CN105436839A - 航空发动机钛合金宽弦空心风扇叶片的制造方法 - Google Patents

航空发动机钛合金宽弦空心风扇叶片的制造方法 Download PDF

Info

Publication number
CN105436839A
CN105436839A CN201510945014.5A CN201510945014A CN105436839A CN 105436839 A CN105436839 A CN 105436839A CN 201510945014 A CN201510945014 A CN 201510945014A CN 105436839 A CN105436839 A CN 105436839A
Authority
CN
China
Prior art keywords
fan blade
titanium alloy
lower panel
rivet
top panel
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201510945014.5A
Other languages
English (en)
Other versions
CN105436839B (zh
Inventor
张定华
杜随更
任军学
汪文虎
王松林
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Northwestern Polytechnical University
Original Assignee
Northwestern Polytechnical University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Northwestern Polytechnical University filed Critical Northwestern Polytechnical University
Priority to CN201510945014.5A priority Critical patent/CN105436839B/zh
Publication of CN105436839A publication Critical patent/CN105436839A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN105436839B publication Critical patent/CN105436839B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23P—METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; COMBINED OPERATIONS; UNIVERSAL MACHINE TOOLS
    • B23P15/00—Making specific metal objects by operations not covered by a single other subclass or a group in this subclass
    • B23P15/02—Making specific metal objects by operations not covered by a single other subclass or a group in this subclass turbine or like blades from one piece
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
    • F04D29/26—Rotors specially for elastic fluids
    • F04D29/32—Rotors specially for elastic fluids for axial flow pumps
    • F04D29/38—Blades
    • F04D29/388—Blades characterised by construction
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23P—METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; COMBINED OPERATIONS; UNIVERSAL MACHINE TOOLS
    • B23P2700/00—Indexing scheme relating to the articles being treated, e.g. manufactured, repaired, assembled, connected or other operations covered in the subgroups
    • B23P2700/01—Aircraft parts

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Pressure Welding/Diffusion-Bonding (AREA)
  • Forging (AREA)
  • Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)

Abstract

本发明公开了一种航空发动机钛合金宽弦空心风扇叶片的制造方法，用于解决现有航空发动机风扇叶片焊接质量差的技术问题。技术方案是在超塑成形与扩散焊接工序之前加入一道铆接工序，封焊后对板材除留有进气口一侧的其余三侧边钻孔，去毛刺后放入铆钉进行铆接；在对设置有铆钉的三侧边进行扩散焊接时，对上面板、下面板和铆钉均施加压力，使得在上面板与下面板、铆钉与上面板、铆钉与下面板之间形成扩散焊接面。从而解决了航空发动机风扇叶片焊接部位疲劳开裂的问题，提高了航空发动机风扇叶片的焊接质量。

Description

航空发动机钛合金宽弦空心风扇叶片的制造方法
技术领域
本发明涉及一种航空发动机风扇叶片的制造方法，特别涉及一种航空发动机钛合金宽弦空心风扇叶片的制造方法。
背景技术
航空发动机是飞机的重要组成部分，发动机的性能直接影响着整个飞机的使用性能，发动机的减重能够提高推重比，而空心结构的叶片能够减少发动机的整体重量。宽弦空心叶片不仅性能好、效率高，而且在抗外物撞击能力方面都有所提高，因而为大涵道比涡扇发动机风扇叶片的首选。
当大涵道比航空发动机广泛采用宽弦空心风扇叶片后，一个必要解决的问题是叶片由于颤振和气动扭转所引起的振动。英国Rolls·Royce公司在申请公开号为EP2014384A1的欧洲专利“Componentwithinternaldamping,precursorforformingsuchcomponentandmethodformanufacturingthesame”中，采用扩散焊接、超塑成形和在空心结构内部填充阻尼材料的方法以减少振动。超塑成形/扩散焊接(SPF/DB)工艺是把超塑成形与扩散焊接相结合用于制造高精度大型零件的近无余量加工方法。当材料的超塑成形温度与该材料的扩散焊接温度相近时，可以在一次加热、加压过程中完成超塑成形和扩散焊接两道工序，从而制造出局部加强或整体加强的结构件以及构形复杂的整体结构件。
上述技术方法虽然在使复杂薄壁零件整体化、降低飞行器结构重量、提高结构完整性和承载效率方面具有独特的技术优势，但其未能很好地解决风扇叶片在重复使用和振动下所导致的焊接部位疲劳开裂的问题。
发明内容
为了克服现有航空发动机风扇叶片焊接质量差的不足，本发明提供一种航空发动机钛合金宽弦空心风扇叶片的制造方法。该方法在超塑成形与扩散焊接工序之前加入一道铆接工序，封焊后对板材除留有进气口一侧的其余三侧边钻孔，去毛刺后放入铆钉进行铆接；在对设置有铆钉的三侧边进行扩散焊接时，对上面板、下面板和铆钉均施加压力，使得在上面板与下面板、铆钉与上面板、铆钉与下面板之间形成扩散焊接面。从而解决了航空发动机风扇叶片焊接部位疲劳开裂的问题，提高了航空发动机风扇叶片的焊接质量。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案：一种航空发动机钛合金宽弦空心风扇叶片的制造方法，其特点是包括以下步骤：
步骤1.对钛合金板材进行预处理，所述板材包括上面板1、中间芯板2和下面板3；将上面板1、中间芯板2和下面板3剪切成长方形；
步骤2.用酸溶液去除所述钛合金板材表面氧化皮后吹干；
步骤3.在中间芯板2的正反两面除边缘焊接部分喷涂条纹状止焊剂；
步骤4.将所述中间芯板2与上面板1、下面板3进行氩弧焊焊接封边，并留有进气口；
步骤5.封焊后对板材除留有进气口一侧的其余三侧边钻孔，所述的孔均匀分布在三侧边，孔去毛刺后放入铆钉4进行铆接，所述的铆钉4材料与板材相同的钛合金材料；
步骤6.铆接完毕后将钛合金板材放入与风扇叶片型面相同的模具内，并一同放入带有加热系统的压机内，加热升温至钛合金超塑成形/扩散焊接温度760～927℃；
步骤7.先向模具内腔中通入1.5～2.0MPa压力大小的氩气进行净化；
步骤8.净化后保温保压对钛合金板材内部预定部位和周边进行扩散焊接；在对设置有铆钉4的三侧边进行扩散焊接时，对上面板1、下面板3、铆钉4均施加压力，使得在上面板1与下面板3、铆钉4与上面板1、铆钉4与下面板3之间形成扩散焊接面5，并使得上面板1、中间芯板2、下面板3形成具有风扇叶片形状的坯料；
步骤9.通过所述进气口向风扇叶片形坯料吹入1.5～2.0MPa压力大小的氩气后进行超塑成形，成形时间为1.5～2.5h，上面板1、下面板3在超塑成形状态下进行拉伸和扭曲变形，同时中间芯板2延展变形，形成格形结构；
步骤10.上面板1、下面板3完全贴模成形后随炉冷却；
步骤11.取出风扇叶片形坯料进行表面化铣；
步骤12.数控加工出叶根和叶型边缘，得到钛合金宽弦空心风扇叶片。
本发明的有益效果是：该方法在超塑成形与扩散焊接工序之前加入一道铆接工序，封焊后对板材除留有进气口一侧的其余三侧边钻孔，去毛刺后放入铆钉进行铆接；在对设置有铆钉的三侧边进行扩散焊接时，对上面板、下面板和铆钉均施加压力，使得在上面板与下面板、铆钉与上面板、铆钉与下面板之间形成扩散焊接面。从而解决了航空发动机风扇叶片焊接部位疲劳开裂的问题，提高了航空发动机风扇叶片的焊接质量。
下面结合附图和具体实施方式对本发明作详细说明。
附图说明
图1是本发明航空发动机钛合金宽弦空心风扇叶片的制造方法的流程图。
图2是本发明方法板材剪切后叠放次序的结构示意图。
图3是本发明板材超塑成形后的结构示意图。
图4是图3的A-A面剖视图及其铆接局部放大图。
图5是本发明方法板材铆接冷加工后的结构示意图。
图6是本发明方法板材与铆钉扩散焊接后的结构示意图。
图中，1-上面板，2-中间芯板，3-下面板，4-铆钉，5-扩散焊接面。
具体实施方式
参照图1-6。本发明航空发动机钛合金宽弦空心风扇叶片的制造方法具体步骤如下：
步骤1.对板材进行预处理，所述板材包括上面板1、中间芯板2、下面板3；将上面板1、中间芯板2和下面板3剪切成长方形；
步骤2.用酸溶液去除所述板材表面氧化皮后吹干；
步骤3.在中间芯板2的正反两面除边缘焊接部分喷涂条纹状止焊剂；
步骤4.将所述中间芯板2与上面板1、下面板3进行氩弧焊焊接封边，并留有进气口；
步骤5.封焊后对板材除留有进气口一侧的其余三侧边钻孔，所述的孔均匀分布在三侧边，孔去毛刺后放入铆钉4进行铆接，所述的铆钉4材料选用与板材相同的合金材料；
步骤6.铆接完毕后将板材放入与风扇叶片型面相同的模具内，并一同放入带有加热系统的压机内，加热升温至钛合金超塑成形/扩散焊接温度760～927℃；
步骤7.先向模具内腔中通入1.5～2.0MPa压力大小的氩气进行净化；
步骤8.净化后保温保压对板材内部预定部位和周边进行扩散焊接；在对设置有铆钉4的三侧边进行扩散焊接时，对上面板1、下面板3、铆钉4都施加压力，使得在上面板1与下面板3、铆钉4与上面板1、铆钉4与下面板3之间形成扩散焊接面5，并使得上面板1、中间芯板2、下面板3形成具有风扇叶片形状的坯料；
步骤9.通过所述进气口向风扇叶片形坯料吹入1.5～2.0MPa压力大小的氩气后进行超塑成形，成形时间为1.5～2.5h，上面板1、下面板3在超塑成形状态下进行拉伸和扭曲变形，同时中间芯板2延展变形，形成格形结构；
步骤10.上面板1、下面板3完全贴模成形后随炉冷却；
步骤11.取出风扇叶片形坯料进行表面化铣；
步骤12.数控加工出叶根和叶型边缘，从而得到宽弦空心风扇叶片。

Claims (2)

1.一种航空发动机钛合金宽弦空心风扇叶片的制造方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤1.对钛合金板材进行预处理，所述板材包括上面板(1)、中间芯板(2)和下面板(3)；将上面板(1)、中间芯板(2)和下面板(3)剪切成长方形；
步骤2.用酸溶液去除所述钛合金板材表面氧化皮后吹干；
步骤3.在中间芯板(2)的正反两面除边缘焊接部分喷涂条纹状止焊剂；
步骤4.将所述中间芯板(2)与上面板(1)、下面板(3)进行氩弧焊焊接封边，并留有进气口；
步骤5.封焊后对板材除留有进气口一侧的其余三侧边钻孔，所述的孔均匀分布在三侧边，孔去毛刺后放入铆钉(4)进行铆接；
步骤6.铆接完毕后将钛合金板材放入与风扇叶片型面相同的模具内，并一同放入带有加热系统的压机内，加热升温至钛合金超塑成形/扩散焊接温度760～927℃；
步骤7.先向模具内腔中通入1.5～2.0MPa压力大小的氩气进行净化；
步骤8.净化后保温保压对钛合金板材内部预定部位和周边进行扩散焊接；在对设置有铆钉(4)的三侧边进行扩散焊接时，对上面板(1)、下面板(3)、铆钉(4)均施加压力，使得在上面板(1)与下面板(3)、铆钉(4)与上面板(1)、铆钉(4)与下面板(3)之间形成扩散焊接面(5)，并使得上面板(1)、中间芯板(2)、下面板(3)形成具有风扇叶片形状的坯料；
步骤9.通过所述进气口向风扇叶片形坯料吹入1.5～2.0MPa压力大小的氩气后进行超塑成形，成形时间为1.5～2.5h，上面板(1)、下面板(3)在超塑成形状态下进行拉伸和扭曲变形，同时中间芯板(2)延展变形，形成格形结构；
步骤10.上面板(1)、下面板(3)完全贴模成形后随炉冷却；
步骤11.取出风扇叶片形坯料进行表面化铣；
步骤12.数控加工出叶根和叶型边缘，得到钛合金宽弦空心风扇叶片。
2.根据权利要求1所述的航空发动机钛合金宽弦空心风扇叶片的制造方法，其特征在于：所述的铆钉(4)的材料与钛合金板材相同。
CN201510945014.5A 2015-12-16 2015-12-16 航空发动机钛合金宽弦空心风扇叶片的制造方法 Active CN105436839B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201510945014.5A CN105436839B (zh) 2015-12-16 2015-12-16 航空发动机钛合金宽弦空心风扇叶片的制造方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201510945014.5A CN105436839B (zh) 2015-12-16 2015-12-16 航空发动机钛合金宽弦空心风扇叶片的制造方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN105436839A true CN105436839A (zh) 2016-03-30
CN105436839B CN105436839B (zh) 2017-07-28

Family

ID=55547715

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201510945014.5A Active CN105436839B (zh) 2015-12-16 2015-12-16 航空发动机钛合金宽弦空心风扇叶片的制造方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN105436839B (zh)

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105773085A (zh) * 2016-04-26 2016-07-20 杭州中水科技股份有限公司 一种扭曲叶片类工件的数控加工方法
CN106181237A (zh) * 2016-07-14 2016-12-07 西北工业大学 航空发动机复合材料风扇叶片的钛合金包覆边制造方法
CN107908816A (zh) * 2017-10-13 2018-04-13 北京航空航天大学 基于空心风扇叶片的航空发动机冷却与冷却空气的一体化设计方法
CN109604410A (zh) * 2018-11-09 2019-04-12 南京航空航天大学 一种钛合金多层板件快速成形装置及其成形方法
CN113217112A (zh) * 2021-06-21 2021-08-06 北京航空航天大学 一种钛合金空心叶片的制造方法及其钛合金空心叶片
CN114043183A (zh) * 2021-12-08 2022-02-15 中国航发南方工业有限公司 涡轮叶片的加工方法及校验方法
CN114439613A (zh) * 2020-10-30 2022-05-06 中国航发商用航空发动机有限责任公司 航空发动机风扇叶片及航空发动机
CN115430899A (zh) * 2022-09-29 2022-12-06 中国航发动力股份有限公司 一种钛合金空心叶片扩散连接方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH1082303A (ja) * 1996-06-13 1998-03-31 Soc Natl Etud Constr Mot Aviat <Snecma> タービンエンジンの中空羽根を製造する方法及び該方法の実施に使用する多重作用プレス炉
JP2004353670A (ja) * 2003-05-27 2004-12-16 Snecma Moteurs タービンエンジン用の中空ファンブレード、およびそのようなブレードの製造方法
CN1561433A (zh) * 2001-08-03 2005-01-05 株式会社秋田精密冲压 Vgs型涡轮增压器中的可变叶片制造方法和可变叶片
CN1587650A (zh) * 2004-07-28 2005-03-02 斯奈克玛马达公司 用于涡轮发动机的中空风机叶片以及该叶片的制造方法
CN103727056A (zh) * 2014-01-11 2014-04-16 韶关市丰一工贸有限公司 一种用于收割机上的一体化风叶及其制作方法

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH1082303A (ja) * 1996-06-13 1998-03-31 Soc Natl Etud Constr Mot Aviat <Snecma> タービンエンジンの中空羽根を製造する方法及び該方法の実施に使用する多重作用プレス炉
CN1561433A (zh) * 2001-08-03 2005-01-05 株式会社秋田精密冲压 Vgs型涡轮增压器中的可变叶片制造方法和可变叶片
JP2004353670A (ja) * 2003-05-27 2004-12-16 Snecma Moteurs タービンエンジン用の中空ファンブレード、およびそのようなブレードの製造方法
US20050002786A1 (en) * 2003-05-27 2005-01-06 Snecma Moteurs Hollow fan blade for turbine engine and method of manufacturing such a blade
CN1587650A (zh) * 2004-07-28 2005-03-02 斯奈克玛马达公司 用于涡轮发动机的中空风机叶片以及该叶片的制造方法
CN103727056A (zh) * 2014-01-11 2014-04-16 韶关市丰一工贸有限公司 一种用于收割机上的一体化风叶及其制作方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
侯冠群: "宽弦空心风扇叶片制造工艺的发展", 《航空制造工程》 *

Cited By (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105773085A (zh) * 2016-04-26 2016-07-20 杭州中水科技股份有限公司 一种扭曲叶片类工件的数控加工方法
CN106181237A (zh) * 2016-07-14 2016-12-07 西北工业大学 航空发动机复合材料风扇叶片的钛合金包覆边制造方法
CN106181237B (zh) * 2016-07-14 2018-01-12 西北工业大学 航空发动机复合材料风扇叶片的钛合金包覆边制造方法
CN107908816A (zh) * 2017-10-13 2018-04-13 北京航空航天大学 基于空心风扇叶片的航空发动机冷却与冷却空气的一体化设计方法
CN107908816B (zh) * 2017-10-13 2020-11-24 北京航空航天大学 航空发动机冷却与冷却空气的一体化设计方法
CN109604410A (zh) * 2018-11-09 2019-04-12 南京航空航天大学 一种钛合金多层板件快速成形装置及其成形方法
CN114439613A (zh) * 2020-10-30 2022-05-06 中国航发商用航空发动机有限责任公司 航空发动机风扇叶片及航空发动机
CN114439613B (zh) * 2020-10-30 2024-02-20 中国航发商用航空发动机有限责任公司 航空发动机风扇叶片及航空发动机
CN113217112A (zh) * 2021-06-21 2021-08-06 北京航空航天大学 一种钛合金空心叶片的制造方法及其钛合金空心叶片
CN113217112B (zh) * 2021-06-21 2022-05-27 北京航空航天大学 一种钛合金空心叶片的制造方法及其钛合金空心叶片
CN114043183A (zh) * 2021-12-08 2022-02-15 中国航发南方工业有限公司 涡轮叶片的加工方法及校验方法
CN115430899A (zh) * 2022-09-29 2022-12-06 中国航发动力股份有限公司 一种钛合金空心叶片扩散连接方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN105436839B (zh) 2017-07-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN105436839A (zh) 航空发动机钛合金宽弦空心风扇叶片的制造方法
US5343619A (en) Hollow blade for a turbomachine and method of manufacturing said blade
CN101418811B (zh) 一种航空发动机空心风扇叶片
US5269058A (en) Design and processing method for manufacturing hollow airfoils
CN104588982B (zh) 大曲率复杂型面钛合金零件的超塑成形/扩散连接成形方法
JP3281551B2 (ja) タービンエンジンの中空羽根の製造方法
EP2226133B1 (en) Method of manufacturing an aerofoil
CN108817867A (zh) 一种密闭带筋空心构件的成形方法
CN102947596A (zh) 涡轮机叶片金属加强件的制作方法
CN111069860A (zh) 一种高温合金四层点阵轻量化结构制备方法
RU2555274C1 (ru) Способ изготовления полой вентиляторной лопатки
CN1721129A (zh) 通过压锻制造中空叶片的组件的方法
JPH05192729A (ja) ターボ機械用中空羽根の製造方法
CN111843402B (zh) 一种宽弦叶片的加工方法
EP1605135B1 (en) Method of making and joining an aerofoil and root
US8496440B2 (en) Method of manufacturing an aerofoil
EP3067153A1 (en) Manufacture of a hollow aerofoil
CN105397223A (zh) 一种吸附式空心静子叶片的制造方法
CN107283118A (zh) 一种tc4钛合金桁架结构发动机叶片制备方法
CN114260356B (zh) 一种新型钛合金航空空心叶片热气胀成形工艺
US10066492B1 (en) Turbomachine blade and relative production method
CN115740719A (zh) 一种腔体结构件对开扩散焊接头及焊接方法
US3866305A (en) Internally stiffened contoured shell structure and method for fabricating same
EP2772614B1 (en) Turbomachine blade production method
EP3976289A1 (en) Extrusion forming method and forming apparatus for manufacturing self-clinching rivet

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant