本發(fā)明涉及一種制造前緣護(hù)罩的方法。這種前緣護(hù)罩通常用于保護(hù)旋轉(zhuǎn)葉片的前緣免于撞擊。在該上下文中，術(shù)語“葉片”應(yīng)理解為涵蓋風(fēng)機(jī)葉片和航空螺旋槳葉片。為了限制它們的重量，這些葉片通常由一種包括由纖維增強(qiáng)的聚合物基質(zhì)的復(fù)合材料制成。盡管這些材料具有通常非常有利的力學(xué)屬性，特別地相對于它們的重量，它們對點(diǎn)撞擊高度敏感，這特別地導(dǎo)致材料內(nèi)分層的現(xiàn)象。典型地由諸如鈦合金的非常牢固的金屬材料制成的護(hù)罩因此通常安裝在這些葉片的前緣上，以保護(hù)它們免受這些撞擊。這種護(hù)罩通常是通過覆蓋前緣的較厚部分連接在一起的薄壓力側(cè)和吸力側(cè)翼片的形式，護(hù)罩整體上匹配在其前緣上以及在其相鄰的壓力側(cè)和吸力側(cè)上的葉片形狀。壓力和吸力側(cè)翼片相應(yīng)地在葉片的壓力和吸力側(cè)上在這些部分上延伸，并且它們主要用于確保護(hù)罩被定位和固定到前緣。

為了改進(jìn)葉片的氣動(dòng)性能，它們的前緣具有越來越復(fù)雜的形狀，從而使需要匹配這些形狀的護(hù)罩的制造更復(fù)雜。本領(lǐng)域技術(shù)人員目前已知兩種方法。在這些方法的第一種中，主要通過鍛造制造護(hù)罩，從合金條開始，具有起拱、填充和擠壓的連續(xù)步驟以及最終扭曲的步驟，從而將翼片朝彼此移動(dòng)并校準(zhǔn)最厚部分。將現(xiàn)有技術(shù)的第一種方法應(yīng)用到與通常用于前緣護(hù)罩的鈦合金一樣牢固的材料，然而具有以下主要缺點(diǎn)：鍛造工具的高磨損水平以及大量的制造步驟，這在經(jīng)濟(jì)上不利，以及獲得很小厚度翼片或在翼片和較厚部分之間獲得小過渡半徑的高難度，這在技術(shù)上不方便。

在另一現(xiàn)有技術(shù)的方法中，護(hù)罩由已被加工的薄板制成，以在成形護(hù)罩之前形成較厚區(qū)域。然而，該先前加工具有浪費(fèi)大量昂貴材料，使加工工具受磨損，以及需要很長時(shí)間加工的缺點(diǎn)。

發(fā)明目的和概述

本發(fā)明旨在彌補(bǔ)這些缺陷。特別地，本發(fā)明尋求提出一種使制造前緣護(hù)罩更便宜的方法。

在至少一個(gè)實(shí)施方式中，該制造前緣護(hù)罩的方法包括從壓力側(cè)和吸力側(cè)薄板中在至少一個(gè)薄板上實(shí)施初始塑性變形，添加增強(qiáng)件到至少一個(gè)所述壓力和吸力側(cè)薄板，在所述初始塑性變形后以及在添加增強(qiáng)件之后將所述壓力和吸力側(cè)薄板在芯體周圍閉合，在已經(jīng)將這些薄板在芯體周圍閉合后通過將所述壓力和吸力側(cè)薄板擠壓在芯體的外表面上實(shí)施后續(xù)塑性變形，以及抽取該芯體。

特別地由于添加增強(qiáng)件到至少一個(gè)所述壓力和吸力側(cè)薄板的步驟，可以制造一種前緣護(hù)罩，所述前緣護(hù)罩具有薄翼片以及具有在該翼片和將小的它們連接在一起的較厚中心部分之間的很小曲率半徑，同時(shí)避免對形成護(hù)罩的材料的很多加工，從而避免該制造成本。

所述增強(qiáng)件可通過添加制造方法直接地形成在壓力和/或吸力側(cè)薄板上，所述通過添加制造方法，例如諸如通過激光或電子束的選擇性融化或通過等離子體或電子束的沉積。直接在薄板上預(yù)成型增強(qiáng)件的添加制造可以完全或幾乎完全地避免加工增強(qiáng)件，同時(shí)確保了緊密的制造公差和在增強(qiáng)件和薄板之間的牢固結(jié)合。由于在將所述壓力和吸力側(cè)薄板在芯體周圍閉合之前添加增強(qiáng)件，這可以在薄板的內(nèi)側(cè)表面上實(shí)施，即面對芯體的表面。因此，由通過添加制造制備的增強(qiáng)件所導(dǎo)致的增強(qiáng)件的表面粗糙度對護(hù)罩的外表面質(zhì)量沒有影響。

可在壓力和/或吸力側(cè)薄板的初始塑性變形之前添加所述增強(qiáng)件，特別地當(dāng)通過添加制造添加了增強(qiáng)件時(shí)，薄板和增強(qiáng)件然后形成一種可無需移動(dòng)增強(qiáng)件而變形的單件單元。然而，在該替代方案中，可在壓力和/或吸力側(cè)薄板的初始塑性變形后添加所述增強(qiáng)件，特別地當(dāng)在被添加到薄板之前預(yù)成型增強(qiáng)件時(shí)。在其初始塑性變形后薄板的三維形狀從而促進(jìn)了其上預(yù)成型增強(qiáng)件的精確定位。

壓力和/或吸力側(cè)薄板的初始塑性變形可特別地通過沖壓實(shí)施。該熱塑性變形方法可以獲得復(fù)雜的三維形狀，即使當(dāng)從特別剛性的薄板開始，并且也可以獲得對部件特別有利的物理屬性，特別地對于由金屬合金制成的部件的很大疲勞強(qiáng)度。

將所述壓力和吸力側(cè)薄板在芯體周圍閉合可特別地包括在該芯體周圍將所述壓力和吸力側(cè)薄板的外圍焊接在一起的步驟。該外圍的焊接首先用于在這兩個(gè)薄板之間提供至少初始結(jié)合，其次它還可用于密封在這兩個(gè)薄板之間的包含該芯體的空腔。該密封可在薄板的后續(xù)塑性變形中特別地有用。

特別地可通過熱等靜壓(也稱為HIP)實(shí)施所述后續(xù)塑性變形。類似于沖壓，熱等靜壓可以甚至對于非常剛性材料來說獲得很復(fù)雜的形狀，該方法能夠?qū)⑦@兩個(gè)薄板非常緊密地配合芯體形狀。同時(shí)，熱等靜壓可鞏固在壓力側(cè)薄板、吸力側(cè)薄板和增強(qiáng)件之間的結(jié)合，同時(shí)也降低了孔隙度和添加了這些組件每個(gè)的密度，特別地增強(qiáng)件的密度，當(dāng)其通過添加制造生產(chǎn)時(shí)。有利地，外圍的上述焊接具有通過在HIP處理中在真空下保持在空腔中而消除內(nèi)部表面被氧化的任何風(fēng)險(xiǎn)的優(yōu)點(diǎn)。

該制造方法可還包括在所述后續(xù)塑性變形后加工壓力和吸力側(cè)薄板的至少一個(gè)步驟，以精加工該護(hù)罩和/或能夠抽取該芯體。

此外，在將所述吸力和壓力側(cè)薄板在芯體周圍閉合之前，陶瓷基質(zhì)復(fù)合材料的插入件可被放置在所述增強(qiáng)件的凹部中。該插入件用于提高抗前部撞擊以及抗葉片前緣上離心力的護(hù)罩剛性。

此外，壓力側(cè)薄板、吸力側(cè)薄板和/或增強(qiáng)件至少主要由鈦制成，該材料提供了對于本申請?zhí)貏e有利的物理屬性。術(shù)語“至少主要由鈦”應(yīng)該理解為意味著這些組件每個(gè)的材料可特別是鈦基合金。

本發(fā)明也涉及由該方法制成的前緣護(hù)罩，包括由復(fù)合材料制成的主體和這種前緣護(hù)罩的葉片，以及包括一種具有多個(gè)這種葉片的任選地涵道式風(fēng)機(jī)的渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)。

附圖說明

可以很好地理解本發(fā)明，并且在閱讀作為非限制性示例給出的兩個(gè)實(shí)施方式的以下詳細(xì)描述后，其優(yōu)點(diǎn)更好地出現(xiàn)。參考附圖說明，其中：

·圖1是渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)的圖解透視圖；

·圖2是圖1渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)的風(fēng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)葉片的圖解透視圖；

·圖3是圖2葉片的前緣護(hù)罩的圖解透視圖；

·圖4是示出圖3護(hù)罩的在平面IV-IV上的剖視圖；以及

·圖5A到5H示出了在制造圖4護(hù)罩的第一方法中的連續(xù)步驟。

具體實(shí)施方式

圖1示出了一種旁路渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)1，包括氣體發(fā)生器芯體2和風(fēng)機(jī)3。風(fēng)機(jī)3具有多個(gè)在中心軸線X周圍徑向地布置并氣動(dòng)成型的旋轉(zhuǎn)葉片4，以通過旋轉(zhuǎn)推動(dòng)空氣。因此，如圖2所示，每個(gè)葉片4具有前緣5、后緣6、吸力側(cè)7和壓力側(cè)8。

在正常操作中，相對風(fēng)基本朝每個(gè)葉片4的前緣5定向。因此，前緣5特別地受到撞擊。特別地當(dāng)葉片4具有由復(fù)合材料制成的主體9時(shí)，特別地具有通過纖維增強(qiáng)的聚合物基質(zhì)，因此保護(hù)具有集成在每個(gè)葉片中的護(hù)罩10的前緣5是適當(dāng)?shù)摹?/p>

圖3和圖4示出了護(hù)罩10，其具有壓力側(cè)翼片11、吸力側(cè)翼片12以及用于覆蓋葉片4前緣和使壓力側(cè)和吸力側(cè)翼片11和12互連的較厚中心部分13。壓力側(cè)和吸力側(cè)翼片11和12將護(hù)罩10定位在葉片4上。護(hù)罩整體上可主要由金屬制成，并且更特別地由鈦基合金制成，諸如TA6V(Ti-6Al-4V)，例如。然而，其它材料，主要地金屬，諸如鋁及其合金或類型的鎳鉻基合金可用作替代或除鈦基合金之外使用。此外，在所示的示例中，中心部分13可包括縱向插入件14，該縱向插入件14由嵌入在中心部分的質(zhì)量中的的陶瓷基質(zhì)復(fù)合材料制成。例如，插入件14可包括涂覆有鈦或鈦合金并以旋轉(zhuǎn)力的方向縱向地延伸的陶瓷纖維。

如圖3和4中可以看到，護(hù)罩10的形狀可非常復(fù)雜，并且與通常用于該部件的高性能材料結(jié)合，這可以使其制造很昂貴并困難。

如圖5A到5H示出了一種能夠解決該問題的制造方法。在該方法的第一步驟中，如圖5A所示，一種添加制造方法用于在壓力側(cè)薄板17和吸力側(cè)薄板18上分別添加增強(qiáng)件15和16。這些薄板17和18可由金屬制成并且更特別地由鈦基合金制成，諸如TA6V，例如。在適于在第一步驟中使用的添加制造方法中，特別地包括通過激光或電子束的選擇性融化以及通過等離子體或電子束沉積。這些方法的每個(gè)都適用于被附接到薄板17、18表面的金屬增強(qiáng)件15、16的添加制造。增強(qiáng)件的材料也可從上述金屬材料中選擇，特別地其可與其上附接有相應(yīng)的增強(qiáng)件15、16的薄板17、18的材料相同。

在第二步驟中，如圖5B所示，薄板17和18受到初始塑性變形。在加熱每個(gè)薄板到溫度Tm后，可特別地在通過沖壓加熱的同時(shí)實(shí)施該初始塑性變形，該溫度Tm，例如對于鋁和鋁基合金可位于400℃到600℃的范圍，對于鈦和鈦基合金位于800℃到1000℃的范圍，對于鎳鉻基合金位于850℃到1050℃的范圍內(nèi)。

在第三步驟中，如圖5C所示，纖維縱向插入件14被放置在凹部19中，該凹部19形成在增強(qiáng)件15、16之一中。此后，在第四步驟中，如圖5D所示，薄板17和18與增強(qiáng)件15、16以及插入件14一起在芯體20周圍閉合。因此，在其初始塑性變形中形成的薄板17和18的凹面壁形成接收芯體20的空腔，而壓力側(cè)薄板17的外圍21在芯體20周圍與增強(qiáng)件15、16和插入件14一起接觸吸力側(cè)薄板18的外圍22。芯體20可特別地由與薄板17和18以及增強(qiáng)件15、16相比基本更耐熔的材料制成，并且特別地由鎳或鎳合金制成。為了避免薄板17、18和增強(qiáng)件15、16粘附到芯體20，芯體可事先進(jìn)行表面處理，例如在溫度To為900℃進(jìn)行氧化，例如持續(xù)時(shí)間t_o至少為兩小時(shí)。

在未示出的變型中，在增強(qiáng)件的連接平面中，多個(gè)凹部可設(shè)置有被放置在其中的相應(yīng)數(shù)量的纖維插入件。

在第五步驟中，如圖5E所示，薄板17和18的外圍21和22一起被焊接在芯體20周圍，因此氣密地密封空腔，在該空腔中接收有芯體20?？商貏e地通過電子束在真空下實(shí)施該焊接，盡管也可根據(jù)所涉及的材料和形狀設(shè)想其它焊接方法。

在第六步驟中，如圖5F所示，薄板17、18和增強(qiáng)件15、16在芯體20的外表面上受到熱等靜壓(HIP)，從而特別地施加后續(xù)塑性變形到薄板17和18，并且也強(qiáng)化了由薄板17和18和增強(qiáng)件15、16形成的組件。此外，熱等靜壓用于增加增強(qiáng)件15、16的密度，從而改進(jìn)其力學(xué)性能?？稍诶缂s100兆帕(MPa)的壓力ph下，以及例如在對于鈦合金溫度Th為850℃到950℃范圍內(nèi)下實(shí)施熱等靜壓。

在該第六步驟后，可以實(shí)施第七步驟，如圖5G所示，其中加工薄板17和18以能夠抽取芯體20并從而精加工護(hù)罩10，特別地通過從薄板17和18消除外圍21和22進(jìn)行。如圖5H所示，在抽取芯體20后，這在其最終形狀中產(chǎn)生了護(hù)罩10。然而，盡管芯體20的加工和抽取在本示例中示出為連續(xù)的步驟，也可以設(shè)想在已經(jīng)抽取芯體20后實(shí)施一些加工，特別地用于精加工護(hù)罩10。在可以設(shè)想的加工方法中，可以特別地提及銑削。

盡管參照一種特定實(shí)施方式描述了本發(fā)明，很明顯的是，可對這些實(shí)施方式進(jìn)行各種修改和變化，而不超出由權(quán)利要求所限定的本發(fā)明的通用范圍。特別地，可以設(shè)想使用除沖壓和熱等靜壓之外的塑性變形的方法。此外，特別的，如果在它們已在芯體周圍閉合后，一種除熱等靜壓之外的方法用于這些薄板的后續(xù)塑性變形，可以設(shè)想省略將芯體周圍薄板的外圍焊接在一起的步驟。

此外，盡管在所示出的這兩個(gè)方法中，每個(gè)薄板接收相應(yīng)的增強(qiáng)件并受到初始塑性變形，也可以設(shè)想使用僅被添加到薄板中一個(gè)的單個(gè)增強(qiáng)件，和/或僅使薄板中一個(gè)受到初始塑性變形。例如，這兩個(gè)薄板可受到初始塑性變形而僅其中之一接收增強(qiáng)件。替代地，護(hù)罩的壓力或吸力側(cè)之一可由初始塑性變形形成并添加一個(gè)增強(qiáng)件，而另一個(gè)由諸如加工的常規(guī)方法形成。因此，增強(qiáng)件可通過添加制造被添加到一個(gè)薄板，而在被施加到其它薄板之前實(shí)施另一個(gè)增強(qiáng)件。因此，應(yīng)以說明性而非限制性的意義上考慮說明書和附圖。