CN111022128A - 整体叶环结构及其制造方法 - Google Patents

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陈玉龙
姚利盼
刘巧沐
王学卫
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Abstract

本发明提供一种整体叶环结构及其制造方法，其中整体叶环结构包括：内环；叶环轮缘，所述叶环轮缘套设在所述内环外缘，所述叶环轮缘的外缘上周向均匀设置有多个叶片。本实施例提供的整体叶环结构，整体叶环结构为内环和叶环轮缘的分离式结构，且叶片加工方式为加工加工好的叶片直接设置到叶环轮缘的外缘上，有效避免了将外环加工成为整体叶环的叶片部位所造成的材料浪费，提高了材料利用率。整体叶环结构的叶盘强度极高，高度可以升高，形成一种近似无辐板或者小辐板的环形结构已承受转动过程中的离心荷载。整体叶环结构减小了辐板尺寸，相对于整体叶盘结构的重量更轻。

Description

整体叶环结构及其制造方法
技术领域
本发明属于发动机技术领域，尤其涉及一种整体叶环结构及其制造方法。
背景技术
航空发动机领域中，整体叶环作为继整体叶盘结构之后又一重要的发动机转子减重结构，在高推重比航空发动机上有巨大的应用潜力。现有的整体叶环包括内环和外环，外环经过加工后成为整体叶环的叶片部位，材料去除量大，特别是小轮毂比的整体叶环构件(如风扇转子)材料浪费极大。内环整体为一体成型的结构，
可见，现有的整体叶环结构存在加工过程中的材料利用率较低、加工周期较长、修复难度较大的技术问题。
发明内容
本发明实施例提供了一种整体叶环结构及其制造方法，至少解决上述部分技术问题。
第一方面，本发明实施例提供了一种整体叶环结构，包括：
内环；
叶环轮缘，所述叶环轮缘套设在所述内环外缘，所述叶环轮缘的外缘上周向均匀设置有多个叶片。
可选的，所述整体叶环结构还包括：
叶环安装边，所述叶环安装边设置在所述叶环轮缘的内缘。
可选的，所述叶环轮缘的外缘上周向均匀设置有多个焊接凸台，每个焊接凸台上焊接一个叶片。
可选的，所述内环采用复合材料制成；和/或，
所述叶环轮缘和所述叶片均采用均质材料制成。
可选的，所述叶环轮缘和所述叶片采用不同材质制成。
第二方面，本发明实施例提供了一种整体叶环结构的制造方法，用于制造如第一方面中任一项所述的整体叶环结构；所述方法包括：
提供一内环和叶环轮缘；
将所述内环焊接到所述叶环轮缘的内缘；
沿所述叶环轮缘的外缘周向均匀地焊接多个叶片。
可选的，所述沿所述叶环轮缘的外缘周向均匀地焊接多个叶片的步骤，包括：
采用线性摩擦焊接工艺，将多个叶片依次焊接到所述叶环轮缘的外缘上。
上述本发明实施例提供的整体叶环结构及其制造方法，其中整体叶环结构包括：内环；叶环轮缘，所述叶环轮缘套设在所述内环外缘，所述叶环轮缘的外缘上周向均匀设置有多个叶片。本实施例提供的整体叶环结构，整体叶环结构为内环和叶环轮缘的分离式结构，且叶片加工方式为加工加工好的叶片直接设置到叶环轮缘的外缘上，有效避免了将外环加工成为整体叶环的叶片部位所造成的材料浪费，提高了材料利用率。整体叶环结构的叶盘强度极高，高度可以升高，形成一种近似无辐板或者小辐板的环形结构已承受转动过程中的离心荷载。整体叶环结构减小了辐板尺寸，相对于整体叶盘结构的重量更轻。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种整体叶环结构的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的整体叶环结构的部分结构示意图；
图3为本发明实施例提供的整体叶环结构的部分结构示意图；
图4为本发明实施例提供的一种整体叶环结构的制造方法的流程示意图；
图5为本发明实施例提供的整体叶环结构的叶环轮缘的制作过程示意图；
图6为本发明实施例提供的整体叶环结构的叶片制作过程示意图。
附图标记汇总：
1-叶片、2-焊缝、3-内环、4-叶环安装边、5-叶环轮缘。
具体实施方式
下面通过具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。
参见图1，为本发明实施例提供的一种整体叶环结构的结构示意图。如图1和图2所示，所述整体叶环结构，包括：
内环3；
叶环轮缘5，所述叶环轮缘5套设在所述内环3外缘，所述叶环轮缘5的外缘上周向均匀设置有多个叶片1。
可选的，如图1所示，所述整体叶环结构还包括：
叶环安装边4，所述叶环安装边4设置在所述叶环轮缘5的内缘。
可选的，所述叶环轮缘5的外缘上周向均匀设置有多个焊接凸台，每个焊接凸台上焊接一个叶片1。
可选的，所述内环3采用复合材料制成；和/或，
所述叶环轮缘5和所述叶片1均采用均质材料制成。
可选的，所述叶环轮缘5和所述叶片1采用不同材质制成。
如图1至图3所示，整体叶环结构主要由5部分构成，包括叶片1、线性摩擦焊缝2、复合材料内环3、叶环安装边4和叶环轮缘5。叶片1和叶环轮缘5共同形成了流道。复合材料内环3承受叶环轮缘5及叶片1组成的叶环在旋转过程中的离心力，叶环安装边4为与压缩部件转子连接的结构。在整个结构中，除了复合材料内环3为连续纤维增强金属基复合材料，其余部分均为均质金属材料。
双材料焊接整体叶环的是分开制备叶片1部位和内环3复合材料部位，可根据设计需求采用更适合叶片1部位使用需求的材料及制备工艺进行制造，以适应整体叶环工作中叶身温度高而内环3温度低的特征，以充分发挥不同材料的优势。在制造了复合材料材料内环3及均质材料叶片1后，经线性摩擦焊将单个叶片1锻件焊接在金属基合材料叶环轮缘5上，最后经加工得到双材料焊接整体叶环结构。叶片1所用的材料可根据使用环境进行选择，复合材料内环3可用较成熟的复合材料制造。焊接过程中叶片1未经过高温长时间的扩散焊处理过程，力学性能有保障，同时单个叶片1的加工余量相对于整体式的外环小很多，提高了材料利用率。
上述本发明实施例提供的整体叶环结构，包括：内环；叶环轮缘，所述叶环轮缘套设在所述内环外缘，所述叶环轮缘的外缘上周向均匀设置有多个叶片。本实施例提供的整体叶环结构，整体叶环结构为内环和叶环轮缘的分离式结构，且叶片加工方式为加工加工好的叶片直接设置到叶环轮缘的外缘上，有效避免了将外环加工成为整体叶环的叶片部位所造成的材料浪费，提高了材料利用率。整体叶环结构的叶盘强度极高，高度可以升高，形成一种近似无辐板或者小辐板的环形结构已承受转动过程中的离心荷载。整体叶环结构减小了辐板尺寸，相对于整体叶盘结构的重量更轻。
此外，参见图4，本发明实施例还提供了一种整体叶环结构的制造方法，用于制造如上述图1至图3中任一项所述的整体叶环结构。如图4所示，所述方法包括：
S401，提供一内环和叶环轮缘；
S402，将所述内环焊接到所述叶环轮缘的内缘；
S403，沿所述叶环轮缘的外缘周向均匀地焊接多个叶片。
可选的，所述沿所述叶环轮缘的外缘周向均匀地焊接多个叶片的步骤，包括：
采用线性摩擦焊接工艺，将多个叶片依次焊接到所述叶环轮缘的外缘上。
在制造了复合材料材料内环及均质材料叶片后，经线性摩擦焊将单个叶片锻件焊接在金属基合材料叶环轮缘上，最后经加工得到双材料焊接整体叶环结构。
如图5和图6所示，分别制备构成复合材料内环3、叶环安装边4和叶环轮缘5的环形锻件。采用传统的连续纤维增强金属基复合材料的工艺在环形锻件特定位置制备复合材料，并经过加工而达到线性摩擦焊前的状态，即得到如图3所示的整体叶环内环毛坯。再将叶片通过线性摩擦焊与整体叶环内环毛坯连接形成整体叶环毛坯，随后经过精加工而达到如图1所示的整体叶环零件。
由于采用叶身和内环独立制造的路线，因此可以根据设计需要选用叶身与内环材料相同的方案，也可选用不同材料的方案；同时，线性摩擦焊工艺可选用小余量焊接或无余量方案，而焊缝位置除位于叶片根部外，还可以根据需要将焊缝选在叶身中部等其他位置。
本发明实施例提供的整体叶环结构的制造方法，在制造了复合材料材料内环及均质材料叶片后，经线性摩擦焊将单个叶片锻件焊接在金属基合材料叶环轮缘上，最后经加工得到双材料焊接整体叶环结构。叶片所用的材料可根据使用环境进行选择，复合材料内环可用较成熟的复合材料制造。焊接过程中叶片未经过高温长时间的扩散焊处理过程，力学性能有保障，同时单个叶片的加工余量相对于整体式的外环小很多，提高了材料利用率。本实施例提供的整体叶环结构的制造方法的具体实施过程可以参见上述图1至图3所示的整体叶环结构的具体实施过程，在此不再一一赘述。
以上所述，仅为本公开的具体实施方式，但本公开的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的而技术人员在本公开揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本公开的保护范围之内。因此，本公开的保护范围应当以权利要求的保护范围为准。

Claims (7)

1.一种整体叶环结构，其特征在于，包括：
内环；
叶环轮缘，所述叶环轮缘套设在所述内环外缘，所述叶环轮缘的外缘上周向均匀设置有多个叶片。
2.根据权利要求1所述的整体叶环结构，其特征在于，所述整体叶环结构还包括：
叶环安装边，所述叶环安装边设置在所述叶环轮缘的内缘。
3.根据权利要求1所述的整体叶环结构，其特征在于，所述叶环轮缘的外缘上周向均匀设置有多个焊接凸台，每个焊接凸台上焊接一个叶片。
4.根据权利要求1所述的整体叶环结构，其特征在于，所述内环采用复合材料制成；和/或，
所述叶环轮缘和所述叶片均采用均质材料制成。
5.根据权利要求4所述的整体叶环结构，其特征在于，所述叶环轮缘和所述叶片采用不同材质制成。
6.一种整体叶环结构的制造方法，其特征在于，用于制造如权利要求1至5中任一项所述的整体叶环结构；所述方法包括：
提供一内环和叶环轮缘；
将所述内环焊接到所述叶环轮缘的内缘；
沿所述叶环轮缘的外缘周向均匀地焊接多个叶片。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述沿所述叶环轮缘的外缘周向均匀地焊接多个叶片的步骤，包括：
采用线性摩擦焊接工艺，将多个叶片依次焊接到所述叶环轮缘的外缘上。
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