CN106458332A - 用于制造前缘防护罩的方法 - Google Patents
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Abstract
一种用于制造具有带有从其延伸的第一翼(34)和第二翼(36)的鼻部(32)的类型的金属前缘防护罩(30)的方法，该方法包括：从金属坯料加工包括鼻部(32)的第一部分和翼(34,36)中的一个的第一半(42)，其中鼻部(32)的第一部分包括对接表面(44)；以及电铸包括鼻部(32)的第二部分和第二翼的第二半(62)，其中第二半(62)在对接表面(44)处接合至第一半(42)。
Description
本发明的背景
本发明大体涉及风扇叶片保护前缘，且具体而言涉及用于制造此前缘的方法。
在喷气发动机应用中使用的风扇叶片易受外物撞击损坏(诸如鸟吸入事件)的影响。由石墨纤维加强的复合材料制成的叶片由于其高的总体比强度和刚度而有吸引力。然而，石墨复合物在外物撞击期间由于其低延展性而特别易于脆性破裂和分层。叶片前缘、后缘和末梢特别敏感，由于在这些区域中大体较低的厚度和层状复合物的众所周知的易受自由边缘分层的影响。此外，叶片几何形状和相对于飞行器速度的高旋转速度导致吸入物体接近前缘冲击叶片。
结合至复合物风扇叶片的前缘的金属防护罩已知提供撞击损坏保护。然而，较新的风扇叶片设计需要的是，此防护罩既薄且由高密度合金制成。这些需要使前缘防护罩利用已知方法(诸如常规加工或热蠕变成形)的制造困难。
已经提出使用电铸过程来形成金属前缘防护罩。然而，提出的方法需要过量材料在电铸过程之后保留或者使用带有多套工具的复杂过程。
因此，仍然存在对于生产风扇叶片金属前缘防护罩的有效方法的需要。
本发明的简要概要
此需要通过本发明解决，其提供了一种使用电铸和传统加工的组合来用于制造金属前缘防护罩的方法。
根据本发明的一个方面，提供了一种用于制造具有带有从其延伸的第一翼和第二翼的鼻部的类型的金属前缘防护罩的方法。该方法包括：从金属坯料加工包括鼻部的第一部分和翼中的一个的第一半，其中鼻部的第一部分包括对接表面；以及电铸包括鼻部的第二部分和第二翼的第二半，其中第二半在对接表面处接合至第一半。
根据本发明的另一方面，前缘防护罩包括由鼻部和翼共同限定的内表面，且由第一半限定的内表面的一部分在电铸步骤之前被加工至最终尺寸。
根据本发明的另一方面，第一半安装至电气传导的心轴以用于电铸步骤。
根据本发明的另一方面，前缘防护罩包括由鼻部和翼共同限定的外表面，且其中，在电铸步骤期间，夹具安装在由第一半限定的外表面的一部分上。
根据本发明的另一方面，对接表面布置使得在电铸步骤中待沉积的金属的最大厚度小于鼻部的轴向长度。
根据本发明的另一方面，对接表面布置使得鼻部的第一部分和第二部分为大致相等的厚度。
根据本发明的另一方面，对接表面布置使得鼻部的第二部分相比于鼻部的第一部分显著较薄。
根据本发明的另一方面，外表面在电铸步骤之后被加工至最终尺寸。
根据本发明的另一方面，第一半和第二半由镍基合金制成。
附图的简要描述
本发明可通过参照结合附图的以下描述最好地理解，在附图中：
图1是根据本发明的方面构造的结合前缘条的燃气涡轮发动机风扇叶片的视图；
图2是图1的风扇叶片的一部分的截面视图；
图3是示出本发明的方法步骤的框图；
图4是形成前缘防护罩的第一半的截面视图；
图5是备选第一半构造的截面视图；
图6是形成前缘防护罩的第二半的截面视图；
图7是前缘防护罩的截面视图；
图8是第二前缘防护罩的截面视图；且
图9是在最终加工过程期间的前缘防护罩的截面视图。
本发明的详细描述
参照附图，其中相同的参照标号贯穿各个视图表示同样的元件，图1描绘了用于燃气涡轮发动机的示例性风扇叶片10。风扇叶片10包括翼型件12、柄部14和燕尾部16。翼型件12在根部18和末梢20之间延伸，且具有前缘22和后缘24。相对的凸形侧26和凹形侧28分别在前缘22和后缘24之间延伸。
风扇叶片10由已知的非金属材料(诸如碳纤维-环氧复合系统)制成。
风扇叶片具有附接至前缘16的金属前缘防护罩30。前缘防护罩30有助于为风扇叶片10提供额外的耐撞击性、耐腐蚀性以及复合结构对分层的改善的抗性。
前缘防护罩30包括鼻部32，其带有从其后部延伸的一对翼34和36。翼34和36在其远离鼻部32延伸时在厚度上渐缩。鼻部32与翼34和36的外表面共同限定前缘防护罩30的外表面38。外表面38的形状和尺寸选择成用作翼型件12的空气动力学延伸部。前缘防护罩30可利用已知类型的粘合剂附接至翼型件12。
鼻部32与翼34和36的内表面共同限定前缘防护罩30的内表面40。内表面38的形状和尺寸选择成与翼型件12的外部紧密配合。
前缘防护罩30具有在轴向方向上测量的总体长度“L1”。鼻部32具有标为“L2”的轴向长度和垂直于长度测量的厚度“T1”。所有这些尺寸将改变以适合特定应用；然而大体上，长度L1为长度L2的大约3到6倍。长度“L2”通常显著大于利用已知电铸过程可达到的。例如，其可为大约3.8cm(1.5英寸)到大约10.2cm(2.0英寸)。
本发明提供用于制造前缘防护罩30的方法。该过程参照图3中示出的框图解释。前缘防护罩30为由两个主要部分(本文称作“第一半”和“第二半”)形成的整体或单一构件。用语“半”仅用于参照且不必然意味这两个构件在大小、形状、体积或质量方面相等。在第一步骤(框100)中，第一半42从材料的坯料(在图4中以虚线示意性示出)使用传统机器和过程(诸如铣削操作)加工。由第一半42限定的内表面40的部分使用一个或多个传统过程加工至其最终尺寸。由第一半42限定的外表面38的部分粗加工(即，接近需要的净形状)。
第一半42包括在大体轴向方向上延伸穿过鼻部32的平坦对接表面44。对接表面44的位置可选择成提供过程和产品特性的最佳平衡。在图4中示出的示例中，对接表面44将鼻部32大致切成两个相等部分，给对接表面44提供最大面积。在图5中示出的示例中，对接表面44远离居中位置偏移。这减少需要的电铸累积的量，如下文更加详细地描述的那样。
在第二步骤(图3的框200)中，第一半42安装到心轴46上。心轴46(图6)由电气传导材料制成或涂布有电气传导材料。其具有与前缘防护罩30的内表面40紧密匹配的表面48。带有与由第一半42限定的外表面38的部分紧密匹配的表面51的夹具50相对于第一半42放置。这用来物理地定位第一半42且将其从电铸累积遮蔽。
固定的第一半42放置在包括槽54、电解溶液56和源电极58的电铸装置52中。源电极58和心轴46连接在带有合适电气功率供应的电气电路中，示意性地在60处示出。
源电极58由期望成分的金属合金制成。适合于电极58的(以及也第一半42的)构造的合金的非限制性示例是镍基合金(以INCONEL 718或IN718市售)。
当电路闭合时，材料通过电解溶液56从电极58转移且沉积在第一半42的对接表面44以及心轴46上，有效地以粗制形式累积第二半62，如由图6中的箭头描绘的那样。一旦形成合适的厚度，电路打开且带有附接的前缘防护罩30的心轴46从电铸装置52移除。
在电铸过程期间，待累积的材料的最大厚度出现在鼻部32中。这标为“T2”。本发明的显著益处是T2远远小于L2，否则L2将代表最大需要的厚度累积。例如，T2可小于L2的一半。在许多情况下，尺寸L2大于利用已知的电铸过程实际可能的，且本发明容许电铸在其将另外不可用的地方的使用。如上文所述，对接表面44的位置可选择使得T2为期望的尺寸。
例如，图7示出了带有在对接表面44处接合的两个半部42和62的完成的前缘防护罩30。距离T2将鼻部32大致分成两半。相比之下，图8示出了带有在对接表面44'处接合的两个半部42'和62'的完成的前缘防护罩30'。距离T2'相比于然后在图7中示出的距离T2显著较小。
参照图3的框300，前缘防护罩30的外表面38可使用传统加工过程和装置(诸如示出的铣刀(图9))加工至其最终尺寸。心轴46可在最终加工过程期间用作保持前缘防护罩30的夹具。备选地，心轴46可移除且在最终加工期间使用相似的夹具来保持前缘防护罩30。
完成的前缘防护罩30可以传统方式附接至翼型件12。本文描述的过程具有优于现有技术方法的若干优点。通过预成形第一半42，需要利用电铸来累积的厚度减小，使电铸为用于前缘防护罩30的可行过程。同样的合金在对接表面44的两侧上电铸，且材料强度在对接表面44处不退化。此外，不存在内表面40的内拐角半径上的局限或限制。
前文已经描述了用于制造金属前缘防护罩的方法。此说明书(包括任何伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的全部特征、和/或如此公开的任何方法或过程的全部步骤可在任何组合中组合，除了其中此类特征和/或步骤中的至少一些相互排斥的组合之外。
在此说明书(包括任何伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的各个特征可由用于相同、等同或相似目的的备选特征替代，除非另外特别地说明。因此，除非另外特别地说明，公开的各个特征是一般系列的等同物或相似特征的仅一个示例。
本发明不局限于前述实施例的细节。本发明延伸至在此说明书(包括任何伴随的潜在的新颖点、摘要和附图)中公开的特征的任何新颖的一个或任何新颖的组合，或如此公开的过程或任何方法的步骤的任何新颖的一个或任何新颖的组合。
Claims (10)
1. 一种用于制造具有带有从其延伸的第一翼(34)和第二翼(36)的鼻部(32)的类型的金属前缘防护罩(30)的方法，所述方法包括：
从金属坯料加工包括所述鼻部(32)的第一部分和所述翼(34,36)中的一个的第一半(42)，其中所述鼻部(32)的第一部分包括对接表面(44)；以及
电铸包括所述鼻部(32)的第二部分和所述第二翼的第二半(62)，其中所述第二半(62)在所述对接表面(44)处接合至所述第一半(42)。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述前缘防护罩(30)包括由所述鼻部(32)和所述翼(34,36)共同限定的内表面(40)，且由所述第一半(42)限定的所述内表面(40)的一部分在所述电铸步骤之前被加工至最终尺寸。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一半(42)安装至电气传导的心轴(46)以用于所述电铸步骤。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述前缘防护罩(30)包括由所述鼻部(32)和所述翼(34,36)共同限定的外表面(38)，且其中，在所述电铸步骤期间，夹具(50)安装在由所述第一半(42)限定的所述外表面(38)的一部分上。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对接表面(44)布置使得在所述电铸步骤中待沉积的金属的最大厚度小于所述鼻部(32)的轴向长度。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对接表面(44)布置使得所述鼻部(32)的第一部分和第二部分为大致相等的厚度。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对接表面(44)布置使得所述鼻部(32)的第二部分相比于所述鼻部(32)的第一部分显著较薄。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述外表面(38)在所述电铸步骤之后被加工至最终尺寸。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一半(42)和所述第二半(62)包括镍基合金。
10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述前缘防护罩(30)的总体轴向长度(L1)为所述鼻部(32)的轴向长度(L2)的大约3到6倍。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20170222 |