CN105492159B - 制造用于叶片的增强边缘的方法和通过该方法获得的增强边缘 - Google Patents

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Abstract

一种制造涡轮发动机叶片(70)的增强边缘(10')的方法，其中提供增强边缘的坯料(10)，并且在所述坯料中压印凹痕以便形成粗糙表面(S)。增强边缘(10')通过这样的方法来获得。

Description

制造用于叶片的增强边缘的方法和通过该方法获得的增强 边缘
技术领域
本发明涉及制造部件的方法，并且涉及通过该方法获得的部件。
更具体地，所述部件可以是用于涡轮发动机叶片的增强边缘。这样的增强边缘可以配装到任何类型的陆地或航空涡轮发动机，并且尤其配合到直升机涡轮轴发动机或配合到飞机涡轮喷气发动机。
背景技术
涡轮发动机叶片经受与尤其与其旋转速度相关的高水平的机械应力，同时还需要满足关于重量和尺寸的严格条件。设想用于减轻叶片的一种选择是使用复合材料用于制造它们。然后，涡轮发动机叶片还必须满足严苛的使用标准，并且尤其是它们必须抵抗磨损和异物的影响。例如，涡轮喷气飞机的前风扇叶片必须在飞行时抵抗磨损，并且还必须在飞行时抵抗鸟类撞击的影响。不幸地，当叶片的前边缘由与叶片的主体相同的复合材料制作时，前边缘冒着对磨损或影响存在不足抵抗的风险。
为了解决该问题，已经提议通过将单独的部件配合在叶片的主体上来强化叶片的前边缘，该部件合并在叶片的空气动力学轮廓中。这样的单独的部件称为增强边缘。
增强边缘一般为沿着相对于发动机的旋转轴线的基本上径向方向纵向延伸的实心部件，并且在横截面方面它呈现为相当大厚度的中心部分在渐缩的分支之间的大致Y形的轮廓。增强边缘因此呈现相当大厚度的纵向中心部分、称为"鼻部"位于薄的纵向侧腹之间。
这样的增强边缘的厚度因此发生改变，通常从在中心部分中几毫米到在渐缩分支的末端处零点几毫米(大约0.2mm)。
增强边缘可以用来增强叶片额前边缘或后边缘。它因此必须呈现匹配其位置的形状，例如为扭曲且弯曲的形状，与增强边缘紧固在其上的叶片主体的边缘的形状互补。
最后，在外侧面上，增强边缘需要呈现光滑的表面状态，以便避免损害叶片的空气动力学特性，而在其内侧面上，它需要呈现良好质量的曲率半径，以便紧密配合在增强边缘紧固在其上的叶片主体的边缘上。
例如根据专利申请FR2961866，已知的是通过热成形并且加工由钛合金制作的部件来制造增强边缘。增强边缘然后一般通过粘合剂组装到叶片主体，以便形成叶片。然而，以此方式获得的叶片可能存在不足的粘合。在这种情况下，叶片经受的经历会导致增强边缘与叶片主体分开。
因此存在对适合于制造用于涡轮发动机叶片的具有增加的与叶片主体粘合的能力的增强边缘的制造方法的实际需要。
发明内容
本公开提供了一种制造涡轮发动机叶片的增强边缘的制造方法，该方法包括以下步骤：
·提供用于增强边缘的坯料；
·在所述坯料中压印凹痕以便形成粗糙表面。
增强边缘的坯料可以在压印凹痕的步骤之前或之后锻造或加工。锻造或加工可以包括弯曲、冲压、挤压、或这三种操作的任意组合的步骤。坯料一般为由钛合金制成的部件。
在本公开中，术语"粗糙表面"用来指代具体通过压印凹痕的步骤来更改的表面。因此，粗糙表面专门指代压印的表面，即使坯料可以存在非压印而且呈现一定程度的粗糙度的其它表面。当坯料在多个位置进行压印时，术语"粗糙表面"还可以覆盖所有压印的表面，不管它们是否是连续的。
粗糙表面是用于一旦坯料已经完全成形以便获得增强边缘例如就通过粘合剂组装到叶片主体的表面。该方法因此用于优化坯料的其要接收粘合剂的部分、即其粗糙表面上的表面状态，以便改善其与叶片主体的粘合。叶片抵抗增强边缘中的应力的能力因此通过该方法来增加。
此外，由于其少数量的步骤，该方法可以容易地合并在生产线中。该方法因此不难以在工业上实施。
在一些实施例中，该方法包括由至少使所述坯料的所述粗糙表面变形以便所述增强边缘的最终形状组成的额外步骤。
在此类实施例中，粗糙表面在压印凹痕的步骤之后变形。该方法因此尤其有利于用于如果已经处于其最终形状将不能在其上压印粗糙表面的增强边缘。
在一些实施例中，坯料具有为大致Y形的轮廓。
坯料因此沿纵向方向延伸，并且看见其轮廓横向于该方向。坯料的轮廓可以包括两个大致渐缩分支从其延伸的厚中心基部。中心基部可以存在相对于纵向方向的一个或更多个弯曲。
在一些实施例中，粗糙表面位于坯料的内侧。
术语"坯料的内侧"指代要与叶片主体接触的表面，该主体一般接收在增强边缘中提供的凹陷中。当坯料具有为大致Y形的轮廓时，坯料的内侧指代位于Y形的顶部分支之间的表面，即由Y形的分支的对面侧限定的表面。
在一些实施例中，粗糙表面在Y形坯料内侧进行压印，并且坯料的分支然后朝向彼此变形和/或移动。通过这样的方法，当分支充分间隔开时并且当经过压印工具相对容易时执行压印凹痕的步骤。在某些情况下，在分支已经朝向彼此移动之后，包括粗糙表面的区域会难以接近加工工具，并且压印凹痕然后是不可能的。
在某些实施例中，压印步骤通过模具冲压在第一模具与第二模具之间执行，两个模具中的至少一个包括配置为压印所述凹痕的冲头。
在某些实施例中，冲头提供在坯料的在其中具有压印的凹痕的表面的一侧上。冲头因此具有与期望用于粗糙表面的凹痕互补的凹痕。特别地，冲头可以存在使获得用于粗糙表面的期望的粗糙度成为可能的一定程度的粗糙度。冲头的粗糙度可以基本上等于期望用于粗糙表面的粗糙度。
粗糙表面的粗糙度通过坯料的初始粗糙度、通过从冲头转移粗糙度以及通过模具冲压偶然性(压印时粗糙度的损失、材料特性等)来产生。
压印的其它方法、诸如化学加工覆盖狭窄的粗糙度范围，并且需要为坯料作准备以便保护不压印的那些表面。相比之下，模具冲压使以选择性且局部化而无需保护坯料的其它表面的方式压印凹痕成为可能。
可以通过模具冲压实现的粗糙度覆盖宽的范围。此外，一旦冲头已经制作，模具冲压就处于比化学加工更快、更有重复性且更不昂贵的操作中。
在一些实施例中，粗糙表面的粗糙度在范围1至20内，并且优选地在范围3至10内。
在本公开中，术语"粗糙度"指代满足以下定义的量值。粗糙表面的轮廓通过在平面上剖开所述表面来获得，并且粗糙表面的粗糙度定义为所述表面的轮廓的粗糙度的平均值。轮廓的粗糙度通常由从平均线的算术平均偏差来定义，并且通常写为Ra。在定义的轮廓连续的评估长度内计算的值Ra等于在考虑下的评估长度内连续轮廓的每个点与所述轮廓的平均线之间的距离的绝对算数平均值。通常，粗糙度值Ra以微米(μm)来表示，并且并不表述该单位。
上面提到的值的范围确保粗糙表面具有用于与叶片主体组装在一起的最佳表面状态。
本公开还涉及一种用于制造涡轮发动机叶片的制造方法，该方法包括以下步骤：
·提供利用上面提到的制造方法制作的增强边缘；
·提供叶片主体；以及
·将所述增强边缘的所述粗糙表面的全部或一部分粘附地结合到所述叶片主体。
通过该方法制造的涡轮发动机叶片可以自然地具有一个或更多个增强边缘。例如，它可以具有两个增强边缘，一个充当前边缘而另一个充当后边缘。
通过该方法制造的涡轮发动机叶片对于抵抗所有类型的应力并且尤其是机械应力特别牢固。它具有其增强边缘与其叶片主体之间的增加的粘合。
在一些实施例中，叶片主体由有机质复合材料制作。例如，它可以是通过覆盖(draping)编织材料或通过三维编织获得的复合叶片主体。又例如，使用的复合材料可以通过将碳/塑料纤维与树脂基质(例如由环氧、双马来酰亚胺或氰酸酯树脂制成的基质)组装在一起来制作，该组装可以借助于树脂转移模塑(RTM)类型的树脂注射的真空方法来形成。
本公开还提供了具有在范围1至20内、并且优选地在范围3至10内的粗糙度的表面、并且尤其是内侧表面的涡轮发动机叶片增强边缘。
这样的增强边缘因此具有如在上面解释的尤其适合于将其组装到叶片主体的粗糙表面。
在一些实施例中，增强边缘可以具有如在上面定义的Y形轮廓。在某些实施例中，粗糙表面可以在增强边缘的内侧上，即粗糙表面可以对应于增强边缘的内侧表面的全部或一部分。
本公开还涉及一种包括如上所述的增强边缘的涡轮发动机叶片。这样的涡轮发动机叶片尤其能够抵抗所有类型的应力，尤其是机械应力。它具有增强边缘与制造它的叶片主体之间的增加的粘合。
附图说明
在阅读作为非限制性示例给出的本发明的以下详细描述后可以更好地理解本发明及其优点。描述涉及附图，其中：
图1是用于前边缘增强的坯料的透视图；
图2是示出将凹痕压印在坯料上的步骤的示意图；
图3是在变形之后的增强边缘的透视图；以及
图4是涡轮发动机叶片的部分剖视图。
具体实施方式
图1是用于制造增强边缘的坯料10的示例的透视图。在该示例中，坯料10为大致Y形。具体地，它具有相当大厚度的中心部分和两个更小厚度的渐缩分支20和30。中心部分40沿纵向方向延伸。它可以沿该纵向方向呈现一个或更多个弯曲。右分支20和左分支30从中心部分40延伸。为了清楚的原因，仅仅参考附图更并且更不用说坯料最终使用的方向来使用术语"左"和"右"。
右分支20和左分支30均具有相应的内侧面22、32和相应的外侧面24、34。内侧面22和32面向彼此；换言之，内侧面22和32在它们之间形成显著的角度、即小于180°的角度。
在制造增强边缘的方法期间，粗糙表面压印在坯料10上。例如，这种压印可以通过模具冲压来执行。在图2中图解地示出了这样的模具冲压步骤。坯料10放置在第一模具50与第二模具52之间。第一模具50具有与坯料的外侧面24和34和中心部分40的形状互补的形状的第一支承表面56。第二模具52具有冲头54，所述冲头54由内侧面22和32的形状互补的形状的第二支承表面58来限定。因此，当模具50和52朝向彼此移动以便压在坯料10上时，坯料10的总体形状不变。
在该实施例中，冲头54的第二支承表面58具有与希望通过压印坯料的内侧转移的凹痕互补的凹痕。坯料的内侧用来表示内侧面22和32的全部或一部分。例如，第二支承表面58的凹痕可以仅仅为选定的粗糙度的表面。此外，显而易见的是，如果希望将凹痕压印在坯料10的外侧上、例如压印在外侧面24和34上，那么需要呈现适当凹痕的是第一支承表面56而非第二支承表面58。
优选地，模具冲压坯料10的步骤在热下、即在模具冲压期间执行，坯料10处于高到足以便于转移凹痕的压痕的温度。当使用钛合金时，用于该步骤的温度可以例如约为600℃。
例如，冲头54可以设计为可移除的，使得能够改变给定模具上的冲头，以便改变凹痕的类型，或以便改变压印的粗糙度的值。
此外，冲头54的表面可以通过铣削、尤其利用球磨石(bur)来准备。在这种情况下，调整铣削的程度确定期望的粗糙度尺寸。在模具冲压步骤结束的时候，坯料10的总体形状保持不变，但是坯料10在其内侧面22和32的全部或一部分之上呈现粗糙表面S。由冲头54的第二支承表面58压印的粗糙表面S呈现期望的粗糙度。
此后，坯料10可以变形为使得它到达其增强边缘10'的最终构造。在图3中示出了这样的增强边缘10'。具体地，坯料的变形部分包括由内侧面22和32承载的粗糙表面S。可以使用的变形方法对于本领域技术人员来说是众所周知的。
在变形之后，内侧面22和32还可以移动得比它们在原始坯料中(参考图1)更靠近彼此。在图3的示例中，它们几乎平行。在内侧面22和32之间限定的空间较小，这是为什么这样的变形操作有时称为"闭合"。此外，增强边缘10'基本上沿纵向方向比坯料10更弯曲且更扭曲。
应当注意到，在具有增强边缘10'的最终形状的坯料10执行上述模具冲压步骤是困难的，至少由于以下原因：首先，即使假设不管坯料的内侧狭窄也能将冲头54插入坯料10的内侧，仍然将会需要薄且弯曲的冲头54，这样的冲头54将会难以制作。其次，在针对模具冲压施加的力仅仅通过其局部垂直于坯料10的表面的部件来产生的情况下，将会需要以随着坯料10的轮廓的闭合增加而增加的力来压印，即当分支20和30彼此靠近时将会需要力更大。
涡轮发动机叶片的制造可以包括提供利用上述方法制造的增强边缘10'。例如，该增强边缘10'可以是前边缘。如在图4中示出的，图4是涡轮发动机叶片70的部分剖视图，增强边缘随后组装到配置为接收其的叶片主体60上。换言之，叶片主体60的外侧形状可以与增强边缘10'的内侧面22和32互补，使得它们完美地配装在一起。结合经由粗糙表面S来发生，并且尤其是它可以通过粘合剂来实现。
更准确地，叶片主体60具有吸力侧面62和压力侧面63。右侧表面22经由其粗糙表面S粘附地接合到吸力侧面62，而左侧表面32经由其粗糙表面S粘附地接合到压力侧面63。粗糙表面S的粗糙度提供了增强边缘10'与叶片主体60之间的粘合剂的良好粘合。
尽管参考具体实施例描述了本发明，但是在不超出由权利要求限定的本发明的一般范围的情况下可以对那些实施例进行更改。特别地，示出和/或提到的各种实施例的个体特性可以在其它实施例中进行组合。因此，描述和附图应当在图示性而非限制性的意义上进行考虑。

Claims (11)

1.一种制造涡轮发动机叶片(70)的增强边缘(10')的制造方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
·提供用于所述增强边缘的坯料(10)；
·通过第一模具(50)与第二模具(52)之间的模具冲压在所述坯料(10)中压印凹痕以便形成粗糙表面(S)，所述两个模具中的至少一个包括构造成压印所述凹痕的冲头(54)。
2.根据权利要求1所述的制造方法，包括由至少使所述坯料(10)的所述粗糙表面(S)变形以便所述增强边缘(10')的最终形状的额外步骤。
3.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于，所述坯料(10)具有为大致Y形的轮廓。
4.根据权利要求2所述的制造方法，其特征在于，所述坯料(10)具有为大致Y形的轮廓。
5.根据权利要求1至4中的任一项所述的制造方法，其特征在于，所述粗糙表面(S)位于所述坯料(10)的内侧上。
6.根据权利要求1至4中的任一项所述的制造方法，其特征在于，所述粗糙表面(S)的粗糙度在范围1至20内。
7.根据权利要求6所述的制造方法，其特征在于，所述粗糙表面(S)的粗糙度在范围3至10内。
8.根据权利要求5所述的制造方法，其特征在于，所述粗糙表面(S)的粗糙度在范围1至20内。
9.根据权利要求8所述的制造方法，其特征在于，所述粗糙表面(S)的粗糙度在范围3至10内。
10.一种用于制造涡轮发动机叶片的制造方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
·提供利用根据权利要求1至7中的任一项所述的制造方法制作的增强边缘(10')；
·提供叶片主体(60)；以及
·将所述增强边缘(10')的所述粗糙表面(S)的全部或一部分粘附地结合到所述叶片主体(60)。
11.根据权利要求10所述的制造方法，其中所述叶片主体(60)由有机基复合材料制作。
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