述面板的分开期间和/或通过机加工而被去除之前，所述夹板预成型件的所述裕度最初在所述夹板本身上得以发现(然后，这被称为所述夹板的裕度)。

所述面板可以包括纤维，所述纤维被编织在一起，以确保所述夹板的机械阻力。该面板可以被制成单件。

每个夹板预成型件具有可用部分和至少一个裕度，所述可用部分是用于一旦完成就会形成所述夹板的部分，而所述裕度是用于制造(但不存在于)最终的夹板中的部分。在下文中，除非另有说明，否则“一个”或“该”裕度意味着“至少一个”或“该至少一个”裕度、或者甚至“每个”裕度。相反，复数的一般用法可以包括单数。

所述基体(例如有机基体)可以被注入在所述面板上，以便至少部分地嵌入所述夹板预成型件的纤维中。所述基体的注入可以通过本领域技术人员已知的任何方式来实现。所述纤维可以被预浸渍，也可以不被预浸渍。

在所述基体的注入之后，并且可选地，在所述基体的固化之后，所述夹板彼此分离。例如，该分离可以在所述裕度处得以实现。

在机加工过程中，剩余的所述裕度被从每个夹板上去除，可以理解为，在分开所述面板的步骤期间，所述裕度的一部分可能已经被去除。机加工可以在所述面板的分开之前、之后和/或期间得以实现。

由于所述预成型件分布在所述面板中，使得两个相邻的预成型件至少有一个共同的裕度部分，因此所述裕度至少部分地被共享：相同的裕度部分可以用于两个相邻预成型件。因此，所述面板包括一个(至少部分地)公共裕度，而不是彼此相加的两个裕度。因此减少了随后被去除的部分材料、纤维和基体。其结果不仅是材料的经济性(可能在50％左右)，而且是织机使用的经济性，因为每个夹板预成型件要编织的裕度量小于根据之前所采用的方法。因此，该方法更快速且成本更低。此外，位于两个预成型件之间的裕度没有边缘效应，从而使它们可以具有比具有边缘效应的裕度更小的尺寸。最后，随着在机加工过程中被去除的部分减少，与该部分相关联的机械应力也降低，并且因此减少了在机加工时出现在夹板中的应力松弛。因此，该夹板具有更好的几何稳定性。

从概念上讲，两个预成型件之间的共同裕度可以被视为两个半裕度的并置，每个预成型件具有其自己的半裕度，该半裕度不与所述相邻的预成型件共享。在本公开的意义内，两个相邻的预成型件至少具有一个共同的裕度部分的事实相反地意味着：每个预成型件不仅具有其自己的半裕度(或更一般地其自己的裕度部分)的益处，而且至少部分地具有相邻预成型件的半裕度的益处(或更通常地互补裕度部分)。换言之，如果将所述相邻预成型件的半裕度去除，则所述制造方法将具有较差的性能。因此，事实上，在本公开的意义内，至少部分共同的裕度必须被视为唯一但共享的裕度，而不是独立的半裕度的并置。

在一些实施例中，所述夹板预成型件彼此连续地编织。因此，一些纤维从一个夹板预成型件连续地延伸到另一个夹板预成型件，或许可选地，位于所述夹板预成型件的相应的可用部分之间。可选地，一些纤维经由这两个预成型件之间的至少部分共同的裕度从一个夹板预成型件连续地延伸到另一个夹板预成型件。这允许有利于编织，但是也减少了两个相邻预成型件之间的必要裕度，与所述预成型件彼此独立编织时相比，该边缘效应更少。

在一些实施例中，所述面板包括单排夹板预成型件。这为所述夹板预成型件在是所述面板中的布置和定向提供了更多的自由度。此外，这允许避免与具有几排夹板预成型件的面板以及与由于所述夹板的潜在复杂几何形状而导致的变形相关联的复杂性。

在一些实施例中，在注入之后，所述夹板具有弯曲的横截面，给定的夹板的曲率相对于相邻的夹板的曲率是相反的。夹板的曲率表示所述夹板的横截面的曲率。这些布置允许两个相邻夹板之间的纤维具有良好的连续性，并且避免在所述夹板预成型件之间的交界处出现可能影响材料健康的褶皱和尖端。更一般地，所述夹板的曲率可以从一个夹板反转到另一个夹板。

在一些实施例中，至少在注入期间，所述面板具有在所述夹板预成型件的对齐方向上呈波纹状的形状。所述夹板预成型件被并置，所述夹板预成型件的对齐方向是由连续的夹板预成型件所形成的所述排的方向。所述波纹形状可以由前述的一系列反向曲率形成。该波纹形状允许保持易于处理且可与普通注塑模具兼容的面板。

尽管本公开考虑了所述夹板预成型件的直线对齐的示例，但是，例如，如果该预成型件被布置成圆形，则对齐的方向也可以是弯曲的。

在一些实施例中，所述可用部分包括主体和从该主体纵向突出的变窄的头部。所述主体的纵向方向可以是所述主体沿其具有最大尺寸的方向。所述头部可以相对于所述主体横向于纵向方向而变窄。

在一些实施例中，所述两个相邻的预成型件在第一方向上彼此相邻，并且所述两个相邻的预成型件的每个所述头部位于所述第一方向的不同侧。所述第一个方向可以是对齐方向。

该对齐方向可以横向于所述主体的纵向方向，这允许在所述连续的预成型件之间共享最长的裕度(根据所述纵向方向的定义)，从而使材料的节省最大化。

由于所述两个相邻预成型件的每个所述头部位于所述第一方向的不同尺寸上的事实，因此所述两个相邻的预成型件被布置在所述面板中，使得它们面对的边缘具有二维、也许是三维形状的某种互补性。结果，该裕度可以得以进一步减少，并且增加先前详述的节省。

在本公开的含义内，除非另有说明，否则提及诸如第一方向的“第一”元素并不一定意味着“第二”元素的存在，也不意味着所述第一元素与所述第二元素之间的有序关系(视情况而定)。在这种情况下，使用序数限定符的唯一目的是为了清晰度和识别性，而不假设特定的特征。

在一些实施例中，所述两个相邻的预成型件在第二方向上彼此相邻，并且所述两个相邻的预成型件的头部在所述第二方向上位于相对端部处。所述第二方向可以是所述纵向方向。在这些实施例中，所述夹板预成型件可以在与所述头部相对的其侧部处彼此面对，并且具有彼此相对突出的相应头部。通过横向于所述第二方向来并置这些成对的预成型件，可以形成两排预成型件，并且可以在注入基体的单个步骤中处理附加的夹板预成型件。从而，制造速度得以提高。

在一些实施例中，提供所述面板包括：编织基布，并且在所述基布中切割至少一个面板。所述基布是一种编织成单件的物品。所述基布可以包括数个面板。每个面板均与一组夹板预成型件相对应，然后可以是单独基体注入的主题。

在一些实施例中，所述面板通过三维编织进行编织。所谓“三维编织”是指纬纱在经纱的基体中循环以便根据三维编织纹路形成三维纱线网络的编织技术：然后在三维织机中的单个编织步骤中编织这种类型结构的所有纱线层。申请人在国际申请WO 2006/136755A2中描述了三维编织。所述纱线可以由上述纤维形成。

在一些实施例中，所述面板包括不同直径的纱线。不同直径的纱线允许在所述夹板预成型件的厚度上产生变化，从而产生所述夹板的厚度变化，同时限制或避免了所述夹板内部纤维比例的变化。

附图说明

本公开的目的的其他特征和优点将通过参照附图以非限制性示例的方式给出的实施例的以下描述来揭示。

图1是图示了根据实施例的制造方法的步骤的示意图。

图2以俯视图示出了根据实施例的面板。

图3以俯视图示出了根据实施例的夹板预成型件。

图4是根据实施例的在注入基体之后的面板的立体图。

图5示意性地图示了根据另一个实施例的将树脂注入在面板上。

具体实施方式

参照图1至图5，描述了一种用于制造航空涡轮发动机用复合材料叶片夹板的方法。如前所述，复合材料夹板可以插置在叶片(例如，风扇叶片)与安装有该叶片的插口之间。

图1示意性地图示了制造方法10的步骤。制造方法10包括：提供编织面板，该编织面板包括多个夹板预成型件。在这种特定情况下，提供面板包括：编织基布(步骤12)以及在所述基布中切割至少一个面板(步骤14)。面板、或面板继承其特性的基布可以是通过三维纤维编织来编织成的。该纤维可以是有机纤维，例如碳纤维。

图2中以俯视图示意性地图示了面板24。如该图所示，面板24被制成单件。面板24可以具有总体上与夹板预成型件的并置相对应的形状。在这种特定情况下，面板24包括：中心区域26，其用于形成夹板主体；以及突起28，其用于形成夹板头部，这将在下文中描述。突起28在中心区域26的两侧交替地从该中心区域26突出。

图3更具体地图示了夹板预成型件30(为了简洁起见，也被称为预成型件30)。预成型件30总体上在纵向方向X上延伸。

如前所述，预成型件30包括：可用部分32(如图3中的交叉影线所示)以及至少一个裕度34。在这种特定情况下，可用部分32由裕度包围。至少一个裕度34可以包括：两个纵向裕度34a，其在纵向方向X上延伸；和/或两个横向裕度34b，其在横向方向Y上延伸。

预成型件30还可以包括：一个或多个内部裕度34c，其与将在最终的夹板中穿孔的部分相对应。

如图2和图3所示，夹板预成型件30可以彼此连续地编织。因此，至少一些纤维从一个预成型件30连续地延伸到另一者，这在连续的预成型件30之间不会出现纤维的不连续性的情况下允许容易地将面板24编织成单件。此外，图3示意性地图示了：在面板24本身中，两个预成型件30之间的边界是不可察觉的，即使可以实际分开预成型件30。在其他实施例中，两个相邻预成型件30之间的界限在视觉上是能够感知的，特别是在编织纹路在两个预成型件之间的交界处发生改变的情况下和/或由于在裕度处存在过长的纤维的事实。

如前所述，预成型件30的可用部分32包括主体36和头部38。头部38相对于主体36变窄，并且从主体36纵向突出。应注意，事实上，在图3中，头部38的宽度在横向方向Y上比主体36的宽度小。头部38处的横向裕度34b可以与头部38的形状一致。

如前所述，预成型件30被分布在面板24中，使得两个相邻的预成型件30具有至少一个共同的裕度部分。在这种特定情况下，相邻的预成型件30可以位于面板24中，以便至少部分地共享相同的纵向裕度34a。因此，如图2中所图示的，预成型件30可以并排定位，这是可见的，因为用于形成头部38的突起28在横向方向Y上彼此相接。因此，在该实施例中，面板24包括单排夹板预成型件30。

在该示例中，预成型件30在第一方向(即横向方向Y)上彼此相邻，并且相邻预成型件30的头部38中的每一个位于第一方向(即横向方向Y)上的不同侧。通常，给定图3的定向，从左侧起的第一突起28位于横向方向Y下方(即，还位于中心区域26的第一侧)，而随后向右的突起28则位于横向方向Y上方(即，还位于中心区域26的相对侧)，以此类推。

如图2中所图示的，面板24可以被设置成扁平的。如有必要，面板24可以进行成形和/或压实，以便为基体的注入做好准备。

然后，通常在供面板24放置其中的模具中，将基体注入到面板24上(图1中的步骤16)。基体可以包括树脂或适合于预期用途的任何其他基体。

然后，如有必要，则将注入的面板从模具中移除，并且如有需要，则可以进行去毛刺处理。

图4图示了在将基体注入到面板24上之后所获得的结果。面板24具有在夹板预成型件的对齐方向上(即这里是指在横向方向Y上)呈波纹状的形状。更准确地，在沿其在横向方向(对齐方向)上逐渐通过时，面板24具有波纹，该波纹的幅度在横向于纵向方向X和横向方向Y的轴线Z上得以测量。除去波纹，面板24总体上可以是扁平的，即沿轴线Z具有恒定的平均尺寸。应当注意，这里，轴线X、Y、Z是两两正交的。

在注入基体的步骤16中，这种形状可以根据例如上述成形步骤和/或可以在其中进行注入的模具的期望形状确定。

注入之后，如图4中所示，夹板具有弯曲的横截面，给定夹板的曲率相对于相邻夹板的曲率是相反的。因此，在图4中，当从上方观察时，从左侧起的第一个夹板看起来是凹形的，而从上方观察时，从右侧起的第二个夹板看起来是凸形的，以此类推。

将夹板预成型件30定位在面板24内的变型是可能的。例如，在横向方向Y上，预成型件30可以被布置成两排而不是一排。在这种情况下，这些排可以如图2和图4中所示来布置，其中，形成头部38的突起28被交替布置在中心区域26的两侧。在两排之间的交界处，这些排之一的突起28可以占据另一排的两个突起之间的空隙。

在图5中示意性示出了另一种变型。在该变型中，两排布置成使得：两个相邻的预成型件30、31在第二方向(即纵向方向X)上彼此相邻，并且该两个相邻的预成型件30、31的头部38、39在第二方向(即纵向方向X)上位于相对端部处。换言之，两个相邻的预成型件30、31在其主体36的一侧(与其头部相对)上彼此相邻：每个预成型件30、31在与另一个预成型件的交界处具有与其头部相对的端部。

如前所述，这种成对的预成型件可以(例如在横向方向Y上)并置。如有必要，可以保持曲率的交替，如图5中所示，其中，点图示了预成型件30的凹侧，而十字图示了预成型件30的凸侧。

由于两个相邻预成型件30在横向方向Y上具有在同一侧上的头部38，因此在两个相邻的预成型件之间提供比图4的实施例更大的纵向裕度是有用的，因为图5的布置不能确保两个预成型件30边缘之间的形状互补性良好。然而，应注意，将两个相邻的预成型件之间的裕度保持为比在面板24的端部处、在横向方向Y上与模具40的交界处所需的裕度窄，这些外部裕度是由于边缘效应。这证明了该类型的布置仍然可以实现节省成本，因为该实施例允许减少头部38处的下降。

基体注入可以经由设置在模具40中的进料通道42来实现。模具40形成用于整个面板24的单个腔体。由单个腔体表示的是，模具40在预成型件30的对齐方向上不会在相邻的预成型件30之间形成分离。

再次参照图1，在注入步骤16之后，制造方法10包括面板24的分开，以便使夹板彼此分离。例如，这种分开可以沿图4中所图示的中间线来完成。

提供了机加工步骤20，以用于去除夹板的裕度34，可以理解，裕度34的消除可能部分发生在面板24的分开过程中。剩余的机加工可以在面板24的分开之前进行，以例如用于使头部38脱离接合(这允许处理单件零件)，和/或剩余的机加工可以在面板24分开之后进行，以例如用于对位于两个夹板之间的区域进行机加工。

可选地，可以在制造方法的若干瞬间进行目视检查和/或器械检查，尤其是在机加工之后。

尽管本说明书涉及特定的示例性实施例，但是在不脱离权利要求所限定的本发明的一般范围的情况下，可以将修改应用于这些实施例。此外，所图示或所提及的不同实施例的各个特征可以组合成附加实施例。因此，说明书和附图应被视为例示性的，而不是限制性的。

Claims (10)

1.一种航空涡轮发动机用复合材料叶片夹板的制造方法(10)，包括：

提供(12，14)面板(24)，所述面板是编织的并且包括多个夹板预成型件(30)，每个夹板预成型件具有可用部分(32)和至少一个裕度(34)，所述预成型件(30)分布在所述面板(24)中，使得两个相邻的预成型件(30)至少有一部分所述裕度(34)是共同的；

将基体注入(16)在所述面板(24)上；

在注入之后，将所述面板(24)分开(18)，以便使所述夹板彼此分离；

对所述夹板进行机加工(20)，以去除所述裕度(34)；

其中，在所述注入(16)之后，所述夹板具有弯曲的横截面，给定的夹板的曲率相对于相邻的夹板的曲率是相反的。

2.根据权利要求1所述的制造方法，其中，所述夹板预成型件(30)被彼此连续地编织。

3.根据权利要求1或2所述的制造方法，其中，所述面板(24)包括单排夹板预成型件(30)。

4.根据前述权利要求中任一项所述的制造方法，其中，所述面板(24)至少在注入期间具有在所述夹板预成型件(30)的对齐方向(Y)上呈波纹状的形状。

5.根据前述权利要求中任一项所述的制造方法，其中，所述可用部分(32)包括主体(36)和从所述主体(36)纵向突出的变窄的头部(38)。

6.根据前述权利要求所述的制造方法，其中，所述两个相邻的预成型件(30)在第一方向(Y)上彼此相邻，并且所述两个相邻预成型件(30)的每个所述头部(38)位于所述第一方向(Y)的不同侧。

7.根据权利要求5所述的制造方法，其中，所述两个相邻的预成型件(30、31)在第二方向(X)上彼此相邻，并且所述两个相邻预成型件(30、31)的所述头部(38)位于在所述第二方向(X)上的相对端部处。

8.根据前述权利要求中任一项所述的制造方法，其中，提供所述面板(24)包括：编织(12)基布，并且在所述基布中切割(14)至少一个面板(24)。

9.根据前述权利要求中任一项所述的制造方法，其中，所述面板(24)是通过三维编织来编织成的。

10.根据前述权利要求中任一项所述的制造方法，其中，所述面板(24)包括不同直径的纱线。