[发明专利]具有整体式金属包覆层的复合材料压气机风扇叶片

说明书

本发明涉及一种具有整体式金属包覆层的复合材料压气机风扇叶片，其特征在于：包括复合材料基层、金属包覆层，所述复合材料基层、金属包覆层一体模压成型；所述金属包覆层包覆在所述复合材料基层外部，其包覆的翻边部位与采用粘接剂粘接并模压定型。本发明叶片具有很高的比强度，优异的耐冲击性能和抗冲蚀能力，并能有效地避免分层及喘振引起的裂纹甚至断裂；该叶片成型方法集中间复合材料的制备与叶片整体的成形于一体，大幅度减少了制造的成本和时间，其成形精度高、自动化程度高、模具寿命长等优点。

技术领域

本发明涉及一种复合材料压气机风扇叶片及其成型方法，尤其涉及一种具有整体式金属包覆层的复合材料压气机风扇叶片及其成型方法，属于复合材料压气机风扇叶片技术领域。

背景技术

本发明涉及的风扇叶片是航空发动机中压气机的第一级叶片，压气机乃至涡轮发动机的整体性能与风扇叶片的性能密切相关。随着航空发动机性能的不断提高，其涵道比也随之不断增加，采用更大比强度，更高精度曲面结构，更优异气动性能的风扇叶片也已经成为大涵道比发动机的发展趋势。传统的金属材料甚至是钛合金等轻质金属材料已无法满足其要求，因此具有良好物理、化学性能的轻质树脂基复合材料风扇叶片逐渐取而代之。目前，树脂基复合材料风扇叶片的结构及制造方法主要有以下几种：(1)先通过模压工艺制成碳基复合材料叶片，再将其嵌入在加工有凹槽的钛合金叶根中并通过焊接工艺进行连接。如文献号为CN203743058U的中国专利文献所述高性能复合材料燃气轮机压气机叶片的制造方法。(2)先通过三维编织制成一个与叶片形状相近的型坯，再将其浸渍于一种包含树脂的固化组合物中，而后固化成型。如文献号为CN102387908A中国专利文献所述复合材料制成的涡轮机叶片的制造方法。(3)先编织多跟金属丝并取点焊接为金属网即金属包覆层，再根据叶片形状按内预浸料铺层、金属包覆层、外预浸料铺层的顺序放置于压制模具中，加热加压后固化成型。如文献号为CN103628923A中国专利文献所述含金属包覆层的复合材料叶片的制造方法。第(1)种方法缺点较多，尤其是叶身与叶根的连接强度严重不够且通过模压工艺制成的叶身存在严重的分层缺陷。第(2)种方法的缺点是复杂形状的三维编织难度极大，且尺寸精度很难保证。第(3)种方法的缺点是叶片内部界面过多，外层预浸料及金属包覆层极易剥落而引起叶片失效。

发明内容

本发明的目的是提供一种由碳纤维复合材料制成的具有整体式金属包覆层的新型压气机风扇叶片，该叶片具有很高的比强度，优异的耐冲击性能和抗冲蚀能力，并能有效地避免分层及喘振引起的裂纹甚至断裂。

同时，本发明还提供一种一体化成形压气机叶片叶身与叶榫的方法，该方法集中间复合材料的制备与叶片整体的成形于一体，大幅度减少了制造的成本和时间，其成形精度高、自动化程度高、模具寿命长等优点。

本发明采取以下技术方案：

一种具有整体式金属包覆层的复合材料压气机风扇叶片，包括复合材料基层、金属包覆层，所述复合材料基层、金属包覆层一体模压成型；所述金属包覆层包覆在所述复合材料基层外部，其包覆的翻边部位与采用粘接剂粘接并模压定型。

进一步的，所述复合材料基层是碳纤维基符合材料基层2；所述粘接剂是环氧树脂胶1；所述金属包覆层是钛合金蒙皮3。

一种上述具有整体式金属包覆层的复合材料压气机风扇叶片的成型方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、选取两块金属面板，分别成形至叶片吸力面及压力面所呈曲面形状；

S2、将两块金属面板裁制为特定大小后，依次进行除油、酸洗和阳极氧化或喷砂处理；

S3、将吸力面蒙皮、复合材料预浸料、压力面蒙皮按照由下而上的顺序铺设于下模指定位置；

S4、下模加热至特定温度后保温一定时间；