CN108372391A - 一种涡轮转子空心叶片的制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及航空发动机和燃气轮机领域，尤其是航空发动机燃烧室中的涡轮转子空心叶片的加工工艺方法，叶片采用锻件作为原材料，所述叶片加工工艺步骤包括（1）切割加工；（2）铣削或电火花加工；（3）试装配；（4）预置钎料；（5）真空钎焊；（6）精铣：（7）穿孔；（8）抛光，本加工工艺方法，操作简单，解决了现有的采用精密铸造后在精加工的方式制作的涡轮转子空心叶片不仅生产成本高、周期长、报废率高而且冶金缺陷很难避免，铸件尺寸和质量不稳定，成品率低、从而降低涡轮转子使用寿命对航空发动机的整体性能产生不利影响等问题。

Description

一种涡轮转子空心叶片的制造方法

技术领域

本发明涉及航空发动机技术领域，尤其是航空发动机的涡轮转子空心叶片的制造方法。

背景技术

航空发动机涡轮转子空心叶片是航空发动机中非常关键的零件，其内部密集分布有复杂的冷气流道内部型腔，外部带有流线形型面，整个零件结构十分复杂，因此对零件的材料和加工工艺要求极高，常规工艺方法难以制造，普遍采用整体精密铸造后在精加工的工艺方式，但整体精密铸造件存在以下问题：

1：采用特种精密铸造方法制造的航空发动机涡轮叶片，须制作高精密度陶瓷型芯，每种叶片一般须进行多次工艺试验确定型芯结构、铸造收缩量、补偿量等工艺参数，最终才能够正式制备出合格型芯，因此该型芯设计难度大、试验过程复杂、加工难度大、检测难度大、合格率低、周期长。

2：采用特种精密铸造方法制造的航空发动机涡轮叶片，每件叶片铸造工序完成后，型芯不可重复使用，均须将叶片内部型芯破坏后才能取出，故使用该种方法加工发动机叶片成本十分高昂，一般定型制造一种发动机叶片，均需要耗时几年以上，不利于新型叶片快速研发。

3：叶片内部的冷气流道内部型腔，采用精密铸造后在进行精加工的工艺方法，内部型腔的加工尺寸和精度不易保证，从而导致叶片的报废率高。

4：精密铸造的发动机叶片，常常存在不同程度的冶金缺陷如疏松、缩孔、孔洞，导致其力学性能低于同种材料牌号的锻件，而且叶型尺寸精度较差，批量质量稳定性不好，导致成品率较低。

综上所述，目前亟需一种技术方案解决现有的采用精密铸造后在精加工的方式制作的涡轮转子空心叶片不仅生产成本高、周期长、报废率高而且冶金缺陷很难避免，铸件尺寸和质量不稳定，成品率低、从而降低涡轮转子使用寿命对航空发动机的整体性能产生不利影响等问题。

发明内容

本发明的目的在于解决现有的采用精密铸造后在精加工的方式制作的涡轮转子空心叶片不仅生产成本高、周期长、报废率高而且冶金缺陷很难避免，铸件尺寸和质量不稳定，成品率低、从而降低涡轮转子使用寿命对航空发动机的整体性能产生不利影响等问题。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：一种涡轮转子空心叶片的制造方法，叶片采用锻件作为原材料，所述叶片加工工艺步骤如下：

（一）切割加工：采用切割机将锻件毛坯切割分成上叶片和下叶片；

（二）铣削或电火花加工：采用铣床或电火花分别加工上叶片和下叶片的相互结合的分割面，以获得叶片的内部型腔，加工尺寸精度符合机加工艺要求；采用铣床或电火花加工上叶片和下叶片的外表面获得叶片外形，加工尺寸精度符合机加工艺要求；

（三）试装配：试装上述零件，修磨叶片分割面，确保上叶片和下叶片接触的分割面间隙小于0.1mm；

（四）预置钎料：在上叶片或下叶片的分割面上粘贴带状或箔状钎料；

（五）真空钎焊：采用夹紧装置固定上、下叶片，放入真空钎焊炉内，按焊接工艺进行真空钎焊；

（六）精铣：采用铣床加工叶片整个外表面符合工艺要求；

（七）穿孔：采用穿孔机加工叶身上气膜孔符合工艺要求；

（八）抛光：对叶片外表面机械抛光符合工艺要求。

金属锻件的冶金工艺成熟，操作方法简单，因此涡轮转子空心叶片采用锻件作为原材料晶加工与精密铸造的涡轮转子空心叶片相比，无需专用铸造设备和制作高精度的铸模、型芯及浇注系统，大幅降低前期准备时间，节约成本，缩短了叶片的制作生产周期；锻件金属性能好，因此采用机加工叶片锻件成型叶片较铸造成型的叶片金属性能稳定，避免了铸造过程中的疏松、缩孔、孔洞等缺陷；叶片内部有冷气流道内部型腔，采用切割机将锻件毛坯切割剖分成上叶片和下叶片，再采用铣床或电火花加工叶片的分割面以获得上叶片的内部型腔和下叶片的内部型腔，采用铣床或电火花加工上叶片和下叶片的外表面获得叶片外形，采用夹紧装置固定上叶片和下叶片后，放入真空钎焊炉内，按焊接工艺进行真空钎焊成型，整个加工工艺较精密铸造后在进行冷气流道的内部精加工的工艺方法，通过分割面加工内部型腔的工艺成熟且精度容易得到控制从而大大提高叶片的成品率；采用真空钎焊，焊接过程中涡轮转子空心叶片的变形小，成品率高并且质量稳定性好，本加工工艺方法，操作简单，解决了现有的采用精密铸造后在精加工的方式制作的涡轮转子空心叶片不仅生产成本高、周期长、报废率高而且冶金缺陷很难避免，铸件尺寸和质量不稳定，成品率低、从而降低涡轮转子使用寿命对航空发动机的整体性能产生不利影响等问题。

优选的，步骤1中所述上叶片和下叶片对应位置上开有定位销孔，上叶片和下叶片对应位置上开有定位销孔，使上叶片和下叶片对位准确，保证叶片一次装夹到位，避免叶片重复装夹、找正带来加工误差。

优选的，所述叶片上开有至少2个定位销孔且所述定位销孔设置于叶片的对角线位置，定位销孔设置于叶片上的对角线位置上，通过在定位销孔位置上插入定位销，可使上叶片和下叶片固定，避免上、下叶片在装夹过程中移动。

优选的，所述上叶片和下叶片的外表面均预留0.5㎜~1㎜的加工余量，通过在上叶片和下叶片的外表面均预留0.5㎜~1㎜的加工余量，方便后续机加工调整叶片外表面的精度。

优选的，步骤八抛光后采用有机溶剂清洗加工成型的叶片，保证叶片表面干净无油污。

优选的，清洗后检验所有加工尺寸、粗糙度、清洁度和标印符合产品工艺要求。

优选的，所述锻件的原材料为棒材，选用棒材作为原材料，可大幅缩短备料周期、降低了原材料成本，且冶金质量稳定性好。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

本发明金属锻件的冶金工艺成熟，操作方法简单，因此涡轮转子空心叶片采用锻件作为原材料晶加工与精密铸造的涡轮转子空心叶片相比，无需专用铸造设备和制作高精度的铸模、型芯及浇注系统，大幅降低前期准备时间，节约成本，缩短了叶片的制作生产周期；锻件金属性能好，因此采用机加工叶片锻件成型叶片较铸造成型的叶片金属性能稳定，避免了铸造过程中的疏松、缩孔、孔洞等缺陷；叶片内部有冷气流道内部型腔，采用切割机将锻件毛坯切割剖分成上叶片和下叶片，再采用铣床或电火花加工叶片的分割面以获得上叶片的内部型腔和下叶片的内部型腔，采用铣床或电火花加工上叶片和下叶片的外表面获得叶片外形，采用夹紧装置固定上叶片和下叶片后，放入真空钎焊炉内，按焊接工艺进行真空钎焊成型，整个加工工艺较精密铸造后在进行冷气流道的内部精加工的工艺方法，通过分割面加工内部型腔的工艺成熟且精度容易得到控制从而大大提高叶片的成品率；采用真空钎焊，焊接过程中涡轮转子空心叶片的变形小，成品率高并且质量稳定性好，本加工工艺方法，操作简单，解决了现有的采用精密铸造后在精加工的方式制作的涡轮转子空心叶片不仅生产成本高、周期长、报废率高而且冶金缺陷很难避免，铸件尺寸和质量不稳定，成品率低、从而降低涡轮转子使用寿命对航空发动机的整体性能产生不利影响等问题。

本申请其他实施方式的有益效果是：

1. 上叶片和下叶片对应位置上开有定位销孔，使上叶片和下叶片对位准确，保证叶片一次装夹到位，避免叶片重复装夹、找正带来加工误差。

2. 定位销孔设置于叶片上的对角线位置上，通过在定位销孔位置上插入定位销，可使上叶片和下叶片固定，避免上、下叶片在装夹过程中移动。

3. 通过在上叶片和下叶片的外表面均预留0.5㎜~1㎜的加工余量，方便后续机加工调整叶片外表面的精度。

4. 选用棒材作为原材料，可大幅缩短备料周期、降低了原材料成本，且冶金质量稳定性好。

附图说明

图1为本发明涡轮转子空心叶片的加工工艺的流程图；

图2为本发明涡轮转子空心叶片的结构示意图；

图3为本发明涡轮转子的上叶片和下叶片的结构示意图。

附图标记

1-涡轮转子空心叶片，2-上叶片，3-下叶片，4-定位销孔，5-气膜孔，6-内部型腔，7-分割面，8-外表面。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

如附图1、附图2、附图3所示本实施例一种涡轮转子空心叶片的制造方法包括涡轮转子空心叶片1，上叶片2，下叶片3，定位销孔4，气膜孔5，内部型腔6，分割面7，外表面8，金属锻件的冶金工艺成熟，操作方法简单，因此涡轮转子空心叶片1采用锻件作为原材料晶加工与精密铸造的涡轮转子空心叶片1相比，无需专用铸造设备和制作高精度的铸模、型芯及浇注系统，大幅降低前期准备时间，节约成本，缩短了叶片的制作生产周期；锻件金属性能好，因此采用机加工叶片锻件成型叶片较铸造成型的叶片金属性能稳定，避免了铸造过程中的疏松、缩孔、孔洞等缺陷；叶片内部有冷气流道内部型腔，采用切割机将锻件毛坯切割剖分成上叶片2和下叶片3，再采用铣床或电火花加工叶片的分割面以获得上叶片2的内部型腔6和下叶片3的内部型腔6，采用铣床或电火花加工上叶片2和下叶片3的外表面获得叶片外形，，采用夹紧装置固定上叶片2和下叶片3后，放入真空钎焊炉内，按焊接工艺进行真空钎焊成型，整个加工工艺较精密铸造后在进行冷气流道的内部精加工的工艺方法，通过分割面7加工内部型腔6的工艺成熟且精度容易得到控制从而大大提高叶片的成品率；采用真空钎焊，焊接过程中涡轮转子空心叶片1的变形小，成品率高并且质量稳定性好，本加工工艺方法，操作简单，解决了现有的采用精密铸造后在精加工的方式制作的涡轮转子空心叶片1不仅生产成本高、周期长、报废率高而且冶金缺陷很难避免，铸件尺寸和质量不稳定，成品率低、从而降低涡轮转子使用寿命对航空发动机的整体性能产生不利影响等问题。

申请人认为，还需要说明的是，虽然锻件加工是常规机械加工手段，但是，目前还没有采用锻件加工制备航空涡轮转子空心叶片1的先例，同时，由于铸造方式需要提前准备精密芯模，特别是针对采用铸造方式制备航空发动机的涡轮转子的工艺加工方法，由于该领域对涡轮转子空心叶片1的精度要求较高，而其芯模的制备较困难，所以，本发明技术方案中，采用锻件加工较铸件提高了坯料的机械性能，通过机械加工处理提高了涡轮转子空心叶片1的表面质量以及诸多结构的位置精度，提高了制得的涡轮转子空心叶片1的质量和成品率，也相应的减少了制备周期，降低了制备成本，通过采用将叶片分割成上叶片2和下叶片3后再精加工叶片的内部型腔6的方法可大大提高内部型腔6的加工精度进而较铸件直接内部精加工可大大提高成品率，取得了意料不到的技术效果，尤其适用于航空发动机或燃气轮机燃烧室涡轮转子空心叶片1的快速研发、试制和小批量生产。

通过锻件热处理达到调制性能，消除材料内应力的目的。

上叶片2和下叶片3对应位置上开有定位销孔4，使上叶片2和下叶片3对位准确，保证叶片一次装夹到位，避免叶片重复装夹、找正带来加工误差。

定位销孔4设置于叶片上的对角线位置上，通过在定位销孔4位置上插入定位销，可使上叶片和下叶片固定，避免上、下叶片在装夹过程中移动。

通过在上叶片2和下叶片3的外表面均预留0.5㎜~1㎜的加工余量，方便后续机加工调整叶片外表面的精度。

选用棒材作为原材料，可大幅缩短备料周期、降低了原材料成本，且冶金质量稳定性好。

以上实施例仅用以说明本发明而并非限制本发明所描述的技术方案，尽管本说明书参照上述的各个实施例对本发明已进行了详细的说明，但本发明不局限于上述具体实施方式，因此任何对本发明进行修改或等同替换；而一切不脱离发明的精神和范围的技术方案及其改进，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (8)

1.一种涡轮转子空心叶片的制造方法，其特征在于：叶片采用锻件作为原材料，所述叶片加工工艺步骤如下：

（一）切割加工：采用切割机将锻件毛坯切割分成上叶片和下叶片；

（二）铣削或电火花加工：采用铣床或电火花分别加工上叶片和下叶片的相互结合的分割面，以获得叶片的内部型腔，加工尺寸精度符合机加工艺要求；采用铣床或电火花加工上叶片和下叶片的外表面获得叶片外形，加工尺寸精度符合机加工艺要求；

（三）试装配：试装上述零件，修磨叶片分割面，确保上叶片和下叶片接触的分割面间隙小于0.1mm；

（四）预置钎料：在上叶片或下叶片的分割面上粘贴带状或箔状钎料；

（五）真空钎焊：采用夹紧装置固定上、下叶片，放入真空钎焊炉内，按焊接工艺进行真空钎焊；

（六）精铣：采用铣床加工叶片整个外表面符合工艺要求；

（七）穿孔：采用穿孔机加工叶身上气膜孔符合工艺要求；

（八）抛光：对叶片外表面机械抛光符合工艺要求。

2.如权利要求1所述的一种涡轮转子空心叶片的制造方法，其特征在于：步骤1中锻件切割加工前进行热处理。

3.如权利要求1所述的一种涡轮转子空心叶片的制造方法，其特征在于：步骤1中所述上叶片和下叶片相对应位置上开有定位销孔。

4.如权利要求3所述的一种涡轮转子空心叶片的制造方法，其特征在于：所述叶片上开有至少2个定位销孔且所述定位销孔设置于叶片的对角线位置上。

5.如权利要求1所述的一种涡轮转子空心叶片的制造方法，其特征在于：所述上叶片和下叶片的外表面均预留0.5㎜~1㎜的加工余量。

6.如权利要求1所述的一种涡轮转子空心叶片的制造方法，其特征在于：步骤八叶片抛光后采用有机溶剂清洗加工成型的叶片，保证叶片表面干净无油污。

7.如权利要求6所述的一种涡轮转子空心叶片的制造方法，其特征在于：清洗后检验所有加工尺寸、粗糙度、清洁度和标印符合产品工艺要求。

8.如权利要求1所述的一种涡轮转子空心叶片的制造方法，其特征在于：所述锻件的原材料为棒材。