用来制作复合材料制成的涡轮发动机导向叶片的纤维预制件的压制与注射模具的利记博彩app
【专利摘要】本发明涉及一种在制作涡轮发动机复合材料导向叶片时使用的纤维预制件的压制与注射模具（100），所述模具包括：构成槽的壳体（102），该槽用来安装纤维预制件并由大体平面的底部和顶部盖板(104,106)来封闭；压制模块（108至118），其布置在槽内部，每个模块表面（108a至118a）通常抵住纤维预制件需要压制的表面（12a至20a）上；以及封闭模块（120至126），其布置在槽内，每个封闭模块表面(120b至126b)通常抵住压制模块的表面(112b至118b)上，每个封闭模块没有与纤维预制件接触的表面。
【专利说明】用来制作复合材料制成的涡轮发动机导向叶片的纤维预制件的压制与注射模具
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及到采用复合材料制作涡轮发动机导向叶片的一般领域。本发明的优选应用领域是航空涡轮发动机低压压缩机出口导向叶片(OVD)领域。
【背景技术】
[0002]按照传统方式，采用复合材料制成的涡轮发动机导向叶片都是通过纤维预制件来制造(通过三维编织或两维织物悬垂而获得)，这种预制件置于压制成型和注射模具内，后者带有内凹槽，其形状和尺寸对应于最终完成的模制部件的形状和尺寸。一旦模具密封封闭后，将热固性树脂通过凹槽喷入，从而浸入到预制件内，以及对装配件进行加热，从而使得树脂聚合。在该聚合步骤之后，打开模具，退出最终形成的模制部件，该部件形成的导向叶片具有使用所要求的形状和尺寸。
[0003]根据制造类型而设的压制成型和注射模具需要满足一定数量的约束条件。首先，一旦模具闭合，对于喷入的树脂必须是完全密封的。第二，置于模具内部的纤维预制件必须充分而适度地压制，以确保最终形成部件内的最后纤维含量。人们知道，在纤维预制件制作期间，编织作业会引起纤维膨胀，在预制件内形成需要承受的额外厚度。
[0004]人们已经提出了可满足上述约束条件的压制成型和注射模具的建议。例如，已知模具是由多个部分组成，这些部分采用螺栓装配并固定到一起，每个模具部分在螺栓固定后会向纤维预制件的其中一个表面施加力。尽管如此，涡轮发动机导向叶片的几何形状相当复杂，因此，制作该种部件的模具需要使用许多部件，这些部件的装配实际上很复杂，而且同时，还需确保良好密封。
[0005]已知的另一种压制成型和注射模具是，其封闭形式通过一种压紧装置来实现，该压紧装置在单一方向上施加力，力的偏转柱(deflection column)连接到模具各个运动部分上，可在其它各个方向上施加压制力。尽管如此，压制成型诸如涡轮发动机导向叶片这样的部件所需的力会使得所制作模具非常复杂，不可靠。
【发明内容】
[0006]为此，本发明的一个主要目的是提出一种压制成型和注射模具来解决这些缺陷，这种模具使用简单，可提供部件各个表面的良好压制成型，诸如几何形状颇为复杂的涡轮发动机导向叶片，而且这种部件对于树脂是可靠密封的。
[0007]根据本发明，该目的可通过一种压制和注射模具来实现，这种模具包括构成槽的壳体，所述槽可安装纤维预制件并由大体平面底部和顶部盖板来封闭，压制模块布置在槽的内部，每个模块的表面通常抵住需要压制成型的纤维预制件的表面上，封闭模块布置在槽内部，每个封闭模块的表面通常抵住压制模块的表面，且没有与纤维预制件相接触的表面。
[0008]本发明的模具的压制模块通常抵住(即沿大体垂直方向)纤维预制件的所有表面。换句话说，纤维预制件的每个需要压制的表面都与通常抵靠的压制模块相连。封闭模块位于压制模块和槽的侧壁之间，为的是使压制模块紧紧抵住纤维预制件的不同表面。底部和顶部盖板用来封闭装配件，并对于树脂具有良好的密封性(在两个平面之间)，并还可方便随后的装配件自模具中取出。
[0009]于是，将压制模块和封闭模块分开的功能可方便模具的制作，特别是在制作涡轮发动机导向叶片的纤维预制件的特定几何形状的情况下。
[0010]优选地，压制模块和封闭模块的热膨胀系数大于槽和盖板的系数。热膨胀差可使压制模块得以封闭，而在低温时无需完全压制成型纤维预制件，在聚合树脂步骤期间模具是高温时进行最后压制成型。
[0011]槽可包括侧壁，侧壁内表面相对于与底部和顶部盖板垂直的平面而明显倾斜。这种倾斜使得封闭模块更容易置于槽的侧壁和一些压制模块之间。
[0012]此外，当纤维预制件用于制作涡轮发动机叶片时，所述模具可以包括:第一压制模块，该模具的表面通常抵靠构成叶片叶型压力侧的纤维预制件的表面上；第二压制模块，该模块的表面通常抵靠构成叶片叶型吸力侧的纤维预制件的表面上；第三压制模块，该模块的表面通常抵靠构成叶片顶部平台的纤维预制件的表面上；第四压制模块，该模块的表面通常抵靠构成叶片底部平台的纤维预制件的表面上；以及第五和第六压制模块，这两个模块的表面通常抵靠构成叶片上游凸缘和下游凸缘的纤维预制件的各自表面上。
[0013]在这种情况下，至少其中一个压制模块可以由至少两个明显不同的部分构成，为的是方便从模具中取出压制模块。
[0014]依然是在这种情况下，模具可以包括:第一封闭模块，该模块的表面通常抵住第三压制模块的表面，该表面远离抵住构成叶片顶部平台的纤维预制件的表面；第二封闭模块，该模块的表面通常抵住第四压制模块的表面，该表面远离抵住构成叶片底部平台的纤维预制件的表面；第三及第四封闭模块，这些模块的表面通常抵住第五和第六压制模块的各自表面上，这些表面远离抵住构成叶片上游和下游凸缘的纤维预制件的表面。
[0015]本发明还提出了一种装配上述压制成型和注射模具的方法，所述方法包括如下连续步骤:在槽上密封装配底部盖板；将制作涡轮机部件时使用的纤维预制件与压制模块一起置于槽内；将封闭模块置于槽内；以及在槽上密封装配顶部盖板。
[0016]有利的是，在置放封闭模块之前，可将向压制模块上施加法向力的压紧装置布置在槽内部。这些装置用来协助压制成型纤维预制件，在放置封闭模块之前可以立即拆除。
[0017]同样，在将顶部盖板装于槽上之前，可将固定杆方便地定位于一些压制模块上，从而也可在模具完全封闭前协助压制成型纤维预制件。
【专利附图】
【附图说明】
[0018]通过参照附图给出的如下说明，本发明的其它特性和优点会显现出来，这些附图示出的实施例并不具有限定性。附图如下:
[0019]图1为制作涡轮发动机导向叶片时使用的纤维预制件的透视图；
[0020]图2和图3分别为安装图1所示纤维预制件的本发明的压制成型和注射模具的平面图和剖面图；以及
[0021]图4和图5分别为本发明另一个实施例的压制和注射模具的平面图和剖面图。【具体实施方式】
[0022]本发明适用于制作复合材料制成的各种涡轮发动机部件时使用的纤维预制件，例如，制作航空涡轮发动机低压压缩机出口导向叶片(OGV)时使用的纤维预制件10，诸如图1所示预制件。
[0023]按照已知方式，这种叶片的纤维预制件10带有:构成叶型的部分12，构成在叶型径向外端形成的顶部平台的部分14，构成在叶型径向内端形成的底部平台的部分16，构成底部平台向上游延伸的上游凸缘的部分18，以及构成底部平台向下游延伸的下游凸缘的部分20。
[0024]预制件的这些不同部分一起形成了在注射树脂前需要在模具内被压制成型的六个平面，即:构成叶型的部分12的压力面和吸力面12a和12b ;构成顶部平台的部分14的外表面14a ;和构成底部平台的部分16的内表面16a ;以及构成上游和下游凸缘的部分18和20的上游和下游侧面18a和20a。
[0025]更确切地说，在压制模具内部施加的各个力必须沿垂直于这些表面的方向指向。如图所示，在图1中这些力分别由六个箭头F12a，F12b，F14, F16, F18,和F2tl表示。
[0026]如上详细描述的纤维预制件10可以采用三维编织纱(例如，碳纤维)或通过悬垂两维纤维织物而直接获得。一旦预制件制成，可以将其置入如下所述的压制成型和注射模具内。此后，将热固树脂(例如，环氧树脂族或双马来酰亚胺族树脂)注射到模具内部，从而浸入预制件内，对装配件进行加热，以便聚合树脂。在该聚合步骤之后，打开模具，从中退出的成品模塑件就构成了低压压缩机的出口导向叶片，该叶片具有使用所要求的形状和尺寸。
[0027]图2和图3示出了本发明的压制成型和注射模具的实施例。为了清晰起见，图中未示出将树脂送入模具内部的管路。
[0028]压制成型和注射模具100包括各种装配在一起的部分，具体是，形成槽的壳体102、底部盖板104、顶部盖板106、压制模块108至118，和封闭模块120至126。
[0029]槽102与侧壁103在形状上呈大体矩形。与以密封方式装配在其上的底部盖板104相联，其构成了一种容器，可容纳纤维预制件10和各种压制模块与封闭模块。顶部盖板106装配在槽的侧壁103上，目的是以密封方式封闭模具。
[0030]在该实施例中，共有六个压制模块，每个模块在模具内固定到位后会对其中一个表面施加压制力，以便沿不同方向压制纤维预制件10的表面12a至20a，如图1中箭头F12a至F2tl所示。
[0031]更具体地来讲，第一压制模块108带有表面108a，该表面抵住构成叶型的预制件部分的压力面12a上，而第二压制模块110则带有表面110a，该表面抵住构成叶型吸力面的预制件部分的表面12b上。
[0032]第三压制模块112带有表面112a，该表面压抵在构成顶部平台的纤维预制件部分的表面14a上。同样，第四压制模块114带有表面114a，该表面压抵在构成底部平台的预制件部分的表面16a上。
[0033]最后,第五和第六压制模块116和118分别带有表面116a和118a,这些表面抵住构成上游凸缘和下游凸缘的预制件各个部分的表面18a和20a上。
[0034]结果，用来压制纤维预制件10的表面12a至20a的一组表面通过沿与所述表面大体垂直的方向向这些压制模块施加推力而得到压制。
[0035]在该实施例中，共有四个封闭模块120至126，它们用来将压制模块紧紧抵住需要压制的纤维预制件各个表面上。这些封闭模块插装在槽侧壁103和压制模块之间。当在模具内放置到位时，它们从而没有与纤维预制件相接触的表面。
[0036]为此，第一封闭模块120的表面120b通常抵住与其表面112a相反的第三压制模块112的表面112b上。第二封闭模块122的表面122b通常抵住远离其表面114a的第四压制模块114的表面114b上。最后，第三和第四封闭模块124和126的各自表面124b和126b通常抵住远离其表面116a和118a的第五和第六压制模块116和118的各自表面116b和118b上。
[0037]该模具可以按照如下顺序进行装配。首先，将槽102以密封方式(例如，通过容纳在槽周围形成的圆周向凹槽202内的垫片200)安装在底部盖板104上。然后，第一压制模块108被放置在槽内，大体上位于其中心处。纤维预制件10而后置放在槽内，其构成叶型的部分通过其压力面12a抵靠在第一压制模块的表面108a上。此后，其他的压制模块110至118则逐个定位到槽内，这样，其各个压力面则抵住纤维预制件的需要压制的表面上。
[0038]一旦压制模块正确定位后，封闭模块则会依次置放在槽侧壁103和压制模块之间的槽内。然后，将模具顶部盖板106装配在槽上，从而以密封方式(例如，通过在凹槽202内使用垫片200的方式)关闭模具。然后，将模具连接到树脂输送管路上，以便注射树脂。一旦注射和聚合步骤进行完毕，模具重新打开，从中退出成品件，该部件形成的叶片具有最终形状和尺寸。
[0039]下面介绍本发明压制和注射模具的各种有利特性。
[0040]按照本发明的有利布置形式，压制模块108和118以及封闭模块120至126的热膨胀系数大于槽102和盖板104，106的热膨胀系数。这样，模具可被封闭的同时，在其低温时不会完全压制纤维预制件，在聚合树脂步骤期间模具尚热时进行最后压制成型。
[0041]为此，槽和盖板的材料可以选择热膨胀系数低的材料(例如，钢、因瓦合金或复合材料)，而压制模块和封闭模块则可选择热膨胀系数大的材料(例如，铝或硅)。
[0042]如图3所示，槽侧壁103的底表面103a可以相对于与模具底部盖板和顶部盖板相垂直的平面而倾斜，从而方便将封闭模块插入模具，同样，也方便在从模具中取出部件时将封闭模块从中退出。
[0043]在图4和图5所示不同的实施例中，第二压制模块110和第四压制模块114均分别由两个不同部分构成，从而更容易从模具中取出部件。
[0044]依然是根据该不同实施例，在封闭模块定位前，可在槽内布置压紧装置210，以便向压制模块108至118施加法向力。这些装置210可以在封闭模块放置到位前协助纤维预制件在模具内压制成型(在封闭模块固定到位前则立即移除这些装置)。
[0045]这种装置同时又称之为展延器，为螺杆螺母型体系，一端固定在槽侧壁103内构成的腔室内，而相对一端则沿与之大体垂直方向向压制模块施加力。在图4和图5所示实施例中，共有六个这样的装置。
[0046]同样，还是如图4和图5所示，在将顶部盖板装配到槽上之前，支撑杆220可以很方便地固定在其中一些压制模块上，同样，目的是在模具完全关闭前协助纤维预制件的压制成型。[0047]例如，这种支撑杆220可以是建筑业通常使用的标准工字钢。它们只是设置在第二压制模块110上。
【权利要求】
1.一种在制作涡轮发动机复合材料部件时使用的纤维预制件的压制与注射模具(100)，所述模具包括:构成槽的壳体(102)，该槽用来容纳纤维预制件并由大体平面的底部和顶部盖板(104，106)来封闭；布置在槽内的压制模块(108至118)，每个压制模块表面(108a至118a)通常抵住需要压制成型的纤维预制件的表面(12a至20a)上；以及布置在槽内的封闭模块(120至126)，每个封闭模块表面(120b至126b)通常抵住压制模块表面(112b至118b)上，封闭模块没有与纤维预制件接触的表面。
2.根据权利要求1所述的模具，其特征在于，压制模块和封闭模块的热膨胀系数大于槽和盖板的热膨胀系数。
3.根据权利要求1或2所述的模具，其特征在于，槽(102)的侧壁(103)的内表面(103a)相对于与底部和顶部盖板相垂直的平面而显著倾斜。
4.根据权利要求1至3任一项所述的模具，其特征在于，纤维预制件用来制作涡轮发动机叶片，且模块包括:第一压制模块(108)，其表面(108a)通常抵住构成叶片叶型压力面的纤维预制件的表面(12a)上；第二压制模块(110)，其表面(IlOa)通常抵住构成叶片叶型吸力面的纤维预制件的表面(12b)上；第三压制模块(112)，其表面(112a)通常抵住构成叶片顶部平台的纤维预制件的表面(14a)上；第四压制模块(114)，其表面(114a)通常抵住构成叶片底部平台的纤维预制件的表面(16a)上；以及第五和第六压制模块(116，118)，其表面(116a，118a)通常抵住构成叶片上游和下游凸缘的纤维预制件的各自表面(18a，20a)上。
5.根据权利要求4所述的模具，其特征在于，至少其中一个压制模块(110，114)由至少两个不同部分构成，为的是方便从中取出部件。
6.根据权利要求4或5所述的模具，包括:第一封闭模块(120)，其表面(120b)通常抵住第三压制模块(112)的表面(112a)上，并远离其抵住构成叶片顶部平台的纤维预制件的表面；第二封闭模块(122)，其表面(122b)通常抵住第四压制模块(114)的表面(114b)上，并远离其抵住构成叶片底部平台的纤维预制件的表面；以及第三和第四封闭模块(124，126)，其表面(124b，126b)通常抵住第五和第六压制模块(116，118)的表面(116b, 118b)上，并远离其抵住构成叶片上游和下游凸缘的纤维预制件的表面。
7.—种装配根据权利要求1至6任一项所述的压制和注射模具的方法，所述方法包括如下连续步骤: a)将底部盖板(104)以密封方式装配在槽(102)上； b)将制作涡轮机部件时使用的纤维预制件(10)与压制模块(108至118)—起定位在槽内； c)将封闭模块(120至126)定位在槽内；以及 d)将顶部盖板(106)以密封方式装配在槽上。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，在定位封闭模块前，将向压制模块施加法向力的压紧装置(210)定位在槽内。
9.根据权利要求7或8所述的方法，其特征在于，定位杆(220)在槽上装配顶部盖板前定位到一些压制模块上。
【文档编号】B29C70/48GK103517799SQ201280022180
【公开日】2014年1月15日 申请日期:2012年5月3日 优先权日:2011年5月10日
【发明者】罗曼·普兰特, 利萨·拉克鲁瓦, 奥利维尔·帕特里格恩, 吉恩-皮埃尔·科舒瓦, 帕斯卡尔·布列克 申请人:斯奈克玛