CN101678515B - 在不同工件上使用相同基准特征的制造方法 - Google Patents

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Abstract

一种固定多个不同叶片组件(2)的方法，其中每个组件均经过一个或更多个制造步骤以使其具有成品形式，所述方法包括在每个物品上提供基准特征(10)的步骤，其中每个基准特征均具有相同形式和尺寸，依次a)将所述物品中的第一物品的基准特征定位在互补固定装置内以便固定不同物品，b)在被固定的不同物品上执行至少一个制造步骤，c)从所述固定装置移除所述不同物品，d)将所述物品中的另一个物品的基准特征定位在所述互补固定装置中以便固定不同物品，e)在被固定的不同物品上执行至少一个制造步骤，f)从所述固定装置移除所述不同物品。

Description

在不同工件上使用相同基准特征的制造方法
技术领域
本发明涉及固定多个不同物品的方法，例如在制造燃气涡轮发动机的翼型部件期间固定多个不同物品的方法。具体地，在每个物品上形成参考特征以便为物品的精确制造提供参考基准。
背景技术
图1示出了常规压缩机叶片组件2。该叶片组件包括翼型部分4和根部分6。根部分将叶片牢固地固定在转子盘内，根的形状接合盘内相应形状的槽。翼型部分4的形状适于向后推动流体并且与不旋转的定子相结合来压缩流体。
叶片组件与多个其他的相同叶片组件被定位于盘上以便形成具有周向延伸的叶片组件阵列的转子组件。
压缩机组件包括一级或多级，其中每级均包括转子组件和定子组件，该定子组件是周向延伸的不旋转定子阵列。一级内的每一个叶片组件均具有相同设计，而各级之间的叶片组件可以是不同的。可以具有大量的叶片结构，即包括：带冠叶片、无冠叶片、可变轮叶以及类似数量的例如单端或双端的定子结构。叶片组件和定子结构可以被描述为翼型组件。
成品叶片组件是燃气涡轮发动机的精密部件。通过铸造或锻造来形成叶片组件。在铸造过程中，通过脱蜡过程来形成中空陶瓷壳并且该陶瓷壳被填充有熔融金属，该熔融金属冷却以生成部件。
为了实现燃气涡轮发动机所要求的精密配合，需要机加工来提供其空气动力学目的所接受的翼型表面或者被正确成形为接合其转子盘内的互补保持特征或被成形为使得翼型可以以一体方式被固定到盘组件的根部分。
制造复杂物品的方法可以包括使用一个或更多个参考标记来标记物品以建立基准。
GB 2428396教导了这样一种方法，其中带叶片的盘(整体叶盘结构)具有在制造序列开始时产生的永久基准，该基准形成了成品部件的一部分以辅助制造和维修。该基准有助于准确参照不过不足以在机加工期间牢固地支撑或固定所述部分。
US 4576551公开了一种方法，其包括被整体机加工到叶片上的三个锥形突起，所述锥形突起被用于在固定装置内的定位。突起的位置和固定装置的存在严重地妨碍了在叶片上进行的后续机加工操作。此外，每个基准均是针对具体叶片的并且每级的叶片和转子均需要特殊固定件，而这使得生产昂贵。
发明内容
本发明的一个目标是试图改进改良的基准特征。
根据本发明的第一方面，提供一种固定多个不同物品的方法，其中每个物品均经过一个或更多个制造步骤从而使其成为成品形式，该方法包括在每个物品上提供基准特征的步骤，其中每个基准特征均具有相同形式和尺寸，而且依次a)将所述物品中的第一物品的基准特征定位在互补固定装置(complimentary fixture)中以便固定不同物品，b)在被固定的不同物品上执行至少一个制造步骤，c)从固定装置移除不同物品，d)将所述物品中的另一物品的基准特征定位在互补固定装置内以便固定不同物品，e)在被固定的不同物品上执行至少一个制造步骤，f)从固定装置移除不同物品。
所述方法还可以包括如下步骤：g)将所述物品中的所述第一物品的基准特征定位在第二互补固定装置内以便固定不同物品，h)在被固定的不同物品上执行至少一个制造步骤，以及i)从固定装置移除不同物品。
优选地所述制造步骤选自铣、磨、车、化学机加工、抛光和检验。
优选地所述不同物品是翼型组件。所述翼型组件可以形状和/或尺寸不同。优选地所述基准特征被提供在所述翼型组件的根部分上。优选地，所述基准特征从所述根部分突出。优选地，所述基准特征具有多个基准面。优选地，所述基准特征具有不对称的横截面。
附图说明
将仅参考附图通过示例方式描述本发明的实施例，其中：
图2描述了根据本发明的具有基准的翼型。
图3描述了根据本发明的图2的翼型的仰视图。
图4示出了图2翼型的立体图。
图5示出了被固定在固定装置内的本发明的翼型。
具体实施方式
图2描述了具有位于其上的基准特征或固定件10的翼型。固定件10的一般形式优选地是在制造翼型的铸造或锻造过程期间被制造的。在优选实施例中，固定件10位于叶片组件2的根部分上。因此定位固定件会允许固定件被用作制造期间叶片组件的基准和保持机构而不会妨碍可能需要在叶片组件上进行的任意机加工操作。
优选的固定件沿与翼型方向相反的方向悬垂于叶片组件根部。固定件足够牢固地在一个或更多个处理步骤期间将叶片组件支撑在保持器内。
当在铸造或锻造阶段制造固定件时，固定件通常不足以准确到获得基准资格，并且可能被机加工以提供基准。
如果固定件需要机加工，则通过三轴线CNC机器来实现该机加工。使用夹具将锻造的根表面夹持在固定装置内，并且CNC程序被用于机加工固定件的侧面和端面。
机加工的基准是有刻面的并且通常是柱状的。固定件在横截面内是不对称的，这有助于叶片组件在固定件保持器内的正确对准。固定件具有至少三个基准面，从图2和图3中所述基准面被示作d1、d2和d3。基准d1是在固定件与叶片根的相对端处的固定件的面。基准d2和d3是垂直于基准d1延伸的面。
固定件的基准d1被定位成抵靠固定件保持器的相应下面并且通过叶片组件的重量或其他偏压力而被保持成抵靠该下面。基准面d2和d3定位成被固定装置内的偏压面压抵于固定装置的相应侧壁。
如上所述，在优选实施例中，固定件是不对称的并且具有与基准面d2和d3呈45°的面d4。固定装置的偏压面作用于该固定件面以推动基准d2和d3抵靠它们在固定装置内的相应特征。可以通过例如弹簧或螺钉之类的机械器件来实现偏压。
固定件的尺寸和设计使得相同固定件可以被用在许多叶片设计上。第一级压缩机叶片通常具有大约36mmx80mmx22mm的根尺寸，而第八级压缩机叶片通常具有12mmx20mmx16mm.的根尺寸。因此，基准具有大约32mm的长度和通常15mm乘15mm的横截面，这使得可以在压缩机内的每级的每个叶片组件上提供相同基准。
可以意识到本发明提供了显著地优于常规固定的优点，这是因为减少了制造不同产品形状和类型所需的大量固定装置。互补特征允许由常规固定装置和卡盘以更简单且更廉价的方式来对准并且定向物品。
因为为每种叶片类型提供相同的固定件，因此可能的是使用具有与该固定件互补的特征的保持器来定位并固定每种叶片类型。具有相同特征的类似保持器可以被用在叶片组件所经过的所有机加工器械上，从而允许每个叶片组件被容易地且快速地对准且固定于每个机械内。因此每个机加工操作均被对准于相同的基准特征。
最简单形式的保持器或固定装置被永久地固定于机加工器械，且互补特征处于相对于机器工具的公知部位。该特征的横截面相同于基准的横截面，从而允许通过将基准简单地插入到工具特征内而确定叶片的取向。
在更复杂的设置中，保持器被可移除地安装于机加工器械并且设有对准特征以将其与机加工器械对准。在这种设置中，固定件可以被永久地固定于保持器内以便保持器与叶片组件一同在机加工器械之间行进，或者固定件可以被可移除地固定在保持器12内。
固定件的高度与固定装置内的互补特征的深度相结合使得叶片组件可以在x、y、z维度内被容易地定位。
在机加工期间，基准的尺寸以及基准和固定装置内的特征之间的配合牢固地保持叶片组件。虽然不是强制性的，不过经常在顶部支撑叶片以便限制在制造阶段可能产生的不希望的振动。通过使用中心钻在部件的端部内产生小的锥形孔从而形成中心16以提供支撑。延伸经过相同圆锥形中心的硬化钢被插入到孔内并且被夹持就位以便在机加工期间为部件提供刚度。可以使用机器液压系统自动将中心定位在叶片内，或者可以通过夹持手动地定位该中心。
在叶片组件的机加工之后，固定件在检验叶片组件的对准和表面不平整的测试设备内提供基准。
制造叶片组件的最终步骤是通过切割或(如果固定件是通过焊接或胶粘被应用于叶片组件的话)破坏接头来移除固定件。当固定件是通过焊接或胶粘而被应用时，可以意识到其可以由与叶片组件材料不同的材料制成。
可以意识到，本发明提供了优于现有技术的显著进步。
例如，与直接夹持于翼型的固定装置或夹持在封装介质内的固定装置相比，本发明提供了在机加工期间减小的叶片运动。
本发明为所有部件提供了共用位置并且提供了在翼型和根特征之间的改进的公知关系。一旦叶片组件被设置在盘内，则通过翼型相对于根的关系来确定组件的翼型部分的位置。通过提供改进的根与翼型的关系，可以直接向发动机内的翼型位置施加影响，从而改进通过压缩机或涡轮机的气流、发动机性能、导致排放减少和燃料消耗减少。
有利地，固定件和保持器的设置可以容易地适合于自动加载和卸载，因为可以省略复杂的单独固定装置。这使得能够大量生产难以成形的复杂部件，所述复杂部件包括例如髋关节之类的医疗部件以及其他工业部件。
这种固定件使得制造应用具有优于常规夹持的改进刚度，在常规夹持中固定装置直接夹持叶片并且能够允许运动和偏转。通过提供连同任选尖部支撑件一起的固定件和互补固定装置，可以显著地减少任意运动并且能够具有更快的切割过程。
可以意识到可以使用其他形状和尺寸的固定件作为上述具体实施例的替代物。固定件必须能够在至少一个制造阶段期间将其所附连的物品固定到互补固定装置中。

Claims (6)

1.一种固定和制造多个不同翼型组件的方法，其中所述多个不同翼型组件中的每个翼型组件均经过一个或更多个制造步骤以使其具有成品形式，
所述方法包括在所述多个不同翼型组件中的每个翼型组件的根部分上提供基准特征的步骤，其中每个基准特征具有相同形式和尺寸且从所述根部分突出，
依次a)将所述多个不同翼型组件中的第一翼型组件的基准特征定位在互补固定装置内以便固定所述第一翼型组件，b)在被固定的所述第一翼型组件上执行至少一个制造步骤，c)从所述互补固定装置移除所述第一翼型组件，d)将所述多个不同翼型组件中的另一个翼型组件的基准特征定位在所述互补固定装置中以便固定所述另一个翼型组件，e)在被固定的所述另一个翼型组件上执行至少一个制造步骤，f)从所述互补固定装置移除所述另一个翼型组件。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述方法还包括如下步骤：g)将所述多个不同翼型组件中的所述第一翼型组件的所述基准特征定位在第二互补固定装置内以固定所述第一翼型组件，h)在被固定的所述第一翼型组件上执行至少一个制造步骤，以及i)从所述第二互补固定装置移除所述第一翼型组件。
3.根据权利要求1所述的方法，其中所述制造步骤选自由铣、磨、车、化学加工、抛光和检验组成的组中。
4.根据权利要求1所述的方法，其中所述多个不同翼型组件中每个翼型组件的形状和/或尺寸是不同的。
5.根据权利要求1所述的方法，其中所述基准特征具有不对称的横截面。
6.根据权利要求1所述的方法，其中所述基准特征具有一个或更多个基准面。
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