制造用于渦輪引擎的葉片的金屬加強(qiáng)件的方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種制造將安裝在渦輪引擎的復(fù)合葉片的前邊緣(23)或后邊緣上的金屬加強(qiáng)件(4,6)的方法，包括：成形兩個(gè)金屬片(1)；將它們?cè)O(shè)置在包括至少一個(gè)凹部的核心(2)的各側(cè)，所述凹部將形成用于定位所述加強(qiáng)件(4,6)的楔(19)的腔；在真空下組裝它們；通過(guò)熱等靜壓將它們?cè)诤诵?2)上成形；以及切割它們以分離加強(qiáng)件(4,6)并釋放核心(2)。
【專利說(shuō)明】制造用于渦輪引擎的葉片的金屬加強(qiáng)件的方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種制造用于安裝在例如飛機(jī)渦輪螺旋槳引擎或渦輪噴氣引擎的風(fēng)扇葉片的渦輪引擎的復(fù)合葉片的前邊緣或后邊緣上的金屬加強(qiáng)件的方法。

【背景技術(shù)】
[0002]為了減少渦輪引擎風(fēng)扇葉片的重量和成本，它們通常由復(fù)合材料制成。風(fēng)扇葉片需要能夠承受高水平的應(yīng)力和沖擊，因?yàn)樗鼈兊男D(zhuǎn)速度和因?yàn)榈挚箍赡艽┤肟諝馔ǖ乐械念w?；虍愇锏臎_擊。為此目的，由復(fù)合材料制成的葉片的前邊緣和/后邊緣由黏附地粘合到葉片的翼面上的金屬加強(qiáng)件所保護(hù)。
[0003]以 申請(qǐng)人:名義的文件EP1574270-A1描述了一種通過(guò)擴(kuò)散焊接和通過(guò)超塑性成形和擴(kuò)散粘結(jié)(SPF/DB)來(lái)制造加強(qiáng)件的方法，所述方法包括以下步驟:
[0004]通過(guò)擴(kuò)散焊接將兩個(gè)金屬片焊接在一起，以獲得預(yù)成型物，該片的部分覆蓋在抗擴(kuò)散物質(zhì)中，以防止它們?cè)陬A(yù)確定區(qū)域中被焊接在一起；
[0005]彎曲和扭轉(zhuǎn)該預(yù)成型物；
[0006]充氣該預(yù)成型物，以使其經(jīng)受超塑性成形；以及
[0007]切割該預(yù)成型物，以獲得加壓件。
[0008]該方法沒(méi)有提供對(duì)在加壓件中的腔的內(nèi)側(cè)形狀的精確控制。特別是，在該片之間的接合區(qū)域形成應(yīng)力集中區(qū)域和斷裂啟動(dòng)器的區(qū)域，從而弱化加強(qiáng)件。
[0009]為了改進(jìn)加強(qiáng)件的機(jī)械強(qiáng)度，屬于本 申請(qǐng)人:的法國(guó)專利申請(qǐng)F(tuán)R2957545提出了一種制造金屬加強(qiáng)件的方法，該方法包括:
[0010]通過(guò)模壓使兩個(gè)金屬片成形，以近似于待制造的加強(qiáng)件的最終形狀；
[0011]將兩個(gè)片定位在核心的任何一側(cè)面上，所述核心復(fù)制加強(qiáng)件的吸力側(cè)和壓力側(cè)的內(nèi)側(cè)形狀；
[0012]圍繞核心以密封的方式，在真空中將兩個(gè)片組裝在一起；
[0013]通過(guò)熱等靜壓將該片貼合到核心上；以及
[0014]切割該片以分離加強(qiáng)件并釋放核心。
[0015]該片的熱等靜壓使該片能夠被整合以匹配于核心的形狀并以獲得在該片之間的接合區(qū)域中的大的連接半徑，從而避免應(yīng)力集中的任何區(qū)域或斷裂啟動(dòng)器的任何區(qū)域。
[0016]因而，加強(qiáng)件包括用于涂靠葉片的壓力側(cè)表面的第一壁和用于涂靠葉片的吸力側(cè)表面的第二壁，所述壁限定腔。
[0017]一粘結(jié)劑的薄膜于是通常放置在腔的內(nèi)表面上，兩個(gè)擋片定位在加強(qiáng)件的縱向端部的腔的底部中。
[0018]這些擋片用來(lái)確保加強(qiáng)件相對(duì)于葉片的前邊緣或后邊緣適當(dāng)定位。
[0019]然后，加強(qiáng)件安裝在翼面上，擋片承靠葉片的前邊緣或后邊緣。
[0020]然后，該組件放置在干燥室中，以使粘結(jié)劑填充在翼面與加強(qiáng)件之間的空間，并以這種方式聚合以將加強(qiáng)件牢固地緊固到葉片上。[0021 ] 上述擋片的使用具有很多缺點(diǎn)。
[0022]首先，擋片是獨(dú)立于加強(qiáng)件的零件，因此有必要管理在物流流程中的這些零件的參考。其后，兩個(gè)擋片中的每一個(gè)根據(jù)加強(qiáng)件的區(qū)域和擋片將要被定位在其中的葉片的區(qū)域而具有其自己的形狀。雖然它們是不同的，但是擋片的形狀可以相對(duì)地類似，使得操作人員可能將它們混淆，從而產(chǎn)生擋片互換以及加強(qiáng)件因此錯(cuò)誤地位于葉片的前邊緣或后邊緣上的風(fēng)險(xiǎn)。還存在操作人員可能忘記定位兩個(gè)擋片中的一個(gè)或可能漏掉某一擋片的風(fēng)險(xiǎn)。
[0023]擋片也通常定位在加強(qiáng)件的兩個(gè)端部，使得它們可以從外側(cè)看到，從而使其更易于核實(shí)它們出現(xiàn)和適當(dāng)?shù)囟ㄎ?。因此，擋片不可以沿著加?qiáng)件的位置自由地選擇。
[0024]最后，這些擋片通常從線性擠壓件獲得。因此，擋片是直的，它們不總是緊密地安裝到葉片的前邊緣或后邊緣的復(fù)雜且彎曲的形狀上。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0025]本發(fā)明的一具體目的在于以簡(jiǎn)單、有效且廉價(jià)的方式避免這些缺點(diǎn)。
[0026]為此，本發(fā)明提供一種制造用于安裝在渦輪引擎的復(fù)合葉片的前邊緣或后邊緣上的金屬加強(qiáng)件的方法，該方法包括以下步驟:
[0027]使兩個(gè)金屬片成形，以近似于待制造的加強(qiáng)件的最終形狀；
[0028]將兩個(gè)片定位在核心的任何一側(cè)上，核心復(fù)制加強(qiáng)件的吸力側(cè)和壓力側(cè)的內(nèi)側(cè)形狀以及包括至少一個(gè)凹部，所述凹部用于形成相對(duì)于葉片的前邊緣或后邊緣而定位加強(qiáng)件的擋片的模；
[0029]圍繞核心以密封的方式，在真空中將兩個(gè)片組裝在一起；
[0030]通過(guò)熱等靜壓使該片整合到核心上；以及
[0031]切割該片以分離加強(qiáng)件并釋放核心。
[0032]該擋片直接地與加強(qiáng)件一起形成，從而避免額外零件的使用以及來(lái)自其的缺點(diǎn)(管理額外參考、遺漏風(fēng)險(xiǎn)以及當(dāng)存在兩個(gè)或多個(gè)擋片時(shí)互換的風(fēng)險(xiǎn))。此外，模的形狀以及因此擋片的形狀可以自由地選擇并可以制造，以如果有可能就緊密地匹配于對(duì)應(yīng)前邊緣或后邊緣的彎曲的形狀。最后，擋片可以沿著加強(qiáng)件位于任何位置處，因?yàn)椴辉俅嬖趽跗诲e(cuò)誤地定位的任何風(fēng)險(xiǎn)，因此不再存在針對(duì)于其的任何從外側(cè)可視的需要。
[0033]優(yōu)選地，該片由鈦基合金制成。
[0034]有利地，定位擋片的模具有用于使加強(qiáng)件從核心分離的拔模角度。
[0035]這避免了加強(qiáng)件從核心分離的同時(shí)使擋片和/或核心降級(jí)。
[0036]本發(fā)明還提供了一種由上述方法所獲得的單片金屬加強(qiáng)件，所述加強(qiáng)件用于安裝在渦輪引擎的復(fù)合葉片的前邊緣或后邊緣上，加強(qiáng)件具有用于涂靠葉片的壓力側(cè)表面的第一壁和用于涂靠葉片的吸力側(cè)表面的第二壁，所述壁限定具有包括至少一個(gè)擋片的底部的腔，所述擋片突出進(jìn)入到腔中并與所述加強(qiáng)件一體制造，所述擋片用于壓靠葉片的前邊緣或后邊緣。
[0037]根據(jù)本發(fā)明的一特征，該加強(qiáng)件包括至少兩個(gè)彼此分離開的擋片。
[0038]根據(jù)本發(fā)明的可能性，兩個(gè)擋片中的每一個(gè)位于加強(qiáng)件的縱向端部中的一個(gè)的附近，從而使加強(qiáng)件可定位在待改進(jìn)的葉片的前邊緣或后邊緣上。
[0039]本發(fā)明還提供一種例如飛機(jī)渦輪螺旋槳引擎或渦輪噴氣引擎的渦輪引擎的葉片，所述葉片包括具有壓力側(cè)表面和吸力側(cè)表面的復(fù)合材料的翼面，所述壓力側(cè)表面和所述吸力側(cè)表面由后邊緣和由前邊緣連接在一起，其特征在于，其包括至少一個(gè)上述類型的加強(qiáng)件，所述加強(qiáng)件具有黏附地粘合到翼面的壓力側(cè)表面和吸力側(cè)表面上的其第一壁和第二壁，擋片承靠葉片的前邊緣或后邊緣。
[0040]加強(qiáng)件緊固到其上的葉片的前邊緣或后邊緣包括至少一個(gè)倒角區(qū)域，各擋片包括承靠在對(duì)應(yīng)倒角區(qū)域中的前邊緣或后邊緣的平面端面。
[0041]這一特征進(jìn)一步改進(jìn)了加強(qiáng)件在葉片的前邊緣上或后邊緣上的定位。
[0042]此外，擋片沿著直的或彎曲的發(fā)電機(jī)線延伸，發(fā)電機(jī)線對(duì)應(yīng)于在其中擋片承靠邊緣的區(qū)域中的前邊緣或后邊緣的直的或彎曲的輪廓。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0043]參考附圖并通過(guò)閱讀由非限制性例子給出的以下描述將使本發(fā)明可以更好地理解并使本發(fā)明的其它細(xì)節(jié)、特征和優(yōu)點(diǎn)顯而易見，其中:
[0044]圖1和2是本發(fā)明的方法的金屬片成形步驟的示意圖；
[0045]圖3是圍繞核心組裝金屬片的步驟的示意圖；
[0046]圖4是通過(guò)熱等靜壓將金屬片整合到核心上的步驟以及切割該片以分離加強(qiáng)件并釋放核心的步驟的示意圖；
[0047]圖5是通過(guò)實(shí)施本發(fā)明的方法而獲得的一部分加強(qiáng)件的示意圖；
[0048]圖6是本發(fā)明的加強(qiáng)件的平面示意圖；
[0049]圖7是圖6 —部分加強(qiáng)件的立體圖；以及
[0050]圖8是顯示安裝在葉片的前邊緣上的加強(qiáng)件的截面示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0051]圖1顯示熱壓金屬片I的步驟，以使它們的形狀接近于待制造的加強(qiáng)件的最終形狀。在此成形操作的結(jié)束時(shí)，各金屬片I具有限定一凹部的凹區(qū)域2。該片I由例如TA6V這樣的鈦基合金制成。該成形步驟在大約940°C的溫度下進(jìn)行。
[0052]如圖3中所示，兩個(gè)相同的金屬片I隨后面對(duì)面放置在核心2的任何一側(cè)上，該片I的每個(gè)凹側(cè)均容納核心2的各自部分。
[0053]核心2具有垂直于所述片的對(duì)稱的平面P,其包括第一面,所述第一面對(duì)于一個(gè)半部3復(fù)制待制造的第一加強(qiáng)件4的壓力側(cè)的內(nèi)側(cè)形狀，以及對(duì)于另外一半部5復(fù)制待制造的第二加強(qiáng)件6的吸力側(cè)的內(nèi)側(cè)形狀。核心2還包括第二面，所述第二面與第一面相對(duì)，并對(duì)于一個(gè)半部7復(fù)制第一加強(qiáng)件4的吸力側(cè)的內(nèi)側(cè)形狀，對(duì)于另外一半部8復(fù)制該第二加強(qiáng)件6的壓力側(cè)的內(nèi)側(cè)形狀。
[0054]在該兩個(gè)面(即核心2的側(cè)面)之間的連接區(qū)域9具有2mm至6mm范圍內(nèi)的曲率半徑。
[0055]在各連接區(qū)域9中，核心2還包括兩個(gè)凹部，每個(gè)凹部均用于形成模18。
[0056]各模18具有平的端部表面和側(cè)壁，具有足夠的拔模角度，例如在4°至20°的范圍中。
[0057]模18位于核心2的縱向端部。模18也可位于與該金屬加強(qiáng)件的各端部相同距離的位置，例如，每個(gè)模可具有1mm至25mm范圍內(nèi)的長(zhǎng)度，2mm至在模18所位于的位置處的腔的總寬度的范圍內(nèi)的寬度，以及Imm至8mm范圍內(nèi)的深度。模的數(shù)量可在2至10的范圍中，所述模優(yōu)選沿著該金屬加強(qiáng)件均勻分布。
[0058]核心2由鈦沒(méi)有擴(kuò)散到其中的耐火材料制成，并由膨脹系數(shù)與由鈦制成的金屬片I的膨脹系數(shù)不同的金屬合金制成，例如由IN100制成。
[0059]其目的是為了在所執(zhí)行的各種操作過(guò)程中，特別是在熱等靜壓的操作過(guò)程中，避免金屬片I與核心2之間的任何粘結(jié)。
[0060]還是為了此目的，核心2可以通過(guò)覆蓋在一防擴(kuò)散擋板中而被鈍化，所述擋板不污染該片的金屬材料，該擋板可以通過(guò)沉積例如氧化釔這樣的氧化物或通過(guò)形成由熱處理所形成的氧化層來(lái)獲得。這樣，額外厚度使用金屬片通過(guò)蠕變材料被整合同時(shí)的蠕變而直接形成。
[0061]之前，核心2的表面2可被處理或加工，以具有確定的粗糙度，例如大于3μπι的粗糙度Ra,優(yōu)選在3.2μηι至6.4μηι的范圍內(nèi)，這通過(guò) 申請(qǐng)人:所提交但仍然未公開的法國(guó)專利申請(qǐng)F(tuán)R 11/50532而得知。
[0062]核心2的外表面的粗糙度可以通過(guò)銑削、通過(guò)噴丸、通過(guò)噴砂、通過(guò)激光加工、通過(guò)電腐蝕和/或化學(xué)加工來(lái)獲得。
[0063]如果需要，核心2的外表面可以包括不同粗糙度的區(qū)域。
[0064]一旦金屬片I放置在核心2的周圍，它們就通過(guò)定位焊(圖中未示出)和通過(guò)鎢隋性氣體(TIG)焊接而在它們周圍被組裝在一起，以粘合在一起并固定就位。該組件隨后放置在一抽空的罩中，以在圍繞外圍的該罩中例如通過(guò)電子束焊接(EBW)將該片I焊接在一起。連續(xù)的外圍焊珠10用來(lái)密封在金屬片I之間形成的腔。
[0065]如圖3所示，金屬片I然后通過(guò)熱等靜壓貼合到核心2上，在所述熱等靜壓過(guò)程中，該片I承受大約1000巴的外壓力以及大約940°C的溫度，為了持續(xù)大約三個(gè)小時(shí)，假定該片I由TA6V鈦合金制成。
[0066]在此操作過(guò)程中，片I變形，以貼合到核心2上(即被緊密地安裝到核心的外形上)，包括在核心2的連接區(qū)域9中。在這些特定區(qū)域中，片I在緊密地安裝到核心2的圓形外形上的同時(shí)結(jié)合在一起。
[0067]此外，在此操作過(guò)程中，片I的變形方式使得貼合到各模18的外形上。
[0068]片I可包括設(shè)計(jì)為貼合到模上的區(qū)域中的額外厚度。
[0069]此外，在此步驟過(guò)程中，核心2的粗糙度被轉(zhuǎn)換或“打印”在與粗糙的核心2接觸的片I的內(nèi)表面上，這從上述法國(guó)專利申請(qǐng)F(tuán)R 11/50532可獲知。
[0070]同時(shí)，由于高溫，該兩個(gè)金屬片I通過(guò)擴(kuò)散焊接被焊接在一起。
[0071]隨后，兩個(gè)加強(qiáng)件4，6通過(guò)沿著位于在所述片與對(duì)稱平面P之間的交叉處的線11將片I切割開而被分離。
[0072]多余的外圍材料12通過(guò)沿著修邊線13被切除而移除。最后，表面加工用來(lái)使加強(qiáng)件4，6獲得所期望的外側(cè)形狀。
[0073]這樣，通過(guò)在兩個(gè)金屬片I之間的接合，如通過(guò)擴(kuò)散焊接所實(shí)現(xiàn)的，便獲得了兩個(gè)加強(qiáng)件，每個(gè)加強(qiáng)件均具有如圖5中所示的形狀，確保了機(jī)械特性等同于單件片的特性。在各加強(qiáng)件中的腔14在壓力側(cè)16與吸力側(cè)17之間的接合區(qū)域15中也包括一曲率半徑，該曲率半徑足夠大，以避免應(yīng)力集中和在使用過(guò)程中出現(xiàn)裂紋。
[0074]而且，各加強(qiáng)件包括由貼合到模18上的金屬片所形成的兩個(gè)擋片19。在此實(shí)施例中，該兩個(gè)擋片19位于加強(qiáng)件的縱向端部，這在圖6和7中清晰可見。自然地，擋片19可位于不同位置。
[0075]腔14的內(nèi)表面16，17具有足夠的粗糙度，以使加強(qiáng)件4，6在例如環(huán)氧樹脂型粘結(jié)劑的幫助下粘附地結(jié)合到由復(fù)合材料制成的葉片的前邊緣或后邊緣上。
[0076]對(duì)于核心2，其可再使用，用來(lái)制造其他的加強(qiáng)件。
[0077]自然地，兩個(gè)金屬片I可用來(lái)形成僅一個(gè)加強(qiáng)件，而非上述實(shí)施例中的兩個(gè)。而且，各加強(qiáng)件4，6的粗糙度可不通過(guò)將粗糙度從核心2轉(zhuǎn)移到該片I，而是通過(guò)例如所討論的表面的后續(xù)加工而獲得。
[0078]圖8顯示了安裝在包括由復(fù)合材料制成的翼面20的葉片上的加強(qiáng)件4，所述翼面具有壓力側(cè)表面21和吸力側(cè)表面22，所述壓力側(cè)表面21和吸力側(cè)表面22通過(guò)后邊緣和通過(guò)前邊緣23連接在一起。
[0079]以下假設(shè)加強(qiáng)件4安裝在葉片的前邊緣23上。
[0080]以已知的方式，一粘結(jié)劑的薄膜可在將加強(qiáng)件4安裝在翼面20上之前被沉積在腔14的底部中和/或沉積在腔14的壓力側(cè)壁和吸力側(cè)壁16和17上。
[0081]當(dāng)加強(qiáng)件4安裝時(shí)，各擋片19的平端面撐靠通過(guò)斜切前邊緣23而獲得的前邊緣23的平區(qū)域。
[0082]該組件隨后放置在抽空的袋子的內(nèi)側(cè)，并在大約120°C的溫度下放置到一干燥室中大約兩個(gè)小時(shí)，使得粘結(jié)劑填充在翼面20與加強(qiáng)件4之間空的空間，并以這種方式聚合，以確保加強(qiáng)件4牢固地固定到葉片上。
【權(quán)利要求】
1.一種制造用于安裝在渦輪引擎的復(fù)合葉片的前邊緣(23)或后邊緣上的金屬加強(qiáng)件(4,6)的方法，該方法包括以下步驟: 使兩個(gè)金屬片(1)成形，以近似于待制造的所述加強(qiáng)件(4,6)的最終形狀； 將所述兩個(gè)片(1)定位在一核心(2)的任一側(cè)上，所述核心(2)復(fù)制所述加強(qiáng)件(4,6)的吸力側(cè)(17)和壓力側(cè)(16)的內(nèi)側(cè)形狀，并包括至少一個(gè)凹部，所述凹部用于形成一擋片(19)的模(18),所述擋片(19)用于相對(duì)于所述葉片的前邊緣(23)或后邊緣而定位所述加強(qiáng)件(4,6)； 在真空中以密封的方式圍繞所述核心(2)將所述兩個(gè)片(1)組裝在一起； 通過(guò)熱等靜壓將所述片(1)貼合到所述核心(2)上；以及 切割所述片(1),以分離所述加強(qiáng)件(4,6),并釋放所述核心(2)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述片(1)由鈦基合金制成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述定位擋片(19)的模(18)具有幫助所述加強(qiáng)件(4,6)從所述核心(2)分離的拔模角度。
4.一種單件的金屬加強(qiáng)件(4,6)，其通過(guò)根據(jù)權(quán)利要求1至3中任何一項(xiàng)所述的方法獲得，用于安裝在渦輪引擎的復(fù)合葉片的前邊緣(23)或后邊緣上，該加強(qiáng)件具有用于抵靠所述葉片的壓力側(cè)表面(21)的第一壁(16)和用于抵靠所述葉片的吸力側(cè)表面(22)的第二壁，所述壁限定腔(14),該腔(14)具有底部，所述底部包括至少一個(gè)擋片(19),所述擋片突出到所述腔(14)中并與所述加強(qiáng)件(4,6) —體制造，所述擋片(19)用于壓靠所述葉片的前邊緣(23)或后邊緣。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的金屬加強(qiáng)件(4,6),其特征在于，其包括至少兩個(gè)彼此分隔開的擋片(19)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的金屬加強(qiáng)件(4,6),其特征在于，所述兩個(gè)擋片(19)中的每個(gè)均位于所述加強(qiáng)件(4,6)的縱向端部中的一個(gè)的附近。
7.一種用于渦輪引擎的葉片，所述渦輪引擎例如為飛機(jī)渦輪螺旋槳引擎或渦輪噴氣引擎，所述葉片包括復(fù)合材料的翼面(20),該翼面具有壓力側(cè)表面(21)和吸力側(cè)表面(22),所述壓力側(cè)表面和吸力側(cè)表面通過(guò)一后邊緣和一前邊緣(23)連接在一起，其特征在于，其包括至少一個(gè)根據(jù)權(quán)利要求4至6中任何一項(xiàng)所述的加強(qiáng)件(4,6)，所述加強(qiáng)件的第一壁和第二壁(16,17)粘附地結(jié)合到所述翼面(20)的所述壓力側(cè)表面和吸力側(cè)表面(21,22)上，所述擋片(19)撐靠所述葉片的前邊緣(23)或后邊緣。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的渦輪引擎葉片，其特征在于，所述加強(qiáng)件(4,6)緊固于其上的所述葉片的前邊緣(23)或后邊緣包括至少一個(gè)斜切區(qū)域，每個(gè)擋片(19)均包括一平端面，該平端面撐靠在所述對(duì)應(yīng)斜切區(qū)域中的所述前邊緣(23)或所述后邊緣。
9.根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的渦輪引擎葉片，其特征在于，所述擋片(19)沿著一直的或彎曲的生成線延伸，所述生成線對(duì)應(yīng)于在其中所述擋片(19)撐靠所述邊緣的區(qū)域中的所述前邊緣(23)或所述后邊緣的直的或彎曲的輪廓。
【文檔編號(hào)】B23P15/04GK104364031SQ201380027312
【公開日】2015年2月18日 申請(qǐng)日期:2013年5月31日 優(yōu)先權(quán)日:2012年6月1日
【發(fā)明者】吉爾伯特·萊孔特, 吉勒斯·克萊恩, 吉恩-米歇爾·弗朗切特, 多米尼克·麥格德克斯 申請(qǐng)人:斯奈克瑪