CN104364031B - 制造用于涡轮引擎的叶片的金属加强件的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种制造将安装在涡轮引擎的复合叶片的前边缘(23)或后边缘上的金属加强件(4,6)的方法，包括：成形两个金属片(1)；将它们设置在包括至少一个凹部的核心(2)的各侧，所述凹部将形成用于定位所述加强件(4,6)的挡片(19)的腔；在真空下组装它们；通过热等静压将它们在核心(2)上成形；以及切割它们以分离加强件(4,6)并释放核心(2)。

Description

制造用于涡轮引擎的叶片的金属加强件的方法
技术领域
本发明涉及一种制造用于安装在例如飞机涡轮螺旋桨引擎或涡轮喷气引擎的风扇叶片的涡轮引擎的复合叶片的前边缘或后边缘上的金属加强件的方法。
背景技术
为了减少涡轮引擎风扇叶片的重量和成本，它们通常由复合材料制成。风扇叶片需要能够承受高水平的应力和冲击，因为它们的旋转速度和因为抵抗可能穿入空气通道中的颗粒或异物的冲击。为此目的，由复合材料制成的叶片的前边缘和/后边缘由黏附地粘合到叶片的翼面上的金属加强件所保护。
以申请人名义的文件EP1574270-A1描述了一种通过扩散焊接和通过超塑性成形和扩散粘结(SPF/DB)来制造加强件的方法，所述方法包括以下步骤：
通过扩散焊接将两个金属片焊接在一起，以获得预成型物，该片的部分覆盖在抗扩散物质中，以防止它们在预确定区域中被焊接在一起；
弯曲和扭转该预成型物；
充气该预成型物，以使其经受超塑性成形；以及
切割该预成型物，以获得加压件。
该方法没有提供对在加压件中的腔的内侧形状的精确控制。特别是，在该片之间的接合区域形成应力集中区域和断裂启动器的区域，从而弱化加强件。
为了改进加强件的机械强度，属于本申请人的法国专利申请FR2957545提出了一种制造金属加强件的方法，该方法包括：
通过模压使两个金属片成形，以近似于待制造的加强件的最终形状；
将两个片定位在核心的任何一侧面上，所述核心复制加强件的吸力侧和压力侧的内侧形状；
围绕核心以密封的方式，在真空中将两个片组装在一起；
通过热等静压将该片贴合到核心上；以及
切割该片以分离加强件并释放核心。
该片的热等静压使该片能够被整合以匹配于核心的形状并以获得在该片之间的接合区域中的大的连接半径，从而避免应力集中的任何区域或断裂启动器的任何区域。
因而，加强件包括用于涂靠叶片的压力侧表面的第一壁和用于涂靠叶片的吸力侧表面的第二壁，所述壁限定腔。
一粘结剂的薄膜于是通常放置在腔的内表面上，两个挡片定位在加强件的纵向端部的腔的底部中。
这些挡片用来确保加强件相对于叶片的前边缘或后边缘适当定位。
然后，加强件安装在翼面上，挡片承靠叶片的前边缘或后边缘。
然后，该组件放置在干燥室中，以使粘结剂填充在翼面与加强件之间的空间，并以这种方式聚合以将加强件牢固地紧固到叶片上。
上述挡片的使用具有很多缺点。
首先，挡片是独立于加强件的零件，因此有必要管理在物流流程中的这些零件的参考。其后，两个挡片中的每一个根据加强件的区域和挡片将要被定位在其中的叶片的区域而具有其自己的形状。虽然它们是不同的，但是挡片的形状可以相对地类似，使得操作人员可能将它们混淆，从而产生挡片互换以及加强件因此错误地位于叶片的前边缘或后边缘上的风险。还存在操作人员可能忘记定位两个挡片中的一个或可能漏掉某一挡片的风险。
挡片也通常定位在加强件的两个端部，使得它们可以从外侧看到，从而使其更易于核实它们出现和适当地定位。因此，挡片不可以沿着加强件的位置自由地选择。
最后，这些挡片通常从线性挤压件获得。因此，挡片是直的，它们不总是紧密地安装到叶片的前边缘或后边缘的复杂且弯曲的形状上。
发明内容
本发明的一具体目的在于以简单、有效且廉价的方式避免这些缺点。
为此，本发明提供一种制造用于安装在涡轮引擎的复合叶片的前边缘或后边缘上的金属加强件的方法，该方法包括以下步骤：
使两个金属片成形，以近似于待制造的加强件的最终形状；
将两个片定位在核心的任何一侧上，核心复制加强件的吸力侧和压力侧的内侧形状以及包括至少一个凹部，所述凹部用于形成相对于叶片的前边缘或后边缘而定位加强件的挡片的模；
围绕核心以密封的方式，在真空中将两个片组装在一起；
通过热等静压使该片整合到核心上；以及
切割该片以分离加强件并释放核心。
该挡片直接地与加强件一起形成，从而避免额外零件的使用以及来自其的缺点(管理额外参考、遗漏风险以及当存在两个或多个挡片时互换的风险)。此外，模的形状以及因此挡片的形状可以自由地选择并可以制造，以如果有可能就紧密地匹配于对应前边缘或后边缘的弯曲的形状。最后，挡片可以沿着加强件位于任何位置处，因为不再存在挡片被错误地定位的任何风险，因此不再存在针对于其的任何从外侧可视的需要。
优选地，该片由钛基合金制成。
有利地，定位挡片的模具有用于使加强件从核心分离的拔模角度。
这避免了加强件从核心分离的同时使挡片和/或核心降级。
本发明还提供了一种由上述方法所获得的单片金属加强件，所述加强件用于安装在涡轮引擎的复合叶片的前边缘或后边缘上，加强件具有用于涂靠叶片的压力侧表面的第一壁和用于涂靠叶片的吸力侧表面的第二壁，所述壁限定具有包括至少一个挡片的底部的腔，所述挡片突出进入到腔中并与所述加强件一体制造，所述挡片用于压靠叶片的前边缘或后边缘。
根据本发明的一特征，该加强件包括至少两个彼此分离开的挡片。
根据本发明的可能性，两个挡片中的每一个位于加强件的纵向端部中的一个的附近，从而使加强件可定位在待改进的叶片的前边缘或后边缘上。
本发明还提供一种例如飞机涡轮螺旋桨引擎或涡轮喷气引擎的涡轮引擎的叶片，所述叶片包括具有压力侧表面和吸力侧表面的复合材料的翼面，所述压力侧表面和所述吸力侧表面由后边缘和由前边缘连接在一起，其特征在于，其包括至少一个上述类型的加强件，所述加强件具有黏附地粘合到翼面的压力侧表面和吸力侧表面上的其第一壁和第二壁，挡片承靠叶片的前边缘或后边缘。
加强件紧固到其上的叶片的前边缘或后边缘包括至少一个倒角区域，各挡片包括承靠在对应倒角区域中的前边缘或后边缘的平面端面。
这一特征进一步改进了加强件在叶片的前边缘上或后边缘上的定位。
此外，挡片沿着直的或弯曲的发电机线延伸，发电机线对应于在其中挡片承靠边缘的区域中的前边缘或后边缘的直的或弯曲的轮廓。
附图说明
参考附图并通过阅读由非限制性例子给出的以下描述将使本发明可以更好地理解并使本发明的其它细节、特征和优点显而易见，其中：
图1和2是本发明的方法的金属片成形步骤的示意图；
图3是围绕核心组装金属片的步骤的示意图；
图4是通过热等静压将金属片整合到核心上的步骤以及切割该片以分离加强件并释放核心的步骤的示意图；
图5是通过实施本发明的方法而获得的一部分加强件的示意图；
图6是本发明的加强件的平面示意图；
图7是图6一部分加强件的立体图；以及
图8是显示安装在叶片的前边缘上的加强件的截面示意图。
具体实施方式
图1显示热压金属片1的步骤，以使它们的形状接近于待制造的加强件的最终形状。在此成形操作的结束时，各金属片1具有限定一凹部的凹区域。该金属片1由例如TA6V这样的钛基合金制成。该成形步骤在大约940℃的温度下进行。
如图3中所示，两个相同的金属片1随后面对面放置在核心2的任何一侧上，该金属片1的每个凹侧均容纳核心2的各自部分。
核心2具有垂直于所述片的对称的平面P，其包括第一面，所述第一面对于一个半部3复制待制造的第一加强件4的压力侧的内侧形状,以及对于另外一半部5复制待制造的第二加强件6的吸力侧的内侧形状。核心2还包括第二面，所述第二面与第一面相对，并对于一个半部7复制第一加强件4的吸力侧的内侧形状，对于另外一半部8复制该第二加强件6的压力侧的内侧形状。
在该两个面(即核心2的侧面)之间的连接区域9具有2mm至6mm范围内的曲率半径。
在各连接区域9中，核心2还包括两个凹部，每个凹部均用于形成模18。
各模18具有平的端部表面和侧壁，具有足够的拔模角度，例如在4°至20°的范围中。
模18位于核心2的纵向端部。模18也可位于与该金属加强件的各端部相同距离的位置，例如，每个模可具有10mm至25mm范围内的长度，2mm至在模18所位于的位置处的腔的总宽度的范围内的宽度，以及1mm至8mm范围内的深度。模的数量可在2至10的范围中，所述模优选沿着该金属加强件均匀分布。
核心2由钛没有扩散到其中的耐火材料制成，并由膨胀系数与由钛制成的金属片1的膨胀系数不同的金属合金制成，例如由IN100制成。
其目的是为了在所执行的各种操作过程中，特别是在热等静压的操作过程中，避免金属片1与核心2之间的任何粘结。
还是为了此目的，核心2可以通过覆盖在一防扩散挡板中而被钝化，所述挡板不污染该片的金属材料，该挡板可以通过沉积例如氧化钇这样的氧化物或通过形成由热处理所形成的氧化层来获得。这样，额外厚度使用金属片通过蠕变材料被整合同时的蠕变而直接形成。
之前，核心2的表面可被处理或加工，以具有确定的粗糙度，例如大于3μm的粗糙度Ra，优选在3.2μm至6.4μm的范围内，这通过申请人所提交但仍然未公开的法国专利申请FR 11/50532而得知。
核心2的外表面的粗糙度可以通过铣削、通过喷丸、通过喷砂、通过激光加工、通过电腐蚀和/或化学加工来获得。
如果需要，核心2的外表面可以包括不同粗糙度的区域。
一旦金属片1放置在核心2的周围，它们就通过定位焊(图中未示出)和通过钨隋性气体(TIG)焊接而在它们周围被组装在一起，以粘合在一起并固定就位。该组件随后放置在一抽空的罩中，以在围绕外围的该罩中例如通过电子束焊接(EBW)将该金属片1焊接在一起。连续的外围焊珠10用来密封在金属片1之间形成的腔。
如图3所示，金属片1然后通过热等静压贴合到核心2上，在所述热等静压过程中，该金属片1承受大约1000巴的外压力以及大约940℃的温度，为了持续大约三个小时，假定该金属片1由TA6V钛合金制成。
在此操作过程中，金属片1变形，以贴合到核心2上(即被紧密地安装到核心的外形上)，包括在核心2的连接区域9中。在这些特定区域中，金属片1在紧密地安装到核心2的圆形外形上的同时结合在一起。
此外，在此操作过程中，金属片1的变形方式使得贴合到各模18的外形上。
金属片1可包括设计为贴合到模上的区域中的额外厚度。
此外，在此步骤过程中，核心2的粗糙度被转换或“打印”在与粗糙的核心2接触的金属片1的内表面上，这从上述法国专利申请FR 11/50532可获知。
同时，由于高温，该两个金属片1通过扩散焊接被焊接在一起。
随后，两个加强件4，6通过沿着位于在所述片与对称平面P之间的交叉处的线11将金属片1切割开而被分离。
多余的外围材料12通过沿着修边线13被切除而移除。最后，表面加工用来使加强件4，6获得所期望的外侧形状。
这样，通过在两个金属片1之间的接合，如通过扩散焊接所实现的，便获得了两个加强件，每个加强件均具有如图5中所示的形状，确保了机械特性等同于单件片的特性。在各加强件中的腔14在压力侧与吸力侧之间的接合区域15中也包括一曲率半径，该曲率半径足够大，以避免应力集中和在使用过程中出现裂纹。
而且，各加强件包括由贴合到模18上的金属片所形成的两个挡片19。在此实施例中，该两个挡片19位于加强件的纵向端部，这在图6和7中清晰可见。自然地，挡片19可位于不同位置。
腔14的内表面具有足够的粗糙度，以使加强件4，6在例如环氧树脂型粘结剂的帮助下粘附地结合到由复合材料制成的叶片的前边缘或后边缘上。
对于核心2，其可再使用，用来制造其他的加强件。
自然地，两个金属片1可用来形成仅一个加强件，而非上述实施例中的两个。而且，各加强件4，6的粗糙度可不通过将粗糙度从核心2转移到该金属片1，而是通过例如所讨论的表面的后续加工而获得。
图8显示了安装在包括由复合材料制成的翼面20的叶片上的加强件4，所述翼面具有压力侧表面21和吸力侧表面22，所述压力侧表面21和吸力侧表面22通过后边缘和通过前边缘23连接在一起。
以下假设加强件4安装在叶片的前边缘23上。
以已知的方式，一粘结剂的薄膜可在将加强件4安装在翼面20上之前被沉积在腔14的底部中和/或沉积在腔14的第一壁16上和第二壁17上，所述壁16和第二壁17将分别粘附到所述压力侧表面21上和吸力侧表面22上。
当加强件4安装时，各挡片19的平端面撑靠通过斜切前边缘23而获得的前边缘23的平区域。
该组件随后放置在抽空的袋子的内侧，并在大约120℃的温度下放置到一干燥室中大约两个小时，使得粘结剂填充在翼面20与加强件4之间空的空间，并以这种方式聚合，以确保加强件4牢固地固定到叶片上。

Claims (9)

1.一种制造用于安装在涡轮引擎的复合叶片的前边缘(23)或后边缘上的金属加强件(4，6)的方法，该方法包括以下步骤：
使两个金属片(1)成形，以近似于待制造的所述金属加强件(4，6)的最终形状；
将所述两个金属片(1)定位在一核心(2)的任一侧上，所述核心(2)复制所述金属加强件(4，6)的吸力侧和压力侧的内侧形状，并包括至少一个凹部，所述凹部用于形成一挡片(19)的模(18)，所述挡片(19)用于相对于所述复合叶片的前边缘(23)或后边缘而定位所述金属加强件(4，6)；
在真空中以密封的方式围绕所述核心(2)将所述两个金属片(1)组装在一起；
通过热等静压将所述金属片(1)贴合到所述核心(2)上；以及
切割所述金属片(1)，以分离所述金属加强件(4，6)，并释放所述核心(2)。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述金属片(1)由钛基合金制成。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述挡片(19)的模(18)具有帮助所述金属加强件(4，6)从所述核心(2)分离的拔模角度。
4.一种单件的金属加强件(4，6)，其通过根据权利要求1至3中任何一项所述的方法获得，用于安装在涡轮引擎的复合叶片的前边缘(23)或后边缘上，该金属加强件具有用于抵靠所述复合叶片的压力侧表面(21)的第一壁(16)和用于抵靠所述复合叶片的吸力侧表面(22)的第二壁，所述第一壁和第二壁限定腔(14)，该腔(14)具有底部，所述底部包括至少一个挡片(19)，所述挡片突出到所述腔(14)中并与所述金属加强件(4，6)一体制造，所述挡片(19)用于压靠所述复合叶片的前边缘(23)或后边缘。
5.根据权利要求4所述的金属加强件(4，6)，其特征在于，其包括至少两个彼此分隔开的挡片(19)。
6.根据权利要求5所述的金属加强件(4，6)，其特征在于，两个所述挡片(19)中的每个均位于所述金属加强件(4，6)的纵向端部中的一个的附近。
7.一种用于涡轮引擎的叶片，所述叶片包括复合材料的翼面(20)，该翼面具有压力侧表面(21)和吸力侧表面(22)，所述压力侧表面和吸力侧表面通过一后边缘和一前边缘(23)连接在一起，其特征在于，其包括至少一个根据权利要求4至6中任何一项所述的金属加强件(4，6)，所述金属加强件的第一壁(16)和第二壁(17)粘附地结合到所述翼面(20)的所述压力侧表面(21)和吸力侧表面(22)上，所述挡片(19)撑靠所述叶片的前边缘(23)或后边缘。
8.根据权利要求7所述的涡轮引擎的叶片，其特征在于，所述金属加强件(4，6)紧固于其上的所述叶片的前边缘(23)或后边缘包括至少一个斜切区域，每个挡片(19)均包括一平端面，该平端面撑靠通过斜切所述前边缘(23)或后边缘而获得的所述前边缘(23)或后边缘的平区域。
9.根据权利要求7或8所述的涡轮引擎的叶片，其特征在于，所述挡片(19)沿着一直的或弯曲的生成线延伸，所述生成线对应于在其中所述挡片(19)撑靠边缘的区域中的所述前边缘(23)或所述后边缘的直的或弯曲的轮廓。
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