用來(lái)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(zhuān)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(lái)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(lái)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(méi)有與纖維預(yù)制件接觸的表面。
【專(zhuān)利說(shuō)明】用來(lái)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(guò)纖維預(yù)制件來(lái)制造(通過(guò)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(duì)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(shù)脂通過(guò)凹槽噴入，從而浸入到預(yù)制件內(nèi)，以及對(duì)裝配件進(jìn)行加熱，從而使得樹(shù)脂聚合。在該聚合步驟之后，打開(kāi)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(lèi)型而設(shè)的壓制成型和注射模具需要滿(mǎn)足一定數(shù)量的約束條件。首先，一旦模具閉合，對(duì)于噴入的樹(shù)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(mǎn)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(guò)一種壓緊裝置來(lái)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(lái)解決這些缺陷，這種模具使用簡(jiǎn)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(duì)于樹(shù)脂是可靠密封的。
[0007]根據(jù)本發(fā)明，該目的可通過(guò)一種壓制和注射模具來(lái)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(lái)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(méi)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(huà)說(shuō)，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(lái)封閉裝配件，并對(duì)于樹(shù)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(kāi)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(wú)需完全壓制成型纖維預(yù)制件，在聚合樹(shù)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(duì)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(lái)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(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0018]通過(guò)參照附圖給出的如下說(shuō)明，本發(fā)明的其它特性和優(yōu)點(diǎn)會(huì)顯現(xiàn)出來(lái)，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(shù)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(shuō)，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(guò)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(shù)脂(例如，環(huán)氧樹(shù)脂族或雙馬來(lái)酰亞胺族樹(shù)脂)注射到模具內(nèi)部，從而浸入預(yù)制件內(nèi)，對(duì)裝配件進(jìn)行加熱，以便聚合樹(shù)脂。在該聚合步驟之后，打開(kāi)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(jiàn)，圖中未示出將樹(shù)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(duì)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(lái)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(lái)壓制纖維預(yù)制件10的表面12a至20a的一組表面通過(guò)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(lái)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(méi)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(guò)容納在槽周?chē)纬傻膱A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(guò)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(guò)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(shù)脂輸送管路上，以便注射樹(shù)脂。一旦注射和聚合步驟進(jìn)行完畢，模具重新打開(kāi)，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(shù)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(duì)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(chēng)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(duì)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(lái)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(lái)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(méi)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(duì)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(lái)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(kāi)日】2014年1月15日 申請(qǐng)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(qǐng)人:斯奈克瑪