CN102099135B - 制造叶片组件的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种制造用于涡轮机低压导流叶片的金属叶片区(1)的方法，所述叶片区的至少一个叶片(14)包含一个内部腔体(13)和形成在壁上的至少一个孔(19)，所述内部腔体用于容纳气体检测探头或与气体检测探头相通，所述至少一个孔(19)构成了气体从涡轮机低压区向所述腔体(13)和所述探头的通道，所述方法通过将对应于所述腔体(13)的型芯安装到铸模并在所述铸模的腔中铸造熔融金属来制造所述金属叶片区。这种方法的特征在于，对于用于与所述腔连通的每个孔(19)而言，所述型芯(20)包括突起物(22)，该突起物(22)穿透模型的内部表面，并构成了将型芯(20)保持在铸模中的适当位置的唯一因素。

Description

制造叶片组件的方法
技术领域
本发明涉及金属涡轮机叶片的制造，具体来讲，涉及含有内部腔体以及使这些腔体与叶片外部连通的小孔或孔口的组件的制造。
背景技术
通常，采用众所周知的脱蜡铸造技术，通过铸造均组成叶片区的各个单个叶片组件来制造这种叶片。这种技术包括用蜡或其他等效材料制造含有内部组件的模型的阶段，该内部组件形成了铸造型芯并形成了叶片的腔体特征。来为了形成这个模型，采用了其中放置了型芯并注入了蜡的注蜡模具。然后，将注蜡模型多次浸入包括悬浮的陶瓷颗粒的浇铸浆中，以产生壳型模具。除蜡，并对壳型模具进行烘干。然后铸造熔融金属，熔融金属会充满壳型模具的内壁与型芯之间的空隙，这样就产生了叶片。
在涡轮机低压导流叶片阶段，一些叶片或导流叶片有一个内部腔体和一系列使腔体与叶片外部相通的孔。腔体和这些孔使得可以装配公知为EGT(排气温度)探头的温度检测探头。例如，对于现有技术中的涡轮机低压导流叶片，包括18个叶片部分或区，包括8个叶片的每个叶片区中的单个叶片带有一个内部腔体和一系列的孔。
位于涡轮机这个特殊位置上的温度探头用来监控正常运行和发动机磨损。
采用当前技术，通过安装具有上榫和下榫的型芯来产生该叶片中的用来容纳温度探头的腔体，在铸造金属时，上榫和下榫形成了该部件的外部平台和内部平台上的孔口，外部平台上的孔口接纳温度探头或与温度探头相通，内部平台上的孔口只用于在铸造金属时将型芯保持在适当位置，这就需要安装封板，在完成在叶片区上的最后操作时对封板进行钎焊。
在铸造出该部件之后，采用钻孔/机械加工(尤其是火花电蚀或电火花加工(Electrical Discharge Machining，EDM))来产生使叶片的旋翼上的容纳探头的腔体和叶片外部连通的孔。
从而，该方法还需要一个额外的操作，该操作还在孔的周围产生一个机械性能不足的受热区。
发明内容
本发明的目的是提供制造一种用于生产可避免这些缺陷的金属叶片组件的方法。
为实现这个目的，本发明提出了一种制造用于涡轮机低压导流叶片的金属叶片区的方法，所述金属叶片区由呈放射状地分布于内平台与径向外平台之间的叶片组成，所述叶片区的至少一个叶片包括内部腔体和至少一个孔，所述内部腔体在所述内平台上未形成有开口，且该内部腔体用于容纳气体检测探头或者与气体检测探头相通，形成在壁上的所述至少一个孔构成了气体从涡轮机低压区到所述内部腔体和所述探头的通道，所述方法通过将对应于所述腔体的型芯安装到铸模并在所述铸模的腔体中浇注熔融金属制造所述金属叶片区。这种方法在特征在于，对于每个用于与所述腔体连通的孔而言，所述型芯包括突起物，该突起物穿透铸模的内部表面，并构成了将所述型芯保持在铸模中的适当位置的唯一要素。
根据本发明，该检测探头优选包括温度检测探头，具体来讲，包括EGT类型的温度检测探头。
根据本发明的另一优选方面，该方法具体是采用脱蜡铸造技术，通过产生形成了铸模并且其中安装了所述型芯的壳型模具而实施的。
根据本发明的另一优选特征，铸模的突起物底部是“倒圆形的”或圆形的，在铸孔底部产生一个圆角，这样就可以避免在铸造时形成在制造工艺控制中不能检测到的裂缝或其他小裂纹。
根据本发明的又一优选方面，所述铸造型芯包含多个突起物(例如，3到8个突起物，优选5个)，这些突起物构成了将型芯保持在铸模中的合适位置的唯一因素，而通过在叶片部件的所述腔体的延长部分上打孔来获得用于将探头引入到所述叶片部件的至少一个叶片上的腔体的孔口。
用这种方法，获得的叶片组件具有带腔体和多个孔(例如，3到8个孔，优选5个)的叶片。
根据本发明的最后一个优选方面的特别有利的实施例，可以为整个导流叶片组件只生产一个叶片部件/叶片区模型，而只在那些用于容纳探头的叶片区的腔体的延长部分上刺出孔。这就可以从生产工艺和库存管理上有效地实现节约。
根据本发明的新方法相对于现有技术的方法有如下优点：
由于排除了采用电火花加工在带有内部腔体的叶片上刺出(5个)孔的操作而带来的节约以及排除了与这一复杂操作相关的废料而带来的节约；
排除了现在工艺流程中在型芯下出口孔上的钎焊封板操作。
附图说明
参照附图，通过阅读对以非限定性示例给出的用于涡轮机低压导流叶片组件的叶片区的两个实施例的描述，本发明更多的细节和特征变得清楚，其中：
图1示出了一个用于涡轮机低压导流叶片组件的典型的叶片区；
图2a和2b示意地示出了采用现有技术制造叶片区的两个阶段；
图3示出了当前所采用的在本发明之前的铸造型芯的方法；
图4a和4b示意地示出了根据本发明的制造叶片区的方法；
图5示出了根据本发明的铸造型芯；
图6示出了根据图5的型芯的一个突起物的倒圆式底部的放大视图；且
图7示出了通过根据本发明的带腔体和孔的叶片或旋翼的横截面，其中展示了孔的倒圆型的形状。
具体实施方式
这些附图示出了生产如图1所示的用于涡轮机低压导流叶片组件的叶片区1的生产。叶片区1由叶片4组成，在图1中有6个叶片，这些叶片在内平台8和外平台7之间上呈放射状分布。两个平台限定了叶片的旋翼引导气流的气体管道。装配后，叶片区形成了环形的导流叶片。描述的叶片区是涡轮机低压阶段的叶片区。在本文中，除了其中一个旋翼的作用是使气体排出以测量气体温度外，翼剖面是通常是实心的。这种测量方式已知为EGT。该叶片区的第一个叶片的旋翼上刺有孔口9，使气体管道与叶片内腔相通。
如图2a所示，从原理上图示了用于铸造叶片区的模型，其中一个旋翼的模型被提供了型芯2。采用当前技术的铸造型芯2(一般用陶瓷制成)形成了叶片区1的旋翼4的模型中的腔体3。在图2b所示的铸造之后，分别在叶片区1的上部平台7和下部平台8的平台上形成了两个孔口5和6，而在金属铸造后，采用EDM(Electrical DischargeMachining，电火花加工)穿孔在叶片壁上形成使腔体3与叶片4的外部相通的大约2.2mm的孔9。
上部孔口5允许装配EGT探头来测量座舱警报的温度，而在下部孔口6上钎焊一个平板8来密封下部孔口6。
根据现有技术的型芯2由于它的长度而需要有较低的出口以将其支撑在壳型模具中。由于在内部平台8的区域中缺少用于型芯出口的空间，事实上不得不再次堵住这样产生的孔口6，而且型芯2包含微突起2’(如图3所示)，这是一个不利因素。
从而，本发明的目的是限制型芯在突起处破损，无须再次堵住孔口6，而且排除了在部件铸造后刺出孔9的操作。
如图4a和4b所示，在根据本发明的方法中，采用形成在旋翼的墙上的孔，通过陶瓷型芯20上的突起物22将型芯20保持在适当位置。在图5中示出了根据本发明的型芯20。它包括形状对应于在旋翼上得到的腔体的形状的管状部件21。榫23形成上平台的开口。沿着这个管状零件21分布的是垂直于型芯的轴延伸的棒形突起物22。这些突起物的横截面对应于形成在旋翼壁上的孔口的横截面。它们的数量与要制造的孔口的数量相等。图4a示出了铸造模型型芯的布局。型芯20由穿过模型壁的突起物22支撑在适当位置。图4b示出了铸造后一个区域的图示。叶片14布置在平台中间，也就是内平台18和外平台17之间。叶片具有纵向的腔体13，腔体13被使气体管道与腔体13连通的孔口19刺穿。
从而，通过铸造获得了使腔体13与叶片4的外部相通的孔19——称为EGT(排气温度)孔。
这样，排除了出现在下部平台区域中的突起物所形成的型芯细微处，同时也不再需要这样产生的要被再次堵上的孔口，而且避免了用电火花加工刺穿EGT孔的操作。避免了出现在孔周围的会导致机械性能减弱的受热区(烧焦区域)。另外，沿旋翼出现的孔使得在下部平台中不存在出口的情况下可以采用化学腐蚀更容易地从金属部件中去除型芯。
从而，本发明涉及采用比现有技术中的型芯2更短的型芯20，并包括将型芯20保持在适当位置的突起物或“尖刺”22。这些部件由(例如)陶瓷制成，但尖刺还可由在注入成型时合并在型芯中的石英管形成。
图6是图5的型芯的放大图，在图6中更详细的图示了型芯20的突起物22的底部22’是圆角的或圆形的，被称为“内圆角”。
如图7所示，通过在模型中铸造金属形成的孔19的形状有一个相应的圆角/圆形部分的19’。孔19的倒圆形状19’可以避免形成内部裂纹，这是一种在实践中用制造工艺控制方法无法检测的缺陷。
按照本发明的一种可替换的形式中(图中未示出)，型芯20也可在上部平台17中没有出口的情况下制造，在这种情况下，只通过突起物22将型芯支撑在模具的适当位置，且没有形成上部孔口15。
这种替换形式意味着可以制造一个单独的导流叶片区模型，从而，通过在上部平台17上刺出孔5’，只改变该单个区中的用于接受探针的那些零件，来与腔13相通。
这就从生产工艺和库存管理上实现了节约。

Claims (8)

1.一种制造用于涡轮机低压导流叶片的金属叶片区(1)的方法，所述金属叶片区由呈放射状地分布于内平台(18)与径向外平台(17)之间的叶片组成，所述金属叶片区的至少一个叶片(14)包含内部腔体(13)和形成在壁上的至少一个孔(19)，所述内部腔体(13)在所述内平台(18)上未形成有开口，且该内部腔体(13)用于容纳气体检测探头或与气体检测探头相通，所述至少一个孔(19)构成了气体从涡轮机低压区向所述内部腔体(13)和所述探头的通道，所述方法通过将对应于所述内部腔体(13)的型芯安装到铸造模型中并在所述铸造模型的腔中浇注熔融金属来生产所述金属叶片区，所述方法的特征在于，对于用于与所述内部腔体(13)联通的每个孔(19)而言，所述型芯(20)包括突起物(22)，该突起物(22)穿透所述铸造模型的内部表面，并构成了将型芯(20)保持在所述铸造模型中在适当位置的唯一因素。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述检测探头包括温度检测探头。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述检测探头包括排气温度探头类型的温度检测探头。
4.根据之前任何一项权利要求所述的方法，所述方法是采用脱蜡铸造技术，通过产生构成了所述铸造模型并且其中安装了所述型芯(20)的壳型模具执行的。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述型芯(20)的突起物(22)的底部是“倒圆形”或圆形(22’)，在孔(19)底部制造一个圆角(19’)。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述型芯(20)包含多个突起物(22)。
7.根据权利要求1所述的方法，其中，通过在铸造后所获得的部件的所述内部腔体的延长部分上钻孔，产生用于将所述探头引入到所述金属叶片区(1)中的至少一个叶片(14)中的所述内部腔体(13)中的孔口。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，只为整个导流金属叶片区(1)生产一个叶片的模型，而只在那些用于容纳探头的叶片的所述内部腔体的延长部分上刺出孔。
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