專利名稱：用于風(fēng)機(jī)葉片的增強(qiáng)前邊或后邊的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種金屬前邊和/或后邊的制造方法，其設(shè)計(jì)例如用來增強(qiáng)大弦的渦輪機(jī)風(fēng)機(jī)葉片。

背景技術(shù)：
渦輪機(jī)風(fēng)機(jī)葉片承受著較高的機(jī)械應(yīng)力，特別是由于其轉(zhuǎn)速的原因，因此，必須滿足嚴(yán)格的重量和尺寸條件。其中一個(gè)用來減輕葉片重量的方案是采用復(fù)合材料來制造這些葉片。然而，渦輪機(jī)風(fēng)機(jī)葉片還必須滿足嚴(yán)格的使用標(biāo)準(zhǔn)，特別是必須抵抗外界物體的沖擊。但是復(fù)合材料，尤其是在葉片邊緣的復(fù)合材料，如果其非常薄則很容易損壞。
已經(jīng)提出的一種用于解決該問題的方法是，通過將金屬部件與葉片的空氣動(dòng)力學(xué)輪廓(流線型輪廓)形成一體來加強(qiáng)由復(fù)合材料制成的風(fēng)機(jī)葉片的前邊。這種金屬增強(qiáng)部件(也稱作增強(qiáng)前邊或后邊)隨后在不改變?nèi)~片的空氣動(dòng)力學(xué)輪廓的情況下，被附加到，通常是連接到復(fù)合材料制成的葉片的前邊和/或后邊。該金屬部件由兩個(gè)非常薄的邊緣(十分之幾毫米厚)在其壓力面和吸力面上延伸的幾毫米厚的堅(jiān)固的部件構(gòu)成。
本發(fā)明用于提供一種用作葉片的增強(qiáng)前邊和/或增強(qiáng)后邊的部件。


發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)方面在于解決制造具有復(fù)雜幾何形狀的增強(qiáng)邊的機(jī)加工技術(shù)發(fā)展中所固有的問題，本發(fā)明涉及增強(qiáng)前邊和/或后邊的制造方法，包括中空外殼的制造，以及其后切割外殼以獲得所需部件。優(yōu)選地，應(yīng)用“擴(kuò)散連接和超塑成型”技術(shù)，可能的話包括彎曲-扭轉(zhuǎn)來制造該外殼。優(yōu)選地，通過激光或高壓噴射進(jìn)行切割。通過機(jī)加工該邊緣而成型。
根據(jù)另外一個(gè)方面，本發(fā)明涉及用于制造具有增強(qiáng)邊外形的部件的擴(kuò)散連接和超塑成型方法的使用，特別涉及用于葉片的增強(qiáng)后邊和/或前邊。



通過閱讀以下參照附圖的描述，本發(fā)明的特征和優(yōu)點(diǎn)將會(huì)更加容易理解，其中附圖僅用于說明本發(fā)明而非用于限定本發(fā)明，其中 圖1a示出了渦輪機(jī)葉片，圖1b示出了用于該葉片的增強(qiáng)前邊； 圖2示意性示出了圖1b所示的邊緣外殼的立體圖，該邊緣外殼模制或通過SPF/DB制造； 圖3a到3d示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的用于增強(qiáng)前邊的制造方法的步驟，其中圖3a示出了形成前邊的初始部件；圖3b示出了擴(kuò)散連接之后的在組裝步驟中的初始部件；圖3c示出了膨脹和超塑性成型中獲得的外殼；圖3d示出了切割之后通過前邊的剖面圖。

具體實(shí)施例方式 圖1a示出了帶有大弦的風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子葉片類型的葉片1。該類型的葉片具有復(fù)雜的幾何形狀，并且包括通過端部4在徑向方向延伸的根部2。端部4設(shè)計(jì)為放置在渦輪機(jī)氣流的循環(huán)環(huán)形通道內(nèi)，并具有兩個(gè)外部表面，分別被稱為壓力面6和吸力面8，這兩個(gè)表面通過前邊10和后邊12連接。通常地，前邊10與后邊12之間的長(zhǎng)度為約600mm。在后邊12上，特別在前邊10上需要設(shè)置增強(qiáng)件13，以防止或僅減緩這些邊緣的磨損，特別是在沖擊的情況下。
這些增強(qiáng)件13可在其制造過程中直接在葉片上例如通過金屬模制來形成。然而，該方案并不總是可行或令人滿意的，例如當(dāng)選擇兩種不同材料用于葉片和增強(qiáng)件時(shí)。尤其是，在葉片由復(fù)合材料制造的情況下，由金屬(例如鈦合金)制造的前邊和/或后邊的增強(qiáng)件將被分開制造。這種類型的加強(qiáng)邊14隨后被附加到葉片1上，使其外型盡可能緊密地與葉片配合，以不改變其機(jī)械或空氣動(dòng)力學(xué)特性。
參見圖1a所示的葉片的幾何形狀，可以很快地推斷出增強(qiáng)邊14的輪廓也將具有復(fù)雜的設(shè)計(jì)。此外，由于必須保持空氣動(dòng)力學(xué)特性并且重量需保持恒定的影響，因此增強(qiáng)邊14所需的尺寸增加了額外的限制。圖1b示出了這種用于大弦渦輪機(jī)風(fēng)機(jī)葉片的增強(qiáng)前和/或后邊14的幾何形狀，該葉片由復(fù)合材料或其它材料制成。例如，這種增強(qiáng)前邊14的長(zhǎng)度為約100mm到150mm范圍，優(yōu)選地為130mm，增強(qiáng)件的堅(jiān)固部件的高度h為約50mm到60mm，并且邊緣的壁厚e為小于2mm，如果可能的話，其厚度在其大部分長(zhǎng)度(l-h)上為約0.5mm。
根據(jù)本發(fā)明，用于制造該復(fù)雜輪廓的一個(gè)選擇是使用中間產(chǎn)品，即通常為中空的增強(qiáng)前邊14的外殼16，其中復(fù)雜輪廓制造起來非常復(fù)雜。參照?qǐng)D2，外殼16包括由前邊14形成的外圍和附加部件18，該外圍限定出腔20。限定該外殼16的優(yōu)點(diǎn)在于使用中空部件制造方法，隨后切除中空部件16以分離出增強(qiáng)前邊14。
特別地，例如在文獻(xiàn)EP-A-1 338 353中公開并描述了一種制造方法，用于制造復(fù)雜的中空幾何形狀，即特別用于航空領(lǐng)域的SPE/DB“超塑成型/擴(kuò)散連接”方法。
第一步驟包括模制增強(qiáng)前邊輪廓14，例如，如圖1b所示，用于獲得可通過SPE/DB制造的部件或外殼16，如圖2所示。其中的一種可能是使用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(CAD)或模制來實(shí)現(xiàn)，例如通過沿垂直于設(shè)計(jì)中的虛擬縱軸而真實(shí)切割前邊14的橫向部分。然后修改這些截面以得到閉合的內(nèi)部截面，然后將其結(jié)合以獲得中空外殼16。顯然，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言，也可應(yīng)用本領(lǐng)域的其它已知技術(shù)。
然后進(jìn)行所謂的“矯直”操作，包括將前邊14的閉合外殼16的壓力面22和吸力面24矯直(flattening)到同一平面。該矯直操作也可通過使用CAD工具，例如在三個(gè)階段，即，膨脹、及其后的扭轉(zhuǎn)和平直模擬進(jìn)行，之后為真正的矯直。從該矯直過程中，應(yīng)用如圖3a所示的該類型輪廓的兩部件的常規(guī)方法，可以推斷出初始部件26、28的設(shè)計(jì)。
然后組成邊緣的初始部件26、28通常由滾壓或鍛造板件機(jī)加工而成。板件的厚度是要制造的增強(qiáng)前邊或后邊厚度的一半；優(yōu)選地，板件由鈦合金(例如，TiAlV)制成，但是任何具有滿足使用要求并可使用SFP/DB技術(shù)特性的金屬或合金都可以被選用。不同的板件或者甚至是不同厚度的板件，也都可用于壓力面22和吸力面24，為此，板件的總厚度至少等于或大于增強(qiáng)前邊14的最大厚度。機(jī)加工包括根據(jù)CAD的限定對(duì)組成增強(qiáng)前邊或后邊的各初始部件26、28分配厚度。對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言，可應(yīng)用如CAPM(計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)/計(jì)算機(jī)輔助制造)工具和任何其他已知技術(shù)來進(jìn)行。
隨著對(duì)初始部件26、28進(jìn)行機(jī)加工，下一個(gè)步驟為擴(kuò)散連接以形成如圖3b所示預(yù)制件30。例如，完成對(duì)初始部件26、28的“完全”清潔；下一個(gè)步驟為根據(jù)預(yù)定方式，通過例如網(wǎng)版印刷方法，在至少初始部件的內(nèi)表面上涂附防擴(kuò)散產(chǎn)品。烘焙該防擴(kuò)散產(chǎn)品并且將初始部件26、28組裝進(jìn)預(yù)制件30中。
例如，用于復(fù)合材料所制的大弦渦輪機(jī)風(fēng)機(jī)葉片的鈦合金所制的增強(qiáng)前邊14的擴(kuò)散連接的參數(shù)選擇可如下進(jìn)行溫度為875℃到940℃，壓強(qiáng)為3Mpa到6Mpa，持續(xù)至少1小時(shí)。通過采用合適的工具在壓力裝置上施加機(jī)械力或等靜壓就可實(shí)現(xiàn)擴(kuò)散連接；優(yōu)選地，使用惰性氣體，如氬氣在等靜壓下在用于熱處理的室中完成，該室也被稱作HIP(“熱等靜壓”)室。本操作的目的在于將沒有涂附擴(kuò)散產(chǎn)品的內(nèi)部金屬部件彼此擴(kuò)散連接。
優(yōu)選地，在以壓力焊接的情況下，擴(kuò)散連接操作可與修整(shaping)相結(jié)合。修整的目的在于改進(jìn)膨脹模具上的連接預(yù)制件的定位，該膨脹模具用于膨脹和超塑成型操作。
在擴(kuò)散連接之后，可在預(yù)制件30上執(zhí)行彎曲和扭轉(zhuǎn)的步驟。該步驟也可與擴(kuò)散連接相結(jié)合。
然后，將從擴(kuò)散連接中得到的預(yù)制件30放置在膨脹裝置中，從而對(duì)該預(yù)制件實(shí)施超塑成型。例如，該步驟可在850℃到940℃之間，2到6Mpa氬氣壓的壓強(qiáng)下實(shí)現(xiàn)。該步驟可與擴(kuò)散連接相結(jié)合，還可能結(jié)合彎曲-扭轉(zhuǎn)。從該步驟中得到的部件與圖3c以及圖2所示的增強(qiáng)前邊14的外殼16相對(duì)應(yīng)。
應(yīng)該注意的是，這些步驟與通過SPF/DB制造中空風(fēng)機(jī)葉片的步驟相類似，為此，文獻(xiàn)FR-A-2 834 481中描述了一個(gè)實(shí)施例。根據(jù)本發(fā)明的方法也提供了一種通過使用已知工具和技術(shù)訣竅來降低葉片的這些精密部件的制造成本的方法。
最后，切除外殼16以得到如圖3d所示的增強(qiáng)前邊14本身。可通過本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的任何技術(shù)進(jìn)行切除；推薦使用激光切割和高壓水噴切割。
進(jìn)行精機(jī)加工的步驟，尤其是對(duì)形成的邊14進(jìn)行拋光將會(huì)非常有用。此外，為了優(yōu)化增強(qiáng)前邊14與葉片10的后邊之間的互補(bǔ)性，優(yōu)選地，其可調(diào)整尺寸。通常地，一旦制成，增強(qiáng)前邊14可根據(jù)本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的任何技術(shù)進(jìn)行機(jī)加工，特別是可以考慮進(jìn)行化學(xué)和/或機(jī)械機(jī)加工以減小壓力面和吸力面的厚度。
以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則的內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包括在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種用于渦輪機(jī)風(fēng)機(jī)葉片(1)的增強(qiáng)前邊(14)的制造方法，包括下列步驟
制造外殼(16)，所述外殼包括由外圍限定的腔(20)，所述外圍包括所述增強(qiáng)前邊(14)；
切除所述外殼(16)，以分離出所述增強(qiáng)前邊(14)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述外殼(16)的制造包括以下步驟
制造初始部件(26、28)；
將所述初始部件(26、28)擴(kuò)散連接為預(yù)制件(30)；
在氣壓下膨脹所述預(yù)制件(30)并超塑成型所述外殼(16)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，還包括在所述擴(kuò)散連接之后的彎曲和扭轉(zhuǎn)所述預(yù)制件(30)的步驟。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，包括將彎曲和扭轉(zhuǎn)與所述擴(kuò)散連接結(jié)合在單個(gè)操作中的步驟。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中將所述擴(kuò)散連接、所述彎曲和扭轉(zhuǎn)與所述膨脹和超塑成型結(jié)合在單個(gè)操作中。
6.根據(jù)上述任一權(quán)利要求所述的方法，其中采用激光切割和/或高壓水噴切割。
7.根據(jù)上述任一權(quán)利要求所述的方法，還包括對(duì)切除所述外殼(16)而獲得的所述增強(qiáng)邊(14)進(jìn)行機(jī)加工的步驟。
8.應(yīng)用擴(kuò)散連接以及超塑成型方法以制造增強(qiáng)前邊和/或后邊(14)，從而增強(qiáng)渦輪機(jī)風(fēng)機(jī)葉片(1)的方法，包括由兩個(gè)邊緣延伸出的堅(jiān)固部件。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于風(fēng)機(jī)葉片(1)的前邊(10)和/或后邊(12)的增強(qiáng)部件(14)的制造方法。特別地，本發(fā)明涉及該種類型的非中空部件的SPF/DB(超塑成型/擴(kuò)散連接)方法的使用。
文檔編號(hào)F01D5/28GK1644304SQ20051005353
公開日2005年7月27日 申請(qǐng)日期2005年3月8日 優(yōu)先權(quán)日2004年3月8日
發(fā)明者讓-路易·保羅·維克托·德普雷奧, 讓-米歇爾·帕特里克·莫里斯·弗朗謝, 菲利普·若弗魯瓦, 吉勒·夏爾·卡齊米爾·克萊因, 斯特凡娜·安德烈·萊韋克, 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