用來制作復(fù)合材料制成的渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)導(dǎo)向葉片的纖維預(yù)制件的壓制與注射模具的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種在制作渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)復(fù)合材料導(dǎo)向葉片時(shí)使用的纖維預(yù)制件的壓制與注射模具（100），所述模具包括：構(gòu)成槽的殼體（102），該槽用來安裝纖維預(yù)制件并由大體平面的底部和頂部蓋板(104,106)來封閉；壓制模塊（108至118），其布置在槽內(nèi)部，每個(gè)模塊表面（108a至118a）通常抵住纖維預(yù)制件需要壓制的表面（12a至20a）上；以及封閉模塊（120至126），其布置在槽內(nèi)，每個(gè)封閉模塊表面(120b至126b)通常抵住壓制模塊的表面(112b至118b)上，每個(gè)封閉模塊沒有與纖維預(yù)制件接觸的表面。
【專利說明】用來制作復(fù)合材料制成的渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)導(dǎo)向葉片的纖維預(yù)制件的壓制與注射模具
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及到采用復(fù)合材料制作渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)導(dǎo)向葉片的一般領(lǐng)域。本發(fā)明的優(yōu)選應(yīng)用領(lǐng)域是航空渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)低壓壓縮機(jī)出口導(dǎo)向葉片(OVD)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]按照傳統(tǒng)方式，采用復(fù)合材料制成的渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)導(dǎo)向葉片都是通過纖維預(yù)制件來制造(通過三維編織或兩維織物懸垂而獲得)，這種預(yù)制件置于壓制成型和注射模具內(nèi)，后者帶有內(nèi)凹槽，其形狀和尺寸對應(yīng)于最終完成的模制部件的形狀和尺寸。一旦模具密封封閉后，將熱固性樹脂通過凹槽噴入，從而浸入到預(yù)制件內(nèi)，以及對裝配件進(jìn)行加熱，從而使得樹脂聚合。在該聚合步驟之后，打開模具，退出最終形成的模制部件，該部件形成的導(dǎo)向葉片具有使用所要求的形狀和尺寸。
[0003]根據(jù)制造類型而設(shè)的壓制成型和注射模具需要滿足一定數(shù)量的約束條件。首先，一旦模具閉合，對于噴入的樹脂必須是完全密封的。第二，置于模具內(nèi)部的纖維預(yù)制件必須充分而適度地壓制，以確保最終形成部件內(nèi)的最后纖維含量。人們知道，在纖維預(yù)制件制作期間，編織作業(yè)會(huì)引起纖維膨脹，在預(yù)制件內(nèi)形成需要承受的額外厚度。
[0004]人們已經(jīng)提出了可滿足上述約束條件的壓制成型和注射模具的建議。例如，已知模具是由多個(gè)部分組成，這些部分采用螺栓裝配并固定到一起，每個(gè)模具部分在螺栓固定后會(huì)向纖維預(yù)制件的其中一個(gè)表面施加力。盡管如此，渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)導(dǎo)向葉片的幾何形狀相當(dāng)復(fù)雜，因此，制作該種部件的模具需要使用許多部件，這些部件的裝配實(shí)際上很復(fù)雜，而且同時(shí)，還需確保良好密封。
[0005]已知的另一種壓制成型和注射模具是，其封閉形式通過一種壓緊裝置來實(shí)現(xiàn)，該壓緊裝置在單一方向上施加力，力的偏轉(zhuǎn)柱(deflection column)連接到模具各個(gè)運(yùn)動(dòng)部分上，可在其它各個(gè)方向上施加壓制力。盡管如此，壓制成型諸如渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)導(dǎo)向葉片這樣的部件所需的力會(huì)使得所制作模具非常復(fù)雜，不可靠。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]為此，本發(fā)明的一個(gè)主要目的是提出一種壓制成型和注射模具來解決這些缺陷，這種模具使用簡單，可提供部件各個(gè)表面的良好壓制成型，諸如幾何形狀頗為復(fù)雜的渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)導(dǎo)向葉片，而且這種部件對于樹脂是可靠密封的。
[0007]根據(jù)本發(fā)明，該目的可通過一種壓制和注射模具來實(shí)現(xiàn)，這種模具包括構(gòu)成槽的殼體，所述槽可安裝纖維預(yù)制件并由大體平面底部和頂部蓋板來封閉，壓制模塊布置在槽的內(nèi)部，每個(gè)模塊的表面通常抵住需要壓制成型的纖維預(yù)制件的表面上，封閉模塊布置在槽內(nèi)部，每個(gè)封閉模塊的表面通常抵住壓制模塊的表面，且沒有與纖維預(yù)制件相接觸的表面。
[0008]本發(fā)明的模具的壓制模塊通常抵住(即沿大體垂直方向)纖維預(yù)制件的所有表面。換句話說，纖維預(yù)制件的每個(gè)需要壓制的表面都與通常抵靠的壓制模塊相連。封閉模塊位于壓制模塊和槽的側(cè)壁之間，為的是使壓制模塊緊緊抵住纖維預(yù)制件的不同表面。底部和頂部蓋板用來封閉裝配件，并對于樹脂具有良好的密封性(在兩個(gè)平面之間)，并還可方便隨后的裝配件自模具中取出。
[0009]于是，將壓制模塊和封閉模塊分開的功能可方便模具的制作，特別是在制作渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)導(dǎo)向葉片的纖維預(yù)制件的特定幾何形狀的情況下。
[0010]優(yōu)選地，壓制模塊和封閉模塊的熱膨脹系數(shù)大于槽和蓋板的系數(shù)。熱膨脹差可使壓制模塊得以封閉，而在低溫時(shí)無需完全壓制成型纖維預(yù)制件，在聚合樹脂步驟期間模具是高溫時(shí)進(jìn)行最后壓制成型。
[0011]槽可包括側(cè)壁，側(cè)壁內(nèi)表面相對于與底部和頂部蓋板垂直的平面而明顯傾斜。這種傾斜使得封閉模塊更容易置于槽的側(cè)壁和一些壓制模塊之間。
[0012]此外，當(dāng)纖維預(yù)制件用于制作渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)葉片時(shí)，所述模具可以包括:第一壓制模塊，該模具的表面通常抵靠構(gòu)成葉片葉型壓力側(cè)的纖維預(yù)制件的表面上；第二壓制模塊，該模塊的表面通常抵靠構(gòu)成葉片葉型吸力側(cè)的纖維預(yù)制件的表面上；第三壓制模塊，該模塊的表面通常抵靠構(gòu)成葉片頂部平臺(tái)的纖維預(yù)制件的表面上；第四壓制模塊，該模塊的表面通常抵靠構(gòu)成葉片底部平臺(tái)的纖維預(yù)制件的表面上；以及第五和第六壓制模塊，這兩個(gè)模塊的表面通常抵靠構(gòu)成葉片上游凸緣和下游凸緣的纖維預(yù)制件的各自表面上。
[0013]在這種情況下，至少其中一個(gè)壓制模塊可以由至少兩個(gè)明顯不同的部分構(gòu)成，為的是方便從模具中取出壓制模塊。
[0014]依然是在這種情況下，模具可以包括:第一封閉模塊，該模塊的表面通常抵住第三壓制模塊的表面，該表面遠(yuǎn)離抵住構(gòu)成葉片頂部平臺(tái)的纖維預(yù)制件的表面；第二封閉模塊，該模塊的表面通常抵住第四壓制模塊的表面，該表面遠(yuǎn)離抵住構(gòu)成葉片底部平臺(tái)的纖維預(yù)制件的表面；第三及第四封閉模塊，這些模塊的表面通常抵住第五和第六壓制模塊的各自表面上，這些表面遠(yuǎn)離抵住構(gòu)成葉片上游和下游凸緣的纖維預(yù)制件的表面。
[0015]本發(fā)明還提出了一種裝配上述壓制成型和注射模具的方法，所述方法包括如下連續(xù)步驟:在槽上密封裝配底部蓋板；將制作渦輪機(jī)部件時(shí)使用的纖維預(yù)制件與壓制模塊一起置于槽內(nèi)；將封閉模塊置于槽內(nèi)；以及在槽上密封裝配頂部蓋板。
[0016]有利的是，在置放封閉模塊之前，可將向壓制模塊上施加法向力的壓緊裝置布置在槽內(nèi)部。這些裝置用來協(xié)助壓制成型纖維預(yù)制件，在放置封閉模塊之前可以立即拆除。
[0017]同樣，在將頂部蓋板裝于槽上之前，可將固定桿方便地定位于一些壓制模塊上，從而也可在模具完全封閉前協(xié)助壓制成型纖維預(yù)制件。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]通過參照附圖給出的如下說明，本發(fā)明的其它特性和優(yōu)點(diǎn)會(huì)顯現(xiàn)出來，這些附圖示出的實(shí)施例并不具有限定性。附圖如下:
[0019]圖1為制作渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)導(dǎo)向葉片時(shí)使用的纖維預(yù)制件的透視圖；
[0020]圖2和圖3分別為安裝圖1所示纖維預(yù)制件的本發(fā)明的壓制成型和注射模具的平面圖和剖面圖；以及
[0021]圖4和圖5分別為本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例的壓制和注射模具的平面圖和剖面圖?！揪唧w實(shí)施方式】
[0022]本發(fā)明適用于制作復(fù)合材料制成的各種渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)部件時(shí)使用的纖維預(yù)制件，例如，制作航空渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)低壓壓縮機(jī)出口導(dǎo)向葉片(OGV)時(shí)使用的纖維預(yù)制件10，諸如圖1所示預(yù)制件。
[0023]按照已知方式，這種葉片的纖維預(yù)制件10帶有:構(gòu)成葉型的部分12，構(gòu)成在葉型徑向外端形成的頂部平臺(tái)的部分14，構(gòu)成在葉型徑向內(nèi)端形成的底部平臺(tái)的部分16，構(gòu)成底部平臺(tái)向上游延伸的上游凸緣的部分18，以及構(gòu)成底部平臺(tái)向下游延伸的下游凸緣的部分20。
[0024]預(yù)制件的這些不同部分一起形成了在注射樹脂前需要在模具內(nèi)被壓制成型的六個(gè)平面，即:構(gòu)成葉型的部分12的壓力面和吸力面12a和12b ;構(gòu)成頂部平臺(tái)的部分14的外表面14a ;和構(gòu)成底部平臺(tái)的部分16的內(nèi)表面16a ;以及構(gòu)成上游和下游凸緣的部分18和20的上游和下游側(cè)面18a和20a。
[0025]更確切地說，在壓制模具內(nèi)部施加的各個(gè)力必須沿垂直于這些表面的方向指向。如圖所示，在圖1中這些力分別由六個(gè)箭頭F12a，F(xiàn)12b，F(xiàn)14, F16, F18,和F2tl表示。
[0026]如上詳細(xì)描述的纖維預(yù)制件10可以采用三維編織紗(例如，碳纖維)或通過懸垂兩維纖維織物而直接獲得。一旦預(yù)制件制成，可以將其置入如下所述的壓制成型和注射模具內(nèi)。此后，將熱固樹脂(例如，環(huán)氧樹脂族或雙馬來酰亞胺族樹脂)注射到模具內(nèi)部，從而浸入預(yù)制件內(nèi)，對裝配件進(jìn)行加熱，以便聚合樹脂。在該聚合步驟之后，打開模具，從中退出的成品模塑件就構(gòu)成了低壓壓縮機(jī)的出口導(dǎo)向葉片，該葉片具有使用所要求的形狀和尺寸。
[0027]圖2和圖3示出了本發(fā)明的壓制成型和注射模具的實(shí)施例。為了清晰起見，圖中未示出將樹脂送入模具內(nèi)部的管路。
[0028]壓制成型和注射模具100包括各種裝配在一起的部分，具體是，形成槽的殼體102、底部蓋板104、頂部蓋板106、壓制模塊108至118，和封閉模塊120至126。
[0029]槽102與側(cè)壁103在形狀上呈大體矩形。與以密封方式裝配在其上的底部蓋板104相聯(lián)，其構(gòu)成了一種容器，可容納纖維預(yù)制件10和各種壓制模塊與封閉模塊。頂部蓋板106裝配在槽的側(cè)壁103上，目的是以密封方式封閉模具。
[0030]在該實(shí)施例中，共有六個(gè)壓制模塊，每個(gè)模塊在模具內(nèi)固定到位后會(huì)對其中一個(gè)表面施加壓制力，以便沿不同方向壓制纖維預(yù)制件10的表面12a至20a，如圖1中箭頭F12a至F2tl所示。
[0031]更具體地來講，第一壓制模塊108帶有表面108a，該表面抵住構(gòu)成葉型的預(yù)制件部分的壓力面12a上，而第二壓制模塊110則帶有表面110a，該表面抵住構(gòu)成葉型吸力面的預(yù)制件部分的表面12b上。
[0032]第三壓制模塊112帶有表面112a，該表面壓抵在構(gòu)成頂部平臺(tái)的纖維預(yù)制件部分的表面14a上。同樣，第四壓制模塊114帶有表面114a，該表面壓抵在構(gòu)成底部平臺(tái)的預(yù)制件部分的表面16a上。
[0033]最后,第五和第六壓制模塊116和118分別帶有表面116a和118a,這些表面抵住構(gòu)成上游凸緣和下游凸緣的預(yù)制件各個(gè)部分的表面18a和20a上。
[0034]結(jié)果，用來壓制纖維預(yù)制件10的表面12a至20a的一組表面通過沿與所述表面大體垂直的方向向這些壓制模塊施加推力而得到壓制。
[0035]在該實(shí)施例中，共有四個(gè)封閉模塊120至126，它們用來將壓制模塊緊緊抵住需要壓制的纖維預(yù)制件各個(gè)表面上。這些封閉模塊插裝在槽側(cè)壁103和壓制模塊之間。當(dāng)在模具內(nèi)放置到位時(shí)，它們從而沒有與纖維預(yù)制件相接觸的表面。
[0036]為此，第一封閉模塊120的表面120b通常抵住與其表面112a相反的第三壓制模塊112的表面112b上。第二封閉模塊122的表面122b通常抵住遠(yuǎn)離其表面114a的第四壓制模塊114的表面114b上。最后，第三和第四封閉模塊124和126的各自表面124b和126b通常抵住遠(yuǎn)離其表面116a和118a的第五和第六壓制模塊116和118的各自表面116b和118b上。
[0037]該模具可以按照如下順序進(jìn)行裝配。首先，將槽102以密封方式(例如，通過容納在槽周圍形成的圓周向凹槽202內(nèi)的墊片200)安裝在底部蓋板104上。然后，第一壓制模塊108被放置在槽內(nèi)，大體上位于其中心處。纖維預(yù)制件10而后置放在槽內(nèi)，其構(gòu)成葉型的部分通過其壓力面12a抵靠在第一壓制模塊的表面108a上。此后，其他的壓制模塊110至118則逐個(gè)定位到槽內(nèi)，這樣，其各個(gè)壓力面則抵住纖維預(yù)制件的需要壓制的表面上。
[0038]一旦壓制模塊正確定位后，封閉模塊則會(huì)依次置放在槽側(cè)壁103和壓制模塊之間的槽內(nèi)。然后，將模具頂部蓋板106裝配在槽上，從而以密封方式(例如，通過在凹槽202內(nèi)使用墊片200的方式)關(guān)閉模具。然后，將模具連接到樹脂輸送管路上，以便注射樹脂。一旦注射和聚合步驟進(jìn)行完畢，模具重新打開，從中退出成品件，該部件形成的葉片具有最終形狀和尺寸。
[0039]下面介紹本發(fā)明壓制和注射模具的各種有利特性。
[0040]按照本發(fā)明的有利布置形式，壓制模塊108和118以及封閉模塊120至126的熱膨脹系數(shù)大于槽102和蓋板104，106的熱膨脹系數(shù)。這樣，模具可被封閉的同時(shí)，在其低溫時(shí)不會(huì)完全壓制纖維預(yù)制件，在聚合樹脂步驟期間模具尚熱時(shí)進(jìn)行最后壓制成型。
[0041]為此，槽和蓋板的材料可以選擇熱膨脹系數(shù)低的材料(例如，鋼、因瓦合金或復(fù)合材料)，而壓制模塊和封閉模塊則可選擇熱膨脹系數(shù)大的材料(例如，鋁或硅)。
[0042]如圖3所示，槽側(cè)壁103的底表面103a可以相對于與模具底部蓋板和頂部蓋板相垂直的平面而傾斜，從而方便將封閉模塊插入模具，同樣，也方便在從模具中取出部件時(shí)將封閉模塊從中退出。
[0043]在圖4和圖5所示不同的實(shí)施例中，第二壓制模塊110和第四壓制模塊114均分別由兩個(gè)不同部分構(gòu)成，從而更容易從模具中取出部件。
[0044]依然是根據(jù)該不同實(shí)施例，在封閉模塊定位前，可在槽內(nèi)布置壓緊裝置210，以便向壓制模塊108至118施加法向力。這些裝置210可以在封閉模塊放置到位前協(xié)助纖維預(yù)制件在模具內(nèi)壓制成型(在封閉模塊固定到位前則立即移除這些裝置)。
[0045]這種裝置同時(shí)又稱之為展延器，為螺桿螺母型體系，一端固定在槽側(cè)壁103內(nèi)構(gòu)成的腔室內(nèi)，而相對一端則沿與之大體垂直方向向壓制模塊施加力。在圖4和圖5所示實(shí)施例中，共有六個(gè)這樣的裝置。
[0046]同樣，還是如圖4和圖5所示，在將頂部蓋板裝配到槽上之前，支撐桿220可以很方便地固定在其中一些壓制模塊上，同樣，目的是在模具完全關(guān)閉前協(xié)助纖維預(yù)制件的壓制成型。[0047]例如，這種支撐桿220可以是建筑業(yè)通常使用的標(biāo)準(zhǔn)工字鋼。它們只是設(shè)置在第二壓制模塊110上。
【權(quán)利要求】
1.一種在制作渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)復(fù)合材料部件時(shí)使用的纖維預(yù)制件的壓制與注射模具(100)，所述模具包括:構(gòu)成槽的殼體(102)，該槽用來容納纖維預(yù)制件并由大體平面的底部和頂部蓋板(104，106)來封閉；布置在槽內(nèi)的壓制模塊(108至118)，每個(gè)壓制模塊表面(108a至118a)通常抵住需要壓制成型的纖維預(yù)制件的表面(12a至20a)上；以及布置在槽內(nèi)的封閉模塊(120至126)，每個(gè)封閉模塊表面(120b至126b)通常抵住壓制模塊表面(112b至118b)上，封閉模塊沒有與纖維預(yù)制件接觸的表面。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的模具，其特征在于，壓制模塊和封閉模塊的熱膨脹系數(shù)大于槽和蓋板的熱膨脹系數(shù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的模具，其特征在于，槽(102)的側(cè)壁(103)的內(nèi)表面(103a)相對于與底部和頂部蓋板相垂直的平面而顯著傾斜。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3任一項(xiàng)所述的模具，其特征在于，纖維預(yù)制件用來制作渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)葉片，且模塊包括:第一壓制模塊(108)，其表面(108a)通常抵住構(gòu)成葉片葉型壓力面的纖維預(yù)制件的表面(12a)上；第二壓制模塊(110)，其表面(IlOa)通常抵住構(gòu)成葉片葉型吸力面的纖維預(yù)制件的表面(12b)上；第三壓制模塊(112)，其表面(112a)通常抵住構(gòu)成葉片頂部平臺(tái)的纖維預(yù)制件的表面(14a)上；第四壓制模塊(114)，其表面(114a)通常抵住構(gòu)成葉片底部平臺(tái)的纖維預(yù)制件的表面(16a)上；以及第五和第六壓制模塊(116，118)，其表面(116a，118a)通常抵住構(gòu)成葉片上游和下游凸緣的纖維預(yù)制件的各自表面(18a，20a)上。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的模具，其特征在于，至少其中一個(gè)壓制模塊(110，114)由至少兩個(gè)不同部分構(gòu)成，為的是方便從中取出部件。
6.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的模具，包括:第一封閉模塊(120)，其表面(120b)通常抵住第三壓制模塊(112)的表面(112a)上，并遠(yuǎn)離其抵住構(gòu)成葉片頂部平臺(tái)的纖維預(yù)制件的表面；第二封閉模塊(122)，其表面(122b)通常抵住第四壓制模塊(114)的表面(114b)上，并遠(yuǎn)離其抵住構(gòu)成葉片底部平臺(tái)的纖維預(yù)制件的表面；以及第三和第四封閉模塊(124，126)，其表面(124b，126b)通常抵住第五和第六壓制模塊(116，118)的表面(116b, 118b)上，并遠(yuǎn)離其抵住構(gòu)成葉片上游和下游凸緣的纖維預(yù)制件的表面。
7.—種裝配根據(jù)權(quán)利要求1至6任一項(xiàng)所述的壓制和注射模具的方法，所述方法包括如下連續(xù)步驟: a)將底部蓋板(104)以密封方式裝配在槽(102)上； b)將制作渦輪機(jī)部件時(shí)使用的纖維預(yù)制件(10)與壓制模塊(108至118)—起定位在槽內(nèi)； c)將封閉模塊(120至126)定位在槽內(nèi)；以及 d)將頂部蓋板(106)以密封方式裝配在槽上。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，在定位封閉模塊前，將向壓制模塊施加法向力的壓緊裝置(210)定位在槽內(nèi)。
9.根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的方法，其特征在于，定位桿(220)在槽上裝配頂部蓋板前定位到一些壓制模塊上。
【文檔編號(hào)】B29C70/48GK103517799SQ201280022180
【公開日】2014年1月15日 申請日期:2012年5月3日 優(yōu)先權(quán)日:2011年5月10日
【發(fā)明者】羅曼·普蘭特, 利薩·拉克魯瓦, 奧利維爾·帕特里格恩, 吉恩-皮埃爾·科舒瓦, 帕斯卡爾·布列克 申請人:斯奈克瑪