CN105492137B - 用于金属叶片加强件的高温成形的方法 - Google Patents

Abstract

一种成形方法，所述方法利用适于高温成形具有从鼻部(36)延伸的两个侧鳍(32,34)的预成形的金属零件的成形器工具，该方法包括：将该预成形的金属零件在工具的第一底模中放置就位，利用第一可移动中央插入件将预成形的金属零件固定在第一确定位置，利用第一可移动顶模将预成形的金属零件的所述侧鳍中的一个成形为与鼻部对齐的其最终形状，翻转该预成形的金属零件，将该预成形的金属零件在工具的第二底模(52)中放置就位，利用第二可移动中央插入件(54)将该预成形的金属零件固定在第二确定位置中，利用第二可移动顶模(56)该将预成形的金属零件的侧鳍(32)中的另一个成形为与鼻部对齐的其最终形状。

Description

用于金属叶片加强件的高温成形的方法

技术领域

本发明的技术领域是涡轮引擎，具体是由复合材料制成的并具有包括金属结构性加强件的前边缘的涡轮引擎风扇叶片，本发明因此更具体地涉及高温成形金属零件的方法，所述金属零件例如为用于由复合材料制成的涡轮引擎叶片的前边缘的金属结构性加强件。

然而，本发明同样地适用于制造复杂几何形状的任何零件以及制造用于加强叶片的前边缘或后边缘的金属加强件，所述叶片用于任何类型的陆地或航空涡轮引擎，以及特别用于直升机涡轮轴引擎或用于飞机涡轮喷气发动机。

背景技术

已知的是提供由具有金属结构性加强件的复合材料制成的涡轮引擎风扇叶片，所述金属结构性加强件延伸过叶片的整个高度并越过其前边缘，如在以申请人名字所提交的文件EP1908919中所描述的那样。此加强件使复合叶片在例如飞鸟、冰雹或实际上砂砾的异物影响到风扇的情况下受到保护。

特别是，金属结构性加强件通过避免纤维破裂件的分层的任何风险或通过避免由在纤维与基质之间的结合的损失所造成的实际损坏来保护复合叶片的前边缘。以已知的方式，其或者完全地通过研磨钛块(这要求大量的重复操作和复杂的工具，具有高的制造成本)或者另外由预成形件来制造，所述预成形件通过连续的锻造步骤由简单的金属杆获得，如在以申请人的名字提交的法国专利申请FR 2961866中所具体描述的那样。

然而，最后的锻造步骤在加强件中存在凹陷的条件下难以预成形。这是申请人开发如在其专利申请FR2965496中所描述的那样用于热成形的“多效应”工具的原因，所述“多效应”工具利用廉价的单效应压机(即，仅在一个工作轴线上运行)在例如高于850℃(以及对于用钛制造加强件的大约940℃)的高温情况下能够使变形沿着三维(即，同时沿着不同方向)预成形。

虽然该方法在其速度和简单性方面通常能使人满意，但是由于要求连接用于关闭工具的移动方式，其还具有一定的缺陷。结果，待制造的零件可能拙劣地定位在工具中，其在从模子中取出来的过程中也不易于从凹口中移除，这可能导致零件变形。

发明内容

因此，本发明的主要目的是通过提出形成具有从鼻部延伸的两个侧鳍的预成形的金属零件的方法来克服此缺陷，该方法利用成形器工具并包括：

-将该预成形的金属零件放置在所述工具的第一底模中就位的步骤；

-利用第一可移动中央插入件将所述预成形金属零件固定在第一确定位置中的步骤；

-通过沿着第一轴线移动第一可移动顶模将所述预成形金属零件的所述侧鳍中的一个在与所述鼻部对齐的其最后形状中形成的步骤；

-翻转具有因此在其最后形状中形成的所述测翼中的一个的所述预成形金属零件的步骤；

-将该预成形的金属零件放置在所述工具的第二底模中就位的步骤；

-利用第二可移动中央插入件将所述预成形金属零件固定在第二确定位置中的步骤；以及

-通过沿着第二轴线移动第二可移动顶模将所述预成形金属零件的所述侧鳍中的另一个在与所述鼻部对齐的其最后形状中形成的步骤。

因此，在将该零件的两个侧鳍成形为它们的最终形状之前在经确定的位置阻滞该零件，这避免了现有技术工具所观察到的移动。

优选地，通过沿着第一轴线移动第一可移动中央插入件执行在第一确定位置中的固定的步骤。

有利地，通过沿着第二轴线移动第二可移动中央插入件执行在第二确定位置中的固定的步骤。所述可移动中央插入件沿着其移动的所述轴线大致对应于在所述侧鳍之间的中性面。

有利地，所述第二可移动中央插入件覆盖在氮化硼的保护层中，以当将所述预成形金属零件从所述成形器工具中抽出时有利于撤回。

本发明也提供适合用于高温成形由上述成形方法所获得的预成形金属零件的成形器工具。

附图说明

从参考附图所获得的以下说明显示了本发明的其它特点和优点，其显示了具有非限制性特征的实施方式，其中：

-图1是由复合材料制成并显示其金属结构性加强件的风扇叶片的前边缘的剖视图；

-图2是在执行本发明的成形方法之前使用来制造图1的金属结构性加强件的预成形金属零件的立体图；以及

-图3-6显示使用来执行本发明的成形方法的成形器工具的对应位置。

具体实施方式

图1是包括用于利用本发明的成形方法获得的其前边缘的金属结构性加强件的复合叶片的不连续视图。

在例子中，所显示的叶片10是涡轮引擎(未示出)的风扇叶片，所述风扇叶片在前边缘与后边缘之间从叶片根部延伸至叶片尖端，并通常通过覆盖(填充，胶接)编织复合材料来获得。在例子中，所使用的复合材料可以由编织碳纤维和树脂基质的组件构成，所述组件使用树脂传递模塑(RTM)类型的传统树脂真空喷射方法通过模塑成形。

压力侧表面12和吸力侧表面14形成叶片10的侧表面，所述侧表面将叶片10的前边缘16与后边缘(未示出)互连。以已知的方式，叶片10包括金属结构性加强件18，优选基于钛(由于其较大的吸收冲击能的能力)，该加强件胶接到前边缘16，其紧密地安装至所述前边缘16并且延伸所述前边缘16，以形成加强件前边缘20。金属结构性加强件通过使用本领域技术人员已知的例如氰基丙烯酸盐粘合剂或实际上环氧树脂粘合剂的粘合剂胶接在叶片10上。

以传统的方式，金属结构性加强件18是具有带有形成前边缘20的基底22的大致V形截面的单件，并通过两个侧翼24和26延伸，所述侧翼24和26分别紧密地安装在叶片10的压力侧表面12和吸力侧表面14上。侧翼24和26具有朝向叶片的后边缘前进的锥形的或变薄的轮廓。基底22具有适合于紧密地安装至叶片10的前边缘的圆形形状的圆形内轮廓28。

本发明的成形方法使得可完成如图1中所示出的金属结构性加强件的制备(其中该加强件在安装在涡轮引擎风扇叶片10上的其最后状态下显示)，从如在图2的立体图中所示出的预成形金属零件30开始。

如由上述申请FR 2 961 866的方法的初始步骤已知的那样，预成形金属零件30从具有所希望叶片的功能的直径和长度的圆形截面的金属杆获得。该杆最初沿着两个方向变形，以通过使用在位于700℃至940℃范围内的温度处(当杆是由钛制成时)的等温压机来形成双拱。此后，以该方式扭曲的杆在通过利用冲压机(或多个冲压机，具体取决于待挤出的材料的量)间接挤出而成形之前在大约940℃的温度处利用液压机或螺旋压机进行模压，冲模具有对应于金属结构性加强件18的基底22的内轮廓28的内部最终形状的V形，所述内部最终形状即互补于叶片10的前边缘16的形状的圆形形状。

在本发明的成形方法之前的这些步骤的最后，预成形金属零件30是具有两个侧鳍32,34的大致V形(或更确切地为Y形)的制造中间体，所述侧鳍32,34在它们之间形成位于60°至90°的范围中的角度，并从大致对应于金属结构性加强件18的基底22的最后形状的坚固鼻部36延伸。侧鳍的厚度具有远离鼻部成锥形的轮廓，以匹配于叶片的压力侧和吸力侧表面。

在该零件30的端部处，来自最初金属杆的短杆38A,38B有利于该零件的操作。

图3至6显示从由上述步骤获得的预成形金属零件30成形金属结构性加强件18的各步骤，该成形使用适合于在高温处成形(形成或锻造)该零件的成形器工具来预成形。该工具的目的是为了朝向彼此移动侧鳍32和34，以减少它们在它们之间形成的角度，从而获得希望的最后形状。在一封闭罩(未示出)中以及在大约920℃(加减20℃上下)的温度处，该方法连续地使用第一装置40和第二装置50，每个所述装置均包括底模42,52、可移动中央插入件44,54以及可移动顶模46,56。

如在图3中所示出的那样，预成形金属零件30最初在其中其紧密地安装至其内轮廓的底模42中就位，然后可移动中央插入件44沿着轴48A(在图中为水平的)移动，直至其与鼻部36的内部接触，使得在该第一位置中，预成形金属零件30通过使其第一侧鳍32阻靠可移动中央插入件和底模而固定就位。

图4显示本发明的方法的以下步骤，其中顶模46沿着轴48B(在图中为垂直的)移动，使得通过关闭第一装置40，其使第二侧鳍34形靠可移动中央插入件44。为此，可移动中央插入件的顶壁44A和可移动顶模的底壁46A具有成形的面向表面，以在它们之间仅仅留下需要用于将预成形金属零件的第二侧鳍34成形至其最后形状，即与鼻部36对齐的空间。

为了使第一侧鳍32成形，必须翻转在成形第二侧鳍34的中间步骤中获得的预成形金属零件，并将其在成形器工具的底模52中就位，其抵靠所述底模52与内轮廓相匹配，如图5中所示。可移动中央插入件54然后沿着轴58A(大致在侧鳍之间的中间面中，并在附图中向上倾斜)移动，直至其与鼻部36的内部分接触，使得在该第二位置中，预成形金属零件30通过阻止在可移动中央插入件与底模52之间的其之前形成的侧鳍34而固定就位。为此，可移动中央插入件和底模52A的面向表面54A被自然地成形，以在它们之间仅仅留下需要用于容置第二侧鳍的空间。

图6显示本发明的方法的最后步骤，其中顶模56沿着轴58B(在图中为垂直的)移动，使得通过关闭第二装置50，其使第一侧鳍32形靠可移动的第二可移动中央插入件54。为此，可移动中央插入件的顶壁54B和可移动顶模的底壁56A具有成形的面向表面，以在它们之间仅仅留下需要用于将预成形金属零件的第一侧鳍32成形至其最终形状的空间，即同样地与鼻部36对齐。该工具保持紧密抵靠该零件数分钟，以避免任何该零件弹性后移的风险。

在这些成形步骤的最后，预成形金属零件30具有带有其两个侧翼24,26的最终Y形的金属结构性加强件18，所述两个侧翼从其基底22延伸，并在它们之间具有由技术说明获得的一最终角度。接下来要做的是通过沿着它们的各自轴线58B和58A(沿着与它们之前的移动相反的方向)连续移动可移动顶模和可移动中央插入件54来抽出该金属结构性加强件(优选在热时)，以从第二装置50中撤回该预成形的金属零件，随后在该零件的两个端部处切断短杆，从而获得随时待用的金属结构性加强件。当该可移动的中央插入件54包括多个部分时，其在移动顶模之前被撤回。该抽出通过在可移动中央插入件上沉淀氮化硼保护层并通过该可移动的中央插入件包括多个适于被单独撤回的部分而有利地更容易地完成。当需要时，根据其利用，在抽出之后可磨光该金属结构性加强件。

应观察到，尽管本发明的方法主要描述基于钛的金属结构性加强件，但是通过使用适合于那些合金的温度，其自然地等同于可适用于基于镍或实际上基于钢铁的材料。

应该理解的是，虽然本发明参考使由复合材料制成的涡轮引擎叶片的金属加强件成形而更具体地被描述，但是显而易见的是，其也适用于由金属制成的涡轮引擎叶片的金属加强件。同样地，虽然本发明参考用于涡轮引擎叶片的前边缘的金属加强件而更具体地被描述，但是其也适用于用于涡轮引擎叶片的后边缘的金属加强件。

Claims (10)

1.一种成形方法，所述方法利用适于高温成形具有从一鼻部延伸的两个侧鳍的预成形的金属零件的成形器工具，所述两个侧鳍分别为第一侧鳍和第二侧鳍，该方法包括以下步骤：

将所述预成形的金属零件放置在所述工具的一第一底模中就位；

利用一第一可移动中央插入件将所述预成形的金属零件固定在一第一确定位置；

利用一第一可移动顶模将所述第一侧鳍成形为与所述鼻部对齐的其最终形状；

翻转所述预成形的金属零件，该预成形的金属零件具有所述侧鳍中的成形为其最终形状的第一侧鳍；

将所述预成形的金属零件在所述工具的一第二底模中放置就位；

利用一第二可移动中央插入件将所述预成形的金属零件固定在一第二确定位置；以及

利用一第二可移动顶模将所述第二侧鳍成形为与所述鼻部对齐的其最终形状。

2.根据权利要求1所述的成形方法，其特征在于，通过沿着一第一轴线移动所述第一可移动中央插入件来执行在一第一确定位置固定所述预成形的金属零件的步骤。

3.根据权利要求1所述的成形方法，其特征在于，成形所述第一侧鳍的步骤通过沿着一第二轴移动该第一可移动顶模来执行。

4.根据权利要求1所述的成形方法，其特征在于，通过沿着一第三轴线移动所述第二可移动中央插入件来执行在一第二确定位置进行固定的步骤。

5.根据权利要求4所述的成形方法，其特征在于，所述第二可移动中央插入件沿其移动的所述轴线对应于在所述第一侧鳍与第二侧鳍之间的中间面。

6.根据权利要求1所述的成形方法，其特征在于，成形所述第二侧鳍的步骤通过沿着一第四轴移动该第二可移动顶模来执行。

7.根据权利要求3所述的成形方法，其特征在于，成形所述第二侧鳍的步骤通过沿着一第四轴移动该第二可移动顶模来执行，所述第一和第二可移动顶模分别沿着其移动的所述第二和第四轴是相同的。

8.根据权利要求1所述的成形方法，其特征在于，所述第二可移动中央插入件被覆盖在氮化硼的保护层中，以当将所述预成形的金属零件从所述成形器工具中抽出时有利于撤回。

9.一种适于高温成形一具有从一鼻部延伸的两个侧鳍的预成形的金属零件的成形器工具，所述两个侧鳍分别为第一侧鳍和第二侧鳍，所述工具包括：

第一底模，所述预成形的金属零件在该第一底模中放置就位；

用于将所述预成形的金属零件固定在一第一确定位置的第一可移动中央插入件；

第一可移动顶模，所述第一可移动顶模用于将所述第一侧鳍成形为与所述鼻部对齐的其最终形状；

第二底模，所述预成形的金属零件在被翻转后在该第二底模中放置就位；

第二可移动中央插入件，该第二可移动中央插入件用于将所述预成形的金属零件固定在一第二确定位置；以及

第二可移动顶模，所述第二可移动顶模用于将所述第二侧鳍成形为与所述鼻部对齐的其最终形状。

10.根据权利要求9所述的成形器工具，其特征在于，所述第二可移动中央插入件被覆盖在氮化硼的保护层中。