CN101980822A - 用于通过与叶片的叶尖间隔一定距离布置的临时保持叶片的环制造整体式叶片盘的改进方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于制造整体式叶片盘的方法，包含：通过磨料水射流切割材料块(100)的步骤，执行该步骤以制成从圆盘(4)径向延伸的叶片预型件(102)，同时保留在直接连续的叶片预型件之间形成连接装置(112)的材料，执行该切割步骤以使所述连接装置基本形成与所述圆盘径向间隔的环，该环在所述叶片预型件的叶尖径向向内一距离处将所述叶片预型件彼此连接；然后去除连接装置(112)的步骤。

Description

用于通过与叶片的叶尖间隔一定距离布置的临时保持叶片的环制造整体式叶片盘的改进方法
技术领域
本发明一般涉及优选地用于飞行器涡轮机的整体式叶片盘的制造领域。
背景技术
为制造整体式叶片盘(也称“DAM”或“整体叶盘”)，可使用通过磨料水射流(jet d’eau abrasif)切割材料块的步骤，之后进行一个或多个铣削步骤。
相对于仅进行铣削的方法，铣削前使用通过磨料水射流切割的步骤允许大幅减少制造时间和成本。这一点可特别根据该制造方法要求约移除75％的初始块材料以获得DAM这一事实解释。通过磨料射流切割移除大部分材料允许减少制造时间，且减少了铣床的磨损。
然而，不认为该方法是完全优化的。实际上，一缺点在于在该制造方法过程中存在叶片变形和振动，且叶片越长，该缺点越大。为限制对所制造DAM质量的影响，该变形和振动要求降低前进速度不同类型加工，这不利于制造时间。振动及制造时间延长也造成工具高度磨损，对制造成本不利。
发明内容
因此，本发明的目的是至少部分地消除与现有技术实施例相关的上述缺点。
为此，本发明的目的是提供一种整体式叶片盘的制造方法，包括：
通过磨料水射流切割材料块的步骤，执行该步骤以制成从圆盘径向延伸的叶片预型件，同时保留在直接连续的叶片预型件之间形成连接装置的材料，执行该切割步骤以使所述连接装置基本形成与所述圆盘径向间隔的环，所述环在所述叶片预型件的叶尖的径向向内一距离处将所述叶片预型件彼此连接；然后
去除连接装置的步骤。
因此，本发明的值得注意之处在于，在通过磨料水射流切割的步骤中，在叶片预型件间形成连接装置。这大幅限制了或者甚至消除了在制造期间叶片的变形和振动，这是因为叶片仍然是通过初始块材料保持相互机械连接。
有利地，该特征允许对不同类型加工施加高前进速度，减少制造时间，且不影响制造的DAM的质量。另外，制造时间的减少及制造过程中叶片振动的减少使得工具的磨损程度降低，这有利地限制了制造成本。
因此，执行通过磨料水射流进行切割的步骤，使得所述连接装置基本形成环，该环优选地定中心于圆盘的轴线处并且与叶片预型件的叶尖间隔一定距离。该环优选地延展360°，仅由其连接的叶片预型件中断。但如上所述，该环可不完全闭合，即不连接特定的直接连续预型件。
然而，执行通过磨料水射流进行切割的步骤，使得所述环将所有叶片预型件彼此连接，且其后每个叶片预型件构成DAM的叶片。所述环在距叶片预型件的叶尖径向向内的一定距离处将所述叶片预型件彼此连接。在此情况下，例如，可认为该环大致在预型件长度中点处将预型件彼此连接。
确定地，可同时设置外周保持环以及相对外周环径向向内定位的如上所述的内保持环。
形成连接装置的材料优选地被保持至通过磨料水射流进行切割的步骤结束。仅在DAM制造方法的后续步骤中移除该连接装置。
为此，应注意，通过磨料水射流进行切割的步骤后，执行铣削叶片预型件的步骤，其中该步骤优选地被执行以获得定型叶片毛坯，且该步骤后优选执行铣削叶片毛坯的精加工步骤，以获得最终成型的叶片。
根据本发明的第一优选实施例，移除所述连接装置的所述步骤在铣削叶片预型件的所述步骤前执行，因此，优选在在铣削叶片预型件的所述步骤和通过磨料水射流进行切割的步骤间执行。
根据本发明的第二优选实施例，移除所述连接装置的步骤在铣削叶片预型件的所述步骤和所述精加工步骤间执行。
更一般地，移除所述连接装置的所述步骤可在铣削叶片预型件的所述步骤后执行，不论在铣削叶片预型件的所述步骤后是否执行不同的铣削精加工步骤，或不论其是否包括精加工步骤。
为此，根据本发明的第三优选实施例，移除所述连接装置的所述步骤在所述精加工步骤后执行。
当然，根据本发明的方法中也可执行其它传统步骤，如：
-在通过磨料水射流进行切割的步骤之前车削材料块；
-在精加工步骤之后抛光和/或喷砂处理叶片；
-按长度切割叶片；
-以及平衡DAM。
优选地，所述整体式叶片盘的直径大于或等于800mm。因此，确定地，制造期间相互保持叶片的连接装置的存在，允许考虑制造具较长叶片的较大直径DAM，因为减小或甚至消除了叶片的变形和振动。优选地，叶片的最小长度为150mm。
优选地，所述整体式叶片盘具有厚度大于或等于100mm的圆盘。然而，因磨料水射流切割技术可获得的性能规格较高，厚度可为约160mm或更大。该厚度也大致对应于各叶片在前缘和尾缘间相对DAM轴线延伸的距离。
优选地，整体式叶片盘的叶片是扭曲的，扭曲角可达45°或甚至更大。
优选地，所使用的所述材料块由钛或其合金之一制成。
优选地，所述整体式叶片盘为用于飞行器涡轮发动机的整体式叶片盘。
更优选地，所述整体式叶片盘为飞行器涡轮发动机的涡轮机或压缩机的转子的整体式叶片盘。
根据以下非限定性详细描述，本发明的其它优点和特征将是显而易见的。
附图说明
将参照所附示图进行该描述，其中：
-图1示出了用于涡轮机的整体式叶片盘的局部透视图，其可通过使用根据本发明的制造方法获得；并且
-图2a至图2e示出了当采用一优选实施例的制造方法时各步骤中的整体式叶片盘的示意图。
具体实施方式
首先参照图1，可以看到通过使用根据本发明的制造方法获得的整体式叶片盘1。其优选用于组成飞行器涡轮发动机的压缩机或涡轮机的转子。
通过本发明的方法获得的整体式叶片盘(下文简称DAM)具有较大尺寸，即其直径大于或等于800mm，叶片2的长度至少等于150mm，且圆盘4厚度“e”大于或等于130mm。另外，具有中心轴5的圆盘4所携带的叶片强烈扭曲，扭曲角可达45°或更大。作为说明，已知地，该角度相当于给定叶片2的叶根6和叶尖8之间的虚拟角度。
现将参照图2a至图2e说明DAM1制造方法的一优选实施例。
首先，对钛合金制成的且优选预加工的材料块(也称为“单块毛坯”)执行第一车削步骤，其目的是例如加工该材料块至距最终尺寸1mm。
下一步骤包括通过磨料水射流切割实心块，以形成叶片预型件。
为此，使用超高压(如3000巴压力)和超高精度(如六轴)水射流切割机执行。超高水压使得磨料传输，优化其材料切割效果。已知方式中，使用金刚石或蓝宝石喷嘴产生水射流。另外，混合室允许添加诸如砂粒等磨料。因此，聚焦喷枪(canon de focalisation)使水和砂粒均匀，并使水和砂粒混合物聚焦于切割区。
磨料水射流切割技术允许获得较高的材料移除率及满意的重复精度。因此，非常适合移除材料以形成沿轴线5穿过材料块整个深度“e”的内叶片空间(inter-aubes)。
因此，图2a示出了磨料水射流切割步骤完成时材料块100的上部。因此该材料块具有从圆盘4径向延伸(即垂直于中心轴线5)的叶片预型件102。通常，在材料块100的厚度中实现切割以在外周直接连续的叶片预型件102之间形成内叶片空间110。
另外，执行该步骤以在预型件102间形成连接装置，连接装置此处采用环112的形式，该环定中心于轴线5。该环优选地从叶根4开始在介于预型件的总长度的一半和六分之五之间的距离处将所有的叶片预型件102彼此连接。因此，环112相对于叶片预型件的叶尖108径向向内定位，且因此形成内叶片空间110内的剩余部分，该剩余部分在该方法的后续步骤中被移除。
磨料水射流切割步骤可通过执行以下操作实现：移除以大致扭曲或螺旋方式从圆盘径向延伸的两个第一部分材料的第一切割操作，这两个第一部分通过环彼此径向相隔；第一操作之后是移除也以大致扭曲或螺旋方式径向延伸的第二部分材料的第二切割操作。
参照图2b示意性所示，更具体地，在图2b左侧可以看出，第一切割操作的目的是切割沿轴线5在材料块100整个厚度延伸的第一部分材料114a。为此，沿图2a下部所示闭合线118a，从叶根4开始移动聚焦喷枪116的轴，径向延伸至环112的理论位置，线118a接着沿环的圆周延伸，在再次径向向内延伸至叶根4之前，接着延伸直至返回初始点。
沿上述线118a的路径移动时，喷枪116的轴相对于优选保持固定的轴线5执行适当的附加移动，其中该附加移动基本采用径向枢转喷枪轴的形式，并且确保形成径向形状大致扭曲的第一部分114a。更一般地，应当注意，喷枪116相对于轴线5移动的轨迹是称为“五轴”轨迹的轨迹，其由同时进行两种旋转获得。第一部分114优选由操作人员手动移除，如图2b中心部分示意性所示。
如该图所示，该方法完成时，垂直径向的任何剖面内，部分114a为四边形，其相对的两侧沿着材料块的厚度延伸，各自尽可能在获得的两个直接连续叶片2附近通过。
其后，仍参照图2b左侧部分和图2a下部，执行第一切割操作，以切出沿轴线5在材料块100整个深度上延伸的且整体位于部分114a的外部径向延伸部分内的另一第一部分材料114b，通过面向这两部分的环122部分分隔这两个部分。为此，聚焦喷枪116的轴沿图2a下部所示的整体“U”形线118b移动，从块100的径向端开始，径向向内延伸至环112的理论位置；线118b沿环的圆周延伸，之后再次径向向外延伸至块100的另一径向端。
沿上述线118b的路径移动时，喷枪116的轴相对于优选保持固定的轴线5执行适当的附加移动，其中该附加移动基本采用径向枢转喷枪轴的形式，并且确保径向形状大致扭曲的另一第一部分114b。第一部分114b也优选由操作人员手动移除，如图2b中心部分示意性所示。如该图所示，该方法完成时，在垂直径向的任何剖面内，部分114b也为四边形，其相对的两侧沿着材料块的厚度延伸，各自尽可能在获得的两个直接连续叶片2附近通过。
如以上进行的切割，第一部分114a、114b的每次移除形成两个直接连续叶片预型件114的表面。优选地，首先切割所有第一部分114a、114b，其数量取决于DAM所需叶片数量，接着手动移除该部分，之后执行第二切割操作。
第二操作的执行使得所得叶片预型件尽可能接近最终叶片的反向曲线扭曲形状，与叶片剖面的曲形不同，考虑到磨料水射流以大致直线方式横穿块，这很难通过单次简单切割来接近。
参照图2b示意性所示，在右侧部分可以看出，第二切割操作的目的实际是切割仅沿材料块100的一部分厚度延伸的第二部分材料120，即仅穿过通过移除第一部分114a、114b形成的径向构件122的部分厚度。另外，部分120也仅在相关构件122的径向部分上延伸，即从叶根延伸，未达到预型件叶尖108，即仅延伸至环112，如图2a所示。
为此，聚焦喷枪116的轴沿径向线124移动，其一部分如图2a所示。从叶根4开始，大致径向延伸直至到达移除第一部分114a、114b可见的环112。例如，磨料水射流横穿的线124大约位于径向构件122的中间厚度处。
沿上述线124的路径移动时，喷枪116的轴相对于优选保持固定的轴线5执行适当的附加移动，其中该附加移动基本采用径向枢转喷枪轴的形式，并且确保形成径向形状大致扭曲的第二部分120。这里同样，更一般地，应当注意，喷枪116相对于轴线5移动的轨迹是称为“五轴”轨迹的轨迹，其通过同时进行两种旋转获得。第二部分120通过使用磨料水射流从叶根4整体移除时，优选在自身重量作用下分离，无需操作人员任何动作，如图2b右侧部分示意性所示。
为此，应注意，喷枪116不仅沿大致径向的线124移动，也沿从线124内径向端沿叶根4延伸的圆形部分形状的线(未示出)移动，以使部分120从叶根完全分离。
如图2b所示，该方法完成后，在垂直于径向的任何剖面内，部分120为三角形形状，其一侧尽可能在由相关径向构件122获得的叶片2附近通过。
所有第二部分120已移除后，块仅具有通过环112彼此连接的叶片预型件102，环112为由各预型件102中断的环形形状。磨料水射流步骤完成。
该方法之后进行移除连接预型件102的环112的步骤。该步骤以本领域技术人员认为合适的任何方法实现，如线切割或铣削。为此，图2c示意性示出了通过环112与各预型件间连接的断裂，从块100剩余部分分离环112。获得所有大致径向断裂128后，环实际可逐个从块100轻松分离。
然后，执行叶片预型件102的铣削步骤，以便获得定型叶片毛坯202。换句话说，例如使用五轴铣削工具执行该步骤，移除叶片预型件102上的剩余材料，以尽可能接近最终尺寸，如至0.6mm。
这里，预型件102优选地先后加工，以使其各自形成定型叶片毛坯202，如图2d所示。
之后，执行另一铣削步骤，该步骤称为精加工步骤，其目的是通过铣削从毛坯202获得最终成型叶片2。使用的工具允许更精密地加工而确保最终尺寸及获得叶片2，如图2e右侧部分所示。
在该工序阶段，剩余材料块的体积小于磨料水射流切割步骤开始前(即上述车削步骤后)该块体积的25％。
另外，该工序后可继续一个或多个传统步骤，包括如手动调整或摩擦精加工等抛光步骤、喷砂(grenaillage)步骤、切割至叶片长度的步骤和/或平衡DAM的步骤。
可替代地，环能够在叶片预型件的铣削步骤之后被去除，或者在铣削精加工步骤之后被去除。
当然，本领域技术人员可对以上仅作为非限定性示例所述的本发明进行多种修改。

Claims (14)

1.一种用于制造整体式叶片盘的方法，包括：
-通过磨料水射流切割材料块(100)的步骤，执行该步骤以制成从圆盘(4)径向延伸的叶片预型件(102)，同时保留用于在直接连续的叶片预型件之间形成连接装置(112)的材料，执行该切割步骤以使所述连接装置基本形成与所述圆盘径向间隔的环，所述环在所述叶片预型件的叶尖的径向向内一距离处将所述叶片预型件彼此连接；然后
-去除连接装置(112)的步骤。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，执行通过磨料水射流进行切割的所述步骤，使得所述环(112)将所有叶片预型件(102)彼此连接。
3.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其中，通过磨料水射流进行切割的所述步骤之后是所述叶片预型件的铣削步骤。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，执行所述叶片预型件(102)的铣削步骤，以获得定型的叶片毛坯(202)，在所述铣削步骤之后是对所述叶片毛坯(202)进行铣削的精加工步骤，以获得最终成型的叶片(2)。
5.根据权利要求3或4所述的方法，其中，所述去除所述连接装置(112)的步骤是在所述叶片预型件(102)的铣削步骤之前完成。
6.根据权利要求4所述的方法，其中，所述去除所述连接装置(112)的步骤是在所述叶片预型件(102)的铣削步骤与所述精加工步骤之间完成。
7.根据权利要求3或4所述的方法，其中，所述去除所述连接装置(112)的步骤是在所述叶片预型件(102)的铣削步骤之后完成。
8.根据权利要求4所述的方法，其中，所述去除所述连接装置(112)的步骤是在所述精加工步骤之后完成。
9.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述整体式叶片盘的直径大于或等于800mm。
10.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述整体式叶片盘具有厚度(e)大于或等于100mm的圆盘(4)。
11.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述整体式叶片盘的叶片(2)是扭曲的。
12.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其中，所使用的所述材料块(100)由钛或钛的一种合金制成。
13.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述整体式叶片盘是用于飞行器涡轮发动机的整体式叶片盘。
14.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述整体式叶片盘是飞行器涡轮发动机的涡轮机或压缩机的转子的整体式叶片盘。
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