JP2016530445A - ブレードのための補強縁部を製造する方法、及びこの方法によって得られる補強縁部 - Google Patents

Abstract

タービンエンジンブレード７０の補強縁部１０’を製造する製造方法であって、該製造方法が、補強縁部のためのブランク１０を用意する工程と、粗面Ｓを形成するように第１ダイ５０と第２ダイ５２との間でダイスタンピングを施すことにより、ブランク１０に刻み目を刻印し、該２つのダイのうちの少なくとも一方が、刻み目を刻印するように形成されたパンチ５４を含む工程とを含む、タービンエンジンブレード７０の補強縁部１０’を製造する製造方法。上記の製造方法によって得られた補強縁部１０’。【選択図】図２

Description

本発明は、部材を製造する方法、及びこの方法によって得られる部材に関する。

より具体的には、前記部材はタービンエンジンブレードのための補強縁部であってよい。このような補強縁部は、任意のタイプの地上又は航空タービンエンジン、具体的にはヘリコプターのターボシャフトエンジン又は航空機のターボジェットエンジンに適合させることができる。

タービンエンジンブレードは、具体的にはその回転速度に関連した高いレベルの機械応力を被る一方、重量及びサイズに関与する厳しい条件を満たすことをも要求される。ブレードを軽量化するために考えられる選択肢の１つは、これらを製造するために複合材料を使用することである。とはいえ、タービンエンジンブレードはまたいくつかの利用基準を満たさなければならず、具体的には摩耗、及び異物による衝撃に耐えなければならない。例えば、航空機ターボジェットの前面ファンブレードは飛行中に摩耗に耐えなければならず、また飛行中、鳥の衝突による衝撃にも耐えなければならない。残念ながら、ブレードの前縁部がブレード本体と同じ複合材料から成っていると、前縁部は摩耗又は衝撃に対する抵抗性が不十分になるリスクがある。

この問題を解決するために、ブレード本体に別個の部材を嵌めることによって、ブレードの前縁部を補強するように提案がなされている。この部材はブレードの空気力学プロフィール内に組み込まれるようになる。このような別個の部位は補強縁部と呼ばれる。

補強縁部は、エンジンの回転軸線に対してほぼ半径方向に沿って長手方向に延びる一体部材であり、断面がほぼＹ字形のプロフィールを呈し、先細ブランチ間にかなりの厚さを備えた中央部分を有している。補強縁部はこのように、薄い長手方向側面の間に位置する「ノーズ」と呼ばれるかなりの厚さを備えた長手方向の中央部分を呈する。

このような補強縁部の厚さは、典型的には中央部分における数ミリメートルから、先細ブランチの端部における僅か１ミリメートルの１０分のいくらか（約０．２ｍｍ）まで変化する。

補強縁部を使用して、ブレードの前縁部又は後縁部を補強することができる。従って、補強縁部はその場所に適合する形状、例えばこれが締め付けられるブレード本体の縁部の形状に対して相補的な、捩れ及び反りを有する形状を呈さなければならない。

最後に、補強縁部の外面は、ブレードの空気力学特性への損害を回避するために、平滑な表面状態を呈する必要がある。これに対して補強縁部の内面は、補強縁部が締め付けられるブレード本体の縁部に密着するように、良質の曲率半径を呈することが必要である。

チタン合金から成る部分を熱間成形し機械加工することによって補強縁部を製造することが、ある特許文献に基づき公知である（例えば、特許文献１参照。）。この補強縁部を次いで、一般には接着剤によってブレード本体に組み付け、これによりブレードを形成する。それでもなお、こうして得られたブレードが呈する結合力（cohesion）は不十分である場合がある。このような環境下では、ブレードが被る応力は、補強縁部をブレード本体から分離させることがある。

仏国特許出願第２９６１８６６号

従って、ブレード本体との結合能力を高める、タービンエンジンブレードのための補強縁部を製造するのに適した製造方法が実際に必要である。

本開示は、タービンエンジンブレードの補強縁部を製造する製造方法であって、この方法が次の工程、すなわち、補強縁部のためのブランクを用意する工程と、粗面を形成するように前記ブランクに刻み目を刻印する工程とを含む。

補強縁部のブランクは、刻み目刻印工程の前又は後で鍛造又は機械加工されてよい。鍛造又は機械加工は、キャンバリング、ラミング、押し出し、又はこれら３つの操作の任意の組み合わせを含んでよい。ブランクは一般に、チタン合金から成る部材である。

本開示において、「粗面」という用語は、具体的には刻み目刻印工程によって改変された表面を意味するために使用される。従って、刻印されてはいないがしかしある程度の粗さを示す他の表面をブランクが呈し得るとしても、この粗面は専ら刻印された表面を意味する。ブランクが複数の個所で刻印される場合には、「粗面」という用語は、刻印された表面が隣接する又は隣接しないにかかわらず、刻印された表面の全てにその範囲が及ぶこともある。

粗面は、補強縁部を得るためにひとたびブランクが完全に成形されると、例えば接着剤によってブレード本体に組み付けるための表面である。この方法は従って、接着剤を受容するべきブランク部分上、すなわちブランクの粗面上のブランクの表面状態を最適化することにより、ブレード本体とのブランクの結合力を改善するのに役立つ。補強縁部内の応力に耐えるブレードの能力はこのようにこの方法によって高められる。

さらに、工程数が少ないため、本発明は生産ラインに容易に組み込むことができる。この方法は従って、工業的に実施するのが厄介ではない。

いくつかの実施態様では、この方法は、補強縁部の最終形状を得るように少なくともブランクの粗面を変形させることにあるさらなる工程を含む。

いくつかの実施態様では、粗面は、刻み目刻印工程後に変形させられる。従って、この方法は、補強縁部がすでに最終形状にあるならば粗面に刻印を施すことができないような補強縁部と一緒に使用するのに特に有利である。

いくつかの実施態様では、ブランクは、ほぼＹ字形であるプロフィールを有する。

従って、ブランクは長手方向に延び、ブランクのプロフィールはその方向に対して横方向に見られる。ブランクのプロフィールは厚い中央ベースを含んでよく、この中央ベースから２つのほぼ先細のブランチが延びている。中央ベースは長手方向に対して１つ又は２つ以上の曲線を呈することができる。

いくつかの実施態様では、粗面はブランクの内側に位置している。

「ブランクの内側」という用語は、ブレード本体と接触するべき表面を意味する。ブレード本体は一般に、補強縁部内に設けられた凹部に受容される。ブランクがほぼＹ字形のプロフィールを有する場合、ブランクの内側は、Ｙ字形の上側のブランチ（枝部）の間に位置する表面、すなわちＹ字形のブランチの互いに面する側によって形成された表面を意味する。

いくつかの実施態様では、粗面はＹ字ブランクの内側に刻印され、そしてブランクのブランチは次いで変形させられ且つ／又は互いに向かって動かされる。このような方法により刻み目刻印工程は、ブランチが充分に離隔された状態で、そして刻印工具を比較的通しやすい状態で実施される。或る環境では、ブランチが互いに向かって動かされた後、粗面を含むゾーンに機械加工工具がアクセスできなくなることがあり、この場合、刻み目の刻印は不可能である。

或る実施態様では、刻印工程は第１ダイと第２ダイとの間でダイスタンピングを施すことにより行われ、これら２つのダイのうちの少なくとも一方が、前記刻み目を刻印するように形成されたパンチを含む。

或る実施態様では、パンチは、刻み目が刻印されるブランク面の側に提供される。従ってパンチは、粗面のために所望される刻み目に対して相補的な刻み目を有している。具体的にはパンチは、粗面のために所望される粗さを得るのを可能にする程度の粗さを呈してよい。パンチの粗さは、粗面のために所望される粗さにほぼ等しくてよい。

粗面の粗さは、ブランクの初期粗さにより、パンチから粗さを転写することにより、そしてダイスタンピングの偶然性（contingencies）（刻印時の粗さの損失、材料特性、など）により形成される。

他の刻印方法、例えば化学機械加工は、これが及ぶ粗さ範囲が狭く、刻印されるべきでない表面を保護するようにブランクが調製されるのを必要とする。これとは対照的に、ダイスタンピングは、他のブランク表面を保護する必要なしに、選択的且つ局所的に刻み目を刻印するのを可能にする。

ダイスタンピングによって達成し得る粗さは広い範囲に及ぶ。加えて、ひとたびパンチが形成されると、ダイスタンピングは、化学機械加工よりも高速で、反復性が高く、そして低廉な作業となる。

いくつかの実施態様では、粗面の粗さが１〜２０、好ましくは３〜１０である。

本開示において、「粗さ」という用語は下記定義を満たす規模を意味する。粗面のプロフィールは平面上で前記表面を断面することによって得られ、粗面の粗さは前記表面のプロフィールの粗さの平均として定義される。プロフィールの粗さは平均線からの算術平均偏差によって定義され、しばしばＲａと書かれる。プロフィールが連続する規定の評価長さにわたって計算される値Ｒａは、連続プロフィールの各点と、考察中の評価長さにわたる前記プロフィールの平均線との間の距離の算術平均絶対値に等しい。慣例により、粗さ値Ｒａはマイクロメートル（μｍ）で表され、単位は述べられない。

上述の値範囲は、粗面が、ブレード本体と組み立てられるための最適な表面状態を有することを保証する。

本開示はまた、タービンエンジンブレードを製造する製造方法であって、この方法が次の工程、すなわち、上述の製造方法を用いて形成された補強縁部を用意する工程と、ブレード本体を用意する工程と、補強縁部の粗面の全て又は一部をブレード本体に接着する工程とを含む。

この方法によって製造されたタービンエンジンブレードはもちろん１つ又は２つ以上の補強縁部を有してよい。例えばタービンエンジンブレードは、一方が前縁部として作用し、他方が後縁部として作用する２つの補強縁部を有してよい。

この方法によって製造されたタービンエンジンブレードは、あらゆるタイプの応力、具体的には機械応力に対して特に堅牢である。このタービンエンジンブレードはその補強縁部とブレード本体との結合力を高める。

いくつかの実施態様では、ブレード本体は、有機マトリックス複合材料から形成されている。例えば、ブレード本体は、織られた材料のドレーピング（draping）によって、又は三次元織りによって得られる複合ブレード本体であってよい。さらに例えば、使用される複合材料は、織られた炭素／プラスチック繊維と樹脂マトリックス（例えばエポキシ、ビスマレイミド、又はシアネートエステル樹脂から形成されたマトリックス）とを集成することによって形成することができる。この集成体は、樹脂トランスファー成形（ＲＴＭ）タイプの真空樹脂注入法によって形成することができる。

本開示はまた、粗さが１〜２０、好ましくは３〜１０である表面、具体的には内面を有するタービンエンジンブレード補強縁部を提供する。

このような補強縁部は従って、上述のようにブレード本体に組み付けるのに特に適した粗面を呈する。

いくつかの実施態様では、補強縁部は上記のようにＹ字形プロフィールを呈することができる。或る実施態様では、粗面は補強縁部の内側にあってよく、すなわち粗面は、補強縁部の内面の全て又は部分に相当してよい。

本開示はまた、上記のような補強縁部を含むタービンエンジンブレードに関する。このようなタービンエンジンブレードは全てのタイプの応力、具体的には機械応力に耐えることができる。このタービンエンジンブレードは、これを形成する補強縁部とブレード本体との結合力を高める。

非制限的な例として提供された本発明の実施態様の下記詳細な説明を読めば、本発明及びその利点をよりよく理解することができる。説明は添付の図面を参照する。

図１は、前縁部の補強のためのブランクを示す斜視図である。 図２は、ブランクに刻み目を刻印する工程を示す概略図である。 図３は、変形後の補強縁部を示す斜視図である。 図４はタービンエンジンブレードを示す部分断面図である。

図１は、補強縁部を製造するために使用されるブランク１０の一例を示す斜視図である。この例では、ブランク１０はほぼＹ字形である。具体的には、ブランクはかなりの厚さの中央部分４０と、より小さな厚さの２つの先細のブランチ２０及び３０とを有している。中央部分４０は長手方向に延びている。中央部分はこの長手方向に１つ又は２つ以上の曲線を呈してよい。右側のブランチ２０と左側のブランチ３０とは中央部分４０から延びている。「左側」及び「右側」という用語は、明確にするために図面を参照しながら使用されるのにすぎず、ブランクが最終的に使用される方向に関しては言及していない。

右側のブランチ２０及び左側のブランチ３０はそれぞれ、各内面２２，３２と、各外面２４，３４とを有している。内面２２及び３２は互いに面している。換言すれば、内面２２及び３２はこれらの間に凸角、すなわち１８０°未満の角度を形成している。

補強縁部の製造方法の実施中、ブランク１０上に粗面が刻印される。例えばこの刻印はダイスタンピングによって実施されてよい。このようなダイスタンピング工程は図２に概略的に示されている。ブランク１０は第１ダイ５０と第２ダイ５２との間に配置されている。第１ダイ５０は、ブランクの中央部分４０の外面２４及び３４の形状に対して相補的な形状の第１支承面５６を有している。第２ダイ５２はパンチ５４を有している。パンチ５４は、内面２２及び３２の形状に対して相補的な形状の第２支承面５８によって形成されている。従ってブランク１０に圧着するために、ダイ５０及び５２が互いに向かって動かされたときに、ブランク１０の形状全体は変化しないままである。

この実施態様では、パンチ５４の第２支承面５８は、ブランクの内側を刻印することによって転写することが望まれる刻み目に対して相補的な刻み目を有している。ブランクの内側は、内面２２及び３２の全て又は部分を意味するために使用される。例えば、第２支承面５８の刻み目は、単に選択された粗さを有する表面であってよい。さらに、ブランク１０の外側、例えば外面２４及び３４に刻み目を刻印することが望まれるならば、適宜の刻み目を呈する必要があるのは第２支承面５８ではなく第１支承面５６であることは明らかである。

ブランク１０のダイスタンピング工程は加熱しながら行われる。すなわち、ダイスタンピング中、ブランク１０は、刻み目の刻印を転写するのを容易にするのに充分に高い温度にある。チタン合金を使用する場合、この工程のために用いられる温度は例えば約６００℃であってよい。

例えば、刻み目のタイプを変更し、或いは刻印される粗さの値を変更するために、パンチを所与のダイ上で交換するのに充分であるように、パンチは取り外し可能に構成することができる。

さらに、パンチ５４の表面はミリングによって、具体的にはボールバーを使用して調製されてよい。このような環境下では、ミリングのピッチを調節することによって、所期の粗さ寸法が決定される。ダイスタンピング工程終了時には、ブランク１０の形状全体は変化しないままであるが、しかし、ブランク１０は、内面２２及び３２の全て又は部分にわたって粗面Ｓを呈する。パンチ５４の第２支承面５８によって刻印された粗面Ｓは所期の粗さを呈する。

その後、ブランク１０は、これが補強縁部１０’の最終形態に達するように変形させてよい。このような補強縁部１０’が図３に示されている。具体的には、変形させられたブランク部分は、内面２２及び３２によって担持された粗面Ｓを含む。用いることができる変形方法は当業者によく知られている。

変形後、内面２２及び３２は、これらが元のブランクであった時よりも互いに近接する方向に動かすこともできる（図１参照）。図３の例では、これらの内面はほとんど平行である。内面２２及び３２間に画定された空間は小さい。この理由から、このような変形作業は「閉鎖（closing）」と呼ばれることがある。さらに、補強縁部１０’は長手方向に、ブランク１０よりも著しく大きく捩れ及び反りを施される。

注意すべきなのは、補強縁部１０’の最終形状を有するブランク１０上で上記ダイスタンピング工程を実施することは、少なくとも次の理由から難しいということである。その理由とは、第一に、ブランク１０の内側へパンチ５４を挿入することが、ブランクの内側が狭いにもかかわらず可能であると想定しても、薄く反ったパンチ５４を用意することがなおも必要であり、このようなパンチは構築が難しい。第二にはダイスタンピングのために加えられる力がブランク１０の表面に対して局所的に垂直であるその成分によってのみ作用する限りにおいて、ブランク１０のプロフィールの閉鎖度が高まるのに伴って増大する力で加圧することが必要になる。すなわちこの力はブランチ２０及び３０が互いに近接しているときに、より大きいことが必要になる。

タービンエンジンブレードの製造は、上記方法を用いて製造された補強縁部１０’を用意することを含んでよい。例えば、この補強縁部１０’は前縁部であってよい。タービンエンジンブレード７０を示す部分断面図である図４に示されているように、補強縁部は続いて、これを受容するように形成されたブレード本体６０上に組み付けられる。換言すれば、ブレード本体６０の外形は補強縁部１０’の内面２２及び３２の形状に対して相補的であってよいので、ブレード本体と補強縁部とは互いに完全に適合する。粗面Ｓを介してボンディングが行われ、具体的にはこれは接着剤によって達成することができる。

より正確に言えば、ブレード本体６０は吸い込み側の面６２と加圧側の面６３とを有している。右側の内面２２はその粗面Ｓを介して吸い込み側の面６２に接着されるのに対して、左側の内面３２はその粗面Ｓを介して加圧側の面６３に接着される。粗面Ｓの粗さは、補強縁部１０’とブレード本体６０との間に接着剤の良好な結合力をもたらす。

本発明は特定の実施態様に関連して記述されているものの、請求項によって定義された本発明の全般的な範囲を逸脱することなしに、これらの実施態様に変更を加えることができる。具体的には、示され且つ／又は述べられた種々の実施態様の個々の特徴はさらなる実施態様において組み合わせることができる。従って説明及び図面は、制限的な意味ではなく例示的な意味で考えられるべきである。

Claims (10)

1. タービンエンジンブレード（７０）の補強縁部（１０’）を製造する製造方法であって、該製造方法が、
   補強縁部のためのブランク（１０）を用意する工程と、
   粗面（Ｓ）を形成するように第１ダイ（５０）と第２ダイ（５２）との間でダイスタンピングを施すことにより、前記ブランク（１０）に刻み目を刻印し、該２つのダイのうちの少なくとも一方が、前記刻み目を刻印するように形成されたパンチ（５４）を含む工程とを含む、タービンエンジンブレード（７０）の補強縁部（１０’）を製造する製造方法。
2. 前記補強縁部（１０’）の最終形状を得るように少なくとも前記ブランク（１０）の粗面（Ｓ）を変形させることにあるさらなる工程を含む、請求項１に記載の製造方法。
3. 前記ブランク（１０）が、ほぼＹ字形であるプロフィールを有する、請求項１又は２に記載の製造方法。
4. 前記粗面（Ｓ）が前記ブランク（１０）の内側に位置している、請求項１〜３のいずれか１項に記載の製造方法。
5. 前記粗面（Ｓ）の粗さが１〜２０、好ましくは３〜１０である、請求項１〜４のいずれか１項に記載の製造方法。
6. タービンエンジンブレードを製造する製造方法であって、該方法が、
   請求項１〜５のいずれか１項に記載の製造方法を用いて形成された補強縁部（１０’）を用意する工程と、
   ブレード本体（６０）を用意する工程と、
   前記補強縁部（１０’）の前記粗面（Ｓ）の全て又は一部を前記ブレード本体（６０）に接着する工程とを含む、タービンエンジンブレードを製造する製造方法。
7. 前記ブレード本体（６０）が有機マトリックス複合材料から形成されている、請求項６に記載の製造方法。
8. タービンエンジンブレードのための補強縁部（１０’）であって、前記補強縁部が、請求項１〜７のいずれか１項に記載の製造方法によって得られた粗面（Ｓ）、具体的には粗い内面を含む、タービンエンジンブレードのための補強縁部。
9. 前記粗面（Ｓ）の粗さが１〜２０、好ましくは３〜１０である、請求項８に記載の補強縁部（１０’）。
10. 請求項８又は９に記載の補強縁部（１０’）を含むタービンエンジンブレード（７０）。

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