CN103140307A - 用于高温成形的“多效”成形工具 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及成形工具(100)，该工具(100)包括由单程压力机致动的固定件(110)和移动件(120)，在第一方向(Z)，所述工具(100)在打开位置和关闭位置之间变化，在所述关闭位置，所述移动件(120)对所述固定件(110)施加压力，其中所述移动件(120)包括移动装置(121，122)，通过在所述工具(100)关闭期间该移动装置(121，122)在第二方向(Y)的平移运动以及同时该移动装置(121，122)在所述第一方向(Z)的平移运动，该移动装置(121，122)能使所述金属工件(10)产生变形，通过在所述工具(100)打开期间该移动装置在所述第二方向(Y)的反向平移运动以及同时该移动装置(121，122)在所述第一方向(Z)的平移运动，该移动装置(121，122)能够从所述金属工件(10)移开。
Description
本发明涉及用于金属工件高温成形的“多效”成形工具，举例来说，金属工件为用于复合材料或金属涡轮发动机叶片的金属增强件。
本发明的“多效”成形工具特别适用于成形具有复杂几何形状的工件，例如，用于涡轮发动机叶片的前缘的金属增强件。
本发明的领域为涡轮发动机，更具体地为复合材料或金属材料的涡轮发动机风扇叶片，其中前缘包括金属结构增强件。
但是，本发明也适用于生产具有复杂几何形状的任何工件，以及生产用于增强叶片的前缘或后缘的金属增强件，叶片来自任意类型的陆用或航空用涡轮发动机，特别是直升机涡轮轴发动机或喷射式涡轮发动机。
应当注意的是，前缘对应于空气动力学轮廓的前部，该前部朝向气流并将气流划分为下表面气流和上表面气流。后缘对应于空气动力学轮廓的后部，下表面气流和上表面气流在后缘处会合。
涡轮发动机叶片，特别是风扇叶片，要承受巨大的机械应力，该机械应力特别是与转速相关，并且必须满足严格的重量和体积条件。用于减轻叶片重量的选项之一是使用复合材料来制造叶片。
已知SNECMA提交的欧洲申请EP1908919提到给复合材料制成的涡轮发动机风扇叶片装备金属结构增强件，该金属结构增强件在叶片的整个高度上延伸并延伸超过它们的前缘。这种增强件能够在风扇受异物撞击期间保护复合材料叶片，例如，异物为鸟，冰雹或石头。
特别地，金属结构增强件通过防止分层及纤维断裂风险或由纤维/基体松解造成的损害来保护复合材料叶片的前缘。
按照惯例，涡轮发动机叶片包括空气动力学表面，该空气动力学表面在前缘和后缘之间沿第一方向延伸，并在叶片的根部和顶部之间沿基本上垂直于第一方向的第二方向延伸。金属结构增强件遵循叶片的空气动力学表面的前缘的形状，沿着第一方向延伸超过叶片的空气动力学表面的前缘，以遵循叶片的下表面和上表面的轮廓，并沿着第二方向在叶片的根部和顶部之间延伸。
公知地，金属结构增强件为完全通过对一块材料进行铣削而制成的钛金属工件。
但是，用于叶片前缘的金属结构增强件是一个复杂的工件，需要很多再加工操作和复杂的设备，导致巨大的生产成本。
就此而论，本发明的目的是解决上述问题，提出一种“多效”成形工具，其能够高温成形金属工件，例如涡轮发动机叶片的前缘或后缘的金属增强件，能够简化制造工艺并极大地降低生产这种工件的成本，“多效”成形工具由单动压力机实施。
为此，本发明提出能够高温成形金属工件的“多效”成形工具，该工具包括由单程压力机致动的固定件和移动件，在第一方向，该工具在打开位置和关闭位置之间变化，在关闭位置，移动件对固定件施加压力，该工具的特征在于所述移动件包括移动装置，通过在所述工具关闭期间该移动装置在第二方向Y的平移运动以及同时该移动装置在第一方向的平移运动，该移动装置能使金属工件产生变形，通过在所述工具打开期间该移动装置在第二方向的反向平移运动以及同时该移动装置在第一方向的平移运动，该移动装置能够从金属工件移开。
可以理解，单程压力机指的是单动压力机，其与分别具有两个或三个朝向不同方向的工作轴的双动压力机或三动压力机截然不同，仅包括一个工作轴，该工作轴通常为相对于压力机的支承面的垂直轴。
可以理解，“多效”指的是在工件上的多个位置处同时产生的多个方向上的变形，其与由在单一方向局部施加的单一压力所产生的单一动作变形相反。
归功于本发明，能够借助廉价的单动式压力机在高温条件下(即，锻造将要生产的工件所需的温度)实施多效变形(即，同时在不同方向变形)。
在制造用于涡轮发动机叶片的金属增强件的有利情况下，在高于850℃的温度下(生产钛增强件的温度大约为940℃)使用单动式压力机在单一操作中使工件在多个方向变形和扭曲。因此，本发明的工具不需要通过对块进行铣削来进行复杂的增强件生产，所述块来自需要大体积材料的扁平件。由此，工具使得制造这种金属增强件所需使用的原材料的量减少。
具有复杂形状的金属增强件从预制件以简单且快速的方式制成，特别地，如SNECMA的专利申请FR1055066中所描述的那样，该预制件由纯金属棒经过一系列锻造步骤获得。接着预制件通过单动压力机在“多效”工具中在高温下以三维方式成形。
因此，本发明的工具能够借助廉价的单动式压力机在高温条件下(即，超过850℃)实施多效变形(即，同时在不同方向变形)。
本发明的“多效”工具还具有以下特点中的一者或多者，这些特点单独考虑，或根据所有的工艺上可能的组合考虑。
所述工具为能够在高于850℃的温度进行锻造的等温工具；
所述固定件包括模具，该模具具有能够在所述工具关闭期间使移动装置沿着第二方向Y位移的两个倾斜壁；
所述移动装置中的每一个包括与固定件的模具的倾斜壁中的一者平行的倾斜表面；
所述移动件包括同所述移动件一起运动的至少一个垫片，该垫片能够在所述工具打开期间沿着第二方向Y从工件移开；
所述固定件包括能够形成参照物的装置，该参照物使金属工件能够在所述工具中被定位；
所述工具能够形成用于涡轮发动机叶片的前缘或后缘的金属增强件；
所述移动装置中的每一个包括印记，该印记表示将要生产的用于涡轮发动机的前缘或后缘的增强件的外表面中的一个。
通过参考以下附图进行的指示性的，非限制性的描述，可以更清晰地理解本发明的其它特点和优点，在这些附图中：
图1为处于打开位置的本发明的成形工具的透视图；
图2为关闭阶段期间的本发明的成形工具的侧视图；
图3为处于关闭位置的本发明的成形工具的侧视图；
图4为本发明的成形工具的侧视图，其示出了打开阶段期间的工具；
图5为本发明的成形工具的侧视图，其示出了处于打开位置的成形工具.
在所有的附图中，除非另有说明，相同的元件具有相同的附图标记。
图1为处于打开位置的本发明的成形工具100的透视图.
按照惯例，成形工具100由代表工具100的固定件的下部件110和代表工具100的移动件的上部件120形成。
举例来说，成形工具100在所有的附图中表示为能够制造用于涡轮发动机叶片的前缘的钛增强件的工具。
工具用于安装在锻压机类型的单动压力机(未示出)上，该单动压力机包括单一工作轴，通常为垂直轴，在图1中由Z轴示出。
根据另一实施方式，工具也可以安装在包括单一工作轴的任意类型的压力锻压机上。
一般而言，锻造的工件通过将预制品或毛坯放置于两个模具之间，两个模具为上模具和下模具，它们中的每一个具有合适的印记(或腔)，然后移动两个模具使它们更加靠近，同时施加足够使预制品变形的压力，直到获得具有同印记的几何形状相应的几何形状的工件，锻造操作使用加热的工具进行，即，高于用于制造钛工件的850℃的温度的工具，有利地，工具的温度为大约940℃(加或减10％)。
特别地，下部件110包括：
能够连接至单动压力机(未示出)的下支撑件111；
下模具112，其具有适于制造前缘增强件的印记113；
同下模具112两侧相接壤的两个支撑板116，每个支撑板在其上部包括凹口117，该凹口117能够形成在工具关闭之前对预制件10进行定位的参照物。
在图2中示出了处于打开位置的本发明的成形工具的侧视图，某些元件，例如支撑板116未示出，以能够更清晰查看下模具112的布局。
下模具112由以下部件形成：
第一下部件112b，该第一下部件112b，例如通过包括至少两个纵向槽119的螺丝组件在支撑件111的上表面水平连接至该支撑件111，所述上表面分布于下部件112a的由X轴表示的纵向中心线的两侧；
第二上部件112a，在其下表上面水平具有定位突出部118，该定位突出部118使得上部件112a能够定位在下部件112b的槽119中，每个突出部118具有同第一下部件112a的纵向槽119的形状互补的形状。
第二上部件112a通过连接装置132连接至第一部件，该连接装置132形成销并穿过在纵向槽119水平的第一下部件112a和上部件112b的定位突出部118。
下模具112包括冲头114，冲头114的上部形成印记113，该印记113符合涡轮机叶片的前缘的内部几何形状。
模具112的下部件112b具有扩口，该扩口基本上为等腰梯形，能够接收冲头114的基部，也为梯形，并能够在模具112中对冲头114进行定中心。
冲头114的基部固定在模具112的下部件112a和上部件112b之间，具体地，位于空间115中，该空间115一方面接壤于下部件112a的扩口，另一方面接壤于突出至工具110的上部件的内部的两个横向突出部133。
因此，上部件112b的这两个横向突出部133起到阻挡作用，仅允许冲头114的基部在限定空间115内有一定的垂直位移(即，沿着图1所示的Z轴)。
由此产生的间隙有利地使模具112的这些不同部件之间具有校准的位移，在空间115中产生冲头114的悬浮，该悬浮能够促进在工具100中制造的工件的脱模。
冲头114的其他横向和纵向位移分别被接收冲头114的基部的下部件112a的锥形形状，以及同冲头114的两侧接壤的支撑板116所阻挡。
支撑板116通过在该类型的锻造压力机工具中使用的传统连接装置而被连接至模具112的下部件112a。
工具的上部件120特别包括：
能够被连接至单动压力机(未示出)的上支撑件123；
两个上模具121和122，它们的每一个具有印记，该印记分别表示为124和125，并对应于将要制造的用于涡轮机叶片的前缘的增强件的表面中的一个的外部几何形状。
两个上模具121和122具有产生复杂位移的特点，该复杂位移不同于单动压力机产生的位移。
图2更具体地显示了在压力机关闭期间这两个模具121、122的各自的移动，该移动由箭头150表示，其中打开/关闭位移由垂直箭头160表示。
实际上，在上支撑件123沿着Z轴的位移期间，两个上模具121、122沿Y轴横向移动。上模具121、122在压力机关闭期间的横向移动通过上模具121、122以及下模具112的互补形状得以实现。
下模具112的向内朝向工具100的表面131形成斜坡，在压力机关闭期间，上模具121、122通过产生同沿Z轴的垂直位移互补的横向位移而在该斜坡上滑动。
上模具121、122的横向移动分别由引导件134所引导，举例来说，该引导件为自由的圆柱销，使得上模具121、122在压力机打开期间及关闭期间被引导。
因此，两个上模具121、122在工具关闭期间以及从工具100的关闭阶段开始时，使得引入工具中的预制件10变形以及可能的扭曲。
上模具121和122在它们的上部包括支承表面135，在该支承表面上，支撑件123传输压力机的推力。该支承表面的朝向为基本上垂直于上模具121、122的推力方向，由箭头150表示。支承表面135的朝向限制了在上模具121、122上产生的力矩，由此防止上模具121、122在压力机关闭时扭曲。
图3示出了上述的位于关闭位置的成形工具100。
如图4和5所示，当工具100的上部件120在打开阶段中上升时，与上支撑件123一体的两个垫片141(只示出了一个)借助它们的形状而使得两个上模具121、122从锻造的工件移开。
垫片141具有外部倾斜表面136，该表面形成斜坡并产生支承表面，该支承表面能够在工具100打开期间在上模具121、122上滑动。因此，在上部工具120向上移动期间，垫片141根据如图4所示的箭头161垂直上升，同上模具121、122接触，然后沿横向方向以这种方式推动上模具121、122，该横向方向垂直于工具100的打开方向。当垫片141同两个上模具121、122接触时，它们具有支撑在垫片141的外表面136上的表面137，由此，在重力作用下，垫片141的向上移动通过沿着箭头151所示方向在垫片141的表面136上滑动以及在下模具112的支承表面131上滑动而将上模具121、122分开。图4和5分别示出了在压力机向上移动期间位于低位置的工具，以及在压力机向上移动期间位于高位置的工具。
在高位置，如图5所示，上模具定位为通过横向阻挡件138和斜坡137而支撑在垫片141上。因此，操作设备以对下一个工件成形。
归功于本发明，自动间隔(同操作员进行的手动间隔相反)使得工具能够迅速准备好以对下一个工件成形，而不需要操作员干预，且不需要工具冷却。
为促进生产的工件，特别是冷生产的工件的脱模，印记113可以由多个可移动的或可移除的能够分别拆卸的部分构成。
为促进脱模，还可以最初通过在印记113，124，125上沉积保护层来制备工具100，由此防止锻造的工件粘在工具100上。举例来说，这种保护层可以为氧化铝层。
本发明具体描述为制造用于复合材料涡轮发动机叶片的金属增强件，但是，本发明也可应用于制造用于金属材料涡轮发动机叶片的金属增强件。
本发明具体描述为制造用于涡轮发动机叶片的前缘的金属增强件，但是，本发明也可应用于制造用于涡轮发动机叶片的后缘的金属增强件。
本发明的其它优点特别如下：
降低的生产成本；
减少的生产时间；
简化的生产工艺；
降低的工具成本；
降低的材料成本。
Claims (8)
1.能够对金属工件(10)进行高温成形的“多效”成形工具(100)，所述工具(100)包括由单程压力机致动的固定件(110)和移动件(120)，在第一方向(Z)，所述工具(100)在打开位置和关闭位置之间变化，在所述关闭位置，所述移动件(120)对所述固定件(110)施加压力，其中所述移动件(120)包括移动装置(121，122)，通过在所述工具(100)关闭期间该移动装置(121，122)在第二方向(Y)的平移运动以及同时该移动装置(121，122)在所述第一方向(Z)的平移运动，该移动装置(121，122)能使所述金属工件(10)产生变形，通过在所述工具(100)打开期间该移动装置在所述第二方向(Y)的反向平移运动以及同时该移动装置(121，122)在所述第一方向(Z)的平移运动，该移动装置(121，122)能够从所述金属工件(10)移开。
2.如权利要求1所述的能够对金属工件(10)进行高温成形的“多效”成形工具(100)，其中所述工具为能够在高于850℃的温度进行成形的等温工具。
3.如权利要求1或2所述的能够对金属工件(10)进行高温成形的“多效”成形工具(100)，其中所述固定件(110)包括模具(112)，该模具具有能够在所述工具(100)关闭期间使所述移动装置(121，122)沿着所述第二方向(Y)位移的两个倾斜壁(131)。
4.如权利要求3所述的能够对金属工件(10)进行高温成形的“多效”成形工具(100)，其中所述移动装置(121，122)中的每一个包括与所述固定件(110)的所述模具(122)的所述倾斜壁中的一者平行的倾斜表面。
5.如权利要求1至4任意一项所述的能够对金属工件(10)进行高温成形的“多效”成形工具(100)，其中所述移动件(120)包括同所述移动件(120)一起运动的至少一个垫片，该垫片能够在所述工具(100)打开期间沿着所述第二方向(Y)将所述移动装置(122，122)从所述工件(10)移开。
6.如权利要求1至5任意一项所述的能够对金属工件(10)进行高温成形的“多效”成形工具(100)，其中所述固定件(110)包括能够形成参照物的装置(116)，该参照物使所述金属工件(10)能够在所述工具中被定位。
7.如权利要求1至6任意一项所述的能够对金属工件(10)进行高温成形的“多效”成形工具(100)，其中所述工具(100)能够形成用于涡轮发动机叶片的前缘或后缘的金属增强件。
8.如权利要求7所述的能够对金属工件(10)进行高温成形的“多效”成形工具(100)，其中所述移动装置(121，122)中的每一个包括印记(124，125)，该印记表示将要生产的用于涡轮发动机的前缘或后缘的所述增强件的外表面中的一个。
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