本發(fā)明涉及一種風扇葉片的包覆邊制造方法,特別涉及一種航空發(fā)動機復合材料風扇葉片的鈦合金包覆邊制造方法。
背景技術(shù):
航空發(fā)動機是飛機的核心部分,發(fā)動機的性能直接影響著整個飛機的使用性能,發(fā)動機的減重能夠提高推重比。風扇葉片是發(fā)動機最重要的部件之一,據(jù)統(tǒng)計,風扇段質(zhì)量約占發(fā)動機總質(zhì)量的30%~35%,降低風扇段質(zhì)量是降低發(fā)動機質(zhì)量和提高發(fā)動機效率的關(guān)鍵手段,采用更大、更輕的風扇葉片已成為發(fā)動機的發(fā)展趨勢。復合材料具有金屬材料無法比擬的低密度、高比強度和高比剛度,與鈦合金葉片相比,復合材料風扇葉片具有重量輕、高效率、低噪聲的特點,葉片數(shù)少,具有更優(yōu)異的抗顫振性能和損傷容限能力。
但復合材料風扇葉片邊緣處厚度薄、強度低,在外物撞擊下,葉片邊緣更加容易產(chǎn)生損傷,甚至斷裂,危害發(fā)動機安全。因此采用鈦合金包覆邊技術(shù)對葉片邊緣進行局部覆蓋包覆,則可以在保證不增加復合材料葉片質(zhì)量的前提下,提升葉片的抗沖擊、抗分層能力,起到葉片增強的效果,有效地提高復合材料風扇葉片的可靠性和安全性。
文獻“劉強等.商用大涵道比發(fā)動機復合材料風扇葉片應用現(xiàn)狀與展望[J].航空制造技術(shù),2014(15):58-62”公開一種鈦合金包覆邊成形技術(shù):美國通用電氣公司(GE)采用多軸聯(lián)動數(shù)控機床對GE90、GEnx復合材料風扇葉片鈦合金包覆邊進行銑削加工,通過開槽銑削剔除中間多余部分,從而形成薄壁深溝型包覆邊。然而,數(shù)控銑削加工過程中的加工應力變形和加工振動問題較難解決,加之包覆邊壁薄溝深,厚度處于動態(tài)變化之中,穩(wěn)定性不易保證。因而加工難度大、效率低。
中航商用航空發(fā)動機有限責任公司在公開號為CN103628923A的中國專利“金屬包覆層、復合材料葉片以及金屬包覆層和葉片制造方法”中,公開一種通過使用網(wǎng)狀包覆層對復合材料風扇葉片進行包覆增強的制備技術(shù),該技術(shù)包括多根柔性的經(jīng)向金屬絲沿經(jīng)線方向送絲;多根柔性的緯向金屬絲沿緯線方向送絲;編織多根經(jīng)向金屬絲和多根緯向金屬絲,以形成金屬絲網(wǎng);焊接金屬絲網(wǎng)以形成金屬包覆層。該技術(shù)雖然能在減輕葉片質(zhì)量方面產(chǎn)生積極效果,但由于采用金屬網(wǎng)對葉片邊緣進行鏤空覆蓋包覆,從而葉片在離心載荷和氣動載荷的共同作用下,仍然會發(fā)生彎曲和扭轉(zhuǎn)變形,葉尖處復合材料產(chǎn)生剝離和脫層;當風扇葉片受到外物撞擊時,依舊會導致葉片部分損傷甚至斷裂失效。
技術(shù)實現(xiàn)要素:
為了克服現(xiàn)有風扇葉片的包覆邊制造方法效率低的不足,本發(fā)明提供一種航空發(fā)動機復合材料風扇葉片的鈦合金包覆邊制造方法。該方法首先初步形成帶凸臺的開敞板件,然后通過兩次超塑性成形使包覆邊坯料形成V形結(jié)構(gòu),再輔助以數(shù)控加工的方法對不符合風扇葉片邊緣包覆要求的包覆邊內(nèi)部和外部進行精微加工。葉片邊緣金屬全覆蓋,提升了葉片的抗沖擊、抗分層能力。從而解決了風扇葉片鈦合金包覆邊完全依賴數(shù)控銑削加工時難度大、效率低的技術(shù)問題。
本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案:一種航空發(fā)動機復合材料風扇葉片的鈦合金包覆邊制造方法,其特點是包括以下步驟:
步驟一、將包覆邊數(shù)控加工成中間帶有突起的長方形坯料;
步驟二、用酸溶液去除包覆邊表面氧化皮后吹干;
步驟三、將包覆邊放入與其成形后外緣型面相同、尺寸大1~5mm的外模具內(nèi),對壓頭施加向下壓力進行預成型,使包覆邊形成V型結(jié)構(gòu);
步驟四、將與包覆邊成形后內(nèi)腔型面相同的內(nèi)模具放入包覆邊的內(nèi)腔,并在包覆邊外包裹密封層,將密封層內(nèi)部抽成真空后密封。
步驟五、將包裹有包覆邊及內(nèi)模具的密封層放入密封箱中,加熱升溫至鈦合金超塑成形溫度760~927℃;向密封箱內(nèi)通入1.5~2.0MPa壓力大小的氬氣后進行超塑成形,成形時間為1.5~2.5h;包覆邊在氬氣作用下進行拉伸和扭曲變形,并逐漸向內(nèi)模具型面靠近,直至同內(nèi)模具貼合形成預定內(nèi)腔形狀;
步驟六、包覆邊完全貼模成形后隨爐冷卻;
步驟七、冷卻后取出包覆邊進行表面化銑;
步驟八、對不符合風扇葉片邊緣包覆要求的包覆邊內(nèi)部和外部進行精微數(shù)控加工。
本發(fā)明的有益效果是:該方法首先初步形成帶凸臺的開敞板件,然后通過兩次超塑性成形使包覆邊坯料形成V形結(jié)構(gòu),再輔助以數(shù)控加工的方法對不符合風扇葉片邊緣包覆要求的包覆邊內(nèi)部和外部進行精微加工。葉片邊緣金屬全覆蓋,提升了葉片的抗沖擊、抗分層能力。從而解決了風扇葉片鈦合金包覆邊完全依賴數(shù)控銑削加工時難度大、效率低的技術(shù)問題。
下面結(jié)合附圖和具體實施方式對本發(fā)明作詳細說明。
附圖說明
圖1是本發(fā)明航空發(fā)動機復合材料風扇葉片的結(jié)構(gòu)示意圖及其鈦合金包覆邊的B部放大圖。
圖2是圖1的A-A剖視圖及其鈦合金包覆邊的C部放大圖。
圖3是本發(fā)明包覆邊預成型開始時原理示意圖。
圖4是本發(fā)明包覆邊預成型完成時原理示意圖。
圖5是本發(fā)明包覆邊超塑成形時原理示意圖。
圖中,1-包覆邊,2-風扇葉片,3-壓頭,4-外模具,5-內(nèi)模具,6-密封層,7-密封箱。
具體實施方式
參照圖1-5。本發(fā)明航空發(fā)動機復合材料風扇葉片的鈦合金包覆邊制造方法具體步驟如下:
步驟一、將包覆邊1數(shù)控加工成中間帶有突起的長方形坯料;
步驟二、用酸溶液去除包覆邊1表面氧化皮后吹干;
步驟三、將包覆邊1放入與其成形后外緣型面相同、尺寸大1~5mm的外模具4內(nèi),對壓頭3施加向下壓力進行預成型,使包覆邊1形成V型結(jié)構(gòu);
步驟四、將與包覆邊1成形后內(nèi)腔型面相同的內(nèi)模具5放入包覆邊1的內(nèi)腔,并在包覆邊1外包裹密封層6,將密封層6內(nèi)部抽成真空后密封。
步驟五、將包裹有包覆邊1及內(nèi)模具5的密封層6放入密封箱7中,加熱升溫至鈦合金超塑成形溫度760~927℃;向密封箱7內(nèi)通入1.5~2.0MPa壓力大小的氬氣后進行超塑成形,成形時間為1.5~2.5h;包覆邊1在氬氣作用下進行拉伸和扭曲變形,并逐漸向內(nèi)模具5型面靠近,直至同內(nèi)模具5貼合形成預定內(nèi)腔形狀;
步驟六、包覆邊1完全貼模成形后隨爐冷卻;
步驟七、冷卻后取出包覆邊1進行表面化銑;
步驟八、對不符合風扇葉片2邊緣包覆要求的包覆邊1內(nèi)部和外部進行精微數(shù)控加工。