[发明专利]一种复合材料叶片的RTM成型方法

说明书

本发明属于树脂基复合材料液态成型技术，涉及一种复合材料叶片的RTM成型方法。本发明通过调整叶片预制体在上、下半模余量区的压实量，使其高于叶片预制体在上、下半模成型区的压实量，提高叶片预制体的四周余量区压紧程度，以防止叶片预制体在合模过程中出现位置移动的现象，提高RTM成型复合材料编织叶片的合格率；通过调整叶片成型的上、下半模余量区的表面粗糙度，使其高于上、下半模成型区的粗糙度，提高叶片预制体的四周余量区的防位移程度，以防止叶片预制体在合模过程中出现位置移动的现象；通过在叶片成型的上、下半模余量区增加表面凸起，进一步提高叶片预制体的防位移嫩光，以充分保证叶片预制体在合模过程中不会出现位置移动的现象。

技术领域

本发明属于树脂基复合材料液态成型技术，涉及一种复合材料叶片的RTM成型方法。

背景技术

现代涡扇航空发动机正朝着大涵道比、大推力、低油耗、低噪声、高安全性、高可靠性等方向不断发展。为了增大发动机涵道比，就需要采用更大尺寸的风扇叶片，这使得发动机风扇段的重量占发动机总重量的比重不断提升。传统钛合金材料制造的风扇叶片已经逐渐地不能满足现代高性能大涵道比涡扇发动机性能需求。因此，降低风扇叶片重量就成为发动机向高性能发展所必须解决的关键难题之一。树脂基复合材料具有低密度、高比强度、高比刚度和良好的耐久性等优异特性，用以代替金属材料，是实现发动机减重增效的重要技术途径，可以解决尺寸增加带来的风扇段重量、效率和强度等一系列问题。树脂基复合材料还可以提供更好的耐久性，降低使用维护成本。

由于风扇叶片具有极高的气动要求，因此对其外形精度要求较高，其型面公差为0.2～0.8mm或者更高，采用常规的复合材料成型工艺技术很难达到上述尺寸精度要求。树脂转移模塑成型技术，简称RTM成型技术(Resin Transfer Molding)是近年来在航空、航天等领域广泛应用的一种高精度的液态成型复合材料制造技术。其原理是在刚性模具型腔内铺放按性能和结构要求设计好的干态纤维预制体，在特定的耐压容器即树脂贮存罐内将树脂加热到设定的注射温度，然后采用注射设备将低粘度树脂注入到模具型腔内，使树脂与纤维充分浸润，最后按照树脂的工艺规范进行升温固化，最后得到与模具型腔形状一致的复合材料零件，由于采用闭模成型，其零件的成型尺寸精度高，已成为复合材料风扇叶片的高精度成型方法之一。

抗鸟撞性能是复合材料风扇叶片的关键技术指标之一，相比二维层合结构，编织结构复合材料的2.5D或3D立体结构具有较高的损伤容限与抗外物损伤性能，有利于提高复合材料风扇叶片的抗鸟撞性能和使用安全性，近年来，编织复合材料风扇叶片已成为复合材料风扇叶片的发展趋势之一。

编织复合材料风扇叶片的成型工序流程为编织预制体展平态编织-预制体扭转-预制体模具定位-成型合模-RTM工艺注射-固化-脱模。其中，预制体在模具中的定位方法已通过申请号CN201711345855.8公开，然而，由于复合材料风扇叶片的结构复杂性，在合模前，即使预制体与模具进行了定位处理，预制体与模具型面是无法完全贴合到位的；同时，而受编织工艺的限制，叶片编织预制体的厚度与叶片的理论厚度存在差异，通常较理论厚度偏厚，在合模过程中存在预制体的与型面二次贴合及压实的现象。因此，在合模过程中，预制体与光滑的模具型面的二次贴合和预制体局部压实产生的结构变形会导致预制体在合模过程中出现滑移的现象，从而出现成型后的叶片编织结构位置与理论位置不符的现象，导致零件报废。另外，因叶片结构的复杂性，编织叶片内部结构存在不同分区，有的结构交织点较少结构稳定性不够好，导致在树脂注射时易受压力产生冲刷变形，从而出现成型后叶片的结构变形现象，导致零件报废；第三，在注射过程中，由于叶片预制体与模具边缘存在配合间隙，叶片边缘区域极易形成树脂快速流道，导致叶片注射产生缺陷，造成零件报废。

发明内容

本发明的目的是：针对树脂转移模塑成型编织复合材料风扇叶片技术存在的不足，提出的一种复合材料叶片的RTM成型方法。