[发明专利]一种碳纤维复合材料叶栅的加工装置及叶栅

说明书

本发明涉及航空设备领域，具体涉及一种碳纤维复合材料叶栅的加工装置及叶栅。这种加工装置包括底座、第一芯模和第二芯模，第一芯模与底座可拆卸地相连，第二芯模与底座可拆卸地相连；第一芯模和第二芯模与底座相连时，底座上形成用于材料成型的成型腔；第一芯模材料的热膨胀系数大于第二芯模材料的热膨胀系数；常温时，第一芯模的体积小于第二芯模的体积；在碳纤维复合材料的固化温度下，第一芯模的体积能够等于或大于第二芯模的体积。在加工过程中，第一芯模能够对碳纤维复合材料施加压力，减少叶栅上的空腔形成。本发明提供的叶栅由上述的加工装置加工而得到。

技术领域

本发明涉及航空设备领域，特别是一种碳纤维复合材料叶栅的加工装置及叶栅。

背景技术

叶栅是飞机上的重要零件。叶栅厚度方向的一端为第一表面，叶栅厚度方向的另一端为第二表面，叶栅上具有多个孔，孔的一端延伸至第一表面，另一端延伸至第二表面。孔沿曲线延伸，使得现有技术中的叶栅无法通过模具直接成型。

现有技术中的飞机叶栅通过金属材料制成，其制作过程是首先通过模具进行大致成型，然后对叶栅上的孔进行机加工，使孔最终成型，从而满足叶栅的结构要求。

随着技术的进步，金属的材料综合性能与碳纤维复合材料产生了较大的差距，采用碳纤维复合材料制成的叶栅具有传统的金属叶栅不能媲美的优良性能。但在碳纤维复合材料叶栅的加工过程中，无法对碳纤维复合材料采用机加工来进行孔的成型。而若直接采用模具成型，容易由于压力不足而使成型后的碳纤维复合材料中产生空腔或材料分层。

发明内容

本发明的发明目的在于：针对现有技术存在的问题，提供一种碳纤维复合材料叶栅的加工装置及叶栅，以解决碳纤维复合材料叶栅加工过程中的材料空腔和分层问题。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种碳纤维复合材料叶栅的加工装置，包括底座、第一芯模和第二芯模，第一芯模与底座可拆卸地相连，第二芯模与底座可拆卸地相连；第一芯模和第二芯模与底座相连时，底座上形成用于材料成型的成型腔；第一芯模材料的热膨胀系数大于第二芯模材料的热膨胀系数；常温时，第一芯模的体积小于第二芯模的体积；在碳纤维复合材料的固化温度下，第一芯模的体积能够等于或大于第二芯模的体积。

通过本发明提供的加工装置，加工时，在第一芯模和第二芯模的周围包裹碳纤维复合材料的原材料片，然后将第一芯模、第二芯模与碳纤维复合材料一起安装到底座上。对加工装置及加工装置上的碳纤维复合材料施加合适的压力和温度载荷，使碳纤维复合材料的原材料片固化，从而在第一芯模和第二芯模所处的位置形成叶栅上的孔。各个第一芯模和第二芯模周围的碳纤维复合材料融合到一起，形成叶栅。

在固化碳纤维复合材料的过程中，温度由常温升高至碳纤维复合材料的固化温度，第一芯模的膨胀体积较大，能够在碳纤维复合材料固化的过程中，对碳纤维复合材料施以较大的压力，从而避免成型后的叶栅中产生空腔或材料分层，有利于提高成型后的材料性能。

作为本发明的优选方案，各第一芯模被第二芯模隔开。

加工过程中，第一芯模的受热膨胀量较大，第二芯模的受热膨胀量较小，因此第二芯模的维型能力较好。使第一芯模被第二芯模隔开，避免各个第一芯模互相相邻，有利于在成型过程中保持叶栅孔的形状。

作为本发明的优选方案，第一芯模或第二芯模由弹性材料制成。

第一芯模或第二芯模采用弹性材料制成，在脱模的过程中，通过第一芯模或第二芯模产生可恢复的变形来实现脱模，有利于降低脱模难度。当然，在本发明的其他实施方式中，第一芯模和第二芯模也可以不采用弹性材料制成，而通过敲击等传统方式实现脱模。

作为本发明的优选方案，第一芯模的材料为橡胶，第二芯模的材料为钢。