涡壳成形装置及涡壳制作方法与流程

本发明涉及航空发动机领域，特别地，涉及一种航空发动机涡壳成形装置及涡壳制作方法。

背景技术：

涡壳是一个螺旋形的三维壳体，具有相对封闭的内腔。零件壁厚2mm，是由约20层单张厚度0.1mm的改性环氧树脂玻璃钢，经手工层层粘接叠加包覆住模具成形装置，然后进真空炉加热塑化，最后冷却固化成形。改性环氧树脂玻璃钢是一种复合材料，这种材料重量轻，加热状态下可塑性好，冷却固化后强度高，耐冲击性较强。

普通复材零件的制造，国内已有相对成熟的工艺。在诸如飞行器雷达罩，卫星接收透波罩，飞机蒙皮及结构件等方面都有广泛应用。但对于复杂曲面零件，尤其是该零件的螺旋状空间内腔体的成形装置，国内尚无可以借鉴的经验。

普通零件的复材制造，复合材料都是“覆盖”在模具基体上，因此模具必定是整体式结构，工序流程完毕以后，只需直接解决复合材料从模具上“剥离”的问题即可。而对于该涡壳零件，复合材料是“包覆”着模具基体的，因此模具必须采用分块式结构。这种结构首先要考虑的就是如何保证拼合后整体型面的平滑光顺；工序流程完毕后，还必须解决模具型块从零件腔体内部“抽离”的问题；同时由前述可知，复材是层层叠加胶接的，在加热过程中，胶液会从壳体层中溢出，流进模具各分块之间的接缝，冷却固化后会将分块胶接在一起，对型块的顺利脱出也会造成严重影响。

因此，设计一种既要保证拼合后的整体型面平滑，又利于从零件内腔中脱离的分块式的模具，是一个亟待解决的问题。

技术实现要素：

本发明提供了一种涡壳成形装置及涡壳制作方法，以解决具有螺旋形内腔的涡壳制作时拼接面平滑且便于从零件内腔脱离的技术问题。

本发明采用的技术方案如下：

一种涡壳成形装置，用于将复合材料包覆在该涡壳成形装置上以制造具有螺旋形内腔的涡壳，该装置包括：模具底盘及设置在模具底盘上用于制作涡壳的模具型块，

模具型块包括：设置在模具底盘圆周方向上且在拆卸时与模具底盘作为整体拆卸的整体型块、多个设于整体型块外侧的圆周方向且相互拼接形成光滑拼接面的螺旋形内腔的分型块；

分型块的内部至少部分为空腔，以便于在整体型块和模具底盘整体拆卸之后，从分型块内部将各个分型块从成形后的涡壳的内腔中拆卸。

进一步地，分型块包括沿整体型块圆周方向的多个与模具底盘相接的第一型块、及底部悬空且与整体型块无相接的第二型块。

进一步地，第一型块的腔体内壁上还设有拆卸时便于施力的螺纹孔。

进一步地，第一型块与模具底盘之间经活动式插销与第一耐磨衬套配合定位，并用螺钉进行固定。

进一步地，第二型块和与其相邻的第一型块之间经位于第一型块和第二型块内部的固定件定位。

进一步地，第二型块和与其相邻的第一型块经位于内部的侧向螺钉使其固定为一个整体。

进一步地，整体型块与模具底盘之间设有用于排出在制作过程中溢出胶液的第一环形腔；整体型块与分型块之间设有用于排出在制作过程中溢出胶液的第二环形腔。

进一步地，第一环形腔和第二环形腔的纵向剖面均呈锥形，以确保整体型块与模具底盘及分型块的拼接面形成完整型面。

根据本发明的另一方面，还提供了一种涡壳制作方法，该方法包括以下步骤：

根据涡壳形状将涡壳分为设置在模具底盘圆周方向上的整体型块和设置在整体型块外侧的圆周方向且固定在模具底盘上的多个分型块；

将分型块的内部加工为空腔；

将整体型块和分型块固定在模具底盘上，所有的连接部件均处于内部，以确保整体型块和分型块拼合之后形成的拼接面光滑；

将复合材料包覆在整体型块和分型块上，然后放入真空炉加热塑化；

零件制备完成后进行涡壳拆卸，首先将模具底盘和整体型块整体拆卸，然后从分型块的内腔将各个分型块从成形后的涡壳的内腔中拆卸。

进一步地，该方法还包括以下步骤：根据涡壳的形状，将分型块分为多个与整体型块相接的第一型块及与整体型块无相接的第二型块；

分型块固定在模具底盘上时，首先将第二型块和与其相邻的第一型块固定，使其作为整体固定设置在模具底盘上，然后依次将其他第一型块固定在模具底盘上；

分型块拆卸时，首先从未对应设置第二型块的第一型块的内部将其从涡壳零件内腔中拆除，然后拆除第二型块和与其相邻的第一型块。

本发明具有以下有益效果：

本发明的涡壳成形装置及涡壳制作方法，用于将复合材料包覆在该涡壳成形装置上以制造具有螺旋形内腔的涡壳，该装置包括：模具底盘及设置在模具底盘上用于制作涡壳的模具型块，模具型块包括：设置在模具底盘圆周方向上且在拆卸时与模具底盘作为整体拆卸的整体型块、位于整体型块外侧的圆周方向上且相互拼接形成光滑拼接面的螺旋形内腔的多个分型块，分型块的内部至少部分为空腔，以便于将模具底盘和整体型块拆卸之后，从分型块内部将各个分型块从成形后的涡壳的内腔中拆卸。通过将模具型块分成整体型块和多个拼接形成光滑曲面的分型块，模具型块设置在模具底盘上，涡壳制备完成后，整体型块和模具底盘作为整体首先拆除，因为分型块内部形成空腔，借助外部工具从内部将各个分型块从涡壳零件内腔中脱离，解决了螺旋形涡壳在制备时，将模具型块从零件内腔脱离的技术问题；另外模具型块都是固定在模具底盘上，所有的连接件都处于模具底盘上并非位于模具型块的拼接面上，从而保证了模具型块拼合后能形成完整的光滑型面。

除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照附图，对本发明作进一步详细的说明。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是本发明优选实施例的涡壳成形装置的结构示意图；

图2是图1中沿a-a面的剖视图；

图3是图1中沿a-a面的模具型块的挖空剖视图；

图4是本发明优选实施例的涡壳成形装置模具底盘的结构示意图；

图5是图1中b处和c处的局部剖视图。

附图标号说明：

10、模具底盘；11、第一底盘；12、第二底盘；13、第一环形孔；14、第二环形孔；

20、整体型块；21、第一螺钉；22、第一腔体内壁；30、分型块；31、第一型块；32、第二型块；321、第二腔体内壁；311、第三腔体内壁；

40、第一环形腔；41、第二环形腔；

50、第二螺钉；51、活动式插销；52、侧向螺钉；53、第二耐磨衬套；54、拔卸式定位销。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

参照图1及图2，本发明的优选实施例提供了一种涡壳成形装置，用于将复合材料包覆在该涡壳成形装置上以制造具有螺旋形内腔的涡壳，该装置包括：模具底盘10及设置在模具底盘10上用于制作涡壳的模具型块，模具型块包括：设置在模具底盘10圆周方向上与模具底盘10作为整体拆卸的整体型块20、位于整体型块20外侧的圆周方向上且相互拼接形成具有光滑拼接面的螺旋形内腔的多个分型块30，分型块30的内部至少部分为空腔，以便于在模具底盘10和整体型块20拆卸之后从分型块30内部将各个分型块30从成形后的涡壳内腔中拆卸。

参照图4，模具底盘10包括第一底盘11，及为位于第一底盘11圆周方向上的整体型块20及位于整体型块20外侧圆周方向的分型块30提供固定支靠面的第二底盘12；第一底盘11为圆形底盘，第一底盘11的圆周方向设有整体型块20，整体型块20固定在第二底盘12上；整体型块20的外侧圆周方向上设有多个分型块30，多个分型块30固定在第二底盘12上。

参照图3，在本实施例中，考虑到模具型块本身的重量，整体型块20的内部加工成空腔，整体型块20的腔体内沿整体型块20的圆周方向上间隔设有多个第一腔体内壁22，第一腔体内壁22经第一螺钉21与第二底盘12连接。

具体地，在对模具型块划分时，主要是分两部分，第一部分是由复合材料覆盖的整体型块20，第一部分在涡壳制作过程中，仅需要将复合材料覆盖在整体型块20上，在拆卸过程中，可直接将复合材料从模具型块上剥离；第二部分是涡壳的螺旋形内腔，第二部分在制作过程中，是由复合材料包覆的，在拆卸过程中，无法直接将复合材料剥离，第二部分只能采用分块式处理，第二部分在切割过程中，主要考虑分型块30的重量，以及分型块30之间的接缝位置，另外还要便于拆装。具体地，将第二部分分为多个分型块30，并且分型块30的内部一部分被加工成空腔，这样在涡壳制作完成后，在模具型块拆卸过程中，首先将整体型块20和模具底盘10拆除，然后从分型块30的内部借助外部工具将各个分型块30分别从成形后的涡壳内腔中拆除。

本实施例的涡壳成形装置，通过将模具型块分成整体型块和多个拼接形成光滑曲面的分型块，模具型块设置在模具底盘上，涡壳制备完成后，整体型块和模具底盘作为整体首先拆除，因为分型块内部形成空腔，借助外部工具从内部将各个分型块从涡壳零件内腔中脱离，解决了螺旋形涡壳在制备时，将模具型块从零件内腔脱离的技术问题；另外模具型块都是固定在模具底盘上，所有的连接件都处于模具底盘上并非位于模具型块的拼接面上，从而保证了模具型块拼合后能形成完整的光滑型面。

优选地，分型块30包括沿整体型块20外侧圆周方向的多个与模具底盘10相接的第一型块31、及底部悬空且与整体型块20无相接的第二型块32。

在本实施例中，如图1中所示，分型块30根据涡壳形状划分，分型块30包括7个第一型块31及1个第二型块32，其中第一型块31是设置在整体型块20圆周方向上的，与整体型块20相接形成拼接面，7个第一型块31固定在第二底盘12上。第二型块32是与第二底盘12无支靠面的模具型块。具体地，在进行该涡壳成形装置安装时，首先将第二型块32和与其相邻的第一型块31固定为一个整体，然后将其固定在第二底盘12上；接着将其他第一型块31依次固定在第二底盘12上。

参照图3可知，第一型块31和第二型块32的内部均被加工为空腔，以便于将第一型块31和第二型块32从涡壳内腔中拆除。

优选地，第一型块31的腔体内壁上还设有拆卸时便于施力的螺纹孔。在本实施例中，在第一型块31的腔体内壁上设有螺纹孔，通过在螺纹孔上借助扳手或其他工具施力将第一型块31从涡壳内腔中依次拆除。

优选地，第一型块31与模具底盘10之间经活动式插销51与第一耐磨衬套配合定位，并用第二螺钉50进行固定。在本实施例中，第一型块31的腔体内壁上设有与活动式插销51和第二螺钉50配合的孔；另外因为第一型块31需要经常拆卸和装配，第一型块31与模具底盘10之间采用两个高精度活动式插销51进行定位，且第一耐磨衬套采用高耐磨性衬套，避免活动部件的磨损导致间隙加大，影响整体型面的平滑度。另外第一型块31经第二螺钉50固定在模具底盘10上。

优选地，参照图5，第二型块32和与其相邻的第一型块31经位于第一型块31和第二型块32内部的定位件定位。在本实施例中，第二型块32的内部为空腔，在空腔的内部设有第二腔体内壁321，与第二腔体内壁321对应的第一型块31的空腔处也设置第三腔体内壁311；定位件设置在第二腔体内壁321和第三腔体内壁311的拼接处，定位件为拔卸式定位销54，并设置第二耐磨衬套53，拼接处经侧向螺钉52固定为一个整体，然后再将其固定在第二底盘12上。定位件是内埋式部件，处于第二型块32和第一型块31的内部，没有外露。

具体的，分型块30固定在模具底盘10上时，首先将第二型块32和与其相邻的第一型块31固定为一个整体，然后再将其固定在模具底盘10上，然后依次将其他第一型块31固定在模具底盘10上，该涡壳成形装置的所有的连接部件均处于模具底盘10上，并非位于拼接面上，而且连接部件没有外露，从而有效保证第一型块31和第二型块32拼合后形成完整的光滑型面。

涡壳制作完成后，在模具型块拆卸过程中，首先将整体型块20和模具底盘10整体拆除，首先从未对应设置第二型块32的第一型块31的内部将其从涡壳零件内腔中拆除；然后拆除第二型块32和与其相邻的第一型块31，此时定位件已经外露，把定位件拆卸之后，可以将第二型块32和与其相邻的第一型块31分别拆卸。

优选地，整体型块20与模具底盘10之间设有用于排出在制作过程中溢出胶液的第一环形腔40；整体型块20与分型块30之间设有用于排出在制作过程中溢出胶液的第二环形腔41。第二底盘12上与第一环形腔40和第二环形腔41对应的位置处设有将胶液排出模具底盘10的第一环形孔13和第二环形孔14。在本实施例中，第一环形腔40和第二环形腔41的纵向剖面均呈锥形，以确保整体型块20与模具底盘10及分型块30的拼接面形成完整型面，且在制作过程中溢出的胶液经第一环形孔13和第二环形孔14排出外界；避免了在涡壳制作过程中，从复合材料中溢出的胶液，在热熔状态下会渗进拼接缝内，冷却固化后增加模具型块拆卸的难度。

另外，第一环形腔40和第二环形腔41的纵向剖面为从上到下逐渐加宽的锥形，一方面保证整体型块20与分型环30之间能组合成完整型面，另一方面使熔化后的胶液排出外界，以便于后期模具型块的拆卸。

本发明还提供一种分块式涡壳制作方法，该方法包括以下步骤：

首先将涡壳进行分块；具体地，结合涡壳的具体形状，根据在制作过程中复合材料在涡壳上的位置进行划分，将涡壳分为：根据涡壳形状将涡壳分为设置在模具底盘10圆周方向上由复合材料覆盖的整体型块20和多个位于整体型块20外侧圆周方向且固定在模具底盘10上的由复合材料包覆的分型块30；

将分型块30的内部加工为空腔；

将整体型块20固定在模具底盘10上，然后将各个分型块30固定在模具底盘10上，使所有的连接部件均处于内部，保证整体型块20和分型块30之间及各个分型块之间形成的拼接面光滑；

将复合材料包覆在整体型块20和分型块30上，然后放入真空炉加热塑化；

零件制备完成后进行涡壳拆卸，首先将模具底盘10和整体型块20整体拆除，然后借助外界工具从分型块30的内部将各个分型块30从成形的涡壳内腔中依次拆除。

该涡壳制作方法还包括以下步骤：

根据涡壳的形状，将分型块30分为多个与整体型块20相接的第一型块31及与整体型块20无相接的第二型块32；

分型块30固定在模具底盘10上时，首先将第二型块32和与其相邻的第一型块31固定，使其作为整体固定设置在模具底盘10上，然后依次将其他所述第一型块31固定在模具底盘10上。

涡壳制作完成后，分型块30在拆卸时，首先从未对应设置第二型块32的第一型块31的内部将其从涡壳零件内腔中拆除；然后拆除第二型块32和与其相邻的第一型块31。

从以上的描述可以得知：本发明的涡壳成形装置及涡壳制造方法，通过将模具型块分成整体型块和多个拼接形成光滑曲面的分型块，模具型块设置在模具底盘上，涡壳制备完成后，整体型块和模具底盘作为整体首先拆除，因为分型块内部形成空腔，借助工具从分型块内部将各个分型块从涡壳零件内腔脱离，解决了螺旋形涡壳在制备时，将模具型块从零件内腔脱离的技术问题；另外模具型块都是设置在模具底盘上，所有的连接件都处于模具底盘上并非位于模具型块的拼接面上，从而保证了模具型块拼合后能形成完整光滑的型面。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。