專利名稱：用于渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的中空葉片的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明通常涉及用于渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的葉片的制造方法，如中空風(fēng)機(jī)葉片，或用于渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的其它類型的轉(zhuǎn)子或定子葉片。
背景技術(shù)：
通常，用于渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的中空風(fēng)機(jī)葉片，包括一個(gè)相對(duì)較厚的根部，該根部用來將該葉片連接到轉(zhuǎn)盤(葉輪)上，該根部通過稱為轉(zhuǎn)子葉片的較薄的空氣動(dòng)力部分徑向地向外延伸。
從現(xiàn)有技術(shù)獲知，該中空葉片的已知制造方法主要是基于擴(kuò)散連接技術(shù)的使用，并且結(jié)合超塑性成型技術(shù)。
事實(shí)上，在現(xiàn)有技術(shù)的該方法中，首先定義出葉片的兩個(gè)或三個(gè)組成部分，然后在通過擴(kuò)散連接技術(shù)將其相互堆疊和組裝之前，對(duì)各組成部分分別進(jìn)行加工，以便獲得所需的葉片預(yù)制件。
隨后，預(yù)制的預(yù)制件的螺旋造型就完成了，接著通過氣體壓力和該預(yù)制件的超塑性成型進(jìn)行膨脹(撐壓)，以獲得基本具有最終形狀的葉片。
如上所述，葉片預(yù)制件的加工階段需要對(duì)兩個(gè)外部部件進(jìn)行加工，可能還有一個(gè)放置在這兩個(gè)外部部件之間的中央部件，以便稍候用作桁條(連接桿)。
外部部件的加工通常是通過對(duì)供給元件進(jìn)行機(jī)加工進(jìn)行的，該供給元件必須具有相對(duì)較大的初始尺寸，這兩個(gè)機(jī)加工的外部部件中的每一個(gè)都必須具有兩個(gè)徑向面對(duì)的明顯厚度不同的部分，這些部分分別用來限定出葉片預(yù)制件的根部以及所述預(yù)制件的轉(zhuǎn)子葉片部分。
這樣，至少部分組成葉片預(yù)制件的外部部分的加工，例如通過層壓進(jìn)行，將會(huì)產(chǎn)生非常大的材料成本和機(jī)加工成本，因此，這種加工中空葉片的方法不是最優(yōu)選的。
針對(duì)該主要不便，提出了借助于包含至少五個(gè)部分堆疊的擴(kuò)散連接階段來制造葉片預(yù)制件的方法，其中這些部分中的一些沿著該預(yù)制件的整個(gè)長(zhǎng)度徑向延伸，而另一些只沿著該預(yù)制件的根部延伸。
然而，文獻(xiàn)US-A-4 822 823和EP-A-1 188 197中顯著披露的該方法也存在一些不便，當(dāng)要焊接的單元具有變化很大的厚度(根部/轉(zhuǎn)子葉片)以及堆疊件的數(shù)量較多時(shí)，在擴(kuò)散連接技術(shù)的完成中會(huì)存在很大的困難。
此外，在確保堆疊件周圍具有良好的滲漏密封性的過程中也會(huì)遇到顯著的問題。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的在于提供一種制造用于渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的中空葉片的方法，可至少部分地解決與現(xiàn)有技術(shù)的方法相關(guān)的前述諸多不便。
更確切地說，本發(fā)明的目的在于提供一種中空葉片的制造方法，該方法的葉片預(yù)制件的加工階段和現(xiàn)有技術(shù)相比，可顯著地降低加工成本。
為此，本發(fā)明的目的在于提供一種用于渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的中空葉片的制造方法，該葉片包括根部和轉(zhuǎn)子葉片，該方法包括具有轉(zhuǎn)子葉片部和根部的葉片預(yù)制件的加工階段，該預(yù)制件的加工階段通過以下方式實(shí)現(xiàn)，即包括至少將兩個(gè)部件堆疊和擴(kuò)散連接在一起組成的一個(gè)單元。根據(jù)本發(fā)明，該葉片預(yù)制件的加工階段包括以下操作加工至少由兩個(gè)部件堆疊和擴(kuò)散連接在一起形成的單元，通過這種方式，該單元可單獨(dú)地形成預(yù)制件的轉(zhuǎn)子葉片部分；加工附加元件，其整體形成葉片預(yù)制件的根部；以及將該附加元件組裝到所述單元上，以獲得葉片預(yù)制件。
方便地，在根據(jù)本發(fā)明的制造方法中，至少由兩個(gè)部件堆疊和擴(kuò)散連接在一起的單元不能夠形成整個(gè)葉片預(yù)制件，而只能形成葉片預(yù)制件的轉(zhuǎn)子葉片部分。
因此，該擴(kuò)散連接而形成的單元的制造不再與兩個(gè)外部部件相當(dāng)昂貴的生產(chǎn)相結(jié)合，其中所述兩個(gè)外部部件中的每一個(gè)都具有兩個(gè)具有明顯厚度不同的部分，并分別用來限定葉片預(yù)制件轉(zhuǎn)子部分的根部。相反地，該焊接單元并不形成預(yù)制件的根部，因此它的兩個(gè)外部部件可以很好設(shè)計(jì)，以便每一個(gè)都具有相對(duì)均勻的厚度，這樣自然會(huì)使得材料成本和機(jī)加工成本顯著地降低。
此外，本發(fā)明的再一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于，在擴(kuò)散連接階段當(dāng)要焊接的單元具有變化很大的厚度(根部/轉(zhuǎn)子葉片)以及堆疊件的數(shù)量較大時(shí)，根部的非整體性可避免遇到焊接技術(shù)中碰到的實(shí)施困難。事實(shí)上，經(jīng)過擴(kuò)散連接而成的單元可單獨(dú)形成預(yù)制件的轉(zhuǎn)子葉片部分，由于只有兩個(gè)或三個(gè)部件的堆疊，并且每一個(gè)部件基本上具有均勻的厚度，因此，加工非常簡(jiǎn)單。
另外，在擴(kuò)散連接階段，根部的非整體性使得在要焊接的堆疊部件之間可方便地進(jìn)行泄漏密封成為可能，這種泄漏密封性對(duì)于擴(kuò)散連接技術(shù)的實(shí)施是非常必要的。事實(shí)上，堆疊件根部的滲漏密封很難產(chǎn)生，這對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說都是熟知的，因此不必指望它成為一個(gè)真正的優(yōu)點(diǎn)。
而且，在將附加元件組裝到同時(shí)獲得的擴(kuò)散連接單元上之前，附加元件的單獨(dú)制造使得對(duì)該元件進(jìn)行各種中間過程的機(jī)加工操作成為可能。
此外，附加元件不會(huì)進(jìn)入葉片預(yù)制件的轉(zhuǎn)子葉片部分的構(gòu)造中，而是獨(dú)自的、整體形成所述預(yù)制件的根部，由于它們具有較小的徑向長(zhǎng)度，很顯然，制造成本可最大程度地減小。
因此，本發(fā)明利用組裝前制造的多個(gè)部件，對(duì)其中的一些通過擴(kuò)散連接，完成了葉片預(yù)制件的制造，這些部件中沒有一個(gè)沿著預(yù)制件的完整徑向長(zhǎng)度延伸，這樣可非常容易地克服沿著它的長(zhǎng)度直接連接到葉片預(yù)制件的不同厚度上所帶來的不便。
優(yōu)選地，將每一個(gè)附加元件組裝到單元上的操作最好使用選自線性摩擦焊和攪動(dòng)摩擦焊技術(shù)組成的組中的技術(shù)進(jìn)行，首選這些技術(shù)是因?yàn)樗鼈兿鄬?duì)容易實(shí)施、并且可靠、便宜，以及幾乎沒有具有破壞性的冶金火花。
優(yōu)選地，在該葉片預(yù)制件的制造階段之后進(jìn)行如下階段預(yù)制件的螺旋造型；以及通過氣體壓力和螺旋型的預(yù)制件的超塑性成型進(jìn)行膨脹(撐壓)。
可以看到，全部形成預(yù)制件根部的附加元件是通過擠壓制造的，就加工成本來說，其非常有利。事實(shí)上，從原料坯開始，以及通過適當(dāng)?shù)哪＞?，要?shí)施的這種低廉的技術(shù)包括對(duì)具有所需幾何形狀的附加元件的輪廓加工。
本發(fā)明的其它優(yōu)點(diǎn)和特征將會(huì)在下面非限制性的詳細(xì)描述中體現(xiàn)。


本發(fā)明將參照附圖進(jìn)行描述，其中圖1示出了用于渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)中空葉片的立體圖；圖2示出了在根據(jù)本發(fā)明制造方法的預(yù)制件的制造階段的實(shí)施中所獲得的葉片預(yù)制件的示意性立體圖；以及圖3a到3d示意示出了根據(jù)本發(fā)明的加工方法的各階段。
具體實(shí)施例方式
參照?qǐng)D1，示出了用于渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)(未示出)的標(biāo)準(zhǔn)中空葉片1，例如可以由鈦或其一種合金制成。
這個(gè)帶有大弦的風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子葉片類型的中空葉片1，包括根部2，通過轉(zhuǎn)子葉片4在徑向延伸。
轉(zhuǎn)子葉片4，放置在渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的氣流循環(huán)通道內(nèi)，具有兩個(gè)外部表面6和8，分別被稱為上表面6和下表面8，這兩個(gè)表面通過前緣10和后緣12連接。
圖2示出了葉片預(yù)制件16，該葉片預(yù)制件在根據(jù)本發(fā)明制造方法的葉片預(yù)制件的制造階段中獲得。
該預(yù)制件14包括具有不同的、較大厚度的根部16，其通過轉(zhuǎn)子葉片部分18在徑向延伸。如圖2中所示，根部16具有較大的平均厚度為E的內(nèi)部徑向部分20，該部分20通過平均厚度為e的外部徑向部分22向外徑向延伸，其中厚度e小于厚度E。為此，可注意到，由于位于中央部分23c兩側(cè)的兩個(gè)突起部分23a和23b，其中，中央部分插入根部16的外部徑向部分22的延長(zhǎng)部分中，該內(nèi)部徑向部分20隨后可確保葉片固定安裝到渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)盤內(nèi)。
此外，預(yù)制件14的轉(zhuǎn)子葉片部分18具有一個(gè)厚度為e′的徑向內(nèi)端24，厚度e′基本上等于平均厚度e，和一個(gè)厚度為e″的徑向外端26，厚度e″小于厚度e′。然而，該預(yù)制件14的轉(zhuǎn)子葉片部分18卻有一個(gè)基本上均勻的厚度。
另外，由于這些元件基本上呈直線排列，所以在轉(zhuǎn)子葉片部分18的徑向內(nèi)端24和預(yù)制件14的根部16的外部徑向部分22之間沒有明顯的劃分。然而，在圖2中示意示出了假想的連接平面P，該連接平面為預(yù)制件14的根部16和轉(zhuǎn)子葉片部分18之間的一般公認(rèn)的理論分割。
在根據(jù)本發(fā)明制造方法的優(yōu)選實(shí)施例中，葉片預(yù)制件14的制造階段通過上述方式進(jìn)行，參照?qǐng)D3a到3c。
首先，單元28至少由兩個(gè)堆疊和擴(kuò)散連接在一起的部件30和32制成，這兩個(gè)在圖3a示出的部件30和32分別構(gòu)成單元28的上下外部部分。在這一點(diǎn)上，第三部分(沒有示出)也可插入外部部分30和32之間，以便稍后形成一個(gè)桁條。事實(shí)上，由于單元28單獨(dú)和全部地形成預(yù)制件14的轉(zhuǎn)子葉片部分18，因此其能夠通常使用兩個(gè)相同的內(nèi)表面開槽的外部部分制成，或者也可用三個(gè)部分，其中兩個(gè)相同的外部部分具有基本平滑的、用于和第三個(gè)中間部分連接的內(nèi)表面。
在本發(fā)明的該優(yōu)選示實(shí)例中，單獨(dú)形成預(yù)制件14的轉(zhuǎn)子葉片部分18的單元28，以及構(gòu)成該單元28的所述兩個(gè)相同的外部部分30和32均具有基本均勻的厚度。這樣，由于用于制造部件30和32所必需的供給元件非常容易具有與這些所述部件30和32必需具有的最終尺寸相似的尺寸，因此，通過層壓(層疊)獲得部件30和32的技術(shù)也特別合適，并且就材料成本和機(jī)加工成本而言也完全是最優(yōu)選的。
在單元28單獨(dú)由兩個(gè)相同的外部部件30和32構(gòu)成的情況下，一旦這些部件如上所述制造完成，然后為了完成預(yù)制件的不同組成部分的組裝，通過一種與現(xiàn)有技術(shù)所使用的相似的方式，將其擴(kuò)散連接在一起。在這一點(diǎn)上，并且以持續(xù)的方式，可以注意到擴(kuò)散連接操作是根據(jù)設(shè)定的模式通過燃料棒涂層的沉淀操作進(jìn)行的，該涂層涂抹到和外部部分30和32接觸的內(nèi)部表面30a和32a上。
在中空單元28單獨(dú)和全部地形成預(yù)制件14的轉(zhuǎn)子葉片部分18的制造過程的同時(shí)，形成單個(gè)的附加元件34，該附加元件單獨(dú)和全部形成所述預(yù)制件14的根部16。因此，很自然地想到，單元28和附加元件34中的每一個(gè)都有各自的幾何形狀，該幾何形狀基本上與圖2中示出的預(yù)制件14的轉(zhuǎn)子葉片部分18和根部16的幾何形狀相同。
如圖3b所示，附加元件34因此包括一個(gè)較厚的部分36，與圖2中所示的內(nèi)部徑向部分20相似，以及一個(gè)次厚的部分38，與上述圖2中示出的外部徑向部分22相似。因此，元件34可以通過擠壓而容易地制造，從原料坯，以及通過合適的模具，該已證明了的、低成本的技術(shù)包括對(duì)具有所需幾何形狀的附加元件34的外形的加工。按照這種方式，使用該技術(shù)，通過單獨(dú)脫模，可以一個(gè)接一個(gè)地制造該附加元件34。
一旦單元28和附加元件34已被同時(shí)制造，優(yōu)選使用鈦合金，然后將它們通過以下方式組裝，即，充分獲得預(yù)制件14的幾何形狀的方式，如圖3c所示。
因此，該組裝可通過焊接進(jìn)行，即通過使單元28的內(nèi)部徑向表面40與附加元件34的外部徑向表面42相接觸。與預(yù)制件14的根部16和轉(zhuǎn)子葉片部分18相比，這些表面40和42基本上是平滑的，并連接到一起限定出一個(gè)平的接觸區(qū)域44，大致位于與圖2所示的假想連接面P相同的位置。
經(jīng)過描述，將附加元件34組裝到單元28上的操作最好是通過線性摩擦焊，或通過攪動(dòng)摩擦焊來完成。這些所熟知的焊接技術(shù)可以方便地使焊接區(qū)保持與擴(kuò)散連接和超塑性成型技術(shù)相一致的金屬工藝特性，并確保具有符合預(yù)制件規(guī)格的機(jī)械特性。
當(dāng)然，該焊接操作結(jié)束之后，需要進(jìn)行焊接區(qū)域幾何形狀修復(fù)的機(jī)加工操作。
在已描述過的葉片預(yù)制件14的制造階段之后，接著進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)階段，首先是針對(duì)預(yù)制件14進(jìn)行螺旋造型，以便其具有一個(gè)充分扭曲的形狀，如圖3d所示。然后，仍然以一種持續(xù)的方式，通過氣體壓力和超塑性成型階段的膨脹操作以獲得如圖1所示的葉片1，該階段之后通常是最終的機(jī)加工，通過機(jī)加工嚴(yán)格形成葉片1的所需的螺旋外形。
當(dāng)然，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員對(duì)于上述的中空葉片1的加工方法可以進(jìn)行各種修改，此處只做了非限制的一般說明。
權(quán)利要求
1.一種用于渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的中空葉片(1)的制造方法，所述中空葉片包括根部(2)和轉(zhuǎn)子葉片(4)，所述方法包括具有轉(zhuǎn)子葉片部分(18)和根部(16)的葉片預(yù)制件(14)的加工階段，所述預(yù)制件(14)的加工階段通過如下方式進(jìn)行，即包括至少由兩個(gè)部件(30，32)堆疊和擴(kuò)散連接在一起組成的單元(28)，其特征在于，所述葉片預(yù)制件(14)的加工階段包括以下操作至少由兩個(gè)部件(30，32)堆疊和擴(kuò)散連接在一起形成的所述單元(28)的制造，通過這種方式，所述單元單獨(dú)地形成所述葉片預(yù)制件(14)的轉(zhuǎn)子葉片部分(18)；附加元件(34)的制造，所述附加元件整體形成所述葉片預(yù)制件(14)的根部(16)；以及將所述附加元件(34)組裝到所述單元(28)上以獲得所述葉片預(yù)制件(14)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制造方法，其特征在于，將所述附加元件(34)組裝到所述單元(28)上的操作通過使用選自線性摩擦焊技術(shù)和攪動(dòng)摩擦焊技術(shù)組成的組中的技術(shù)完成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的制造方法，其特征在于，所述葉片預(yù)制件(14)的制造階段之后進(jìn)行如下階段所述預(yù)制件(14)的螺旋造型；以及通過氣體壓力和所述螺旋形預(yù)制件(14)的超塑性成型進(jìn)行膨脹。
4.根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的加工方法，其特征在于，所述附加元件(34)通過擠壓整體形成所述預(yù)制件(14)的根部(16)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的中空葉片的制造方法，該葉片包括根部和轉(zhuǎn)子葉片，該方法包括具有轉(zhuǎn)子葉片部分和根部的葉片預(yù)制件(14)的加工階段，該葉片預(yù)制件的加工階段包括以下操作至少由兩個(gè)部件(30，32)堆疊和擴(kuò)散連接在一起形成的單元(28)的制造，通過這種方式，該單元單獨(dú)地形成葉片預(yù)制件的轉(zhuǎn)子葉片部分；附加元件(34)的制造，該附加元件整體形成葉片預(yù)制件的根部；以及，將該附加元件組裝到該單元上以獲得該葉片預(yù)制件。
文檔編號(hào)F01D5/18GK1587648SQ20041007107
公開日2005年3月2日 申請(qǐng)日期2004年7月28日 優(yōu)先權(quán)日2004年7月28日
發(fā)明者讓-皮埃爾·費(fèi)爾泰, 讓-米歇爾·帕特里克·莫里斯·弗朗謝, 達(dá)尼埃爾·加斯東·洛姆, 阿蘭·洛里厄 申請(qǐng)人:斯奈克瑪馬達(dá)公司