[發明專利]具有整體式金屬包覆層的復合材料壓氣機風扇葉片

有效

• 申請號: 201611224847.3
• 申請日: 2016-12-27
• 公開（公告）號: CN106640731B
• 公開（公告）日: 2018-10-02
• 發明（設計）人: 潘蕾;馬文亮;王一凡;呂云飛;陶杰;郭訓忠
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: F04D29/02
• 分類號: F04D29/02;F04D29/30;F04D29/38;B29C70/34;B29C70/84
• 代理公司: 上海伯瑞杰知識產權代理有限公司 31227
• 代理人: 曹莉

本發明涉及一種具有整體式金屬包覆層的復合材料壓氣機風扇葉片，其特征在于：包括復合材料基層、金屬包覆層，所述復合材料基層、金屬包覆層一體模壓成型；所述金屬包覆層包覆在所述復合材料基層外部，其包覆的翻邊部位與采用粘接劑粘接并模壓定型。本發明葉片具有很高的比強度，優異的耐沖擊性能和抗沖蝕能力，并能有效地避免分層及喘振引起的裂紋甚至斷裂；該葉片成型方法集中間復合材料的制備與葉片整體的成形于一體，大幅度減少了制造的成本和時間，其成形精度高、自動化程度高、模具壽命長等優點。

技術領域

本發明涉及一種復合材料壓氣機風扇葉片及其成型方法，尤其涉及一種具有整體式金屬包覆層的復合材料壓氣機風扇葉片及其成型方法，屬于復合材料壓氣機風扇葉片技術領域。

背景技術

本發明涉及的風扇葉片是航空發動機中壓氣機的第一級葉片，壓氣機乃至渦輪發動機的整體性能與風扇葉片的性能密切相關。隨著航空發動機性能的不斷提高，其涵道比也隨之不斷增加，采用更大比強度，更高精度曲面結構，更優異氣動性能的風扇葉片也已經成為大涵道比發動機的發展趨勢。傳統的金屬材料甚至是鈦合金等輕質金屬材料已無法滿足其要求，因此具有良好物理、化學性能的輕質樹脂基復合材料風扇葉片逐漸取而代之。目前，樹脂基復合材料風扇葉片的結構及制造方法主要有以下幾種：(1)先通過模壓工藝制成碳基復合材料葉片，再將其嵌入在加工有凹槽的鈦合金葉根中并通過焊接工藝進行連接。如文獻號為CN203743058U的中國專利文獻所述高性能復合材料燃氣輪機壓氣機葉片的制造方法。(2)先通過三維編織制成一個與葉片形狀相近的型坯，再將其浸漬于一種包含樹脂的固化組合物中，而后固化成型。如文獻號為CN102387908A中國專利文獻所述復合材料制成的渦輪機葉片的制造方法。(3)先編織多跟金屬絲并取點焊接為金屬網即金屬包覆層，再根據葉片形狀按內預浸料鋪層、金屬包覆層、外預浸料鋪層的順序放置于壓制模具中，加熱加壓后固化成型。如文獻號為CN103628923A中國專利文獻所述含金屬包覆層的復合材料葉片的制造方法。第(1)種方法缺點較多，尤其是葉身與葉根的連接強度嚴重不夠且通過模壓工藝制成的葉身存在嚴重的分層缺陷。第(2)種方法的缺點是復雜形狀的三維編織難度極大，且尺寸精度很難保證。第(3)種方法的缺點是葉片內部界面過多，外層預浸料及金屬包覆層極易剝落而引起葉片失效。

發明內容

本發明的目的是提供一種由碳纖維復合材料制成的具有整體式金屬包覆層的新型壓氣機風扇葉片，該葉片具有很高的比強度，優異的耐沖擊性能和抗沖蝕能力，并能有效地避免分層及喘振引起的裂紋甚至斷裂。

同時，本發明還提供一種一體化成形壓氣機葉片葉身與葉榫的方法，該方法集中間復合材料的制備與葉片整體的成形于一體，大幅度減少了制造的成本和時間，其成形精度高、自動化程度高、模具壽命長等優點。

本發明采取以下技術方案：

一種具有整體式金屬包覆層的復合材料壓氣機風扇葉片，包括復合材料基層、金屬包覆層，所述復合材料基層、金屬包覆層一體模壓成型；所述金屬包覆層包覆在所述復合材料基層外部，其包覆的翻邊部位與采用粘接劑粘接并模壓定型。

進一步的，所述復合材料基層是碳纖維基符合材料基層2；所述粘接劑是環氧樹脂膠1；所述金屬包覆層是鈦合金蒙皮3。

一種上述具有整體式金屬包覆層的復合材料壓氣機風扇葉片的成型方法，其特征在于，包括以下步驟：

S1、選取兩塊金屬面板，分別成形至葉片吸力面及壓力面所呈曲面形狀；

S2、將兩塊金屬面板裁制為特定大小后，依次進行除油、酸洗和陽極氧化或噴砂處理；

S3、將吸力面蒙皮、復合材料預浸料、壓力面蒙皮按照由下而上的順序鋪設于下模指定位置；

S4、下模加熱至特定溫度后保溫一定時間；