CN110582367A - 自动阻塞孔识别 - Google Patents

Abstract

一种使用构造成穿透金属的放电机加工工具用于孔形成的方法。该方法包括以下步骤：通过将电极从起始点移开，使用电极穿透金属以形成孔；使用放电机器验证孔是完整的；并且其中，该验证步骤包括利用电极探测孔的步骤。

Description

自动阻塞孔识别

技术领域

本发明涉及在机械部件中的孔形成并且更具体地涉及一种用于确定孔是阻塞的还是完全穿过涡轮机械部件壁形成的方法。

背景技术

涡轮发动机中的翼型件通常包括冷却孔，用于沿着翼型件的外表面排出冷却空气膜，以进行膜冷却。这些可被称为“膜冷却孔”或“膜孔”

通常，冷却孔穿过飞行器部件中的壁从入口端延伸至出口端。关键的是，这些孔完全穿过相应的部件来形成。为了合适的冷却，所有冷却孔应完全穿过部件的壁来形成。阻塞的孔会导致过热的区域或“热点”。阻塞的孔可以是孔形成不完全或孔中碎屑的结果。

产生冷却孔的当前的方法的一个问题是，确定冷却孔是否穿过部件的壁恰当地形成是非常困难和耗时的。如果一个或更多个孔未恰当形成，部件被再加工并且阻塞的孔被重新钻孔。为了重新钻孔，设备须在孔上被重新定位。

验证冷却孔是否恰当形成的传统的方法包括销检查和水检查。销检查要求操作者将销手动地插入孔中，以确定销是否完全穿过相关联的壁。在水检查中，在翼型件内施加水压并且观察孔以确定水是否穿过它。这两个方法都有相关联的问题。销检查方法是手动的并且可能导致重复性动作损伤。水检查方法可能不准确。因此，需要一种方法用于穿过飞行器部件形成冷却孔(其包括验证冷却孔是穿过部件恰当地形成还是被阻塞的步骤)以及用于在另一个孔开始之前对这样的孔再加工。

发明内容

这需要通过一种方法来解决，该方法用于验证一初始指示孔是完整的而作为孔形成过程的一部分。

根据本文中所说明的技术的一个方面，提供一种使用构造成穿透金属的放电机加工工具(electrical discharge machining tool)用于孔形成的方法。该方法包括以下步骤：通过将电极从起始点移开，使用电极穿透金属以形成孔；使用放电机器验证孔是完整的；并且其中，该验证步骤包括利用电极探测孔的步骤。

附图说明

结合附图参照接下来的说明可最好地理解本发明，其中：

图1是包括在飞行器发动机中的涡轮叶片的透视图，其中，涡轮叶片的壁包括用于使壁冷却的多个膜孔；

图2是沿图1中线2-2截取的在穿过图1的涡轮叶片的壁形成孔的初始穿透步骤期间壁的一部分的截面图；

图3是在图2中示出的壁的部分的截面图，示出通过电极穿透壁；

图4是在图3中示出的壁的部分的截面图，示出在验证步骤期间当孔初始被正确地识别为完整时撤回电极；

图5是在图4中示出的壁的部分的截面图，示出在验证步骤期间当孔初始被正确地识别为完整时延伸穿过壁的电极；

图6是在图2中示出的壁的部分的截面图，示出在验证步骤期间当孔初始被不正确地识别为完整时撤回电极；以及

图7是在图6中示出的壁的部分的截面图，示出在验证步骤期间当孔初始被不正确地识别为完整时位于孔内的电极。

具体实施方式

参考附图，其中，在全部视图中相同的附图标记表示相同的元件，图1示出了示例性涡轮叶片10。涡轮叶片10包括传统的燕尾12，其可具有任何合适的形式，包括与转子盘(未示出)中的燕尾槽的互补的柄脚接合的柄脚，用于当叶片在操作期间旋转时将叶片10径向地保持于盘。叶片柄14从燕尾12径向向上延伸并且在平台16中终止，平台16从柄14侧向向外伸出且围绕柄14。中空翼型件18从平台16径向向外延伸并且进入热气流中。翼型件在平台16和翼型件18的接合处具有根部17并且在其径向外端处具有顶端22。翼型件18具有在前缘28处和在后缘31处结合在一起的凹入的压力侧壁24和凸出的吸力侧壁26。

翼型件18可采取任何适合于从热气流中提取能量和引起转子盘旋转的构造。翼型件18可在翼型件18的压力侧壁24上并入多个后缘泄放槽(bleed slot)32，或者其可并入多个后缘冷却孔(未示出)。翼型件18的顶端22由顶端帽34封闭，顶端帽可与翼型件18成一体或单独形成并附连至翼型件18。直立凹槽状顶端（squealer tip）36从顶端帽34径向向外延伸并且在组装好的发动机中非常靠近固定护罩(未示出)设置，以便使经过顶端22的空气流损失最小化。凹槽状顶端36包括压力侧顶端壁38，其以与吸力侧顶端壁39间隔开的关系设置。顶端壁38和39与翼型件18成一体并且相应形成压力和吸力侧壁24和26的延伸部。压力和吸力侧顶端壁38和39的外表面与压力和吸力侧壁24和26的外表面相应形成连续的表面。

多个膜冷却孔100穿过压力侧壁24。翼型件18的膜冷却孔100与内部空间19连通，如图2所示。内部空间19可包括由内部壁限定的冷却通路的复杂布置。通过示例而非限制，冷却通路可包括以下特征之一：蛇形、缠绕式、交叉式、非交叉式以及其组合。应理解的是，翼型件18可由诸如镍基或钴基合金(其具有良好的高温抗蠕变性，通常已知为“超级合金”)的材料制成。

现在参考图2-7，本发明提供了一种穿过壁形成孔100的方法。在所示实施例中，使用放电机加工工具40穿过压力壁24形成孔。放电加工过程在这里被称为EDM。应理解的是，机器40包括计算机处理器(未示出)，其构造成存储、操作、比较和监控数据，诸如行进距离、施加的力、液压、电特性等，如下所示。EDM工具40还包括延伸至顶端45的管状电极42。电极42包括穿过那里形成的管道43，用于从正在形成的孔中冲洗碎屑并且用于提供电解质溶液。在EDM过程中，流体通过电极42的管道43被推入用于润滑。

在孔形成或穿透步骤中：电压被施加至电极，使得电极42侵蚀出在加工中的孔(in-process hole)120到壁24中，如图2所示。根据思考的步骤，电极42远离起始点。一旦顶端45穿过壁24，如图3所示，电极42必须停止以避免横穿内部空间19并且穿透翼型件18的壁26。

存在监控状态步骤以确定EDM工具40是否已完全形成穿过壁24的在加工中的孔120。就此而言，EDM工具40构造成在穿透步骤期间监控预定的特性。该特性可以是电特性，诸如电压或电流。备选地，该特性可以是与电解质相关联的液压特性，诸如流或压力。当预定的特性达到预定的值时，机器40停止穿透步骤。换言之，机器40的计算机处理器在监控状态步骤期间确定孔是完整的。根据常规过程，机器40然后将被移动至另一位置以形成另一孔。

与常规过程相比，本发明提供了验证步骤，其发生在EDM工具40被重新定位之前。验证步骤包括探测步骤和缩回步骤。在探测步骤中，如下所述确定行进第一距离Y。现在参考图4，在缩回步骤中，用于形成在加工中的孔120的电极42被缩回预定的第二距离X。在探测步骤期间，电极42被重新插入孔120中直到其停止。在探测步骤期间，电极通过与未完全形成的孔120的底部接触(如上所述所监控的特性的一指示)而停止，或者因为探针已达到最大行进距离。最大行进距离可由第二物理机器停止或者由诸如预定的最大第三距离的测量来确定。预定的最大第三距离大于预定的第二距离X并且被确定成使得探针42的顶端45可从未阻塞的且完全形成的孔120延伸到空间19中。预定的最大第三距离可由机器40的机械极限来固定。就此而言，机器40可被构造成使得通过移动预定的最大第三距离电极42可行进到在加工中的孔120中，使得电极42的电极顶端45延伸穿过壁24。如在图5中所示，实际的行进第一距离如Y所指示并且由计算机处理器来监控。

当电极42在探测步骤期间停止行进时，记录行进第一距离Y。如果行进第一距离Y大于预定的第二距离X并且大约等于预定的最大第三距离，推断出在加工中的孔120是敞开的。应理解的是，在穿透步骤期间孔120可能被形成成使得在电极的顶端45与孔120的底部之间存在空间。应理解的是，预定的最大第三距离被选择成使得考虑该空间(如果有的话)。此外，死区值可被添加到预定的第二距离X以考虑其过程可变性空间(processvariability space)。死区可通过过程理解(process understanding)来确定。行进第一距离Y将与预定的第二距离X加上死区值进行比较。在缩回步骤中，电极42从在加工中的孔120撤回并且EDM工具40被重新定位以在新的预定的位置形成另一在加工中的孔120。

图6示出一示例，其中，所监控的预定的特性不正确地指示在加工中的孔120是完整的。在该情况下，电极42在缩回步骤中撤回预定的第二距离X，如上所示。探测步骤开始并且电极42的行进第一距离Y被测量，如上所述。如在图6中所示，在探测步骤期间，由于孔被阻塞，电极42被阻止行进更远。行进第一距离Y并不约等于预定的最大第三距离并且不显著大于预定的第二距离X。因此，确定孔是阻塞的。此时，重新开始孔形成或穿透步骤。如上所述，在加工中的孔120的进展由计算机处理器基于所监控的特性来验证。就此而言，当该特性达到预定的值时，停止孔形成步骤并且开始验证步骤。

孔形成和验证的循环可继续直到确定孔穿过部件壁合适地形成。

根据一备选方案，电极42在监控步骤期间停止，从而限定停止点。在探测步骤中，电极42然后移动进一步远离起始点并且经过停止点，而不首先朝向起始点缩回。

前面已说明了一种用于在翼型件中形成冷却孔的方法。该方法包括用于在形成另一孔之前验证和确认该孔是否令人满意地形成的步骤。这种方法可减少或消除对对于孔形成的离线品质检查诸如销检查和水检查的需要。因此，根据本发明，用于形成孔的过程更高效且劳动强度更低。

除非另有明确说明，在本说明书(包括任何所附权利要求、摘要和附图)中公开的各特征可由为了相同、等同或类似目的的备选特征代替。因此，除非另有明确说明，所公开的各特征仅是一系列等同或类似特征中的一个示例。

本发明不限于前述(多个)实施例的细节。本发明延伸至在本说明书(包括任何所附权利要求、摘要和附图)中所公开的特征的任何新颖的一个或任何新颖的组合，或者延伸至如所公开的任何方法或过程的步骤的任何新颖的一个或任何新颖的组合。

Claims (19)

1.一种使用构造成穿透金属的放电机加工工具用于孔形成的方法，所述方法包括以下步骤：

通过将电极移离起始点使用所述电极穿透金属以形成孔；

使用放电机器验证所述孔是完整的；以及

其中，所述验证步骤包括利用所述电极探测所述孔的步骤。

2.根据权利要求1所述的方法，其另外包括以下步骤：

如果所述电极未穿过壁，重新开始所述穿透步骤以继续形成所述孔。

3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述探测步骤包括以下步骤：

确定行进第一距离。

4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述探测步骤包括以下步骤：

在所述探测步骤期间监控所述行进第一距离。

5. 根据权利要求4所述的方法，其中，所述探测步骤包括以下步骤：

将所述电极撤回预定的第二距离；以及

在所述电极停止之后，将所述行进第一距离与所述预定的第二距离进行比较。

6. 根据权利要求5所述的方法，其中，所述验证步骤包括以下步骤：

如果所述行进第一距离等于或小于所述预定的第二距离，确定所述孔是不完整的；以及

重新开始所述穿透步骤。

7. 根据权利要求5所述的方法，其中，所述验证步骤包括以下步骤：

如果所述行进第一距离等于或小于所述预定的第二距离加上死区值，确定所述孔是不完整的；以及

重新开始所述穿透步骤。

8.根据权利要求1所述的方法，其中，所述验证步骤另外包括将所述电极撤回至预定的停止位置的步骤。

9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述验证步骤包括将所述行进第一距离与预定的最大值进行比较的步骤。

10. 根据权利要求9所述的方法，其中，所述验证步骤包括以下步骤：

如果所述行进第一距离小于所述预定的值，确定所述孔是不完整的并重新开始所述穿透步骤；以及

如果所述行进第一距离大于或等于所述预定的最大值，确定所述孔是完整的。

11.根据权利要求1所述的方法，其中，所述探测步骤包括以下步骤：

将所述电极移向所述起始点；

将所述电极移离所述起始点；以及

确定电极的顶端是否穿过壁。

12.一种使用放电机加工工具用于孔形成的方法，所述放电机加工工具包括构造成穿透金属的电极，所述方法包括以下步骤：

将所述放电机加工工具在将要形成孔的部件上定位；

形成所述孔；

在形成所述孔的步骤期间监控与所述电极相关联的预定的特性；

当所述预定的特性达到预定的值时，停止所述形成孔步骤从而限定停止位置；

验证所述孔是完整的；以及

尝试将所述电极相对于所述停止位置更远地移动到所述孔中。

13.根据权利要求12所述的方法，其另外包括以下步骤：

在尝试移动所述电极步骤中监控行进第一距离。

14.根据权利要求13所述的方法，其另外包括以下步骤：

将所述行进第一距离与预定的最大距离进行比较。

15. 根据权利要求14所述的方法，其另外包括以下步骤：

如果所述行进第一距离等于或大于预定的第二距离，确定所述孔是完整的；以及

如果所述第一行进距离小于所述预定的最大距离，确定所述孔是不完整的。

16.根据权利要求15所述的方法，其另外包括将所述电极撤回至预定的位置的步骤。

17.根据权利要求12所述的方法，其中，所述部件是翼型件。

18.根据权利要求17所述的方法，其中，所述孔穿过所述翼型件的壁形成。

19.根据权利要求14所述的方法，其中，预定的最大第三距离被选择成使得电极不横穿在所述翼型件内所限定的空间。