复合材料螺旋桨成型工艺及模具的制作方法

1.本发明属于复合材料领域，具体涉及复合材料螺旋桨成型工艺及模具。


背景技术：

2.目前航空器中所使用的复合材料螺旋桨主要由上蒙皮、下蒙皮及加强梁制造组成，在制造过程中，上蒙皮、下蒙皮及加强梁需要先采用独立模具铺制成型，然后再通过胶接及后加工缝合进热压罐共固化的方式最终成型，采用这种方法制作的螺旋桨工序复杂，且外形精度差、生产效率低；尤其是上下蒙皮和加强梁通过树脂胶粘接在一起，使得产品整体性较差，前后缘区域强度低，在受到较大载荷时容易出现分层、开裂等情况，对产品性能造成较大影响。


技术实现要素：

3.本发明目的在于提供复合材料螺旋桨成型工艺及模具，以克服上述技术缺陷。
4.为解决上述技术问题，本发明提供了复合材料螺旋桨成型工艺，包括：
5.在模具内铺贴第一层预浸料；
6.组装含有加强梁的泡沫芯；
7.在第一层预浸料的表面铺贴中间层预浸料；
8.在泡沫芯的表面铺贴其余预浸料；
9.将铺制完的泡沫芯放置在模具内，合模固化成型。
10.进一步地，在模具内铺贴第一层预浸料，其中模具包括上模和下模，铺贴具体包括：
11.在第一层预浸料的表面铺贴表面膜，使表面膜紧贴模具的型腔，上模内的第一层预浸料的尺寸与上模的型腔尺寸一致，下模内的第一层预浸料的尺寸大于下模的型腔尺寸；
12.真空预压实。
13.进一步地，组装含有加强梁的泡沫芯，具体包括：
14.泡沫芯是由两个分体泡沫拼接组成的，先在两个分体泡沫的拼接区域铺贴预浸料形成加强梁，再在拼接区域铺贴胶膜将两个分体泡沫粘接为整体，用玻璃纸包裹含有加强梁的泡沫芯后封装真空预压实。
15.进一步地，在第一层预浸料的表面铺贴中间层预浸料，具体包括：
16.在第一层预浸料的表面逐层铺贴中间层预浸料，中间层预浸料的铺层数占总铺层数的1/3，且中间层预浸料的尺寸与模具的型腔尺寸一致，完成后将模具封装抽真空。
17.进一步地，第一层预浸料和中间层预浸料均为碳纤维单向带预浸料，其中第一层预浸料的单向带方向是45
°
，以第一层预浸料所在铺层为起点，中间层预浸料的单向带方向逐层是45
°
、0
°
、0
°
。
18.进一步地，在泡沫芯的表面铺贴其余预浸料，具体包括：
19.先在泡沫芯的表面铺贴一层预浸料，然后封装抽真空，然后继续铺贴剩余预浸料，剩余预浸料均为碳纤维单向带预浸料，以紧贴泡沫芯表面的预浸料为起点，剩余预浸料的单向带方向逐层是45
°
、0
°
、0
°
，完成后封装抽真空。
20.本发明还提供了复合材料螺旋桨成型模具，应用于复合材料螺旋桨成型工艺，复合材料螺旋桨成型模具包括上模和下模，二者均包括用于容置螺旋桨的型腔，其中下模的型腔中心固定有供螺旋桨贯穿的中心定位柱，上模的型腔中心开设有供中心定位柱嵌入的盲孔。
21.进一步地，下模的外围还安装有多个用于锁紧上模和下模的锁紧装置，且在下模的两端均设有用于定位上模的挡板，挡板和锁紧装置围绕合模后的模具布设。
22.本发明的有益效果如下：
23.(1)本发明提供的复合材料螺旋桨成型模具，可以在该模具内实现蒙皮、泡沫芯、加强梁的组装，无需采用独立模具逐个成型，仅在复合材料螺旋桨成型模具即可实现螺旋桨的加工，减少了经济成本。
24.(2)本发明提供的复合材料螺旋桨成型工艺，不再使用传统的热压罐共固化成型，而是采用模压工具共固化成型工艺实现对螺旋桨的成型加工，保证复合材料螺旋桨表面外形尺寸精度符合设计要求，且工序简单、前后缘部分强度较高、产品整体性较好。
25.为让本发明的上述内容能更明显易懂，下文特举优选实施例，并结合附图，作详细说明如下。
附图说明
26.图1是复合材料螺旋桨的截面图。
27.图2是泡沫芯的结构示意图。
28.图3是加强梁的结构示意图。
29.图4是复合材料螺旋桨成型模具的结构示意图。
30.图5是复合材料螺旋桨成型模具的分解图。
31.附图标记说明：
32.1.预埋孔；2.泡沫芯；3.加强梁；4.模具定位孔；5.中心定位柱；6.型腔面；7.挡板；8.下模；9.上模；10.锁紧装置；11.蒙皮。
具体实施方式
33.以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。
34.需说明的是，在本发明中，图中的上、下、左、右即视为本说明书中的复合材料螺旋桨成型工艺的上、下、左、右。
35.现参考附图介绍本发明的示例性实施方式，然而，本发明可以用许多不同的形式来实施，并且不局限于此处描述的实施例，提供这些实施例是为了详尽地且完全地公开本发明，并且向所属技术领域的技术人员充分传达本发明的范围。对于表示在附图中的示例性实施方式中的术语并不是对本发明的限定。在附图中，相同的单元/元件使用相同的附图标记。
36.除非另有说明，此处使用的术语(包括科技术语)对所属技术领域的技术人员具有通常的理解含义。另外，可以理解的是，以通常使用的词典限定的术语，应当被理解为与其相关领域的语境具有一致的含义，而不应该被理解为理想化的或过于正式的意义。
37.本实施方式涉及复合材料螺旋桨成型工艺，包括：
38.在模具内铺贴第一层预浸料；
39.组装含有加强梁3的泡沫芯2；
40.在第一层预浸料的表面铺贴中间层预浸料；
41.在泡沫芯2的表面铺贴其余预浸料；
42.将铺制完的泡沫芯2放置在模具内，合模固化成型。
43.复合材料螺旋桨的结构可以参阅图1、图3或图5，它主要是由蒙皮11、泡沫芯2、加强梁3组成的，这里的蒙皮11是指在泡沫芯2的表面铺贴多层预浸料(碳纤维编织布)，为了提高螺旋桨的强度，还需要在泡沫芯2内加入加强梁3。
44.在成型工艺开始之前，需要先清洁模具，新制模具或长期未使用的模具要先用砂纸轻轻打磨工装表面异物，打磨完成后进行抛光，但不得损坏工作面，即模具的型腔面6。
45.以下将以八层铺层为例，对复合材料螺旋桨成型工艺作以详细说明。
46.在模具内铺贴第一层预浸料，铺贴具体包括：
47.在第一层预浸料的表面铺贴表面膜，使表面膜紧贴模具的型腔面6，上模9内的第一层预浸料的尺寸与上模9的型腔尺寸一致，下模8内的第一层预浸料的尺寸大于下模8的型腔尺寸，例如下模8内的第一层预浸料单边大出下模型腔10～20mm；
48.真空预压实，即封装预抽30min。
49.用吸尘器将泡沫芯2表面残料清理干净。
50.组装含有加强梁3的泡沫芯2，具体包括：
51.泡沫芯2是由两个分体泡沫拼接组成的，先在两个分体泡沫的拼接区域铺贴预浸料形成加强梁3(请参考图1和图3)，再在拼接区域铺贴胶膜将两个分体泡沫粘接为整体，用玻璃纸包裹含有加强梁3的泡沫芯2后封装真空预压实，如封装预抽30min。
52.在第一层预浸料的表面铺贴中间层预浸料，具体包括：
53.在第一层预浸料的表面逐层铺贴中间层预浸料，中间层预浸料的铺层数占总铺层数的1/3，且中间层预浸料的尺寸与模具的型腔尺寸一致，完成后将模具封装抽真空，大约封装预抽30min。
54.在本实施方式中，共需铺设八层预浸料，其中中间层预浸料的层数是三层。
55.第一层预浸料和中间层预浸料均为碳纤维单向带预浸料，其中第一层预浸料的单向带方向是45
°
，以第一层预浸料所在铺层为起点，中间层预浸料的单向带方向逐层是45
°
、0
°
、0
°
。
56.在泡沫芯的表面铺贴其余预浸料，具体包括：
57.先在泡沫芯2的表面铺贴一层预浸料，然后封装抽真空，大约封装预抽30min，然后继续铺贴剩余预浸料，剩余预浸料均为碳纤维单向带预浸料，以紧贴泡沫芯表面的预浸料为起点，剩余预浸料的单向带方向逐层是45
°
、0
°
、0
°
，完成后封装抽真空，大约预抽30min。
58.在下模8内加隔离织物，修配泡沫芯2，泡沫芯2修配完后，将下模8封装预抽30min，需要说明的是，修配后要求泡沫芯2距模具长度尺寸刻线3～4mm，泡沫芯2修配完成后称重
记录，配对好的泡沫芯2根据重量在较轻的泡沫表面贴胶膜，保证两个桨叶重量一致。
59.将第2层碳布的两侧余料翻到泡沫芯2上，然后铺贴完成。
60.将铺制完的泡沫芯2放置在下模8上，称取两份重40g、端部截面形状一致的碳布条填在泡沫芯2与挡板7的中间位置，共铺贴70层。
61.上述模具包括上模9和下模8。
62.上述步骤完成后，接下来需要合模固化成型：
63.合模：合模上热压机，插入测温仪，热压机上下热板接触模具，以不超过2℃/min的升温速率升温模具，当模具整体温度到达160
±
5℃，加压，测量合模间隙，保温30min。
64.保温结束后，以不超过2℃/min的升温速率升温模具，将模具整体温度到达180
±
5℃，保温4h。
65.待180℃保温保压结束后，开始降温，降温速率不超过2℃/min，待模温降到60℃时，先将模具两侧挡板拆除后，再泄压起模。
66.零件在60℃以下出压机，拆除锁紧装置，用符合要求的非金属工具小心脱模起模。
67.清理模具表面多余物；扩工艺孔至ф8+0.3 0；截产品长度尺寸，先将产品截至2204mm，观察泡沫是否外漏，若无外漏，则将零件打磨至2202mm，观察泡沫是否外漏。
68.综上，复合材料螺旋桨成型工艺，主要包括铺层、固化、去毛刺等工序。
69.铺贴主要包括：
70.第一层预浸料铺贴：在第一层预浸料表面贴一层表面膜，然后铺贴在上下模具表面，上模预浸料与型腔大小一致，下模大出模具型腔单边20mm，进行真空预压实；中间层预浸料沿用第一层预浸料的铺层方法，中间层数占总铺层数1/3左右(下模大出模具型腔15mm)，其余层数铺贴在泡沫表面；
71.首先将预埋件放置在泡沫的预埋孔1中，然后按照铺层顺序，在两泡沫侧面(两泡沫拼接区域)分别铺贴一层胶膜，将加强梁部分预浸料按照铺层顺序铺贴在两泡沫芯拼接区域，将两分半的泡沫粘接在一起后进行真空预压实，待预压实后将泡沫放置在型腔内根据划线进行裁剪；
72.在泡沫表面铺贴其余预浸料，搭接缝需错开，层与层之间错开在100mm左右，铺贴完成后进行真空预压实；
73.将带预浸料的泡沫放置在模具中，将下模带边的预浸料翻至包括预浸料的泡沫表面，然后进行真空预压实；
74.进行上下模合模，按照固化参数进行加热加压固化成型；
75.固化完成后，带模具温度降至60℃左右时，先将两端面压板拆除，然后再泄压脱模；
76.根据模具刻线进行裁剪，打磨，去除毛刺。
77.请参阅图4和图5，复合材料螺旋桨成型模具，应用于复合材料螺旋桨成型工艺，复合材料螺旋桨成型模具包括上模9和下模8，二者均包括用于容置螺旋桨的型腔面6，其中下模8的型腔中心固定有供螺旋桨贯穿的中心定位柱5，上模9的型腔中心开设有供中心定位柱5嵌入的盲孔。
78.将制作的复合材料螺旋桨放入图4所示的模具内，使螺旋桨的预埋孔(图2所示)插套在下模8的中心定位柱5上，且上模9和下模8需对准模具定位孔4。
79.为了确保合模后的合模间隙，下模8的外围还安装有多个用于锁紧上模9和下模8的锁紧装置10，且在下模8的两端均设有用于定位上模9的挡板7，挡板7和锁紧装置10围绕合模后的模具布设。
80.锁紧装置具体是指在下模8的外围安装有多个锁片，锁片的一端部通过螺钉固定于下模8，锁片的另一端部通过螺钉固定于上模9，固定于上模9的锁片是可以活动拆卸的。
81.挡板7的主要作用是定位、限位，辅佐上下模具的对齐合模。
82.整个模具结构包括溢胶槽、型腔面、合模面、导向柱、测温孔、锁紧装置、吊环等，由于对型腔面进行抛光处理，为保证铺层定位的精度，在上下模具边缘按照定位进行刻线。
83.本发明的复合材料螺旋桨成型工艺及模具，解决了目前螺旋桨成型过程中模具种类多、产品外形精度差、在受到较大载荷时，前后缘易分层、开裂，加强梁与上下蒙皮粘接强度低等问题。
84.本领域的普通技术人员可以理解，上述各实施方式是实现本发明的具体实施例，而在实际应用中，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本发明的精神和范围。

技术特征：
1.复合材料螺旋桨成型工艺，其特征在于，包括：在模具内铺贴第一层预浸料；组装含有加强梁的泡沫芯；在所述第一层预浸料的表面铺贴中间层预浸料；在所述泡沫芯的表面铺贴其余预浸料；将铺制完的所述泡沫芯放置在所述模具内，合模固化成型。2.如权利要求1所述的复合材料螺旋桨成型工艺，其特征在于，在模具内铺贴第一层预浸料，其中所述模具包括上模和下模，铺贴具体包括：在所述第一层预浸料的表面铺贴表面膜，使所述表面膜紧贴所述模具的型腔，所述上模内的所述第一层预浸料的尺寸与所述上模的型腔尺寸一致，所述下模内的所述第一层预浸料的尺寸大于所述下模的型腔尺寸；真空预压实。3.如权利要求1或2所述的复合材料螺旋桨成型工艺，其特征在于，组装含有加强梁的泡沫芯，具体包括：所述泡沫芯是由两个分体泡沫拼接组成的，先在两个分体泡沫的拼接区域铺贴预浸料形成加强梁，再在拼接区域铺贴胶膜将两个分体泡沫粘接为整体，用玻璃纸包裹含有加强梁的泡沫芯后封装真空预压实。4.如权利要求2所述的复合材料螺旋桨成型工艺，其特征在于，在所述第一层预浸料的表面铺贴中间层预浸料，具体包括：在所述第一层预浸料的表面逐层铺贴中间层预浸料，中间层预浸料的铺层数占总铺层数的1/3，且中间层预浸料的尺寸与所述模具的型腔尺寸一致，完成后将所述模具封装抽真空。5.如权利要求4所述的复合材料螺旋桨成型工艺，其特征在于，所述第一层预浸料和所述中间层预浸料均为碳纤维单向带预浸料，其中所述第一层预浸料的单向带方向是45
°
，以所述第一层预浸料所在铺层为起点，所述中间层预浸料的单向带方向逐层是45
°
、0
°
、0
°
。6.如权利要求1或5所述的复合材料螺旋桨成型工艺，其特征在于，在所述泡沫芯的表面铺贴其余预浸料，具体包括：先在所述泡沫芯的表面铺贴一层预浸料，然后封装抽真空，然后继续铺贴剩余预浸料，所述剩余预浸料均为碳纤维单向带预浸料，以紧贴所述泡沫芯表面的预浸料为起点，所述剩余预浸料的单向带方向逐层是45
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，完成后封装抽真空。7.复合材料螺旋桨成型模具，应用于复合材料螺旋桨成型工艺，其特征在于，包括上模和下模，二者均包括用于容置螺旋桨的型腔，其中所述下模的型腔中心固定有供所述螺旋桨贯穿的中心定位柱，所述上模的型腔中心开设有供所述中心定位柱嵌入的盲孔。8.如权利要求7所述的复合材料螺旋桨成型模具，其特征在于，所述下模的外围还安装有多个用于锁紧所述上模和所述下模的锁紧装置，且在所述下模的两端均设有用于定位所述上模的挡板，所述挡板和所述锁紧装置围绕合模后的模具布设。

技术总结
本发明涉及复合材料螺旋桨成型工艺及模具，成型工艺包括：在模具内铺贴第一层预浸料；组装含有加强梁的泡沫芯；在第一层预浸料的表面铺贴中间层预浸料；在泡沫芯的表面铺贴其余预浸料；将铺制完的泡沫芯放置在模具内，合模固化成型。本发明不再使用传统的热压罐共固化成型，而是采用模压工具共固化成型工艺实现对螺旋桨的成型加工，保证复合材料螺旋桨表面外形尺寸精度符合设计要求，且工序简单、前后缘部分强度较高、产品整体性较好。成型模具包括上模和下模，下模的外围安装有多个用于锁紧上模和下模的锁紧装置，无需采用独立模具逐个成型，仅在复合材料螺旋桨成型模具即可实现螺旋桨的加工，减少了经济成本。减少了经济成本。减少了经济成本。


技术研发人员：郑文翠 严炜 程磊 许粉 刘茹
受保护的技术使用者：陕西天翌科技股份有限公司
技术研发日：2023.03.14
技术公布日：2023/7/22