專(zhuān)利名稱(chēng)：冷壓修理壓縮機(jī)的鈦葉片的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明領(lǐng)域?yàn)楹娇瞻l(fā)動(dòng)機(jī)領(lǐng)域，具體來(lái)講，是指這些發(fā)動(dòng)機(jī)的壓縮機(jī)葉片的修理領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
航空發(fā)動(dòng)機(jī)傳統(tǒng)上由組合體構(gòu)成，該組合體由下列組件構(gòu)成一個(gè)或多個(gè)對(duì)吸入進(jìn)氣口內(nèi)的空氣進(jìn)行壓縮的壓縮機(jī)、燃燒與空氣混合的燃料的燃燒室、一個(gè)或多個(gè)輸出燃燒所產(chǎn)生部分動(dòng)力以便驅(qū)動(dòng)一個(gè)或多個(gè)壓縮機(jī)的渦輪，以及排氣噴嘴，經(jīng)由該噴嘴，將所產(chǎn)生的燃?xì)鈬姵?。壓縮機(jī)是采用一系列級(jí)的形式構(gòu)成，每個(gè)級(jí)包括一個(gè)轉(zhuǎn)輪，或稱(chēng)轉(zhuǎn)子，和一個(gè)靜子環(huán)，或稱(chēng)靜子，所有這些都裝有葉片，分別稱(chēng)之為轉(zhuǎn)子或靜子葉片。轉(zhuǎn)子葉片通過(guò)它們的內(nèi)部部件，或稱(chēng)葉根，通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)軸固定，而其外部，或稱(chēng)葉尖，固定在壓縮機(jī)殼體對(duì)面，后者將整個(gè)空氣流動(dòng)路徑包圍，并對(duì)壓縮空氣進(jìn)行密封。飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的壓縮機(jī)葉片頂部因?yàn)榕c外部殼體之間的摩擦而容易磨損。因?yàn)轱w機(jī)所標(biāo)定的負(fù)載系數(shù)，在正常運(yùn)行期間會(huì)出現(xiàn)這種摩擦，因此，造成發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子相對(duì)于其周?chē)鷼んw而產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，或者因?yàn)槿~根磨損，造成葉根在其空腔內(nèi)向上移動(dòng)。這種摩擦也可在異常運(yùn)行時(shí)出現(xiàn)，例如，由于可能發(fā)生稱(chēng)之為壓縮機(jī)喘振的現(xiàn)象，由于外部物體的吸入，由于過(guò)度振動(dòng)等所致。因此，必須在發(fā)動(dòng)機(jī)定期檢修期間檢查葉片的長(zhǎng)度，如果需要的話(huà)，恢復(fù)其初始長(zhǎng)度，以便縮小葉片和殼體之間的間隙，因?yàn)樵撻g隙對(duì)壓縮機(jī)的航空動(dòng)力學(xué)性能是有害的。在現(xiàn)有技術(shù)中，所采用的修理技術(shù)，諸如通用電氣公司的申請(qǐng)專(zhuān)利EP 1302627所描述的技術(shù)，涉及到葉片頂部的切割，使用焊接增大葉背，然后對(duì)葉片再加工到其初始幾何尺寸。這種修理還包括一系列工業(yè)操作，諸如噴丸處理，目的是將表面層進(jìn)行壓縮，這樣，就能更好地承受振動(dòng)應(yīng)力和/或熱處理，在熱處理時(shí)，葉片溫度會(huì)增加，以緩解焊接操作所造成的內(nèi)部應(yīng)力。很顯然，這種技術(shù)成本很高，而且，首先是涉及到使用許多方法，其次，修理時(shí)間很長(zhǎng)。因此，在部件修理的同時(shí)，部件的修理停工時(shí)間需要使用稱(chēng)之為部件的浮動(dòng)庫(kù)存，以便發(fā)動(dòng)機(jī)檢修線(xiàn)能夠持續(xù)不斷地獲得部件。此外，使用焊接堆積的方法會(huì)對(duì)葉頂材料特性造成損害，導(dǎo)致某些葉片被廢棄，因?yàn)樗鼈冊(cè)僖膊荒艹惺苷駝?dòng)應(yīng)力。另外一已知方法是美國(guó)專(zhuān)利US40%451中介紹的葉片加長(zhǎng)，即，將需要修理的葉片在兩個(gè)滾柱之間壓制，其中一個(gè)滾柱為凸形，而另一個(gè)為凹形，從而重新形成葉片輪廓形狀。壓制作業(yè)的實(shí)施是將葉片沿其縱向移動(dòng)。這種方法的缺點(diǎn)是對(duì)葉片整個(gè)長(zhǎng)度而不是只對(duì)其一端進(jìn)行壓制。葉片的強(qiáng)度特性因此會(huì)由于其葉型厚度減小而降低。此外，這種方法僅適合于一個(gè)葉片輪廓形狀，而且，在不同級(jí)的葉片上使用時(shí)，還需更換滾柱。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)目的是，提出一種修理壓縮機(jī)葉片端部的方法，以克服所述這些缺陷，這種方法不會(huì)再次出現(xiàn)現(xiàn)有技術(shù)中的某些缺陷，而且特別是，實(shí)施簡(jiǎn)單，快捷，而且經(jīng)濟(jì)。為此，本發(fā)明的目的是提出一種修理渦輪機(jī)組壓縮機(jī)葉片的方法，所述葉片在其徑向端帶有凹槽葉頂，該凹槽葉頂?shù)膹较蜓由煨∮陬A(yù)定的標(biāo)稱(chēng)徑向延伸，所述方法包括使用冷壓操作拉長(zhǎng)所述凹槽葉頂?shù)牟襟E，所述冷壓操作是在所述凹槽葉頂?shù)谋谏线M(jìn)行，這樣， 其徑向拉伸就大于所述標(biāo)稱(chēng)延伸，其特征在于，壓制操作是一種滾柱拋光作業(yè)，即，通過(guò)沿連接葉片前緣至其后緣的翼弦，在帶有直母線(xiàn)的兩個(gè)滾柱之間移動(dòng)葉片端部進(jìn)行該工藝， 兩個(gè)滾柱間隔距離小于所述凹槽葉頂?shù)暮穸?。諸如滾柱拋光作業(yè)這樣的壓制作業(yè)進(jìn)行起來(lái)特別簡(jiǎn)單，不會(huì)在根本上改變?nèi)~片徑向端部的冶金特性。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)單，可以在室溫下進(jìn)行，無(wú)需作業(yè)后的熱處理(不像其它一些方法涉及使用熔料進(jìn)行堆焊)，對(duì)所需的染料滲透檢查無(wú)損試驗(yàn)沒(méi)有限制。此外，帶直母線(xiàn)的圓柱形滾柱的使用和沿翼弦移動(dòng)方式意味著，該方法可以在所有類(lèi)型葉片上實(shí)施，無(wú)需使?jié)L柱形狀必須適合葉型的輪廓。優(yōu)選地，滾柱之間的間隙小于所述凹槽葉頂局部厚度約0. 1到0. 5mm之間的值。在一個(gè)實(shí)施例中，采用連續(xù)的滾柱拋光軋道來(lái)實(shí)現(xiàn)拉長(zhǎng)，其高度在0. 1到0. 5mm之間。優(yōu)選地，移動(dòng)速度大于或等于20m/min。在一個(gè)具體實(shí)施例中，滾柱拋光作業(yè)所施加的壓力沿葉片的翼弦變化。由于滾柱拋光的優(yōu)選方法是保持滾柱之間距離不變，這引起了葉片凹槽葉頂?shù)暮穸纫膊蛔儯欣氖?，可改變所施加的壓力，以改變凹槽葉頂?shù)暮穸?。在另一個(gè)實(shí)施例中，滾柱軸線(xiàn)相對(duì)于與移動(dòng)方向相垂直的平面是傾斜的，其上部會(huì)相對(duì)于移動(dòng)方向而向前偏移。優(yōu)選地，滾柱軸線(xiàn)的傾斜角小于5°。有利的是，所述方法應(yīng)用于鈦合金制成的葉片。優(yōu)選地，鈦合金為T(mén)A6V。應(yīng)該指出的是，可以使用滾柱拋光或冷鐓對(duì)由鈦合金制成的部件進(jìn)行拉長(zhǎng)作業(yè)，盡管這種合金的剛性很高。通過(guò)閱讀如下本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的詳細(xì)解釋性描述，可以更好地理解本發(fā)明，本發(fā)明的其它目的、細(xì)節(jié)、特性和優(yōu)點(diǎn)會(huì)更清楚地顯現(xiàn)出來(lái)，所述實(shí)施方式通過(guò)純粹示例性且非限定性實(shí)施例并結(jié)合附圖給出。附圖如下


圖1為渦輪機(jī)組壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子的總體剖面圖；圖2和圖3為根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方式的修理方法使用前和使用后壓縮機(jī)葉片徑向端的剖面圖。
具體實(shí)施例方式參照?qǐng)D1，圖1示出了渦輪機(jī)組壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)子1的橫截面，包括安裝在轉(zhuǎn)子1上的葉片2和轉(zhuǎn)子1內(nèi)面對(duì)葉片2的壓縮機(jī)輪盤(pán)3。每個(gè)葉片2帶有采用所屬領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知技術(shù)固定到轉(zhuǎn)子1上的根部，葉片一直延伸到端部，或稱(chēng)尖緣4，構(gòu)成本發(fā)明主題的修理方法就是針對(duì)該部位。
參照?qǐng)D2，該圖為葉尖的徑向剖面圖，葉尖形狀為尖緣4，其厚度由預(yù)期的機(jī)械強(qiáng)度特性確定，其徑向延伸有較薄部分5，所屬領(lǐng)域技術(shù)人員稱(chēng)該部分為凹槽葉頂，該凹槽葉頂?shù)淖饔檬菍?duì)環(huán)繞壓縮機(jī)的殼體形成密封。這種凹槽葉頂?shù)淖儽?，是為了其偶爾進(jìn)入到殼體所結(jié)合的耐磨材料內(nèi)，這樣，在葉型的尖緣4和殼體之間形成的間隙盡可能小。圖2還示出了尺寸公差6，對(duì)應(yīng)于葉片在轉(zhuǎn)子上適當(dāng)位置的徑向延伸的標(biāo)稱(chēng)尺寸，目的是正確地控制與殼體之間的間隙。圖2所示葉片帶有精確地對(duì)應(yīng)于該間隙標(biāo)稱(chēng)尺寸的徑向延伸。相對(duì)于該標(biāo)稱(chēng)尺寸，在葉片徑向延伸上留有公差，低于該公差，則該葉片被認(rèn)為不能在發(fā)動(dòng)機(jī)上使用。因此，葉片需要送回修理，以便重新獲得足夠的徑向延伸。現(xiàn)在，參照?qǐng)D3，圖3示出了壓縮機(jī)葉片2，其葉型的尖緣4也帶有凹槽葉頂5。此處，凹槽葉頂5置于由硬金屬制成的兩個(gè)滾柱7中間，滾柱7的形狀為帶直母線(xiàn)的圓柱形， 可在其上進(jìn)行滾柱拋光作業(yè)；凹槽葉頂被壓在滾柱之間，后者向凹槽葉頂5徑向端的兩側(cè)施加相當(dāng)大的壓力，目的是使其變薄，從而將金屬向外鐓鍛。滾柱拋光作業(yè)是通過(guò)移動(dòng)滾柱 7之間的葉片2端部而進(jìn)行的，而滾柱則沿連接前緣至其后緣的翼弦圍繞其軸線(xiàn)8轉(zhuǎn)動(dòng)。因?yàn)闈L柱拋光所形成的這種變薄作業(yè)，凹槽葉頂會(huì)變長(zhǎng)，而其徑向端會(huì)再次越過(guò)所述葉片標(biāo)稱(chēng)延伸線(xiàn)。因此，該葉片可以再次在發(fā)動(dòng)機(jī)上投入使用。滾柱拋光作業(yè)本身被稱(chēng)之為是一種冷變形作業(yè)，其涉及在不移除材料的情況下， 通過(guò)部件周緣層面的塑性變形，對(duì)材料表面進(jìn)行整平和壓制。通常，用來(lái)獲得高的表面質(zhì)量，目的是針對(duì)周?chē)考鴵碛辛己玫哪Σ粱蛎芊馓匦?。因?yàn)楸砻娴膲褐?，還可以增加部件的硬度，以改進(jìn)部件耐磨性，耐腐蝕性，并提高疲勞強(qiáng)度。考慮到需對(duì)金屬進(jìn)行鐓鍛或使部件變得更薄，所以通常不用。眾所周知，滾柱拋光可以應(yīng)用于所有可變形材料。通常，人們認(rèn)為材料的硬度決不可超過(guò)45HRC時(shí)設(shè)定的洛氏硬度，從而使得滾柱拋光作業(yè)可以實(shí)施。此外，材料需要足夠伸長(zhǎng)特性，具有超過(guò)5%的斷裂伸長(zhǎng)率的特點(diǎn)。所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員因此會(huì)認(rèn)為，這種方法主要適用于鋼基合金?？紤]到鈦合金的具體特性，他/她不會(huì)想到在這種材料上應(yīng)用滾柱拋光工藝。申請(qǐng)人:公司的做法恰恰與這些先入之見(jiàn)相反，首先，他們提出，滾柱拋光可以應(yīng)用于合金，諸如TA6V上，后者主要用于制作渦輪機(jī)組壓縮機(jī)葉片，即使其硬度相當(dāng)接近45到 50HRC值，且即使其斷裂伸長(zhǎng)率在8%左右，非常接近通?？梢越邮艿南孪拗?。其次，申請(qǐng)人公司還表示，滾壓作業(yè)不僅會(huì)對(duì)表面進(jìn)行壓制，而且還會(huì)拉長(zhǎng)葉片的凹槽葉頂5。為此，這種滾柱拋光方法的使用允許壓縮機(jī)葉片通過(guò)冷態(tài)拉長(zhǎng)其凹槽葉頂而得到修復(fù)，與此同時(shí)，保持其輪廓形狀，使用該工藝，操作簡(jiǎn)單，成本不高。下面，介紹根據(jù)本發(fā)明的滾柱拋光作業(yè)在由鈦合金制成的壓縮機(jī)葉片2端部4的應(yīng)用情況。葉片根部面向下，葉片2位于兩個(gè)滾柱7之間，其葉型中央表面在滾柱與其接觸點(diǎn)處與滾柱成切向。滾柱7的間隙一般設(shè)定在凹槽葉頂5的厚度以下約0.2mm左右。該值可以根據(jù)葉片設(shè)計(jì)在0. 1和0.5之間變化。該間隙通常是不變的，但是，為了考慮葉片的輪廓形狀和沿其翼弦所呈現(xiàn)的厚度變化，滾柱7的相對(duì)位置有利地可以是變化的，以保持小于凹槽葉頂局部厚度的0. 2mm間隙。在后一種情況下，優(yōu)選地，可使用數(shù)控機(jī)床來(lái)進(jìn)行這項(xiàng)工藝。尤其是，這種工藝可使本發(fā)明修理方法在各種類(lèi)型葉片上實(shí)施，不論其輪廓如何。為此，所要求的是將葉片翼弦形狀編程到機(jī)床的軟件中。在滾柱上施加一個(gè)預(yù)定的壓力，以便通過(guò)材料向上鐓鍛的凹槽葉頂5的變薄來(lái)移動(dòng)材料，與此同時(shí)，沿葉片翼弦方向，向葉片施加壓力，使其在滾柱7之間向前移動(dòng)。在此處所述的由鈦合金TA6V制成的葉片的情況下，如上所述設(shè)定值為0. 2mm的滾柱拋光作業(yè)可以在0. 15mm高度上以22m/min的移動(dòng)速度進(jìn)行。對(duì)于鈦合金制成的葉片來(lái)講，該高度一般在0. IOmm和0. 50mm之間。在凹槽葉頂端部處半徑和葉尖之間進(jìn)行幾次工藝軋道，以便向上推動(dòng)在滾柱上方形成的凸起，并實(shí)現(xiàn)凹槽葉頂5所期望的拉長(zhǎng)。實(shí)施這種方法，可以設(shè)想有多種不同形式的實(shí)施方式。在第一種形式的實(shí)施方式中，施加給滾柱的壓力不是不變的，而是隨著葉片2在滾柱7之間向前的移動(dòng)，該壓力會(huì)下降，在出口處的壓力等于其入口值的大約50%。葉型沿其輪廓厚度的改變引起壓力的變化， 以便滾柱拋光印記可達(dá)到與葉型表面平行的表面。在另一種不同形式的實(shí)施方式中，滾柱7的軸線(xiàn)8相對(duì)于與移動(dòng)方向垂直的平面而傾斜，其上部相對(duì)于該移動(dòng)方向向前偏移，這使得材料更方便地沿葉型向上移動(dòng)。所使用的角度優(yōu)選小于5°，目的是實(shí)現(xiàn)正確的滾柱拋光，這表明無(wú)需沿凹槽葉頂建立梯級(jí)效果。上面介紹了本發(fā)明的葉型在兩個(gè)滾柱之間移動(dòng)和在預(yù)定軋道高度上進(jìn)行滾柱拋光作業(yè)。在若干軋道中，向凹槽葉頂5施加冷鐓，使用壓模來(lái)在靜止葉型上很容易地進(jìn)行這種作業(yè)，壓模的高度大體上相當(dāng)于所采用的軋道高度。盡管上面結(jié)合一個(gè)具體實(shí)施例介紹了本發(fā)明，但很顯然，本發(fā)明包括了所介紹裝置的所有等同技術(shù)裝置和這些的結(jié)合形式，而所有這些都在本發(fā)明的范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種修理渦輪機(jī)組壓縮機(jī)葉片O)的方法，所述葉片在其徑向端(4)包括凹槽葉頂 (5)，其徑向延伸小于預(yù)定的標(biāo)稱(chēng)徑向延伸(6)，所述方法包括使用冷壓作業(yè)拉長(zhǎng)所述凹槽葉頂?shù)牟襟E，所述冷壓作業(yè)是在所述凹槽葉頂?shù)谋谏线M(jìn)行，以便其徑向拉伸大于所述標(biāo)稱(chēng)延伸，其特征在于冷壓作業(yè)是一種滾柱拋光作業(yè)，通過(guò)沿連接葉片前緣與其后緣的翼弦， 在帶有直母線(xiàn)的兩個(gè)滾柱(7)之間移動(dòng)葉片(2)端部進(jìn)行該作業(yè)，兩個(gè)滾柱間隔距離小于所述凹槽葉頂?shù)暮穸取?br> 2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于滾柱(7)間隙小于所述凹槽葉頂(5)局部厚度0. 1到0. 5mm之間的值。
3.根據(jù)權(quán)利要求1和2中任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法，其特征在于通過(guò)連續(xù)的滾柱拋光軋道而實(shí)現(xiàn)拉長(zhǎng)，其高度在0. 1到0. 5mm之間。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于移動(dòng)速度大于或等于20m/min。
5.根據(jù)權(quán)利要求1到4中一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法，其特征在于滾柱拋光作業(yè)所施加的壓力沿葉片(2)翼弦變化。
6.根據(jù)權(quán)利要求1到5中一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法，其特征在于滾柱(7)的軸線(xiàn)(8) 相對(duì)于與移動(dòng)方向相垂直的平面傾斜，其上部相對(duì)于移動(dòng)方向向前偏移。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于滾柱(7)的軸線(xiàn)(8)的傾斜角小于5°。
8.根據(jù)權(quán)利要求1到7中一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，其應(yīng)用于由鈦合金制成的葉片O)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于鈦合金為T(mén)A6V。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種修理渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)壓縮機(jī)葉片(2)的方法，所述葉片包括在其徑向端(4)的凹槽葉頂(5)，其徑向延伸小于預(yù)定的標(biāo)稱(chēng)徑向延伸(6)，所述方法包括使用冷壓作業(yè)拉長(zhǎng)所述凹槽葉頂?shù)牟襟E，所述冷壓作業(yè)是在所述凹槽葉頂?shù)谋谏线M(jìn)行，這樣，其徑向拉伸大于所述標(biāo)稱(chēng)延伸，其特征在于冷壓作業(yè)是一種滾柱拋光作業(yè)，通過(guò)沿將葉片前緣與其后緣相連的翼弦，在帶有直線(xiàn)母線(xiàn)的兩個(gè)滾柱(7)之間移動(dòng)葉片(2)端部來(lái)進(jìn)行該作業(yè)，兩個(gè)滾柱間隔距離小于所述凹槽葉頂?shù)暮穸取?br> 文檔編號(hào)B21D3/16GK102548682SQ201080043858
公開(kāi)日2012年7月4日 申請(qǐng)日期2010年9月28日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月29日
發(fā)明者克勞德·馬賽爾·芒斯, 文森佐·伯托里, 斯特凡·雷內(nèi)·朱利安·朱斯蒂, 瑟奇·德?？说偎?申請(qǐng)人:斯奈克瑪