一种复合材料回转体构件的成型模具及成型方法与流程

本发明涉及复合材料成型制造，更具体地说，是涉及一种复合材料回转体构件的成型模具及成型方法。

背景技术：

1、陶瓷基复合材料具有优异的耐高温、抗氧化、耐腐蚀和低密度等特点，在航空航天等领域具有不错的前景，特别是在航空发动机领域，成为了热端部件的首选材料。目前，以美国ge公司为代表的企业已成功实现陶瓷基复合材料的批量化生产，制备了燃烧室、火焰筒、涡轮导叶、涡轮外环、尾喷管中心等不同构件，并成功在leap等型号航空发动机上实现了商业应用。

2、陶瓷基复合材料是材料-工艺-构件一体化材料，在材料的制备过程中需要考虑构件的最终外形尺寸，构件的成型模具及其成型方法是关键技术之一。目前较为成熟的陶瓷基复合材料的固化方法是真空-热压罐和模压成型，但是真空-热压罐不能精确控制尺寸，考虑到对构件毛坯尺寸余量控制严格等原因，该方法不适合用于制备回转体构件。此外，国内采用预浸料制备陶瓷基复合材料构件形状越来越复杂，且研究相对较少。因此，对回转体构件的成型模具及成型方法进行研究具有重要意义。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明的目的是针对上述现有技术的成型难题，提供一种复合材料回转体构件的成型模具及成型方法，提高陶瓷基复合材料回转体构件的整体成型，提高成型质量与制备效率。

2、本发明提供了一种复合材料回转体构件的成型模具，包括：

3、芯模；所述芯模为阳模，外型面形状与回转体构件内型面形状一致，大口端、小口端分别设有脱模环，脱模环上均匀分布4～6个螺栓孔；所述芯模底座设有真空嘴；

4、设置在小口端的定型压块；

5、设置在大口端的侧壁压块；

6、设置在定型压块和侧壁压块上方的上盖；

7、所述定型压块、侧壁压块和上盖整体形成阴模，内型面形状与回转体构件外型面形状一致。

8、优选的，所述大口端的脱模环的内径大于芯模扩口的直径1mm～2mm，所述小口端的脱模环的外径小于芯模缩口的直径1mm～2mm。

9、优选的，所述侧壁压块的内径与复合材料回转体构件外径尺寸一致，复合材料回转体构件内径与定型压块的外径尺寸一致，复合材料回转体构件高度与上盖、定型压块、侧壁压块组合后的高度尺寸一致。

10、优选的，所述真空嘴的直径为10mm～15mm；所述螺栓孔的直径为10mm～15mm。

11、本发明还提供了一种复合材料回转体构件的成型方法，采用上述技术方案所述的复合材料回转体构件的成型模具，包括以下步骤：

12、a)在脱模环的底面、侧面和芯模凹槽表面涂抹脱模剂后，将脱模环与芯模的底座进行安装，并在芯模的外型面上贴上脱模布；同时，定型压块、侧壁压块和上盖与预浸料接触的部位均贴上脱模布；

13、b)根据复合材料回转体构件的外型面对预浸料进行裁剪，然后将裁剪好的预浸料铺贴到芯模的外型面，铺贴层数为2～4层；

14、c)将真空袋放在模具上，真空袋要将脱模环的外径包裹在内，芯模的底座与真空袋粘贴固定，将真空嘴与真空系统连接后进行预压；

15、d)拆除真空袋，完成剩余预浸料铺贴后，再次通过真空袋进行预压；

16、e)拆除真空袋，安装定型压块、侧壁压块和上盖，将整个模具放到真空压机进行固化处理；固化完成后，拆除定型压块、侧壁压块和上盖，通过脱模环将预制体与芯模分离；再将预制体放入碳化炉碳化，得到多孔体；

17、f)将多孔体放入熔渗炉内进行熔融渗硅，得到复合材料回转体构件。

18、优选的，步骤b)中所述预浸料为陶瓷纤维预浸料、碳化硅纤维预浸料、碳纤维预浸料或氧化物纤维预浸料。

19、优选的，步骤e)中所述固化处理的升温速率为1～3℃/min，升温至300℃～350℃，压力为5mpa～15mpa，保压时间为150min～250min。

20、优选的，步骤e)中所述碳化的升温速率为4～6℃/min，升温至1300℃～1500℃，保温时间为1h～3h。

21、优选的，步骤f)中所述熔融渗硅的升温速率为8～12℃/min，升温至1500℃～1600℃，保温时间为0.5h～1.5h。

22、优选的，步骤f)中所述复合材料回转体构件的密度为2～3g/cm3，孔隙率为2％～3％。

23、本发明提供了一种复合材料回转体构件的成型模具及成型方法；该成型模具包括：芯模；所述芯模为阳模，外型面形状与回转体构件内型面形状一致，大口端、小口端分别设有脱模环，脱模环上均匀分布4～6个螺栓孔；所述芯模底座设有真空嘴；设置在小口端的定型压块；设置在大口端的侧壁压块；设置在定型压块和侧壁压块上方的上盖；所述定型压块、侧壁压块和上盖整体形成阴模，内型面形状与回转体构件外型面形状一致。与现有技术相比，本发明提供的复合材料回转体构件的成型模具及成型方法，可以解决复合材料回转体变形的问题，保证成型过程中能够为全部预浸料提供充分的成型压力，避免构件出现分层缺陷；通过两个脱模环工装保证回转体成型后可顺利从模具上取下，提高了该类回转体构件的成型质量和成型效率。

技术特征：

1.一种复合材料回转体构件的成型模具，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的复合材料回转体构件的成型模具，其特征在于，所述大口端的脱模环的内径大于芯模扩口的直径1mm～2mm，所述小口端的脱模环的外径小于芯模缩口的直径1mm～2mm。

3.根据权利要求1所述的复合材料回转体构件的成型模具，其特征在于，所述侧壁压块的内径与复合材料回转体构件外径尺寸一致，复合材料回转体构件内径与定型压块的外径尺寸一致，复合材料回转体构件高度与上盖、定型压块、侧壁压块组合后的高度尺寸一致。

4.根据权利要求1所述的复合材料回转体构件的成型模具，其特征在于，所述真空嘴的直径为10mm～15mm；所述螺栓孔的直径为10mm～15mm。

5.一种复合材料回转体构件的成型方法，其特征在于，采用权利要求1～4任一项所述的复合材料回转体构件的成型模具，包括以下步骤：

6.根据权利要求5所述的成型方法，其特征在于，步骤b)中所述预浸料为陶瓷纤维预浸料、碳化硅纤维预浸料、碳纤维预浸料或氧化物纤维预浸料。

7.根据权利要求5所述的成型方法，其特征在于，步骤e)中所述固化处理的升温速率为1～3℃/min，升温至300℃～350℃，压力为5mpa～15mpa，保压时间为150min～250min。

8.根据权利要求5所述的成型方法，其特征在于，步骤e)中所述碳化的升温速率为4～6℃/min，升温至1300℃～1500℃，保温时间为1h～3h。

9.根据权利要求5所述的成型方法，其特征在于，步骤f)中所述熔融渗硅的升温速率为8～12℃/min，升温至1500℃～1600℃，保温时间为0.5h～1.5h。

10.根据权利要求5所述的成型方法，其特征在于，步骤f)中所述复合材料回转体构件的密度为2～3g/cm3，孔隙率为2％～3％。

技术总结
本发明提供了一种复合材料回转体构件的成型模具，包括：芯模；所述芯模为阳模，外型面形状与回转体构件内型面形状一致，大口端、小口端分别设有脱模环，脱模环上均匀分布4～6个螺栓孔；所述芯模底座设有真空嘴；设置在小口端的定型压块；设置在大口端的侧壁压块；设置在定型压块和侧壁压块上方的上盖；所述定型压块、侧壁压块和上盖整体形成阴模，内型面形状与回转体构件外型面形状一致。该成型模具可以解决复合材料回转体变形的问题，保证成型过程中能够为全部预浸料提供充分的成型压力，避免构件出现分层缺陷；通过两个脱模环工装保证回转体成型后可顺利从模具上取下，提高了该类回转体构件的成型质量和成型效率。

技术研发人员：赵文青,石小磊,李泓希,杨瑞,焦健
受保护的技术使用者：中国航发北京航空材料研究院
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15