專利名稱：一種整體葉盤的制造工藝和實(shí)施這種工藝的模具的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及制造一種整體葉盤，特別是渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子用葉盤的制造。本發(fā)明還更 具體地涉及一種通過摩擦焊接制造這種葉盤的工藝。
背景技術(shù)：
目前的葉盤有兩種。第一種葉盤是將可拆卸的葉片ia械固定到輪盤上，輪盤和 葉片包括將其固定到一起的機(jī)構(gòu)。第二種葉盤，又稱整體葉盤，是一個(gè)單一的部件， 沒有任何固定機(jī)構(gòu)。在第一種葉盤中，將葉片固定到輪盤上的機(jī)構(gòu)必須承受輪盤轉(zhuǎn)動(dòng)期間形成的離 心九因此，這種機(jī)構(gòu)往往又大又重。結(jié)果，這種輪盤常常比整微盤要重。在航 空領(lǐng)域， 輕型部件，這就是整體輪盤為什么會(huì)非常受歡迎的原因。帝ij造一種整體葉^^f需要的第一種技術(shù)包括在鍛造后的坯件上加工出一個(gè)整體葉盤。這種技術(shù)在專利申請文件EP 1 285 714中給予了說明。制造一種整體葉^^f需要的第二種技術(shù)包括采用摩擦焊接。摩擦焊接是一種機(jī) 鵬接工藝，其中焊接所需熱能來自裝配部件彼此摩衞旦同時(shí)又彼此緊壓。這種焊 接技術(shù)的特點(diǎn)是不需要使用任何液態(tài)金屬。第EP 0 924 016號和US 6 524 072號專利文件都對采用摩擦焊接制造整體葉盤 進(jìn)行了說明。第EP 0 924 016號專利文件說明，葉片相對于輪盤的摩擦運(yùn)動(dòng)是近似 軸向的，而第US6 524 072號專利文件則說明，葉片相對于輪盤的摩擦運(yùn)動(dòng)是切向 的。其它類型的摩擦運(yùn)動(dòng)都是可以想得到的，諸如旋轉(zhuǎn)。這些工藝在加工每個(gè)葉片 時(shí)都必須重復(fù)，因而加工時(shí)間長，而且很緩優(yōu)。此外，第EP 0 924 016號和US 6 524 072號專利文件0M工藝在實(shí)施時(shí)需要預(yù) 先假設(shè)葉片能夠承受相對于輪盤的足夠的運(yùn)動(dòng)量。然而， 一些葉片包括了上端的凸 肩，而其下端則是葉根，彼此相反。凸肩的形狀實(shí)際上呈環(huán)糊形體，從而會(huì),重 新粒外部的流經(jīng)渦輪機(jī)的空氣動(dòng)力氣流。因此，凸肩都被看作是一個(gè)上平臺(tái)。非 常普遍的做法是，設(shè)計(jì)一種對所有葉片都相同的凸肩，這種凸肩的形狀應(yīng)能使其裝 Aifi鄰的凸肩內(nèi)。這些凸肩端對端地連接到一起，從而形成一個(gè)環(huán)狀。由于凸肩形狀特別，因而無法采用目前已知的摩擦焊接工藝制造整體葉盤，因
為鄰近葉片的護(hù)罩將會(huì)妨礙焊接到葉盤上的凸肩葉片的摩擦運(yùn)動(dòng)。已知已有技術(shù)中， 還沒有專利申請文件提出一種可在葉盤上制造凸肩葉片和應(yīng)用摩擦焊接的方法。更常見的是，對有著至少一個(gè)構(gòu)件與至少一刊卩近葉片接觸的任何葉片來講， 都會(huì)出現(xiàn)上述同樣的問題，而這個(gè)構(gòu)件很可能就是例如下平臺(tái)，它重新構(gòu)成渦輪機(jī)或散熱片的內(nèi)部空氣動(dòng)力氣流，所述構(gòu)件被看作是一種第US 5 460 488號專利文件 所描述的中間平臺(tái)。此外，凸肩葉片上通常一定會(huì)施加一種預(yù)應(yīng)力，這會(huì)使得摩擦焊接很困難。預(yù) 應(yīng)力包括在制3t31程中使葉片承受壓縮力或張力。凸肩葉片是直接通過其翼面扭轉(zhuǎn) 角度來加工的，這樣凸肩就不是全部與輪盤實(shí)現(xiàn)圓周對準(zhǔn)。為了能夠做到旨圓周 對準(zhǔn)，在葉片通過葉根裝配到輪盤上時(shí)，凸肩都會(huì)機(jī)械固定到一起，施加一種 頁應(yīng) 力。本發(fā)明的第一個(gè)目的是提出一種整體葉盤制造的工藝，會(huì)S夠?qū)⒍鄠€(gè)帶有至少一 個(gè)構(gòu)件與至少一個(gè)鄰近葉片接觸的多個(gè)葉片焊接一特別是摩擦焊接一到葉盤上。本發(fā)明的第二個(gè)目的是提出一種通過焊接一特別是摩擦焊接一整體葉盤制造的 工藝，育^夠?qū)⒍鄠€(gè)葉片同時(shí)裝配在葉盤上。本發(fā)明所提出的解決方案^1過摩擦焊接將一圈預(yù)先固定到一起的葉片焊接到 葉盤上。發(fā)明專利內(nèi)容為此，本發(fā)明提出了制造整體葉盤的一種工藝，包括如下一系列步驟 將多個(gè)葉片1按照環(huán)狀形式布置在具有對稱旋轉(zhuǎn)的模具2內(nèi)；,將可,材料3，預(yù)先加熱至搞于其熔點(diǎn)的驗(yàn)，澆注到模具2內(nèi)環(huán)狀布置 的葉片1上； 在可,材料3固化后，將形成的模制環(huán)IO取出； 將模制環(huán)10焊接到葉盤4上； 清除可,科才料3。本發(fā)明所提出工藝的焊接作業(yè)是通過摩擦焊接很方便的來完成的。 本發(fā)明提出的工藝非常適用于包括與鄰近葉片接觸在內(nèi)的葉片。
所有葉片在輪盤上的同步焊接節(jié)省了整體葉盤制造的時(shí)間。 本發(fā)明還涉及一種實(shí)施上述整體葉盤制造工藝的模具。


參照附圖，通過閱讀如下詳細(xì)說明可以更清楚地了解本發(fā)明，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)則 將非常清楚。附圖如下 圖l示出了一張實(shí)際為剖面的葉片； 圖2示出了圖1所示葉片的正視圖； 圖3為一張分解圖，示出了本發(fā)明所提出模具的各個(gè)構(gòu)成部分； 圖4為一張局部剖面圖，示出了本發(fā)明提出的裝配好的模具，葉片已經(jīng)置于其中； 圖5示出了一個(gè)模制環(huán)形體和一個(gè)輪盤，用于摩擦焊接。
具體實(shí)施方式
如圖1所示，葉片1包括一個(gè)翼面11和下端包括一個(gè)葉根12。葉片1的翼形 葉面11是預(yù)先加工好的。葉片1的葉根12包括一個(gè)相對較重的±央體。該i央體在其 摩擦表面17上留有余量，所述余量在摩擦焊接時(shí)被消耗掉。葉根12上也提供一個(gè) 肩部12b，目的是防止焊接時(shí)葉片徑向移動(dòng)。在某些情況下，葉片1還在其上端包括一個(gè)凸肩13。凸肩13的下表面13a使 其育嫩重新構(gòu)成渦輪機(jī)外空氣動(dòng)力氣流的組成部分。如圖2中可以很清楚地看到， 凸肩13的側(cè)緣13b和13c的形狀是互補(bǔ)的，這樣兩個(gè)相鄰葉片1的相似凸肩13就 可以適配在一起。凸肩13的特定形狀使得葉片1的尖部不會(huì)出現(xiàn)任何位移。凸肩 13在其頂部包括卡齒14，用來在整體葉盤駄渦輪機(jī)后與位于對面的殼體相密封。 帶凸肩13的葉片1 一般在加工時(shí)，其翼面11會(huì)沿徑向軸線15稍加扭轉(zhuǎn)16。圖3以分解形式給出了模具2的一個(gè)示例。構(gòu)成模具的各個(gè)部件都是可以拆除 的，而且雌圍繞軸線20形成軸線對稱。模具20包括一個(gè)底環(huán)21 ，夕卜環(huán)22和頂 環(huán)23。底環(huán)21為平面，其內(nèi)圓周上提1^W—個(gè)帶角度的壁2la，軸向向模具2的內(nèi)側(cè) 延伸，其高度與葉片的"寬度"相符。外環(huán)22在其內(nèi)圓周上包括一個(gè)外環(huán)形壁22a， 軸向向模具2的內(nèi)偵IJ延伸。頂環(huán)23為平面形狀，用^il過向葉片1根部12施加壓 力而將葉片緊緊地固定在模具2內(nèi)。底環(huán)21、外環(huán)22和頂環(huán)23都可以采用螺栓固 定到一起。為此，這些構(gòu)件上都提供了螺紋21b, 21c, 22b。模具2的上述這些構(gòu)件 21， 22， 23的尺寸取決于葉片1的尺寸。為了實(shí)施本發(fā)明所提出的整體葉盤審隨工藝，葉片1和整體葉盤4都要預(yù)先制 造好。在實(shí)施本發(fā)明提出的制造工藝的第一個(gè)步驟時(shí)，葉片l必須按照環(huán)形布置，其 相對于底環(huán)21上模具2軸線20的徑向位置與期每要連接的輪盤2周圍的最終布置 形式相同。葉片的根部12通過其表面17與底環(huán)21的壁21a相接觸。頂環(huán)23壓向 葉片1的根部12，從而向葉片1施加了一個(gè)預(yù)應(yīng)力，迫使凸肩13沿圓周方向?qū)?zhǔn)， 側(cè)緣13b和Bc正確定位并裝配到一起。圖4給出了模具2的剖面，葉片1置于其 中。按照工藝的第二個(gè)步驟，可降解材料3預(yù)先加熱到高于其熔點(diǎn)的溫度，而后被 澆入模具中，至少要覆蓋住葉片1的翼面11和凸肩13。所述材料3是一種低熔點(diǎn) 材料。"低熔點(diǎn)材料" 一詞的理解在本發(fā)明內(nèi)是指該材料所具有的熔點(diǎn)低于葉片1 或輪盤4材料的熔點(diǎn)。有關(guān)這種可,科才料3的示例將在下面介紹。按照工藝的第三個(gè)步驟，待材料3冷卻固化后，可將模制成形的環(huán)形體10取出。 為了取出該環(huán)形體IO，應(yīng)將模具2的各個(gè)構(gòu)件21， 22和23拆掉。而后，所形成的 模制環(huán)10是一個(gè)帶有預(yù)壓應(yīng)力的葉片1的環(huán)。模制環(huán)10可能出現(xiàn)的瑕疵雌用去 毛邊方式清除。戶;Mx藝的第四步驟包括對模制環(huán)10進(jìn)行摩擦焊接。模制環(huán)10和輪盤4的摩擦表面17和41都厄斜切，均呈一個(gè)互補(bǔ)的錐臺(tái)形狀。摩擦表面17和41上的余量 材料用于在摩擦焊接期間消耗。摩擦焊接通過模制環(huán)10和輪盤4的相對轉(zhuǎn)動(dòng)鄉(xiāng)行。 葉根12上的肩部12b是防止葉片徑向移動(dòng)的?？刹捎脙煞N實(shí)施例。在第一個(gè)實(shí)施例中，輪盤4高速旋轉(zhuǎn)，模制環(huán)10被軸向壓 向輪盤4。作為選擇方式，在第二種實(shí)施例中，模制環(huán)10高速旋轉(zhuǎn)，而輪盤4則軸 向緊緊壓向模制環(huán)IO。為此，摘擦焊接作業(yè)期間，模制環(huán)10和輪盤4通過各自 的保持裝置53和54例如楔塞被壓緊在一起。圖5示出了一種模制環(huán)10和一個(gè)輪 盤4在焊接前的位置情況。所應(yīng)用的摩擦焊接類型可以優(yōu)選是慣1W擦焊接。在這種情況下，旋,度可 以預(yù)先確定，這樣，當(dāng)起始轉(zhuǎn)動(dòng)停止時(shí)，預(yù)期焊接作業(yè)就可以有效完成。在焊接作業(yè)結(jié)束后，工藝的最后一個(gè)步驟是去除可糊科才料3。這種去除可以 采用化學(xué)和熱方式進(jìn)行，依所應(yīng)用的可降解材料3類型而定。如果采用化學(xué)分解方
式清除時(shí)，可降解材料3可以是聚氨酯或硅類樹脂，可在甲苯內(nèi)有機(jī)輸忡溶解的 材料。如果采用熱方式去除，可降解材料可以是Seroban 型鉛鋅基的金屬合金。 一旦可劂率材料3被清除掉，然后，就可對凸肩13釋放預(yù)應(yīng)力，但仍保持圓周對準(zhǔn)。所形成的整體葉盤可以進(jìn)行其它表面光潔度處理，諸如對焊接區(qū)域進(jìn)行機(jī)加工 和對葉片l翼面ll進(jìn)行加工等。盡管上面戶皿示例主要是針對含有凸肩13的葉片1，但本發(fā)明提出的工藝適合 任何類型的葉片，不論是否帶有與相鄰葉片接觸的構(gòu)件。盡管所提出的焊接工藝，擦焊接，但其它焊接工藝也可以應(yīng)用，諸如亞弧焊、 激光焊或擴(kuò)散焊接。
權(quán)利要求
1.一種整體葉盤的制造工藝，包括如下一系列步驟●將多個(gè)葉片1按照環(huán)狀形式布置在具有對稱旋轉(zhuǎn)的模具2內(nèi)；●將可降解材料3，預(yù)先加熱到高于其熔點(diǎn)的溫度，澆注到模具2內(nèi)環(huán)狀布置的葉片1上；●在可降解材料3固化后，將形成的模制環(huán)10取出；●將模制環(huán)10焊接到葉盤4上；●清除可降解材料3。其特征在于所述焊接為摩擦焊接。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的整體葉盤制造工藝，其特征在于所述焊接是采用慣' 擦焊接來實(shí)施的。
3. 根據(jù)上述權(quán)禾傻求中任一項(xiàng)權(quán)禾頓求所述的整體葉盤制造工藝，其特征在于模 第杯和葉盤的摩擦表面是斜切的，兩個(gè)表面都具有互補(bǔ)形錐臺(tái)形狀。
4. 根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的整體葉盤審隨工藝，其特征在于在 摩擦焊接作業(yè)期間，葉盤軸向壓向模制環(huán)。
5. 根據(jù)戰(zhàn)權(quán)利要求中任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的鄉(xiāng)葉盤制造工藝，其特征在于每 個(gè)葉片包括至少一個(gè)與相鄰葉片接觸的構(gòu)件。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5戶脫的整體葉盤制造工藝，其特征在于與相鄰葉片接觸的構(gòu)件 是一個(gè)凸肩。
7. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的整體葉盤制造工藝，其特征在于與相鄰葉片接觸的構(gòu)件 是一個(gè)下部或中間平臺(tái)。
8. 根據(jù)權(quán)利要求5到7中任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的整體葉盤制造工藝，其特征在于 在葉片上施加一種預(yù)應(yīng)力。
9. 根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的整體葉盤帝隨工藝，其特征在于可 降解材料的熔點(diǎn)低于葉片或葉盤材料熔點(diǎn)。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9戶腿的整體葉盤審隨工藝，其特征在于可,科才料能夠采用化 學(xué)方式或熱方式去除。
11. 根據(jù)權(quán)利要求lO戶欣的整體葉盤帝隨工藝，其特征在于可降解材料是一種樹 脂。
12. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的整體葉盤制造工藝，其特征在于所述樹脂是基于聚氨 酯或硅。
13.根據(jù)權(quán)禾腰求10戶脫的整體葉盤制造工藝，其特征在于所述材料是一種金屬A會(huì) a亞o
14.根據(jù)權(quán)利要求13戶皿的整體葉盤制造工藝，其特征在于:所述合金是基于鉛鋅。
全文摘要
本發(fā)明涉及整體葉盤，特別是渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子葉盤的制造。本發(fā)明還具體涉及到一種采用摩擦焊接制造這種葉盤的工藝。整體葉盤制造工藝包括如下一系列步驟將多個(gè)葉片(1)按照環(huán)狀形式布置在具有對稱旋轉(zhuǎn)的模具(2)內(nèi)；將可降解材料(3)，預(yù)先加熱到高于其熔點(diǎn)的溫度，澆注到模具(2)內(nèi)環(huán)狀布置的葉片(1)上；在可降解材料(3)固化后，將形成的模制環(huán)(10)取出；將模制環(huán)(10)焊接到葉盤(4)上；清除可降解材料(3)。按照本發(fā)明，所述焊接作業(yè)采用摩擦焊接進(jìn)行。
文檔編號B23P15/00GK101109292SQ20071012946
公開日2008年1月23日 申請日期2007年7月17日 優(yōu)先權(quán)日2006年7月19日
發(fā)明者斯坦弗尼·魯斯蘭, 阿德林·費(fèi)伯 申請人:斯奈克瑪