一種發動機的復合材料靜子葉片及其制備方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種發動機的復合材料靜子葉片及其制備方法。
【背景技術】
[0002]現有的發動機的靜子葉片都是由金屬材料制成，采用不銹鋼lCrllNi2W2MoV、鎳合金和鈦合金，采用銑切、沖切、粗軋、熱處理、拋修、精軋、再次熱處理和切斷等工藝完成。不銹鋼ICrllNi2W2MoV、鎳合金和鈦合金雖然仍有進一步提高其強度、剛度和耐高溫的性能的余地，但其發展潛力已經有限，很難滿足未來航空發動機更加苛刻的溫度和重量要求。隨著航空發動機性能的不斷提高，特別是重量不斷減輕，將越來越依賴于高比強度、低密度、高剛度和耐高溫能力強的先進材料:如預浸碳布和預浸玻璃布的復合材料，由于預浸碳布和預浸玻璃布的復合材料與有形的傳統金屬材料的結構完全不同，所以目前還沒有采用預浸碳布和預浸玻璃布等復合材料制作的靜子葉片。且由于預浸碳布和預浸玻璃布的復合材料的抗沖擊性和抗壓性相對鎳合金和鈦合金材料的小，所以，如采用預浸碳布和預浸玻璃布的復合材料制成的靜子葉片，其在氣流沖刷下容易造成葉片破損，尤其是葉片前緣部分，葉片安裝孔處容易磨損，孔位變大，安裝固定性差。

【發明內容】

[0003]本發明的目的就是解決現有技術中存在的上述問題，提供一種比強度高，比剛度高，耐高溫能力強，重量輕，且抗沖擊性和抗壓性也很強，使用壽命長的復合材料發動機靜子葉片及其制備方法。
為實現上述目的，本發明的技術解決方案是:一種發動機的復合材料靜子葉片，其包括由預浸碳布制成的葉身、上、下緣板，蒙皮，鎳前緣包邊和金屬襯套；上緣板上有與發動機機匣連接的安裝孔，由預浸玻璃布制成的蒙皮包裹在葉身、上、下緣板和安裝孔外；鎳前緣包邊膠接固定在葉身的前緣部分，金屬襯套鑲嵌在上緣板的安裝孔內。
[0004]上述所述發動機的復合材料靜子葉片的制備方法，其包括以下步驟:
A、模具的設計與制造，為便于合模及開模并滿足產品尺寸要求，靜子葉片成型模具采用多模塊分體組合式，根據復合材料靜子葉片的復雜外形，將整個葉片成型模具分為4個模塊:上模塊、下模塊、上緣板模塊和下緣板模塊；上模塊、下模塊、上緣板模塊和下緣板模塊合模后的內腔與設計規定的靜子葉片的外形相匹配；
B、預浸碳布與預浸玻璃布的裁片的制備，使用下料機或樣板裁剪出與設計規定的靜子葉片的葉身和上、下緣板的外形尺寸相匹配的預浸碳布裁片和預浸玻璃布裁片；
C、鋪模前各個模塊的準備，在清理干凈的上模塊、下模塊、上緣板模塊和下緣板模塊的模腔內噴涂脫模劑，并將其預熱至35 °C ±5°C ;
D、分模塊鋪層，按照設計規定的鋪層數量及順序在預先預熱好并噴涂脫膜劑的上模塊、下模塊、上緣板模塊和下緣板模塊上分別先鋪放玻璃布裁片，再在玻璃布裁片上鋪放預浸碳布裁片，直至鋪放完設計規定的所有裁片；裁片之間緊密貼合，不得在鋪層之間留有保護層及異物；
E、成型模具整體組裝，先將鋪好預浸玻璃布裁片及預浸碳布裁片的上模塊以定位銷為基準合模到下模塊上，移到已經預熱至50°C 土 10°C的熱壓機上，熱壓機加壓至SMPa?1MPa,以保證上、下模塊之間的間隙不大于0.5mm ;將金屬襯套裝到合模后的上、下模塊的安裝上緣板模塊一側的定位銷上，再將上緣板模塊及下緣板模塊分別組裝到合模后的上、下模塊的兩側，均勻擰緊螺釘，避免損傷模具；
F、模壓固化成型，以1°C?3°C/min的升溫速率升溫至140°C ;在140°C?145°C保溫30min?60min ;再以1°C?3°C /min的升溫速率升溫至180°C ±5°C ;在180°C ±5°C保溫2h ?2.5h ;
G、起模型修，完成步驟F中的固化條件后，關掉熱壓機，當模具溫度冷卻至60°C以下時，將模具從熱壓機取下，打開模具，起出靜子葉片，并清理靜子葉片，對靜子葉片的飛邊進行型修；
H、對型修好的靜子葉片的前緣部位及鎳前緣包邊進行吹砂并清洗干凈后，使用膠黏劑將鎳前緣包邊粘接到靜子葉片前緣上。
[0005]本發明的產品采用比強度和比剛度高、耐高溫、密度低和結構穩定性高的復合材料制成，其具有高強度、高剛度、重量輕和耐高溫的特點，所以，其滿足靜子葉片的性能要求，適合長期工作在_55°C?120°C溫度范圍內的工作環境較為惡劣的空氣介質中，其尺寸穩定性高，使用壽命長。其蒙皮采用預浸玻璃布制成，其外觀表面質量好，其前緣部分膠接有耐沖刷的鎳前緣包邊，使其抗氣流沖刷能力強，即抗沖擊性強；上緣板的安裝孔內安裝的金屬襯套使其孔位處的抗壓能力大大提高。這些都大大延長了靜子葉片的使用壽命。本發明大大提高發動機的效率，滿足發動機低油耗設計要求，提高發動機的市場競爭力。本發明的方法采用分模塊鋪層、整體模壓、分階段固化的方式，很好的控制合模間隙，保證了產品的結構完整性，滿足了設計尺寸要求，解決了鋪層產生層間滑移、布層波折起皺的問題。
【附圖說明】
[0006]圖1為本發明的靜子葉片的結構示意圖；
圖2為本發明的模具分解結構示意圖。
【具體實施方式】
[0007]下面結合附圖和具體實施例對本發明做進一步的描述。
[0008]如圖1所示，本實施例的靜子葉片包括由預浸碳布制成的葉身1、上、下緣板2、5，蒙皮6，鎳前緣包邊4和金屬襯套3。上緣板2上有與發動機機匣連接的安裝孔，由預浸玻璃布制成的蒙皮6包裹在葉身1、上、下緣板2、5，和安裝孔外。鎳前緣包邊4膠接固定在葉身I的前緣部分，金屬襯套3鑲嵌在上緣板2的安裝孔內。本實施例中的預浸碳布和預浸玻璃布分別采用北京航空材料研究院研制的預浸碳布5224C/F3052和預浸玻璃布5224/EW110C。其中，5224樹脂體系為強度高，韌性好、耐沖擊的高溫固化環氧。
[0009]上述所述靜子葉片的制備方法，其包括以下步驟: