RU2477191C2 - Method of making hollow blower blade - Google Patents

Method of making hollow blower blade Download PDF

Info

Publication number
RU2477191C2
RU2477191C2 RU2011124220/02A RU2011124220A RU2477191C2 RU 2477191 C2 RU2477191 C2 RU 2477191C2 RU 2011124220/02 A RU2011124220/02 A RU 2011124220/02A RU 2011124220 A RU2011124220 A RU 2011124220A RU 2477191 C2 RU2477191 C2 RU 2477191C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
blanks
skin
diffusion welding
filler
aggregate
Prior art date
Application number
RU2011124220/02A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2011124220A (en
Inventor
Радик Рафикович МУЛЮКОВ
Александр Александрович Иноземцев
Ринат Владикович САФИУЛЛИН
Сергей Александрович ХАРИН
Александр Николаевич Козлов
Николай Леонидович Кокшаров
Владимир Алексеевич Кропотов
Алексей Анатольевич КРУГЛОВ
Игорь Васильевич Левин
Ирек Усманович Манапов
Михаил Александрович МОРОЗОВ
Сергей Петрович Павлинич
Сергей Илларионович Перепелица
Вадим Геннадьевич Трифонов
Original Assignee
Учреждение Российской Академии Наук Институт Проблем Сверхпластичности Металлов Ран
Открытое акционерное общество "Авиадвигатель"
Открытое акционерное общество "Уфимское моторостроительное производственное объединение"
Открытое Акционерное Общество "Корпорация Всмпо-Ависма"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Учреждение Российской Академии Наук Институт Проблем Сверхпластичности Металлов Ран, Открытое акционерное общество "Авиадвигатель", Открытое акционерное общество "Уфимское моторостроительное производственное объединение", Открытое Акционерное Общество "Корпорация Всмпо-Ависма" filed Critical Учреждение Российской Академии Наук Институт Проблем Сверхпластичности Металлов Ран
Priority to RU2011124220/02A priority Critical patent/RU2477191C2/en
Priority to PCT/RU2011/000984 priority patent/WO2012173512A1/en
Publication of RU2011124220A publication Critical patent/RU2011124220A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2477191C2 publication Critical patent/RU2477191C2/en

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K20/00Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating
    • B23K20/02Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating by means of a press ; Diffusion bonding
    • B23K20/023Thermo-compression bonding
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21DWORKING OR PROCESSING OF SHEET METAL OR METAL TUBES, RODS OR PROFILES WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D53/00Making other particular articles
    • B21D53/78Making other particular articles propeller blades; turbine blades
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K20/00Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating
    • B23K20/18Zonal welding by interposing weld-preventing substances between zones not to be welded
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K20/00Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating
    • B23K20/22Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating taking account of the properties of the materials to be welded
    • B23K20/233Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating taking account of the properties of the materials to be welded without ferrous layer
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23PMETAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; COMBINED OPERATIONS; UNIVERSAL MACHINE TOOLS
    • B23P15/00Making specific metal objects by operations not covered by a single other subclass or a group in this subclass
    • B23P15/04Making specific metal objects by operations not covered by a single other subclass or a group in this subclass turbine or like blades from several pieces
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01DNON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D5/00Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
    • F01D5/12Blades
    • F01D5/14Form or construction
    • F01D5/147Construction, i.e. structural features, e.g. of weight-saving hollow blades
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K2101/00Articles made by soldering, welding or cutting
    • B23K2101/001Turbines
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K2103/00Materials to be soldered, welded or cut
    • B23K2103/08Non-ferrous metals or alloys
    • B23K2103/14Titanium or alloys thereof
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05DINDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2230/00Manufacture
    • F05D2230/20Manufacture essentially without removing material
    • F05D2230/23Manufacture essentially without removing material by permanently joining parts together
    • F05D2230/232Manufacture essentially without removing material by permanently joining parts together by welding
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05DINDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2230/00Manufacture
    • F05D2230/50Building or constructing in particular ways
    • F05D2230/54Building or constructing in particular ways by sheet metal manufacturing
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T50/00Aeronautics or air transport
    • Y02T50/60Efficient propulsion technologies, e.g. for aircraft

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Architecture (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Pressure Welding/Diffusion-Bonding (AREA)

Abstract

FIELD: process engineering.
SUBSTANCE: invention relates to production of aircraft engines and may be used in making gas turbine blower blade composed of shin titanium alloy and filler. In compliance with this method, diffusion welding is used to joint skins and filler together while superplastic forming is used to form hollow root and stiffness ribs. Note here that adhesion between skins and filler and protective coating is broken before making aerofoil of one-piece structural blank. Note also that adhesion is broken in arranging said blank so that adjacent surfaces of skin and filler blanks stay in horizontal plane. Prior to making aerofoil of one-piece structural blank, its cavities are subjected to evacuation and filling with inert gas to remove oxygen therefrom. Then, said cavities are sealed.
EFFECT: expanded machining performances, higher quality due to application of blanks with sub micro crystalline or nano crystalline structure.
8 cl, 5 dwg, 2 ex

Description

Изобретение относится к области обработки металлов давлением, более конкретно, к способам изготовления полой лопатки вентилятора газотурбинного двигателя (ГТД), состоящей из выполненных из титанового сплава обшивок и заполнителя. Способ предполагает использование диффузионной сварки для соединения обшивок и заполнителя и сверхпластической формовки для образования полого пера и ребер жесткости.The invention relates to the field of metal forming, and more particularly, to methods for manufacturing a hollow fan blade of a gas turbine engine (GTE), consisting of casing and aggregate made of a titanium alloy. The method involves the use of diffusion welding to connect the skin and aggregate and superplastic molding to form a hollow pen and stiffeners.

Заявляемый способ может найти применение в авиационном двигателестроении. В том числе заявляемый способ может быть успешно использован для изготовления полой лопатки высокооборотного осевого вентилятора, имеющей сложный аэродинамический профиль, представление о котором дает описание, приведенное в [1]. Профили поперечных сечений лопатки расположены по ее высоте таким образом, что центры тяжести профилей в меридиональной плоскости находятся на кривой линии, имеющей вынос вперед в периферийной части и выпуклость в средней части. При этом передняя кромка лопатки имеет обратную стреловидность в периферийной части и уравновешивающую ее выпуклость в средней части передней кромки лопатки, исключающую появление изгибно-крутильного флаттера на расчетной частоте вращения рабочего колеса. Форма кривой линии положения центров тяжести профилей поперечных сечений лопатки в меридиональной плоскости определяется кубическим многочленом:The inventive method can find application in aircraft engine manufacturing. Including the inventive method can be successfully used for the manufacture of a hollow blade of a high-speed axial fan having a complex aerodynamic profile, which is described in the description given in [1]. The profiles of the cross sections of the scapula are located along its height so that the centers of gravity of the profiles in the meridional plane are on a curved line that has a forward extension in the peripheral part and a bulge in the middle part. In this case, the leading edge of the blade has a reverse sweep in the peripheral part and balancing its bulge in the middle part of the leading edge of the blade, eliminating the appearance of a bending-twisting flutter at the calculated rotational speed of the impeller. The shape of the curve of the position of the centers of gravity of the profiles of the cross sections of the scapula in the meridional plane is determined by the cubic polynomial:

Figure 00000001
Figure 00000001

где C1 - константа при члене третьей степени и находится в диапазоне, равном -2,08÷-1,78; С2 - константа при члене второй степени и находится в диапазоне, равном 2,95÷3,05; С3 - константа при члене второй степени и находится в диапазоне, равном -1,21÷-1,11; rвт - радиус втулки рабочей лопатки; rпер - радиус периферии рабочей лопатки; rцт - радиус центра тяжести профиля текущего плоского сечения рабочей лопатки; Хцт - координата центра тяжести текущего профиля плоского сечения лопатки; Хвт - координата центра тяжести втулочного профиля рабочей лопатки, а аэродинамический профиль поперечного сечения рабочей лопатки образован линией разрежения и линией давления, охватывающими среднюю линию профиля рабочей лопатки, изогнутую от входного конструктивного угла β'1 профиля рабочей лопатки до выходного конструктивного угла β'2 профиля рабочей лопатки, и определяется по соотношениюwhere C 1 is a constant for a member of the third degree and is in the range equal to -2.08 ÷ -1.78; C 2 is a constant for a term of the second degree and is in the range equal to 2.95 ÷ 3.05; C 3 is a constant for a term of the second degree and is in the range equal to -1.21 ÷ -1.11; r W is the radius of the sleeve of the working blades; r per - the radius of the periphery of the working blades; r ct is the radius of the center of gravity of the profile of the current flat section of the working blade; X ct is the coordinate of the center of gravity of the current profile of the flat section of the scapula; X W is the coordinate of the center of gravity of the sleeve profile of the working blade, and the aerodynamic profile of the cross section of the working blade is formed by a rarefaction line and a pressure line covering the middle line of the profile of the working blade, curved from the input structural angle β ' 1 of the profile of the working blade to the output structural angle β' 2 profile of the working blade, and is determined by the ratio

Figure 00000002
Figure 00000002

где β'1 - конструктивный угол средней линии профиля рабочей лопатки; β'1 - входной конструктивный угол профиля рабочей лопатки; β'2 - выходной конструктивный угол профиля рабочей лопатки; l - длина средней линии профиля рабочей лопатки; m - показатель степени при отношении (Δl/l) определяет положение максимального прогиба средней линии профиля лопатки и выбирается из условия обеспечения плавного нарастания градиента давления на поверхности рабочей лопатки, при m>1,0.where β ' 1 is the structural angle of the midline of the profile of the working blades; β ' 1 - input structural angle of the profile of the working blades; β ' 2 - output structural angle of the profile of the working blades; l is the length of the midline of the profile of the working blade; m is the exponent at the ratio (Δl / l) determines the position of the maximum deflection of the midline of the blade profile and is selected from the condition of ensuring a smooth increase in the pressure gradient on the surface of the working blade, for m> 1.0.

В соответствии с формой изогнутой средней линии профиля лопатки линия разрежения одной лопатки и линия давления смежной лопатки образуют конфигурацию проточной части межлопаточного канала, обеспечивающую плавное торможение сверхзвукового потока в системе слабых косых скачков уплотнения с образованием замыкающего скачка уплотнения в выходной части межлопаточного канала. В результате снижаются потери давления при торможении сверхзвукового потока, увеличивается коэффициент полезного действия вентилятора и запас его газодинамической устойчивости.In accordance with the shape of the curved midline of the blade profile, the rarefaction line of one blade and the pressure line of the adjacent blade form the configuration of the flow path of the interscapular channel, which ensures smooth braking of the supersonic flow in the system of weak oblique shock waves with the formation of a closing shock wave in the output part of the interscapular channel. As a result, pressure loss during braking of the supersonic flow is reduced, the efficiency of the fan and the margin of its gas-dynamic stability are increased.

Линия разрежения и линия давления лежат на поверхностях, называемых соответственно спинкой и корытом лопатки.The line of rarefaction and the line of pressure lie on surfaces called the back and trough of the scapula, respectively.

Разность между входным конструктивным углом β′1 профиля рабочей лопатки и выходным конструктивным углом β′2 профиля рабочей лопатки обеспечивается при изготовлении за счет закрутки пера [1].The difference between the input structural angle β ′ 1 of the profile of the working blade and the output structural angle β ′ 2 of the profile of the working blade is provided during manufacture by twisting the pen [1].

Рассматриваемая лопатка обладает рядом неоспоримых преимуществ, касающихся аэродинамических показателей. Но при попытке изготовления полой лопатки, имеющей столь сложный аэродинамический профиль, возникают проблемы, которые подробно рассмотрены ниже, разрешить которые становится возможным при помощи настоящего изобретения.The blade in question has a number of undeniable advantages regarding aerodynamic performance. But when trying to manufacture a hollow blade having such a complex aerodynamic profile, problems arise that are discussed in detail below, which can be solved using the present invention.

Кроме того, при изготовлении полой лопатки наметилась тенденция к использованию исходных заготовок, по крайней мере, заготовки заполнителя, с как можно более мелкозернистой структурой, а именно с субмикрокристаллической (СМК) или нанокристаллической (НК) структурой [2]. Использование заготовок с СМК или НК структурой позволит улучшить эксплуатационные характеристики лопатки. Эксплуатационные характеристики лопатки во многом определяются качеством соединения заполнителя с обшивками, полученного диффузионной сваркой. Использование, по крайней мере, заготовки заполнителя с НК или СМК структурой позволит значительно повысить качество соединения заполнителя с обшивками. В настоящее время размер зерен в заготовке заполнителя варьируется в пределах 5... 10 мкм [3].In addition, in the manufacture of a hollow blade, there has been a tendency toward the use of initial blanks, at least aggregate blanks with as finely grained structure as possible, namely with a submicrocrystalline (SMC) or nanocrystalline (NC) structure [2]. The use of blanks with QMS or NK structure will improve the operational characteristics of the blades. The operational characteristics of the blades are largely determined by the quality of the connection of the aggregate with the casing obtained by diffusion welding. The use of at least a filler blank with NK or SMK structure will significantly improve the quality of the connection of the filler with the casing. Currently, the grain size in the filler blank varies within 5 ... 10 microns [3].

Однако при попытке использования заготовки заполнителя с СМК или НК структурой при изготовлении полой лопатки также возникают проблемы, разрешить которые, наряду с проблемами, связанными с профилем лопатки, становится возможным при помощи настоящего изобретения.However, when trying to use a filler blank with a QMS or NK structure in the manufacture of a hollow blade, problems also arise which, along with the problems associated with the profile of the blade, can be solved using the present invention.

Таким образом, объектом настоящего изобретения является способ изготовления полой вентиляторной лопатки, имеющей сложный аэродинамический профиль, характеризующийся соотношениями типа (1) и (2). Далее для краткости будем называть такую лопатку усовершенствованной полой лопаткой.Thus, an object of the present invention is a method for manufacturing a hollow fan blade having a complex aerodynamic profile, characterized by relations of type (1) and (2). Further, for brevity, we will call such a blade an improved hollow blade.

Также объектом изобретения является способ изготовления полой лопатки, в том числе усовершенствованной полой лопатки, с использованием заготовки заполнителя с СМК или НК структурой.Another object of the invention is a method for manufacturing a hollow blade, including an improved hollow blade, using a filler blank with a QMS or NK structure.

Одной из основных технологических операций при изготовлении полой лопатки, как уже отмечалось, является диффузионная сварка. При этом соединяются заготовки обшивок с предварительно спрофилированной частью, предназначенной для крепления лопатки на диске рабочего колеса, в частности, в виде замка, и листовая заготовка заполнителя. Заготовки соединяются на строго определенных участках так, чтобы при формовке была получена заданная конфигурация ребер жесткости. На другие участки заготовок наносится защитное покрытие, препятствующее в процессе диффузионной сварки соединению заготовок. Другой основной операцией способа изготовления полой лопатки является сверхпластическая формовка, в результате которой формируются ребра жесткости и окончательный профиль полого пера лопатки. Не менее важной является осуществляемая в условиях горячей пластической деформации операция придания заготовкам аэродинамического профиля, включая образование спинки и корыта лопатки и закрутку пера лопатки [4, 5, 6].One of the main technological operations in the manufacture of a hollow blade, as already noted, is diffusion welding. In this case, the blanks of the skin are connected to the pre-shaped part intended for fastening the blades on the disk of the impeller, in particular in the form of a lock, and a sheet blank of the filler. The blanks are connected in strictly defined areas so that during molding a given configuration of stiffeners is obtained. A protective coating is applied to other sections of the workpieces, which prevents the connection of the workpieces during diffusion welding. Another main operation of the method for manufacturing a hollow blade is superplastic molding, as a result of which stiffening ribs and the final profile of the hollow feather of the blade are formed. Equally important is the operation to give the blanks an aerodynamic profile, carried out under conditions of hot plastic deformation, including the formation of a back and trough of the blade and twist of the blade feather [4, 5, 6].

Рассмотрим известные способы более подробно.Consider the known methods in more detail.

Способ изготовления полой вентиляторной лопатки газотурбинного двигателя [4] включает следующие операции:A method of manufacturing a hollow fan blade of a gas turbine engine [4] includes the following operations:

- горячую объемную штамповку заготовок обшивок и заполнителя с предварительным формированием замка и пера лопатки, а также с приданием заготовкам аэродинамического профиля, включая образование спинки и корыта лопатки и закрутку ее пера;- hot stamping of the blanks of the skin and aggregate with the preliminary formation of the lock and feather of the blade, as well as giving the blanks an aerodynamic profile, including the formation of the back and trough of the blade and twist of its feather;

- механическую обработку резанием заготовок обшивок с оформлением участков, подвергаемых соединению, в виде выступов с плоской в поперечном сечении поверхностью и участков, не подвергаемых соединению, в виде пазов, при этом, по крайней мере, часть поверхности пазов, противолежащую в собранном для диффузионной сварки пакете выступам, выполняют в поперечном сечении плоской;- machining by cutting the blanks of the casing with the design of the sections to be joined in the form of protrusions with a flat surface in cross section and the sections not to be joined in the form of grooves, while at least part of the surface of the grooves opposite in assembled for diffusion welding the package protrusions, perform in a flat cross section;

- сборку заготовок обшивок и заполнителя в пакет и диффузионную сварку заготовок обшивок и заполнителя, при этом перед сборкой пакета на поверхность участков заготовок обшивок, не подвергаемых соединению, то есть в пазы, наносят защитное покрытие;- assembly of the sheathing and filler preforms into a bag and diffusion welding of the sheathing and filler preforms, with a protective coating being applied to the surface of the sections of the sheathing blanks not being joined, that is, into the grooves;

- формирование полого пера и ребер жесткости сверхпластической формовкой путем подачи рабочей среды под давлением во внутренние полости цельной конструкционной заготовки, полученной посредством диффузионной сварки.- the formation of a hollow pen and stiffeners by superplastic molding by supplying a working medium under pressure into the internal cavities of an integral structural billet obtained by diffusion welding.

В совмещении приемов образования необходимого запаса материала в области замка лопатки и придания каждой заготовке в отдельности аэродинамического профиля есть определенная технологическая целесообразность, заключающаяся в исключении необходимости иметь специальное оборудование для осуществления операции придания аэродинамического профиля цельной конструкционной заготовке, полученной диффузионной сваркой.In combining the methods of forming the necessary supply of material in the area of the paddle blade and giving each blank individually an aerodynamic profile, there is a certain technological expediency, which consists in eliminating the need to have special equipment for performing the operation of imparting an aerodynamic profile to an integral structural blank obtained by diffusion welding.

Однако совмещение отмеченных операций влечет за собой и усложнение способа, в частности нанесение защитного покрытия на криволинейные поверхности заготовок обшивок, несмотря на наличие пазов, является достаточно трудоемкой операцией. Трудоемкой является также механическая обработка криволинейных поверхностей заготовок обшивок для формирования на них пазов и выступов.However, the combination of these operations entails the complexity of the method, in particular the application of a protective coating on the curved surfaces of the blanks of the skin, despite the presence of grooves, is a rather time-consuming operation. The time-consuming is also the mechanical processing of the curved surfaces of the blanks of the skin to form grooves and protrusions on them.

Способ изготовления полой вентиляторной лопатки [5] позволяет в определенной степени устранить недостатки, присущие способу [4], поскольку в способе [5] аэродинамический профиль придают уже цельной конструкционной заготовке.A method of manufacturing a hollow fan blade [5] allows to a certain extent to eliminate the disadvantages inherent in the method [4], since in the method [5] the aerodynamic profile is already attached to an integral structural blank.

Соответственно способ [5] включает следующие основные операции:Accordingly, the method [5] includes the following basic operations:

- механическую обработку резанием заготовок обшивок с предварительно сформированными замком и пером, при которой на их плоской поверхности оформляют участки, подвергаемые соединению, в виде выступов с плоской в поперечном сечении поверхностью и участки, не подвергаемые соединению, в виде пазов, при этом, по крайней мере, часть поверхности пазов, противолежащую в собранном для диффузионной сварки пакете выступам, выполняют в поперечном сечении плоской;- machining by cutting the blanks of the casing with a pre-formed lock and feather, in which on the flat surface they form the areas to be joined in the form of protrusions with a surface flat in the cross section and the parts not to be connected in the form of grooves, with at least at least, the part of the grooves surface, opposite to the protrusions assembled for diffusion welding, is performed in a flat cross-section;

- сборку заготовок обшивок и заполнителя в пакет и диффузионную сварку заготовок обшивок и заполнителя, при этом перед сборкой пакета на поверхность участков заготовок обшивок, не подвергаемых соединению, то есть в пазы, наносят защитное покрытие;- assembly of the sheathing and filler preforms into a bag and diffusion welding of the sheathing and filler preforms, with a protective coating being applied to the surface of the sections of the sheathing blanks not being joined, that is, into the grooves;

- придание цельной конструкционной заготовке аэродинамического профиля путем приложения к ней деформирующей нагрузки, включая формирование корыта и спинки лопатки и закрутку пера лопатки;- giving the integral structural blank an aerodynamic profile by applying a deforming load to it, including the formation of the trough and back of the scapula and the twist of the feather of the scapula;

- формирование полого пера и ребер жесткости сверхпластической формовкой путем подачи рабочей среды под давлением во внутренние полости цельной конструкционной заготовки.- the formation of a hollow pen and stiffeners by superplastic molding by supplying a working medium under pressure into the internal cavities of the integral structural billet.

Кроме того, в обоих известных способах [4, 5] необходимой является также отдельная операция разрыва адгезионной связи между защитным покрытием и заготовками, возникающей в процессе диффузионной сварки под воздействием приложенного давления. Является ошибочным отмеченное в способе [5] мнение, что разрыв адгезионной связи можно осуществить на начальном этапе сверхпластической формовки, поскольку при этом возникает риск повреждения цельной конструкционной заготовки. Возможность возникновения риска повреждения цельной конструкционной заготовки отмечается в описании способа изготовления полой вентиляторной лопатки [6], а его причины вскрываются и разъясняются ниже в данном описании при анализе признаков способа [6].In addition, in both known methods [4, 5], a separate operation is also necessary to break the adhesive bond between the protective coating and the workpieces that occurs during diffusion welding under the influence of applied pressure. It is erroneous the opinion noted in the method [5] that the adhesion bond can be broken at the initial stage of superplastic forming, since there is a risk of damage to the whole structural workpiece. The possibility of the risk of damage to the integral structural preform is noted in the description of the method for manufacturing a hollow fan blade [6], and its causes are disclosed and explained later in this description when analyzing the features of the method [6].

Поскольку в способе [5] механической обработке резанием для формирования пазов и выступов подвергаются плоские поверхности заготовок обшивок, трудоемкость способа несколько снижается, но тем не менее остается на достаточно высоком уровне, что не приводит к существенному снижению экономических затрат. Кроме того, в обоих известных способах [4, 5], если при диффузионной сварке прикладывать к пакету заготовок изостатическое давление, на внешней поверхности заготовок обшивок образуются волнообразные складки, глубина которых зависит от высоты выступов/глубины пазов. Рекомендуется прикладывать к пакету давление только со стороны заготовки обшивки, образующей спинку лопатки. В этом случае складки могут разгладиться в процессе формовки [5].Since in the method [5] machining by cutting to form grooves and protrusions undergoes the flat surfaces of the skin blanks, the complexity of the method is somewhat reduced, but nevertheless remains at a sufficiently high level, which does not significantly reduce economic costs. In addition, in both known methods [4, 5], if isostatic pressure is applied to the billet package during diffusion welding, wave-shaped folds are formed on the outer surface of the skin blanks, the depth of which depends on the height of the protrusions / depth of the grooves. It is recommended to apply pressure to the bag only from the side of the sheathing blank forming the back of the blade. In this case, the folds can be smoothed out during molding [5].

Известный способ изготовления полого изделия [6], по крайней мере, из двух заготовок, при этом, по крайней мере, одна из заготовок должна быть выполнена из металла или сплава, имеющего способность к сверхпластической деформации, также предполагает использование диффузионной сварки для соединения заготовок и сверхпластической формовки для образования ребер жесткости.A known method of manufacturing a hollow product [6], at least two workpieces, while at least one of the workpieces must be made of metal or alloy having the ability to superplastic deformation, also involves the use of diffusion welding to connect the workpieces and superplastic molding for the formation of stiffeners.

При изготовлении по способу [6] полой вентиляторной лопатки ГТД заготовки двух обшивок и заполнителя выполняются из титанового сплава. На поверхности участков заготовок обшивок и/или заготовки заполнителя, не подвергаемых соединению при диффузионной сварке, наносят защитное покрытие, препятствующее соединению. Собирают заготовки обшивок и заполнителя в пакет, герметизируют пакет по кромкам, исключая место установки, по крайней мере, одной трубки, затем подсоединяют трубку для получения герметичного пакета. Полости пакета последовательно вакуумируют и заполняют инертным газом для удаления из них кислорода. Нагревая пакет, удаляют (выпаривают) из его полостей связующее вещество защитного покрытия при непрерывном вакуумировании полостей пакета. Далее нагревают пакет и осуществляют диффузионную сварку заготовок. Придают цельной конструкционной заготовке, полученной после сварки, аэродинамический профиль, включая формирование корыта и спинки лопатки и закрутку пера лопатки, посредством горячей деформации. После придания цельной конструкционной заготовке аэродинамического профиля подают в ее полости рабочую среду для осуществления операции разрыва адгезионной связи между заготовками обшивок и заполнителя и защитным покрытием, образующуюся при диффузионной сварке на участках, не подвергаемых соединению, посредством создания в полости давления, достаточного для упругой деформации заготовок. Нагревают цельную конструкционную заготовку и подают в ее полости рабочую среду для создания давления, необходимого для сверхпластической формовки до получения полого пера лопатки и формирования ребер жесткости. Перед операцией сверхпластической формовки полости цельной конструкционной заготовки также последовательно вакуумируют и заполняют инертным газом для удаления из них кислорода.In the manufacture according to the method [6] of a hollow fan blade of a gas turbine engine, the blanks of two skins and a filler are made of a titanium alloy. A protective coating is applied to the surface of the sections of the skin blanks and / or aggregate blanks that are not subject to bonding during diffusion welding. Collect the blanks of skin and aggregate in a bag, seal the bag at the edges, excluding the installation location of at least one tube, then connect the tube to obtain a sealed bag. The cavity of the package is successively evacuated and filled with an inert gas to remove oxygen from them. By heating the packet, the binder of the protective coating is removed (evaporated) from its cavities by continuously evacuating the cavities of the packet. Next, heat the bag and carry out diffusion welding of the workpieces. The aerodynamic profile, including the formation of the trough and the back of the blade and the twisting of the feather of the blade, is imparted to the integral structural billet obtained after welding by means of hot deformation. After giving the integral structural preform an aerodynamic profile, a working medium is fed into its cavity for the operation of breaking the adhesive bond between the preforms of the skin and the filler and the protective coating, which is formed during diffusion welding in areas not subject to connection, by creating a pressure in the cavity sufficient for elastic deformation of the preforms . The whole structural billet is heated and a working medium is fed into its cavity to create the pressure necessary for superplastic molding to obtain a hollow blade pen and formation of stiffeners. Before the operation of superplastic forming, the cavities of the whole structural billet are also successively evacuated and filled with an inert gas to remove oxygen from them.

Другими словами последовательное вакуумирование и заполнение инертным газом полостей пакета или цельной конструкционной заготовки предназначено для их очистки от кислорода.In other words, the sequential evacuation and filling with inert gas of the cavities of the package or of the integral structural preform is intended for their purification from oxygen.

Кроме того, перед операциями диффузионной сварки и сверхпластической формовки последовательное вакуумирование и заполнение инертным газом полостей соответственно пакета и цельной конструкционной заготовки для удаления из них кислорода осуществляют многократно.In addition, before diffusion welding and superplastic forming operations, sequential evacuation and filling with inert gas of the cavities of the package and the integral structural billet, respectively, to remove oxygen from them is carried out repeatedly.

Заполнение инертным газом полостей пакета и цельной конструкционной заготовки осуществляют под давлением, доходящим до уровня атмосферного давления. Для выполнения вакуумирования и подачи инертного газа в полости пакета и цельной конструкционной заготовки используют, по крайней мере, одну трубку, устанавливаемую на кромке пакета. Может потребоваться не одна трубка. В частности, можно установить две трубки для каждой пары смежных поверхностей соединяемых заготовок. Кроме того, для подачи инертного газа, используемого в качестве рабочей среды, в полости цельной конструкционной заготовки в процессе сверхпластической формовки или для разрыва адгезионной связи между заготовками и защитным покрытием, а также для очистки полостей могут потребоваться различные трубки. По окончании процесса изготовления лопатки все трубки демонтируются, а оставшиеся после этого отверстия заделываются.Inert gas is filled in the cavities of the bag and the integral structural blanks under pressure that reaches atmospheric pressure. At least one tube mounted on the edge of the bag is used to perform evacuation and supply of inert gas in the cavity of the bag and the integral structural blank. More than one tube may be required. In particular, two tubes can be installed for each pair of adjacent surfaces of the workpieces to be joined. In addition, for supplying an inert gas used as a working medium in the cavity of an integral structural preform during superplastic molding or for breaking the adhesive bond between the preforms and the protective coating, as well as for cleaning the cavities, various tubes may be required. At the end of the manufacturing process of the blade, all tubes are dismantled, and the holes remaining after this are sealed.

В данном способе диффузионную сварку осуществляют в условиях, когда поверхности заготовок обшивок, смежные с поверхностью заготовки заполнителя, являются плоскими по всей площади. Отсутствие необходимости выполнения выступов на поверхности заготовок обшивок значительно повышает экономичность способа [6]. При отсутствии выступов диффузионная сварка беспрепятственно может бытьIn this method, diffusion welding is carried out under conditions when the surfaces of the skin blanks adjacent to the surface of the aggregate blank are flat over the entire area. The absence of the need to perform protrusions on the surface of the blanks of the skin significantly increases the efficiency of the method [6]. In the absence of protrusions, diffusion welding can easily be

осуществлена в условиях изостатического давления, для чего целесообразнее всего использовать газостат, что также повышает экономичность способа [6]. Для осуществления операции придания цельной конструкционной заготовке аэродинамического профиля может быть использовано специальное приспособление, представленное в описании к патенту [7]. В некоторых случаях, возможно, потребуется завершить процесс закрутки с коррекцией формы гнутой цельной конструкционной заготовки в соответствии с заданной формой штампа, используемого в процессе сверхпластической формовки. При этом используется штамп пресса горячего пластического деформирования, который контактирует с цельной конструкционной заготовкой только в технологических зонах, то есть в тех зонах, которые в дальнейшем будут удалены. В качестве альтернативы можно осуществить завершающий этап закрутки, используя штамп, предназначенный для сверхпластической формовки.carried out under isostatic pressure, for which it is most expedient to use a gas thermostat, which also increases the efficiency of the method [6]. To carry out the operation of imparting an aerodynamic profile to a solid structural blank, a special device can be used, which is described in the patent description [7]. In some cases, it may be necessary to complete the spin process with correcting the shape of the bent solid structural workpiece in accordance with the given shape of the stamp used in the superplastic molding process. In this case, a stamp of a hot plastic deformation press is used, which contacts a solid structural billet only in technological zones, that is, in those zones that will be removed in the future. Alternatively, the final spinning step can be carried out using a die intended for superplastic forming.

Известный способ [6] в течение длительного времени довольно успешно используется для изготовления полой вентиляторной лопатки, поэтому он выбран за прототип заявляемого способа.The known method [6] for a long time has been quite successfully used for the manufacture of a hollow fan blade, so it is selected for the prototype of the proposed method.

Здесь необходимо отмстить, что способ [6] был создан в период существования ГТД предыдущего поколения, имеющего вентилятор, лопатки которого в отличие от усовершенствованной лопатки характеризуются достаточно простым аэродинамическим профилем [6, фиг.1]. При этом размер зерен в заготовке заполнителя варьируется в пределах 5…10 мкм [3].Here it is necessary to avenge that the method [6] was created during the existence of the previous generation gas turbine engine with a fan, the blades of which, in contrast to the improved blade, are characterized by a rather simple aerodynamic profile [6, Fig. 1]. In this case, the grain size in the filler blank varies within 5 ... 10 microns [3].

При попытке использовать способ-прототип для изготовления усовершенствованной полой лопатки, как уже отмечалось выше, возникает ряд проблем. Проблемы также возникают при использовании заготовки заполнителя с СМК или НК структурой. Для выяснения причин возникновения этих проблем и обеспечения возможности их разрешения была осуществлена глубокая проработка каждой из операций способа-прототипа [6]. Кроме того, были проведены испытания и всесторонний контроль, включая разрушающий контроль после операций диффузионной сварки и сверхпластической формовки, опытных образцов - имитаторов лопатки, изготовленных по известным способам, в том числе по способу-прототипу, а также по заявляемому способу.When trying to use the prototype method for the manufacture of an improved hollow blade, as noted above, a number of problems arise. Problems also arise when using a filler blank with a QMS or NK structure. To clarify the causes of these problems and ensure the possibility of their resolution, a deep study of each of the operations of the prototype method was carried out [6]. In addition, tests and comprehensive control were carried out, including destructive testing after diffusion welding and superplastic molding operations, prototypes of blade simulators made by known methods, including the prototype method, as well as the claimed method.

В результате исследований было выявлено, что при изготовлении усовершенствованной полой лопатки, а также при использовании заготовки заполнителя с НК или СМК структурой неблагоприятными оказываются условия проведения операции разрыва адгезионной связи между заготовками и защитным покрытием на участках, не подвергаемых соединению, осуществляемой после придания цельной конструкционной заготовке аэродинамического профиля. Вместе с тем в описании способа-прототипа отмечено, что осуществление разрыва адгезионной связи до придания цельной конструкционной заготовке аэродинамического профиля может привести к нарушению конструкционной целостности изделия.As a result of studies, it was found that in the manufacture of an improved hollow blade, as well as when using a filler blank with NK or QMS structure, the conditions for the operation of breaking the adhesive bond between the workpieces and the protective coating in areas that are not subjected to bonding after imparting an integral structural blank are unfavorable aerodynamic profile. However, in the description of the prototype method, it is noted that the implementation of the rupture of the adhesive bond before giving the integral structural blank an aerodynamic profile can lead to a violation of the structural integrity of the product.

Прежде всего, необходимо выяснить, почему при изготовлении полой лопатки необходима отдельная операция разрыва адгезионной связи между заготовками и защитным покрытием и в чем причина прочности этой связи. С одной стороны, как отмечено в описании способа-прототипа, целостность защитного покрытия после удаления из него связующего вещества может быть легко нарушена. Нарушение целостности защитного покрытия до диффузионной сварки может привести к соединению заготовок обшивок и заполнителя на участках, где между ними соединения быть не должно. Попадание частиц защитного покрытия на участки соединения может привести к появлению в зоне соединения непроваров. В обоих случаях возникает необратимый брак при изготовлении лопатки. Поэтому собранный пакет заготовок переносится в газостат с большой осторожностью. Причем в качестве альтернативы даже предлагается оставить в защитном покрытии заданное количество связующего вещества. В этом случае защитное покрытие будет менее хрупким, благодаря чему собранный пакет можно будет перенести в газостат без нарушения целостности покрытия. Кроме того, в процессе приложения давления для диффузионной сварки может быть нарушена первоначальная равномерность толщины защитного покрытия из-за возможности перемещения частиц покрытия. Тем более в газостате собранный пакет может быть размещен в вертикальном положении.First of all, it is necessary to find out why in the manufacture of a hollow blade, a separate operation for breaking the adhesive bond between the workpieces and the protective coating is necessary and what is the reason for the strength of this bond. On the one hand, as noted in the description of the prototype method, the integrity of the protective coating after removal of the binder from it can be easily violated. Violation of the integrity of the protective coating before diffusion welding can lead to the connection of the blanks of the skin and aggregate in areas where there should not be a connection between them. The ingress of particles of the protective coating on the joints can lead to the appearance of lack of penetration in the joint zone. In both cases, irreversible defects occur in the manufacture of the blade. Therefore, the assembled package of blanks is transferred to the gas thermostat with great care. Moreover, as an alternative, it is even proposed to leave in the protective coating a predetermined amount of a binder. In this case, the protective coating will be less fragile, so that the assembled package can be transferred to the gas thermostat without violating the integrity of the coating. In addition, during the application of pressure for diffusion welding, the initial uniformity of the thickness of the protective coating may be violated due to the possibility of movement of the coating particles. Moreover, in the gas bath the assembled package can be placed in a vertical position.

С другой же стороны, что также отмечено в описании способа-прототипа, если попробовать разорвать адгезионную связь между защитным покрытием и заготовками при температуре сверхпластической формовки, имеется серьезный риск возникновения прогрессирующей локальной пластической деформации заготовок. В таких случаях часто возникает разрыв цельной конструкционной заготовки. Отмеченное обстоятельство свидетельствует в пользу прочности адгезионной связи. С учетом хрупкости защитного покрытия и возможности легкого нарушения его целостности прочность адгезионной связи может быть объяснена только одной причиной. А именно, из-за приложения к заготовкам значительного по величине давления при диффузионной сварке на участках, где заготовки заполнителя и обшивок не подлежат соединению, по вершинам отдельных микровыступов происходит неизбежное нарушение целостности защитного покрытия и микроскопическое по размерам оголение поверхности заготовок. В результате возникают отдельные также микроскопические «мостики», соединяющие заготовки обшивок и заполнителя. И если даже эти «мостики» в поперечном сечении имеют микронные размеры, становится необходимой упругая деформация заготовок для разрыва адгезионной связи между заготовками и защитным покрытием. Таким образом, рассматриваемую связь только условно можно назвать адгезионной связью между заготовками и защитным покрытием.On the other hand, which is also noted in the description of the prototype method, if you try to break the adhesive bond between the protective coating and the workpieces at a superplastic molding temperature, there is a serious risk of progressive local plastic deformation of the workpieces. In such cases, a break in the whole structural billet often occurs. The noted circumstance testifies in favor of the strength of the adhesive bond. Given the fragility of the protective coating and the possibility of a slight violation of its integrity, the strength of the adhesive bond can be explained by only one reason. Namely, due to the application to the workpieces of a significant pressure during diffusion welding in areas where the workpieces of filler and sheathing cannot be joined, an inevitable violation of the integrity of the protective coating and microscopic size exposure of the workpieces occur at the vertices of individual microprotrusions. As a result, separate microscopic “bridges” also arise, connecting the blanks of the skin and the aggregate. And even if these “bridges” are micron in cross section, elastic deformation of the workpieces becomes necessary to break the adhesive bond between the workpieces and the protective coating. Thus, the bond in question can only conditionally be called the adhesive bond between the workpieces and the protective coating.

Факт возникновения при диффузионной сварке отдельных микроскопических «мостиков», соединяющих заготовки обшивок и заполнителя на участках, не подвергаемых соединению, подтвердился при разрушающем контроле изготовленного по способу-прототипу имитатора, осуществленном после операции диффузионной сварки.The fact that individual microscopic “bridges” appeared during diffusion welding connecting the skin blanks and aggregate in areas not subjected to joining was confirmed by destructive testing of a simulator made by the prototype method after diffusion welding.

Разрыв адгезионной связи в способе-прототипе осуществляется под воздействием фиксированного давления рабочей среды - аргона, подаваемой во внутренние полости цельной конструкционной заготовки при комнатной температуре после придания ей аэродинамического профиля. При этом аргон с одного конца цельной конструкционной заготовки осторожно вводится в те зоны, где имеется защитное покрытие. Аргон, просачиваясь через защитное покрытие, достигает противоположного конца цельной конструкционной заготовки. Можно пропустить аргон сначала между заготовками одной обшивки и заполнителя, затем он, достигнув противоположного конца цельной конструкционной заготовки, вернется на вход, пройдя между заготовками другой обшивки и заполнителя. Данная операция выполняется при комнатной температуре, поскольку при этом имеющая место деформация заготовок не выходит за пределы упругой области. Из этих же соображений выбирается и фиксированная величина давления аргона, подаваемого во внутренние полости цельной конструкционной заготовки. Поскольку заготовки обшивок в части, подвергающейся упругой деформации, имеют переменную толщину, уменьшающуюся от замка к периферии пера, величина давления выбирается с учетом максимальной толщины заготовок обшивок.The adhesion bond is broken in the prototype method under the influence of a fixed pressure of the working medium, argon, supplied to the internal cavities of the whole structural billet at room temperature after giving it an aerodynamic profile. At the same time, argon is carefully introduced from one end of the integral structural billet into those zones where there is a protective coating. Argon seeping through the protective coating reaches the opposite end of the solid structural billet. You can skip argon first between the blanks of one sheathing and aggregate, then he, having reached the opposite end of the integral structural blanks, will return to the input, passing between the blanks of another shelling and aggregate. This operation is performed at room temperature, since the deformation of the preforms taking place does not extend beyond the elastic region. From the same considerations, a fixed value of the argon pressure supplied to the internal cavities of the integral structural billet is also selected. Since the blanks of the skin in the part undergoing elastic deformation have a variable thickness, decreasing from the lock to the periphery of the pen, the pressure value is selected taking into account the maximum thickness of the blanks of the skin.

При использовании обеих схем пропускания аргона заготовки обшивок, упруго деформируясь, расходятся в стороны относительно друг друга, освобождаясь от адгезионной связи с защитным покрытием. При этом тонкая заготовка заполнителя подвергается упругому изгибу и растяжению. Здесь необходимо отметить то обстоятельство, что упругая деформация участков заготовки обшивки, образующей корыто, где имеется встречная по отношению к направлению действующих усилий выпуклость, оказывается по величине, заметно меньшей, чем деформация соответствующих участков заготовки обшивки, образующей спинку лопатки. С позиций теории упругости устойчивость отмеченных участков заготовки обшивки, образующей корыто лопатки, под воздействием давления аргона можно рассматривать как устойчивость пологой оболочки под воздействием внешней равномерно распределенной нагрузки [8]. Вследствие устойчивости отмеченных участков заготовки обшивки, образующей корыто лопатки, упругая деформация может оказаться недостаточной для разрыва адгезионной связи, и возникает необходимость увеличения давления аргона. В таких условиях целесообразнее использовать вторую схему пропускания аргона через полости цельной конструкционной заготовки, позволяющую более объективно судить о том, насколько полно проходит процесс разрыва, и более точно определить величину, на которую необходимо увеличить давление аргона.When using both argon transmission schemes, the skin blanks, elastically deformed, diverge to the sides relative to each other, being released from the adhesive bond with the protective coating. In this case, the thin filler blank is subjected to elastic bending and stretching. Here it is necessary to note the fact that the elastic deformation of the sections of the sheathing preform forming a trough, where the convexity is opposite to the direction of the acting forces, turns out to be noticeably smaller than the deformation of the corresponding sections of the sheathing preform forming the back of the scapula. From the standpoint of elasticity theory, the stability of the marked sections of the sheathing blank forming the trough of the blade under the influence of argon pressure can be considered as the stability of a shallow shell under the influence of an external uniformly distributed load [8]. Due to the stability of the marked sections of the sheathing blank forming the trough of the blade, the elastic deformation may not be sufficient to break the adhesive bond, and there is a need to increase argon pressure. Under such conditions, it is more expedient to use the second scheme for passing argon through the cavities of the whole structural billet, which makes it possible to more objectively judge how fully the process of rupture passes and more accurately determine the amount by which it is necessary to increase the argon pressure.

При изготовлении усовершенствованной полой лопатки после закрутки пера на довольно значительный по величине угол, требуемый для обеспечения разности между выходным и входным конструктивными углами аэродинамического профиля лопатки (2), возникает перегиб пера, в области которого участки заготовок обшивок и заполнителя приобретают выраженную выпуклость/вогнутость. Вследствие устойчивости участков заготовок, выпуклых по отношению к направлению действующих при разрыве усилий, их упругая деформация становится практически невозможной. С позиций теории упругости устойчивость отмеченных участков заготовок под воздействием давления аргона можно рассматривать как устойчивость эллиптической оболочки под воздействием равномерно распределенного внешнего давления [9]. В результате возникает необходимость увеличить давление, создаваемое в полости цельной конструкционной заготовки, для того, чтобы на отмеченных участках разорвать адгезионную связь за счет достаточной по величине деформации заготовки обшивки, имеющей вогнутость по отношению к направлению действующих при разрыве усилий, и заготовки заполнителя. Что касается выпуклых по отношению к направлению действующих при разрыве усилий участков заготовки обшивки, при любом увеличении давления преодолеть их устойчивость удается только посредством перестройки формы изгиба [9].In the manufacture of an improved hollow blade after twisting the pen by a rather significant angle required to ensure the difference between the output and input structural angles of the aerodynamic profile of the blade (2), a kink of the pen occurs, in the area of which the sections of the skin blanks and the filler acquire a pronounced convexity / concavity. Due to the stability of the sections of the workpieces, convex with respect to the direction of the forces acting at break, their elastic deformation becomes almost impossible. From the standpoint of elasticity theory, the stability of the marked sections of the workpieces under the influence of argon pressure can be considered as the stability of the elliptical shell under the influence of uniformly distributed external pressure [9]. As a result, there is a need to increase the pressure created in the cavity of the integral structural preform in order to break the adhesive bond in the marked areas due to the sufficient deformation of the sheathing preform, which has a concavity with respect to the direction of the forces acting at break, and the aggregate preform. As for the sections of the sheath blank that are convex with respect to the direction of the force acting at break, at any increase in pressure, their stability can only be overcome by changing the shape of the bend [9].

С увеличением давления повсеместно увеличивается степень упругой деформации заготовок обшивок и тонкой заготовки заполнителя и, по крайней мере, на отдельных участках в отдельных слоях заготовки заполнителя становится возможным переход деформации из упругой области в пластическую область. Такой переход при упругой деформации заготовки заполнителя изгибом и растяжением становится возможным по причине резкого снижения предела текучести отдельных слоев заготовки заполнителя, предварительно подвергнутых изгибу в противоположном направлении и сжатию при горячей пластической деформации посредством гибки и кручения. Эффект резкого снижения предела текучести по отношению к напряжениям противоположного знака широко известен в технике под названием эффекта Баушингера [8, 10, 11, 12, 13]. В среднем для металлов и сплавов снижение предела текучести из-за проявления эффекта Баушингера достигает 50% [8]. Влияние эффекта Баушингера подлежит обязательному учету при обработке металлов давлением, особенно при осуществлении процессов листовой штамповки [12, 13]. Кроме того, данный эффект проявляется тем сильнее, чем мельче размер зерен в заготовке [11]. Титановые сплавы наиболее подвержены влиянию эффекта Баушингера. Снижение предела текучести в заготовке из титанового сплава с мелкозернистой структурой может достигать 80% [10].With increasing pressure, the degree of elastic deformation of the sheath blanks and the thin aggregate blanks everywhere increases, and at least in separate sections in separate layers of the aggregate blank, the strain can be transferred from the elastic region to the plastic region. Such a transition during elastic deformation of the filler preform by bending and stretching becomes possible due to a sharp decrease in the yield strength of individual layers of the filler preform, previously subjected to bending in the opposite direction and compression during hot plastic deformation by bending and torsion. The effect of a sharp decrease in the yield strength with respect to stresses of the opposite sign is widely known in the art as the Bausinger effect [8, 10, 11, 12, 13]. On average, for metals and alloys, a decrease in the yield strength due to the manifestation of the Bausinger effect reaches 50% [8]. The influence of the Bausinger effect must be taken into account when processing metals by pressure, especially when performing sheet stamping processes [12, 13]. In addition, this effect is manifested the stronger, the smaller the grain size in the workpiece [11]. Titanium alloys are most affected by the Bausinger effect. A decrease in the yield strength in a preform of a titanium alloy with a fine-grained structure can reach 80% [10].

В соответствии с последним отмеченным обстоятельством при использовании листовой заготовки заполнителя с СМК или НК структурой эффект Баушингера может проявиться даже при меньших степенях ее изгиба и растяжения, чем те, которые наблюдаются при изготовлении усовершенствованной полой лопатки, то есть и в процессе изготовления обычной лопатки [6, фиг.1].In accordance with the last noted circumstance, when using a sheet blank of aggregate with SMC or NK structure, the Bausinger effect can manifest itself even at lower degrees of bending and stretching than those observed in the manufacture of an improved hollow blade, that is, in the process of manufacturing a conventional blade [6 , Fig.1].

Физическая природа эффекта Баушингера объясняется явлением упругого гистерезиса, обусловленного наличием в образце остаточных напряжений после его предварительной пластической деформации [8, 14]. Здесь возможны возражения относительно образования остаточных напряжений при горячей деформационной обработке, посредством которой осуществляется операция придания лопатке аэродинамического профиля. Как известно [15], при горячей деформационной обработке за процессом динамического упрочнения следуют процессы динамического разупрочнения (рекристаллизация и возврат). Однако известно также, что структура, получаемая в результате горячей деформационной обработки, зависит от того, в какой точке кривой напряжение-деформация будет прекращен процесс деформирования. Кривая напряжение-деформация имеет три участка, характеризуемые соответствующими степенями деформации. Первый участок, характеризуемый малыми степенями деформации (относительная деформация до 10%), отражает увеличение плотности дислокации и формирование субструктуры, необходимых для дальнейшего деформирования. Третий участок, характеризуемый степенями деформации более 50%, соответствует стабилизации структуры. Переходный второй участок характеризуется колебаниями напряжения [15]. При формировании профиля лопатки степени деформации заготовок, в том числе заготовки заполнителя и отдельных ее слоев, не выходят за пределы первого участка кривой напряжение-деформация.The physical nature of the Bausinger effect is explained by the phenomenon of elastic hysteresis due to the presence of residual stresses in the sample after its preliminary plastic deformation [8, 14]. Here objections are possible regarding the formation of residual stresses during hot deformation processing, by means of which the operation of imparting an aerodynamic profile to the blade is carried out. As is known [15], during hot deformation processing, the process of dynamic hardening is followed by the processes of dynamic softening (recrystallization and recovery). However, it is also known that the structure obtained as a result of hot deformation processing depends on at what point in the stress – strain curve the deformation process is terminated. The stress-strain curve has three sections characterized by corresponding degrees of deformation. The first section, characterized by small degrees of deformation (relative deformation up to 10%), reflects an increase in the dislocation density and the formation of the substructure necessary for further deformation. The third section, characterized by degrees of deformation of more than 50%, corresponds to stabilization of the structure. The transitional second section is characterized by voltage fluctuations [15]. When forming the profile of the blade, the degree of deformation of the workpieces, including the workpiece of the aggregate and its individual layers, do not go beyond the first section of the stress-strain curve.

После операции придания цельной конструкционной заготовке аэродинамического профиля отсутствует какая-либо операция термообработки в течение времени, необходимого для релаксации напряжений и уменьшения влияния эффекта Баушингера [8, 16]. К тому же осуществление термообработки перед операцией сверхпластической формовки с позиций излишнего роста зерен, затрат энергии и повышения трудоемкости является нецелесообразным.After the operation of imparting an aerodynamic profile to the integral structural billet, there is no heat treatment operation for the time required to relax the stresses and reduce the influence of the Bausinger effect [8, 16]. In addition, the implementation of heat treatment before the operation of superplastic forming from the standpoint of excessive grain growth, energy costs and increase the complexity is inappropriate.

Необходимо заметить, что при изготовлении усовершенствованной полой лопатки рост касательных напряжений при упругом изгибе может привести тонкую заготовку заполнителя или отдельные ее слои в состояние «на пределе текучести» [17] даже без учета эффекта Баушингера.It should be noted that in the manufacture of an improved hollow blade, the growth of shear stresses during elastic bending can bring a thin preform of a filler or its individual layers to a state “at the yield strength” [17] even without taking into account the Bausinger effect.

Далее в результате рекристаллизации в процессе нагрева под сверхпластическую формовку на локальном участке заготовки заполнителя, где, по крайней мере, ее отдельные слои претерпели холодную пластическую деформацию, формируется структура, по размеру зерен резко отличающаяся от структуры заготовки заполнителя в целом. При малых скоростях деформирования, используемых для осуществления сверхпластической деформации, напряжения течения в значительной мере зависят от размера зерен. Поэтому при сверхпластической формовке неоднородность структуры по размеру зерен приведет к локализации деформации при формировании отдельных ребер жесткости и нарушению равномерности толщины этих ребер, что, в свою очередь, приведет к потере запаса их прочности и несущей способности. Даже малейшая потеря запаса прочности и несущей способности ребер жесткости совершенно недопустима для такого изделия, как полая вентиляторная лопатка. Наличие таких ребер жесткости было обнаружено при разрушающем контроле имитатора после операции сверхпластической формовки, имеющего более простой по сравнению с лопаткой [1] аэродинамический профиль, при изготовлении которого использовалась заготовка заполнителя с размером зерен 0,6 мкм.Further, as a result of recrystallization during heating under superplastic molding in the local area of the aggregate preform, where at least its individual layers underwent cold plastic deformation, a structure is formed that differs in grain size from the structure of the aggregate preform as a whole. At low strain rates used for superplastic deformation, the flow stresses are largely dependent on the grain size. Therefore, in superplastic molding, the heterogeneity of the structure in terms of grain size will lead to localization of deformation during the formation of individual stiffeners and a violation of the uniformity of the thickness of these ribs, which, in turn, will lead to a loss of their safety margin and bearing capacity. Even the slightest loss of margin of safety and bearing capacity of stiffeners is completely unacceptable for a product such as a hollow fan blade. The presence of such stiffeners was detected during destructive testing of the simulator after the superplastic molding operation, which has a simpler aerodynamic profile than the blade [1], in the manufacture of which a filler blank with a grain size of 0.6 μm was used.

Из-за своей малости рассматриваемый дефект может остаться незамеченным, однако при этом он не становится менее опасным.Due to its smallness, the considered defect may go unnoticed, but at the same time it does not become less dangerous.

Таким образом, при изготовлении усовершенствованной полой лопатки по способу-прототипу при разрыве адгезионной связи после придания цельной конструкционной заготовке сложного аэродинамического профиля возникает риск перехода деформации слоев тонкой заготовки заполнителя из упругой области в пластическую область вследствие проявления эффекта Баушингера. Эффект Баушингера при разрыве адгезионной связи может проявиться и при изготовлении более простой по конструкции лопатки с использованием заготовки заполнителя с СМК или НК структурой. В конечном результате в обоих случаях возникает риск образования ослабленных ребер жесткости в готовой лопатке. При изготовлении усовершенствованной полой лопатки с использованием заготовки заполнителя с СМК или НК структурой отмеченные риски суммируются.Thus, in the manufacture of an improved hollow blade according to the prototype method when the adhesive bond is broken after giving the whole structural workpiece a complex aerodynamic profile, there is a risk of the deformation of the layers of the thin filler workpiece from the elastic region to the plastic region due to the Bausinger effect. The Bausinger effect when breaking the adhesive bond can also be manifested in the manufacture of a blade simpler in design using a filler blank with a QMS or NC structure. The end result in both cases there is a risk of the formation of weakened stiffeners in the finished blade. In the manufacture of an improved hollow blade using a filler blank with a QMS or NK structure, the noted risks are summarized.

Необходимо также отметить наличие масштабного эффекта, свидетельствующего о большей вероятности появления технологических затруднений или каких-либо дефектов в большем объеме материала [17].It should also be noted that there is a large-scale effect, indicating a greater likelihood of technological difficulties or any defects in a larger volume of material [17].

В способе изготовления полой вентиляторной лопатки масштабный эффект проявляется при увеличении хорды лопатки.In the method of manufacturing a hollow fan blade, a large-scale effect is manifested with an increase in the chord of the blade.

Однако в описании способа-прототипа, как уже упоминалось, отмечено, что попытка осуществить разрыв адгезионной связи до придания цельной конструкционной заготовке аэродинамического профиля может привести к нарушению конструкционной целостности изделия. В описании способа-прототипа не объясняются причины возможного нарушения конструкционной целостности изделия, но детальные исследования позволили вскрыть их. Защитное покрытие может включать порошковый иттрий, распределенный в связующем веществе, иHowever, in the description of the prototype method, as already mentioned, it is noted that an attempt to break the adhesive bond before giving the whole structural blank an aerodynamic profile can lead to a violation of the structural integrity of the product. The description of the prototype method does not explain the reasons for a possible violation of the structural integrity of the product, but detailed studies have allowed to open them. The protective coating may include yttrium powder dispersed in a binder, and

растворитель. После удаления связующего вещества, как уже отмечалось, частицы защитного покрытия могут перемещаться даже до диффузионной сварки, что предотвращается осторожным обращением с пакетом заготовок.solvent. After removing the binder, as already noted, the particles of the protective coating can move even before diffusion welding, which is prevented by careful handling of the package of blanks.

При разрыве адгезионной связи частицы защитного покрытия, перемещаясь по поверхности участков, не подвергнутых соединению диффузионной сваркой, могут сгруппироваться и образовать локальные скопления, чему не в малой степени способствует расположение заготовки в процессе разрыва. В частности, при расположении цельной конструкционной заготовки вертикально при разрыве адгезионной связи - это самый неблагоприятный случай, такие скопления частиц защитного покрытия становятся неизбежными. При горячей деформации посредством гибки и закрутки скопления частиц более твердого иттрия внедрятся в пластичные заготовки, в первую очередь в заготовку заполнителя. В дальнейшем при сверхпластической формовке в этом месте будет развиваться резкое локальное утонение заготовки заполнителя и соответственно ребра жесткости, что может привести к его разрыву, то есть к отмеченному в описании способа-прототипа нарушению конструкционной целостности готового изделия.When the adhesive bond is broken, the particles of the protective coating, moving along the surface of areas that are not subjected to diffusion welding, can group and form local clusters, which is facilitated by the location of the workpiece in the process of breaking. In particular, when the whole structural workpiece is positioned vertically when the adhesive bond is broken, this is the most unfavorable case, such accumulations of particles of the protective coating become inevitable. During hot deformation, by bending and twisting, accumulations of particles of harder yttrium will be introduced into plastic preforms, primarily into the aggregate preform. Subsequently, during superplastic molding, sharp local thinning of the aggregate blank and, accordingly, stiffeners will develop in this place, which can lead to its rupture, that is, to the violation of the structural integrity of the finished product noted in the description of the prototype method.

После диффузионной сварки порошок защитного покрытия несколько уплотняется и оказывается зажатым между заготовками обшивок и заполнителя, что делает условия проведения закрутки благоприятными. При последующем разрыве адгезионной связи из-за того, что защитное покрытие находится на поверхностях, уже имеющих аэродинамический профиль, происходит некоторое перемещение его частиц, несмотря на осторожное введение аргона в полости цельной конструкционной заготовки. Но это перемещение в силу своей незначительности, которая обусловлена достаточно простой формой пера лопатки, в способе-прототипе оказывается некритичным при последующей сверхпластической формовке, сопровождающейся раскрытием полостей цельной конструкционной заготовки.After diffusion welding, the powder of the protective coating is somewhat compacted and is sandwiched between the blanks of the skin and the aggregate, which makes the conditions for the swirling favorable. In the subsequent breakdown of the adhesive bond due to the fact that the protective coating is on surfaces that already have an aerodynamic profile, some movement of its particles occurs, despite the careful introduction of argon into the cavity of the integral structural blank. But this movement, due to its insignificance, which is due to the rather simple shape of the blade pen, in the prototype method is not critical during subsequent superplastic molding, accompanied by the opening of the cavities of the whole structural blank.

При изготовлении усовершенствованной полой лопатки в процессе разрыва, осуществляемого после закрутки, частицы защитного покрытия вследствие наличия выраженного перегиба пера при любом расположении цельной конструкционной заготовки, несмотря на осторожное введение аргона в ее полости, активно перемещаются, ссыпаясь, как в чашу, на соответствующие участки заготовок обшивок и заполнителя. Ссыпавшись таким образом, частицы защитного покрытия образуют значительное по объему скопление, которое вызывает после снятия давления аргона, необходимого для разрыва адгезионной связи, выпучивание заготовок обшивок и заполнителя в упругой области. Такое выпучивание в упругой области перед операцией сверхпластической формовки становится теперь весьма критичным, особенно для заготовки заполнителя. Во-первых, на начальном этапе формовки, пока полости цельной конструкционной заготовки не раскрылись, а раскрываются они медленно, в месте, где имеется, необходимо еще раз подчеркнуть, значительное по объему скопление частиц защитного покрытия, также произойдет локальная пластическая деформация заготовки заполнителя, что в дальнейшем также может привести к разрыву ребра жесткости в лопатке. Во-вторых, в процессе нагрева в результате рекристаллизации на локальном участке заготовки заполнителя, где была запасена ощутимая по величине упругая энергия, сформируется структура, отличная от структуры заготовки заполнителя в целом. О влиянии упругой энергии на процесс рекристаллизации в заготовке из титанового сплава, учитывая единую природу металлов и сплавов, можно судить по источнику [18], где оценивается влияние упругой энергии на формирование структуры при рекристаллизации в кремнистой стали. О том, что неоднородная структура заготовки заполнителя приводит к нарушению равномерной толщины ребра жесткости и к потере запаса его прочности и несущей способности, было подробно сказано выше.In the manufacture of an improved hollow blade in the process of rupture carried out after twisting, the particles of the protective coating due to the presence of pronounced kink of the pen at any location of the integral structural workpiece, despite the careful introduction of argon in its cavity, are actively moving, pouring like in a bowl, to the corresponding sections of the workpieces skins and aggregate. Having coalesced in this way, the particles of the protective coating form a large accumulation of volume, which, after relieving the argon pressure necessary to break the adhesive bond, bulges the skin and aggregate blanks in the elastic region. Such buckling in the elastic region before the superplastic forming operation is now becoming very critical, especially for the filler blank. Firstly, at the initial stage of molding, until the cavities of the whole structural blank are opened, and they open slowly, in the place where there is, it is necessary to emphasize again, a significant accumulation of particles of the protective coating, local plastic deformation of the filler blank will also occur, which in the future, it can also lead to rupture of the stiffeners in the blade. Secondly, during the heating process as a result of recrystallization in the local area of the aggregate preform, where a noticeable largest elastic energy was stored, a structure is formed that is different from the structure of the aggregate preform as a whole. The effect of elastic energy on the recrystallization process in a titanium alloy billet, taking into account the unified nature of metals and alloys, can be judged from the source [18], where the influence of elastic energy on the structure formation during recrystallization in silicon steel is estimated. The fact that the inhomogeneous structure of the aggregate preform leads to a violation of the uniform thickness of the stiffeners and to the loss of its safety margin and load-bearing capacity was discussed in detail above.

Таким образом, с рассмотренной позиции, как и с позиции нежелательного проявления эффекта Баушингера, в случае изготовления усовершенствованной полой лопатки вентилятора с использованием способа [6] при осуществлении операции разрыва адгезионной связи между защитным покрытием и заготовками обшивок и заполнителя создаются предпосылки для возникновения риска образования в готовом изделии опасных дефектов.Thus, from the considered position, as well as from the point of view of the undesirable manifestation of the Bausinger effect, in the case of manufacturing an improved hollow fan blade using the method [6], the risk of finished product of dangerous defects.

Задачей изобретения является расширение технологических возможностей способа изготовления полой вентиляторной лопатки, позволяющих изготовить как лопатку, имеющую достаточно простой аэродинамический профиль, так и усовершенствованную лопатку, характеризующуюся сложным аэродинамическим профилем.The objective of the invention is to expand the technological capabilities of the method of manufacturing a hollow fan blade, which allows to produce both a blade having a fairly simple aerodynamic profile, and an improved blade characterized by a complex aerodynamic profile.

Задачей изобретения также является повышение качества полой лопатки за счет использования, по крайней мере, заготовки заполнителя с субмикрокристаллической или нанокристаллической структурой.The objective of the invention is also to improve the quality of the hollow blade due to the use of at least a filler blank with a submicrocrystalline or nanocrystalline structure.

Поставленная задача решается посредством способа изготовления полой вентиляторной лопатки газотурбинного двигателя, состоящей из выполненных из титанового сплава обшивок и заполнителя, с использованием диффузионной сварки для соединения обшивок и заполнителя и сверхпластической формовки для образования полого пера и ребер жесткости, согласно которому в отмеченной ниже последовательности выполняют операции, заключающиеся в том, что на поверхность участков заготовок обшивок и/или заготовки заполнителя, не подвергаемых соединению при диффузионной сварке, наносят покрытие, препятствующее соединению, собирают заготовки обшивок и заполнителя в пакет, герметизируют пакет по кромкам, исключая место установки, по крайней мере, одной трубки, подсоединяют трубку к пакету, полости пакета последовательно вакуумируют и заполняют инертным газом для удаления из полостей пакета кислорода, нагревают пакет до температуры, необходимой для испарения из покрытия, препятствующего соединению, связующего вещества, продолжая вакуумирование пакета для удаления из него испаряющегося связующего вещества, полностью герметизируют пакет посредством герметизации трубки, нагревают пакет до температуры диффузионной сварки, прикладывают к пакету давление и осуществляют диффузионную сварку заготовок, осуществляют операцию разрыва адгезионной связи между заготовками обшивок и заполнителя и защитным покрытием, образующуюся при диффузионной сварке на участках, не подвергаемых соединению, посредством создания в полостях цельной конструкционной заготовки давления, достаточного для упругой деформации заготовок обшивок и заполнителя, причем при осуществлении операции разрыва адгезионной связи цельную конструкционную заготовку располагают таким образом, чтобы смежные поверхности заготовок обшивок и заполнителя находились в горизонтальной плоскости, осуществляют последовательное вакуумирование и заполнение инертным газом полостей цельной конструкционной заготовки для удаления из них кислорода, снова полностью герметизируют пакет, нагревают его и посредством горячей деформации придают цельной конструкционной заготовке, полученной после диффузионной сварки, аэродинамический профиль, включая формирование корыта и спинки лопатки и закрутку пера лопатки, нагревают цельную конструкционную заготовку до температуры сверхпластической формовки, подают в ее полости рабочую среду для создания давления, необходимого для сверхпластической формовки, и осуществляют сверхпластическую формовку до получения полого пера лопатки и формирования ребер жесткости.The problem is solved by a method of manufacturing a hollow fan blade of a gas turbine engine, consisting of casing made of titanium alloy and a filler, using diffusion welding to connect the casing and filler and superplastic molding to form a hollow feather and stiffeners, according to which the operations are performed in the sequence noted below consisting in the fact that on the surface of the sections of the blanks of skin and / or blanks of aggregate, not subject to the connection n and diffusion welding, a coating preventing the connection is applied, the blanks of the skin and aggregate are collected into a bag, the bag is sealed at the edges, excluding the installation location of at least one tube, the tube is connected to the bag, the cavities of the bag are successively evacuated and filled with an inert gas to remove from the cavities of the oxygen packet, heat the packet to the temperature necessary for evaporation of the binder from the coating, which prevents the compound, while continuing to evacuate the packet to remove evaporating of a poisonous substance, completely seal the bag by sealing the tube, heat the bag to the temperature of diffusion welding, apply pressure to the bag and perform diffusion welding of the workpieces, perform the operation of breaking the adhesive bond between the workpieces of the skin and the filler and the protective coating formed during diffusion welding in areas not exposed the connection, by creating in the cavities of the integral structural billet pressure sufficient for the elastic deformation of the blanks of skin and spare parts a filler; moreover, during the operation of breaking the adhesive bond, the integral structural preform is positioned so that the adjacent surfaces of the sheathing and aggregate preforms are in a horizontal plane, they are evacuated sequentially and the cavities of the entire structural preform are filled with inert gas to remove oxygen from them, they again completely seal the bag, they heat it and, through hot deformation, attach it to a solid structural billet obtained after diffusion welding, the aerodynamic profile, including the formation of the trough and back of the blade and the twist of the feather blade, heat the whole structural billet to the temperature of superplastic molding, feed the working medium into its cavity to create the pressure necessary for superplastic molding, and carry out superplastic molding to obtain a hollow feather of the blade and formation of stiffeners.

Поставленная задача решается также в следующих случаях, когда:The task is also solved in the following cases when:

- последовательное вакуумирование и заполнение инертным газом полостей цельной конструкционной заготовки для удаления из них кислорода перед операцией придания цельной конструкционной заготовке аэродинамического профиля осуществляют многократно;- sequential evacuation and filling with inert gas the cavities of the whole structural billet to remove oxygen from them before the operation of giving the integral structural billet an aerodynamic profile is carried out repeatedly;

- используют заготовку заполнителя с размером зерен менее 1 мкм;- use a filler blank with a grain size of less than 1 μm;

- диффузионную сварку осуществляют в два этапа, при этом на первом этапе давление прикладывают при температуре ниже температуры второго этапа, близкой к нижней границе температурного интервала, обеспечивающего соответствующую условиям сверхпластичности заготовки заполнителя скорость деформации, в течение времени, достаточного для образования физического контакта между соединяемыми заготовками обшивок и заполнителя, а второй этап проводят при температуре и в течение времени, необходимых для развития между соединяемыми заготовками объемного взаимодействия;- diffusion welding is carried out in two stages, while at the first stage pressure is applied at a temperature below the temperature of the second stage, close to the lower boundary of the temperature range, providing a deformation rate corresponding to the conditions of superplasticity of the aggregate preform, for a time sufficient to form a physical contact between the joined preforms lining and aggregate, and the second stage is carried out at a temperature and for the time necessary for development between the connected workpieces about lazy interaction;

- при использовании заготовки заполнителя с размером зерен 0,6…0,8 мкм первый этап диффузионной сварки осуществляют при температуре 650…700°С в течение 30 мин, второй этап диффузионной сварки осуществляют при температуре 900…950°С в течение 2 часов;- when using a filler blank with a grain size of 0.6 ... 0.8 μm, the first stage of diffusion welding is carried out at a temperature of 650 ... 700 ° C for 30 minutes, the second stage of diffusion welding is carried out at a temperature of 900 ... 950 ° C for 2 hours;

- используют заготовки обшивок, поверхности которых, смежные с поверхностью заготовки заполнителя, являются плоскими по всей площади;- use skin blanks whose surfaces adjacent to the surface of the aggregate blank are flat over the entire area;

- на поверхности заготовок обшивок оформляют участки, подвергаемые соединению, в виде выступов, плоская поверхность которых является смежной с поверхностью заготовки заполнителя, и участки, не подвергаемые соединению, в виде пазов, кроме того, при удалении связующего вещества защитного покрытия пакет заготовок располагают таким образом, чтобы смежные поверхности заготовок обшивок и заполнителя находились в горизонтальной плоскости, сохраняя такое положение пакета до и в процессе диффузионной сварки;- on the surface of the sheathing blanks, the sections to be bonded are formed in the form of protrusions, the flat surface of which is adjacent to the surface of the filler blank, and the sections not to be bonded in the form of grooves, in addition, when removing the binder of the protective coating, the package of blanks is placed in this way so that the adjacent surfaces of the blanks of the skin and the filler are in the horizontal plane, maintaining this position of the package before and during diffusion welding;

- давление при диффузионной сварке прикладывают со стороны обшивки, образующей спинку лопатки.- pressure during diffusion welding is applied from the side of the skin forming the back of the blade.

Совокупность и последовательность указанных выше операций способа обеспечивает решение поставленной задачи и получение технического результата, заключающегося в расширении технологических возможностей способа изготовления полой вентиляторной лопатки, позволяющих изготовить как лопатку, имеющую достаточно простой аэродинамический профиль, так и усовершенствованную лопатку, характеризующуюся сложным аэродинамическим профилем, описываемым соотношениями типа (1), (2). Способ позволяет также изготовить лопатку с использованием, по крайней мере, заготовки заполнителя с СМК или НК структурой. Приемы заявляемого способа позволяют полностью предотвратить проявление физических эффектов, таких как эффект Баушингера или рост касательных напряжений при изгибе тонкой заготовки заполнителя, а также перемещение и ссыпание частиц защитного покрытия с образованием скоплений при разрыве адгезионной связи.The combination and sequence of the above operations of the method provides a solution to the problem and obtain a technical result, which consists in expanding the technological capabilities of the method of manufacturing a hollow fan blade, allowing to produce both a blade having a fairly simple aerodynamic profile and an improved blade characterized by a complex aerodynamic profile described by the relations type (1), (2). The method also allows the manufacture of a blade using at least a filler blank with a QMS or NK structure. The methods of the proposed method can completely prevent the manifestation of physical effects, such as the Bausinger effect or the growth of shear stresses when bending a thin preform aggregate, as well as the movement and pouring of particles of the protective coating with the formation of clusters when the adhesive bond is broken.

Проявление эффекта Баушингера предотвращается, поскольку операция разрыва адгезионной связи между заготовками обшивок и заполнителя и защитным покрытием, сопровождающаяся упругим растяжением и изгибом заготовок, осуществляется до операции придания цельной конструкционной заготовке аэродинамического профиля, и соответственно отсутствует предшествующая пластическая деформация заготовок, прежде всего заготовки заполнителя, противоположного знака.The manifestation of the Bausinger effect is prevented, since the operation of breaking the adhesive bond between the blanks of the skin and the filler and the protective coating, accompanied by elastic stretching and bending of the workpieces, is carried out before the operation of giving the whole structural workpiece an aerodynamic profile, and accordingly there is no previous plastic deformation of the workpieces, especially the filler workpiece, the opposite sign.

Одновременно ввиду отсутствия криволинейных поверхностей и расположения цельной конструкционной заготовки при разрыве адгезионной связи таким образом, что смежные поверхности заготовок обшивок и заполнителя имеют горизонтальное положение, предотвращается перемещение и ссыпание частиц защитного покрытия с образованием их скоплений. Непосредственно в процессе разрыва адгезионной связи частицы защитного покрытия могут несколько переместиться, однако после снятия давления они окажутся вновь распределенными достаточно равномерно, без выраженных скоплений, по поверхности участков заготовок, не подвергаемых соединению.At the same time, due to the absence of curved surfaces and the location of a solid structural billet when the adhesive bond is broken so that the adjacent surfaces of the skin and filler blanks are horizontal, the particles of the protective coating can be moved and poured off to form their clusters. Directly in the process of breaking the adhesive bond, the particles of the protective coating can move somewhat, however, after depressurization, they will again be distributed fairly evenly, without pronounced accumulations, on the surface of the sections of the workpieces that are not subject to bonding.

При осуществлении операции разрыва адгезионной связи аргон в полости цельной конструкционной заготовки необходимо вводить очень осторожно. Последнее условие соблюдается и в способе [6]. При этом возможно, как и в способе [6], использование двух схем пропускания аргона через полости цельной конструкционной заготовки. Согласно первой схеме аргон одновременно вводится во все зоны, где имеется защитное покрытие. Согласно второй схеме можно пропустить аргон сначала между заготовками одной обшивки и заполнителя, а затем между заготовками другой обшивки и заполнителя.When performing the operation of breaking the adhesive bond, argon in the cavity of an integral structural blank must be entered very carefully. The last condition is also observed in the method [6]. In this case, it is possible, as in the method [6], the use of two schemes for transmitting argon through the cavity of a solid structural billet. According to the first scheme, argon is simultaneously introduced into all areas where there is a protective coating. According to the second scheme, argon can be skipped first between the blanks of one sheathing and aggregate, and then between the blanks of another sheathing and aggregate.

При использовании любой схемы в заявляемом способе в отличие от способа [6] заготовки обеих обшивок при отсутствии встречной по отношению к направлению действующих усилий выпуклости деформируются одинаково, что является одним из факторов, предотвращающих рост касательных напряжений при изгибе тонкой заготовки заполнителя.When using any scheme in the inventive method, in contrast to the method [6], the blanks of both skins are deformed in the absence of a convex counter to the direction of the acting forces, which is one of the factors preventing the growth of tangential stresses when bending a thin filler blank.

Операция разрыва адгезионной связи так же, как в способе [6], выполняется при комнатной температуре, поскольку при этом имеющая место деформация заготовок не выходит за пределы упругой области. Из этих же соображений выбирается и величина фиксированного давления аргона, подаваемого во внутренние полости цельной конструкционной заготовки. Необходимо отметить, что в заявляемом способе величина давления может быть выбрана значительно меньшей, чем в способе [6], ввиду отсутствия встречного по отношению к направлению действующих усилий прогиба заготовок, что также является фактором, предотвращающим рост касательных напряжений при изгибе тонкой заготовки заполнителя.The operation of breaking the adhesive bond, as in the method of [6], is performed at room temperature, since the deformation of the preforms taking place does not extend beyond the elastic region. From the same considerations, the value of the fixed argon pressure supplied to the internal cavities of the integral structural billet is also selected. It should be noted that in the inventive method, the pressure value can be chosen significantly lower than in the method [6], due to the lack of bending of the workpieces counter to the direction of the acting forces, which is also a factor preventing the growth of tangential stresses when bending a thin filler blank.

После осторожно осуществленного при требуемом расположении цельной конструкционной заготовки разрыва адгезионной связи, вакуумирования и герметизации полостей цельной конструкционной заготовки защитное покрытие вновь оказывается зажатым между заготовками обшивок и заполнителя. В результате условия проведения операции придания цельной конструкционной заготовке аэродинамического профиля фактически становятся такими же, как в способе [6]. И, что особенно существенно, при изготовлении усовершенствованной лопатки из-за отсутствия операции разрыва адгезионной связи непосредственно перед операцией сверхпластической формовки частицы защитного покрытия не имеют возможности перемещаться и ссыпаться на участки, где имеется перегиб пера, что исключает неоднородную деформацию заготовки заполнителя при формировании ребер жесткости в процессе сверхпластической формовки.After carefully breaking the adhesive bond at the required location of the integral structural preform, evacuating and sealing the cavities of the whole structural preform, the protective coating is again sandwiched between the skin and filler blanks. As a result, the conditions for the operation of imparting an aerodynamic profile to the integral structural billet actually become the same as in the method [6]. And, which is especially important, in the manufacture of an improved blade due to the absence of an adhesive bond breaking operation immediately before the superplastic molding operation, the protective coating particles are not able to move and poured into areas where there is a pen bend, which eliminates the inhomogeneous deformation of the filler blank during stiffening in the process of superplastic molding.

В заявляемом способе так же, как в способе [6], перед операцией диффузионной сварки, многократно осуществляют последовательное вакуумирование и заполнение инертным газом полостей пакета и цельной конструкционной заготовки для удаления из них кислорода с последующей после вакуумирования герметизацией полостей.In the inventive method, as in the method [6], before the diffusion welding operation, vacuum evacuation and filling with the inert gas the cavities of the bag and the integral structural blank for repeatedly removing oxygen from them followed by vacuum sealing of the cavities are repeatedly performed.

В заявляемом способе отмеченную операцию осуществляют также перед операцией придания цельной конструкционной заготовке аэродинамического профиля. Последнее обстоятельство, безусловно, удлиняет технологический цикл изготовления изделия, но оно является необходимым для того, чтобы предотвратить окисление поверхностей заготовок при их горячей деформации, то есть в целом для решения поставленной перед изобретением задачи.In the inventive method, the noted operation is also carried out before the operation of imparting an aerodynamic profile to the integral structural blank. The latter circumstance, of course, lengthens the technological cycle of manufacturing the product, but it is necessary in order to prevent oxidation of the surfaces of the workpieces during their hot deformation, that is, in general, to solve the problem posed by the invention.

В качестве альтернативы можно сократить количество переходов операции или всю операцию последовательного вакуумирования и заполнения инертным газом полостей цельной конструкционной заготовки перед операцией сверхпластической формовки.Alternatively, it is possible to reduce the number of operation transitions or the entire operation of sequential evacuation and filling with inert gas the cavities of the whole structural preform before the superplastic forming operation.

В процессе очистки полости цельной конструкционной заготовки при заполнении инертным газом уже не раскрываются, поскольку давление инертного газа не превышает атмосферного давления. Поэтому частицы защитного покрытия не имеют возможности перемещаться.During the cleaning process, the cavities of the whole structural billet when filling with inert gas are no longer revealed, since the pressure of the inert gas does not exceed atmospheric pressure. Therefore, the particles of the protective coating are not able to move.

Также приемы заявляемого способа вследствие предотвращения проявления эффекта Баушингера позволят использовать заготовку заполнителя с СМК и НК структурой. Это позволит в значительной мере повысить качество соединения, получаемого посредством диффузионной сварки, за счет существенной разницы в пределах текучести заготовок обшивок и заполнителя. Для того чтобы более полно использовать преимущества отмеченной разницы свойств заготовок, рекомендуется диффузионную сварку осуществлять в два этапа. При этом на первом этапе сварки давление рекомендуется прикладывать при температуре, близкой к нижней границе температурного интервала сверхпластичности заготовки заполнителя, в течение времени, достаточного для образования физического контакта между соединяемыми поверхностями заготовок обшивок и заполнителя. В процессе образования физического контакта при указанной температуре первого этапа появляется возможность замедлить и даже предотвратить рост зерен в заготовке заполнителя, и, следовательно, сохранить количество и протяженность границ зерен, определяющих при образовании физического контакта релаксационную способность заготовки заполнителя, а также сохранить отмеченную существенную разницу в пределах текучести заготовок обшивок и заполнителя и за счет всех этих факторов значительно снизить степень деформационного упрочнения заготовки заполнителя при образовании физического контакта и, как результат, повысить качество соединения.Also, the techniques of the proposed method due to preventing the manifestation of the Bausinger effect will allow the use of a filler blank with QMS and NK structure. This will significantly improve the quality of the connection obtained by diffusion welding, due to a significant difference in the yield strength of the skin and filler blanks. In order to more fully use the advantages of the noted difference in the properties of the workpieces, it is recommended that diffusion welding be carried out in two stages. At the same time, at the first stage of welding, it is recommended to apply pressure at a temperature close to the lower boundary of the temperature range of the superplasticity of the filler preform, for a time sufficient to form physical contact between the joined surfaces of the casing and filler preforms. In the process of physical contact formation at the indicated temperature of the first stage, it becomes possible to slow down and even prevent grain growth in the aggregate preform, and, therefore, to preserve the number and extent of grain boundaries that determine the relaxation ability of the aggregate preform during physical contact formation, as well as to save the noted significant difference in the yield strength of the skin and aggregate blanks and, due to all these factors, significantly reduce the degree of strain hardening Preparations aggregate in formation of physical contact and as a result, improve the quality of the connection.

Второй же этап проводят при температуре и в течение времени, необходимых для развития при соединении объемного взаимодействия между заготовками обшивок и заполнителя. Время второго этапа должно быть достаточным для протекания в заготовках и в зоне соединения релаксационных процессов: рекристаллизации, приведения границ зерен в равновесное состояние, образования общих зерен в зоне соединения, снятия внутренних напряжений [19].The second stage is carried out at the temperature and for the time necessary for development when the volumetric interaction between the blanks of the skin and the aggregate is combined. The time of the second stage should be sufficient for the relaxation processes to occur in the workpieces and in the junction zone: recrystallization, equilibration of grain boundaries, formation of common grains in the junction zone, and removal of internal stresses [19].

Также благодаря значительной релаксационной способности многочисленных границ зерен заготовки заполнителя с СМК и особенно с НК структурой, позволяющей в процессе диффузионной сварки избежать деформационного упрочнения при образовании физического контакта, становится возможным несколько снизить требования к чистоте поверхности свариваемых заготовок обшивок и заполнителя. В заявляемом способе этот эффект, учитывая значительную площадь поверхности заготовок обшивок и заполнителя, подвергаемой шлифованию и полированию, можно считать весьма существенным.Also, due to the significant relaxation ability of the numerous grain boundaries of the aggregate preform with SMC and especially with the NK structure, which allows to avoid strain hardening during the formation of physical contact during diffusion welding, it becomes possible to slightly reduce the surface cleanliness of the welded blanks of the skin and aggregate. In the inventive method, this effect, given the significant surface area of the blanks of skin and aggregate, subjected to grinding and polishing, can be considered very significant.

При использовании заготовки заполнителя с размером зерен 0,6…0,8 мкм рекомендуется осуществлять первый этап диффузионной сварки при температуре 650…700°С в течение 30 мин, а второй этап при температуре 900…950°С в течение 2 часов. Отмеченные режимы были использованы при изготовлении имитаторов лопатки. Полученные при этом результаты подтвердили высокое качество соединения, полученного диффузионной сваркой.When using a filler blank with a grain size of 0.6 ... 0.8 μm, it is recommended to carry out the first stage of diffusion welding at a temperature of 650 ... 700 ° C for 30 minutes, and the second stage at a temperature of 900 ... 950 ° C for 2 hours. The noted modes were used in the manufacture of scapula simulators. The results obtained in this way confirmed the high quality of the compound obtained by diffusion welding.

При использовании заготовки заполнителя с еще меньшим размером зерен рекомендуемые режимы следует пересматривать с учетом данных эксперимента.When using a filler blank with an even smaller grain size, the recommended modes should be reviewed taking into account the experimental data.

В науке и технике известны решения [20], предполагающие использование прокладок со средним размером зерен менее 1 мкм для улучшения качества соединения, полученного диффузионной сваркой, заготовок с произвольной структурой. Известно также, что при использовании такой прокладки целесообразно осуществлять диффузионную сварку в два этапа [21]. При этом на первом этапе сварки давление рекомендуется прикладывать при температуре, близкой к нижней границе температурного интервала сверхпластичности заготовки заполнителя, в течение времени, достаточного для образования физического контакта между соединяемыми поверхностями заготовок. Второй же этап проводят при температуре и в течение времени, необходимых для развития при соединении объемного взаимодействия между заготовками обшивок и заполнителя.In science and technology, solutions are known [20], involving the use of gaskets with an average grain size of less than 1 μm to improve the quality of the connection obtained by diffusion welding, workpieces with an arbitrary structure. It is also known that when using such a gasket, it is advisable to carry out diffusion welding in two stages [21]. At the same time, at the first stage of welding, it is recommended to apply pressure at a temperature close to the lower boundary of the temperature range of the superplasticity of the aggregate preform, for a time sufficient to form physical contact between the connected surfaces of the preforms. The second stage is carried out at the temperature and for the time necessary for development when the volumetric interaction between the blanks of the skin and the aggregate is combined.

Однако при изготовлении полой вентиляторной лопатки известные приемы могут быть использованы только в совокупности с основными приемами заявляемого способа. При этом существенным и новым для заявляемого способа является эффект, заключающийся в том, что, несмотря на некоторое увеличение общего времени диффузионной сварки, размер зерен в заготовке заполнителя благодаря его весьма малому исходному значению к моменту начала операции сверхпластической формовки увеличивается до меньших значений, чем в способе [6]. Отмеченное обстоятельство делает условия сверхпластической формовки более благоприятными для формообразования за счет увеличения ресурса пластичности.However, in the manufacture of a hollow fan blade, known techniques can only be used in conjunction with the main techniques of the proposed method. At the same time, the effect that is significant and new for the proposed method is that, despite a slight increase in the total time of diffusion welding, the grain size in the filler blank due to its very small initial value at the time of the start of the superplastic molding operation increases to lower values than in method [6]. The aforementioned circumstance makes the conditions of superplastic molding more favorable for shaping by increasing the ductility resource.

С точки зрения эффективности способа, обусловленной исключением излишней механической обработки резанием, а также возможностью использования газостата при осуществлении диффузионной сварки, предпочтительно, чтобы поверхности заготовок обшивок, сопряженные с поверхностью заготовки заполнителя, как и в способе [6], были плоскими по всей площади.From the point of view of the efficiency of the method, due to the exclusion of excessive machining by cutting, as well as the possibility of using a gas bath during diffusion welding, it is preferable that the surfaces of the skin blanks mating with the surface of the core blank, as in the method [6], be flat over the entire area.

Однако в случае, когда все же возникает необходимость на поверхностях заготовок обшивок оформить участки, подвергаемые соединению, в виде выступов и участки, не подвергаемые соединению, в виде пазов, в частности, в отсутствие технологии нанесения защитного покрытия методом шелкотрафаретной печати, приемы заявляемого способа также могут быть эффективно использованы.However, in the case when there is still a need on the surfaces of the skin blanks to form the areas to be joined in the form of protrusions and areas not to be connected in the form of grooves, in particular, in the absence of technology for applying a protective coating by screen printing, the methods of the proposed method also can be used effectively.

При наличии выступов/пазов на поверхностях заготовок обшивок при удалении связующего вещества защитного покрытия пакет заготовок рекомендуется располагать таким образом, чтобы поверхности выступов находились в горизонтальной плоскости, сохраняя такое положение пакета до и в процессе диффузионной сварки. Такой прием направлен на то, чтобы не повредить защитное покрытие до операции разрыва адгезионной связи между защитным покрытием и заготовками.If there are protrusions / grooves on the surfaces of the skin blanks when removing the binder of the protective coating, it is recommended that the package of blanks be placed in such a way that the surfaces of the protrusions are in a horizontal plane, maintaining this position of the bag before and during diffusion welding. This technique is aimed not to damage the protective coating before the operation of breaking the adhesive bond between the protective coating and the workpieces.

При соблюдении отмеченных условий и при использовании основных приемов заявляемого способа, несмотря на наличие выступов/пазов на поверхностях заготовок обшивок, исключается возможность перемещения частиц защитного покрытия.Subject to the conditions noted and when using the basic techniques of the proposed method, despite the presence of protrusions / grooves on the surfaces of the blanks of the skin, the possibility of moving particles of the protective coating is excluded.

Готовым изделием, изготовленным по заявляемому способу, может явиться любая полая вентиляторная лопатка даже достаточно простой формы, как, например, лопатка, представленная в описании способа [6] [6, фиг.1].A finished product made by the claimed method can be any hollow fan blade, even a fairly simple shape, such as a blade, presented in the description of the method [6] [6, Fig. 1].

Особенно успешно заявляемый способ может быть использован при изготовлении усовершенствованной полой лопатки.Particularly successfully claimed method can be used in the manufacture of advanced hollow blades.

Целесообразно использовать заявляемый способ при изготовлении любой по форме полой лопатки при использовании исходной заготовки заполнителя с СМК или НК структурой.It is advisable to use the inventive method in the manufacture of any shape of a hollow blade using the initial blank of aggregate with SMK or NK structure.

В заключение необходимо отметить, что в способе [6] при необходимости изготовления усовершенствованной полой лопатки и/или использования заготовки заполнителя с СМК или НК структурой невозможно предотвратить проявление физических эффектов, таких как эффект Баушингера или рост касательных напряжений при изгибе тонкой заготовки заполнителя. Также в способе [6] при необходимости изготовления усовершенствованной полой лопатки невозможно предотвратить неизбежное ссыпание частиц защитного покрытия при разрыве адгезионной связи на участки заготовок, расположенные в области перегиба пера.In conclusion, it should be noted that in the method [6], if it is necessary to manufacture an improved hollow blade and / or use a filler blank with a QMS or NK structure, it is impossible to prevent the manifestation of physical effects, such as the Bausinger effect or the growth of shear stresses when bending a thin filler blank. Also, in the method [6], if it is necessary to manufacture an improved hollow blade, it is impossible to prevent the inevitable pouring of the particles of the protective coating when the adhesive bond is broken into sections of the workpieces located in the area of the pen bend.

Заявляемый способ изготовления полой вентиляторной лопатки поясняется графическими материалами.The inventive method of manufacturing a hollow fan blade is illustrated by graphic materials.

На фиг.1 представлено схематичное изображение пакета заготовок в процессе его сборки перед операцией диффузионной сварки.Figure 1 presents a schematic illustration of a package of blanks in the process of its assembly before the diffusion welding operation.

На фиг.2 представлено поперечное сечение пакета заготовок в случае, когда на поверхности заготовки обшивок выполнены выступы и пазы.Figure 2 shows the cross section of the package of blanks in the case when on the surface of the blanks of the skin made protrusions and grooves.

На фиг.3 схематично изображено перо лопатки после его закрутки.Figure 3 schematically shows the feather of the scapula after twisting it.

На фиг.4 представлено поперечное сечение пера лопатки после выполнения операции сверхпластической формовки и механической обработки.Figure 4 presents the cross section of the pen blades after the operation of superplastic forming and machining.

На фиг.5 представлено фото имитатора полой лопатки с разрезом в поперечном сечении.Figure 5 presents a photo of a simulator of a hollow scapula with a cross section in cross section.

На фиг.1 представлено изображение пакета заготовок в процессе его сборки перед операцией диффузионной сварки в случае, когда поверхности заготовок обшивок 1, 2 являются смежными с поверхностью заготовки заполнителя 3 по всей площади, то есть поверхности заготовок обшивок 1, 2 являются плоскими.Figure 1 shows the image of a package of preforms during its assembly before the diffusion welding operation in the case when the surfaces of the preforms of the casing 1, 2 are adjacent to the surface of the preform of the filler 3 over the entire area, that is, the surfaces of the preforms of the casing 1, 2 are flat.

На противоположной поверхности заготовок обшивок 1, 2 имеются предварительно сформированные выступы 4, 5 под замок лопатки. Кроме того, на этой же поверхности заготовок обшивок имеются технологические выступы 6, 7 со стороны, противоположной той, где сформированы выступы 4, 5 под замок лопатки. Технологические выступы 6, 7 предназначены для фиксации цельной конструкционной заготовки, полученной после диффузионной сварки, при осуществлении гибки для получения корыта и спинки лопатки и закрутки ее пера. В заготовках обшивок и заполнителя выполнены отверстия 8 для установочных штифтов 9, 10. В заготовках обшивок в части, где будет замок лопатки, выполнены проточки 11, 12. В заготовке заполнителя, также в части, где будет замок лопатки, выполнена прорезь 13. Проточки и прорезь служат для установки трубки 14. Участки 15 поверхности заготовки заполнителя 3 и соответствующие им участки поверхности (на фиг.1 не показаны) заготовки обшивки 1, а также участки 16 поверхности заготовки обшивки 2 и соответствующие им участки поверхности (на фиг.1 не показаны) заготовки заполнителя 3 подлежат соединению посредством диффузионной сварки. На участки 17, 18 поверхностей заготовок обшивки 2 и заполнителя 3 посредством шелкотрафаретной печати наносится защитное покрытие. Защитное покрытие препятствует соединению отмеченных участков в процессе диффузионной сварки. Проточки 11, 12 и прорезь 13 выполнены таким образом, что они соединяют участки, не подвергаемые соединению на поверхностях заготовок обеих обшивок и заполнителя.On the opposite surface of the blanks of the skin 1, 2 there are pre-formed protrusions 4, 5 under the lock of the blade. In addition, on the same surface of the sheath blanks there are technological protrusions 6, 7 from the side opposite to the one where the protrusions 4, 5 for the paddle lock are formed. Technological protrusions 6, 7 are intended for fixing an integral structural billet obtained after diffusion welding during bending to obtain the trough and back of the blade and twist its feather. Holes 8 for mounting pins 9, 10 are made in the blanks of the skin and the filler. Grooves 11, 12 are made in the blanks of the skin in the part where the padlock will be locked. Slot 13 is made in the blank of the filler, also in the part where the padlock will be locked. Grooves and the slot serve to install the tube 14. Sections 15 of the surface of the blank of filler 3 and the corresponding surface sections (not shown in FIG. 1) of the skin blank 1, as well as sections 16 of the surface of the blank of skin 2 and their corresponding surface sections (in FIG. 1 shown) ovki filler 3 to be joined by diffusion welding. A protective coating is applied to the sections 17, 18 of the surfaces of the blanks of the casing 2 and the aggregate 3 by means of silk-screen printing. The protective coating prevents the marked areas from joining during diffusion welding. The grooves 11, 12 and the slot 13 are made in such a way that they connect the areas that are not subjected to connection on the surfaces of the blanks of both skins and aggregate.

На фиг.2 представлено поперечное сечение пакета заготовок обшивок 19, 20 и заполнителя 21 в случае, когда смежными с поверхностью заготовки заполнителя являются только поверхности выступов 22, 23, выполненных на поверхностях обшивок 19, 20. В пазы 24, 25 наносится защитное покрытие. В остальном пакет заготовок не отличается от пакета заготовок, изображенного на фиг.1.Figure 2 shows the cross section of the package of blanks of the skin 19, 20 and aggregate 21 in the case when adjacent to the surface of the workpiece aggregate are only the surfaces of the protrusions 22, 23, made on the surfaces of the skin 19, 20. A protective coating is applied to the grooves 24, 25. The rest of the package of blanks does not differ from the package of blanks shown in figure 1.

Пояснение того, как осуществляется способ, в полном объеме дано для случая, когда заготовки обшивок являются плоскими (фиг.1), поскольку этот случай является наиболее распространенным.An explanation of how the method is implemented is given in full for the case when the blanks of the skin are flat (Fig. 1), since this case is the most common.

Берут исходные заготовки обшивок, в качестве которых используют плиты или листы достаточной для оформления замковой части толщины. Исходной заготовкой для заполнителя является тонкий лист.The initial blanks of cladding are taken, which are used as plates or sheets of sufficient thickness for the design of the castle part. The initial blank for the aggregate is a thin sheet.

Исходные заготовки обшивок и заполнителя подвергают обработке резанием для того, чтобы получить предварительно заданную форму в меридиональной плоскости, в частности, определяемую кубическим многочленом (1). Также обработкой резанием получают выступы 4, 5 под замок лопатки и технологические выступы 6, 7. Поверхности заготовок обшивок и заполнителя подготавливают к диффузионной сварке посредством шлифования и полирования. Непосредственно перед сваркой свариваемые поверхности заготовок подвергают химической очистке. На заданные участки 17, 18 заготовок наносят защитное покрытие. Защитное покрытие может включать порошковый иттрий, распределенный в связующем веществе, и растворитель. Защитное покрытие наносят методом шелкотрафаретной печати. Заготовки 1, 2, 3 собирают в пакет и фиксируют относительно друг друга при помощи установочных штифтов 9, 10. Далее к пакету присоединяют трубку 14. Трубку 14 устанавливают таким образом, чтобы участки всех заготовок, не подвергаемые соединению, оказались соединенными между собой. Как уже было отмечено выше, можно при необходимости установить несколько трубок таким образом, что каждая из них будет соединять участки, не подвергаемые соединению, на смежных поверхностях заготовок каждой из обшивок и заполнителя. Кроме того, трубку 14 устанавливают так, чтобы она выступала за контур пакета, поскольку далее к выступающему концу трубки будет подсоединен трубопровод (на фиг.1 не показан) для соединения трубки 14 либо с вакуумным насосом, либо с системой подачи инертного газа. Все три заготовки 1, 2, 3 по кромкам соединяют между собой аргонодуговой сваркой. Трубку 14 закрепляют также посредством аргонодуговой сварки. Создается герметичная сборочная единица, за исключением входного отверстия трубки 14. Полости пакета вакуумируют.Затем в полости пакета подают инертный газ - аргон. После подачи аргона полости пакета вновь вакуумируют, затем в полости пакета вновь подают аргон. Аргон подают в полости пакета под давлением, доходящим до уровня атмосферного давления. Рекомендуется контролировать уровень кислорода в удаляемом в процессе вакуумирования аргоне. Многократное последовательное вакуумирование и подачу аргона необходимо осуществлять до полного удаления кислорода из полостей пакета. Конкретное число операций вакуумирования и заполнения аргоном зависит от размеров изделия.The initial blanks of the skin and the filler are subjected to machining in order to obtain a predefined shape in the meridional plane, in particular, determined by the cubic polynomial (1). Also, by machining, protrusions 4, 5 are obtained for locking the blades and technological protrusions 6, 7. The surfaces of the blanks of the skin and the aggregate are prepared for diffusion welding by grinding and polishing. Immediately before welding, the surfaces to be welded are chemically cleaned. A protective coating is applied to predetermined sections 17, 18 of the blanks. The protective coating may include yttrium powder dispersed in the binder and a solvent. The protective coating is applied by screen printing. The blanks 1, 2, 3 are collected in a bag and fixed relative to each other using the mounting pins 9, 10. Next, the tube 14 is connected to the bag. The tube 14 is mounted so that the sections of all the blanks which are not to be joined are interconnected. As already noted above, if necessary, you can install several tubes in such a way that each of them will connect areas that are not subjected to connection, on the adjacent surfaces of the blanks of each of the skin and filler. In addition, the tube 14 is installed so that it protrudes beyond the contour of the bag, since then a pipe (not shown in FIG. 1) will be connected to the protruding end of the tube to connect the tube 14 to either a vacuum pump or an inert gas supply system. All three workpieces 1, 2, 3 at the edges are interconnected by argon arc welding. The tube 14 is also fixed by means of argon-arc welding. A sealed assembly unit is created, with the exception of the inlet of the tube 14. The cavities of the bag are evacuated. Then, an inert gas, argon, is supplied to the bag cavities. After feeding argon, the bag cavities are again evacuated, then argon is again fed into the bag cavity. Argon is fed into the cavity of the packet under pressure reaching atmospheric pressure. It is recommended to control the oxygen level in the argon removed during the vacuum process. Repeated sequential evacuation and supply of argon must be carried out until the complete removal of oxygen from the cavities of the package. The specific number of evacuation and argon filling operations depends on the size of the product.

Далее пакет устанавливают в печь, где его нагревают до температуры 250…350°С для выпаривания связующего вещества из защитного покрытия при непрерывном вакуумировании полостей пакета. Пакет вынимают из печи и охлаждают, продолжая непрерывное вакуумирование. Наличие остатков связующего вещества выявляют посредством контроля его уровня в удаляемом при вакуумировании газе. Далее трубку 14 герметизируют. Пакет осторожно переносят в газостат. Также, как в прототипе, возможно осуществить окончательное удаление связующего вещества и герметизацию трубки 14 тогда, когда пакет уже находится в газостате. В любом случае связующее вещество удаляют при температуре, указанной выше.Next, the package is installed in an oven, where it is heated to a temperature of 250 ... 350 ° C to evaporate the binder from the protective coating with continuous evacuation of the cavity of the package. The bag is removed from the oven and cooled, continuing continuous evacuation. The presence of binder residues is detected by monitoring its level in the gas removed during evacuation. Next, the tube 14 is sealed. The bag is carefully transferred to a gas bath. Also, as in the prototype, it is possible to carry out the final removal of the binder and sealing the tube 14 when the package is already in the gas bath. In any case, the binder is removed at the temperature indicated above.

Далее осуществляют диффузионную сварку заготовок, выбирая необходимые температуру и давление. Температура может повышаться ступенчато для осуществления поэтапной диффузионной сварки.Next, diffusion welding of the workpieces is carried out, choosing the necessary temperature and pressure. The temperature can increase stepwise for the implementation of stepwise diffusion welding.

По окончании операции диффузионной сварки полученную цельную конструкционную заготовку устанавливают таким образом, чтобы смежные поверхности заготовок обшивок и заполнителя располагались строго в горизонтальной плоскости. В полости цельной конструкционной заготовки осторожно вводят аргон для осуществления упругой деформации заготовок обшивок и заполнителя и разрыва адгезионной связи между защитным покрытием и заготовками. Операцию разрыва адгезионной связи осуществляют при комнатной температуре. После снятия давления полости цельной конструкционной заготовки вакуумируют и герметизируют.At the end of the diffusion welding operation, the obtained integral structural blank is set so that the adjacent surfaces of the skin and aggregate blanks are located strictly in the horizontal plane. Argon is carefully introduced into the cavity of the integral structural preform to effect elastic deformation of the preforms of the skin and the aggregate and to break the adhesive bond between the protective coating and the preforms. The operation of breaking the adhesive bond is carried out at room temperature. After relieving the pressure, the cavities of the integral structural preform are vacuumized and sealed.

Перед операцией придания цельной конструкционной заготовке аэродинамического профиля ее полости подвергают многократному последовательному вакуумированию и заполнению аргоном для удаления из них кислорода. После удаления кислорода из полостей цельной конструкционной заготовки полости вакуумируют и герметизируют.Before the operation of giving the integral structural blank an aerodynamic profile, its cavities are subjected to repeated successive evacuation and filling with argon to remove oxygen from them. After removing oxygen from the cavities of the integral structural preform, the cavities are evacuated and sealed.

Далее цельную конструкционную заготовку устанавливают в приспособление, подобное тому, которое описано в [7], и подвергают гибке и закрутке посредством горячей деформации. На заключительном этапе закрутки осуществляют коррекцию формы гнутой цельной конструкционной заготовки в соответствии с заданной формой штампа, используемого для сверхпластической формовки. При этом можно использовать штамп, непосредственно предназначенный для сверхпластической формовки. Разъемные половины штампа контактируют с цельной конструкционной заготовкой по части кромок, которая затем будет удалена. Целесообразно операцию придания цельной конструкционной заготовке аэродинамического профиля осуществлять в среде инертного газа во избежание интенсивного окисления внешних поверхностей заготовки.Next, the integral structural blank is installed in a device similar to that described in [7], and subjected to bending and twisting by means of hot deformation. At the final stage of the twist, the shape of the bent solid structural billet is corrected in accordance with the given shape of the stamp used for superplastic molding. In this case, a stamp directly intended for superplastic molding can be used. The split halves of the stamp are in contact with the integral structural blank along the edge portion, which will then be removed. It is advisable to perform the operation of imparting an aerodynamic profile to a solid structural billet in an inert gas environment in order to avoid intense oxidation of the external surfaces of the billet.

На фиг.3 показано перо 26 лопатки, имеющее сложный аэродинамический профиль в соответствии с соотношением (2).Figure 3 shows the feather 26 of the blade, having a complex aerodynamic profile in accordance with the ratio (2).

Для осуществления сверхпластической формовки цельную конструкционную заготовку устанавливают между уже упомянутыми разъемными половинами штампа, имеющими требуемую форму. Заготовку нагревают и подвергают сверхпластической деформации. Целесообразно данную операцию также проводить в среде инертного газа во избежание интенсивного окисления внешней поверхности цельной конструкционной заготовки. Деформацию осуществляют за счет давления аргона, подаваемого в полости цельной конструкционной заготовки так, чтобы обеспечить скорость деформации в интервале сверхпластичности заготовки заполнителя. В результате деформации заготовки обшивок принимают форму рабочей полости штампа, а заготовка заполнителя образует наклонные ребра жесткости. При этом на заготовке обшивки, образующей корыто лопатки, формируются две параболы, имеющие точку перегиба в месте расположения максимальной толщины профиля [1].For the implementation of superplastic forming, an integral structural preform is installed between the already mentioned split die halves having the desired shape. The workpiece is heated and subjected to superplastic deformation. It is advisable to also carry out this operation in an inert gas environment in order to avoid intensive oxidation of the outer surface of the whole structural billet. The deformation is carried out due to the pressure of argon supplied to the cavity of the whole structural billet so as to provide a strain rate in the superplastic range of the aggregate billet. As a result of deformation of the blank of the skin, they take the form of a working cavity of the stamp, and the blank of the filler forms inclined stiffeners. At the same time, two parabolas having an inflection point at the location of the maximum thickness of the profile are formed on the sheath blank forming the trough of the scapula [1].

На фиг.4 показано поперечное сечение лопатки, где поз.27 обозначена обшивка, образующая спинку лопатки; поз.28 обозначена обшивка, образующая корыто лопатки. Поз.29 обозначена упомянутая точка перегиба. Поз.30 обозначены ребра жесткости.Figure 4 shows the cross section of the scapula, where item 27 indicates the casing forming the back of the scapula; Pos. 28, the lining forming the trough of the scapula is indicated. Pos.29 indicates the mentioned inflection point. Pos. 30 stiffeners are indicated.

После операции сверхпластической формовки полуфабрикат лопатки подвергают механической обработке резанием, при которой удаляют технологические зоны, окончательно формируют кромки пера лопатки, периферийную часть пера и замок лопатки. Кроме того, демонтируют все трубки, а оставшиеся после них отверстия заделывают.After the superplastic forming operation, the semifinished product of the blade is subjected to machining by which the process zones are removed, the edges of the blade feather, the peripheral part of the feather and the blade lock are finally formed. In addition, all tubes are dismantled, and the holes remaining after them are sealed.

Далее коротко дано пояснение того, как осуществляется способ в случае, когда на поверхности заготовок обшивок имеются выступы и пазы. Выступы и пазы оформляют обработкой резанием (фиг.2). Защитное покрытие наносят в пазы 24, 25, после чего заготовки обшивок и заполнителя собирают в пакет. При удалении связующего вещества защитного покрытия пакет заготовок располагают таким образом, чтобы смежные поверхности находились в горизонтальной плоскости, сохраняя такое положение пакета до и в процессе диффузионной сварки. Кроме того, давление при сварке прикладывают со стороны заготовки обшивки, образующей спинку лопатки.The following briefly explains how the method is carried out when there are protrusions and grooves on the surface of the skin blanks. The protrusions and grooves are formed by machining (figure 2). The protective coating is applied in the grooves 24, 25, after which the blanks of the skin and aggregate are collected in a bag. When removing the binder of the protective coating, the package of blanks is positioned so that adjacent surfaces are in a horizontal plane, maintaining this position of the package before and during diffusion welding. In addition, the pressure during welding is applied from the side of the sheathing blank forming the blade back.

Во всем остальном способ осуществляют так же, как описано выше для случая, когда поверхности заготовок обшивок являются плоскими по всей площади.In all other respects, the method is carried out in the same way as described above for the case when the surfaces of the skin blanks are flat over the entire area.

Полая вентиляторная лопатка изготавливается из титанового сплава. Наиболее распространенным титановым сплавом, используемым для изготовления такого рода изделий, является в России и за рубежом сплав ВТ6 (Ti-6Al-4V). Однако это не исключает использования для изготовления лопатки других титановых сплавов. В качестве рабочей среды, как правило, используют аргон.The hollow fan blade is made of titanium alloy. The most common titanium alloy used for the manufacture of such products is VT6 (Ti-6Al-4V) alloy in Russia and abroad. However, this does not exclude the use of other titanium alloys for manufacturing the blades. As a working medium, argon is usually used.

Примеры конкретного выполнения.Examples of specific performance.

Пример 1Example 1

По заявляемому способу была изготовлена полая лопатка вентилятора, имеющая сложный аэродинамический профиль, сконструированная в соответствии с ее описанием, представленным в [1].According to the inventive method, a hollow fan blade was made having a complex aerodynamic profile designed in accordance with its description presented in [1].

В качестве исходных заготовок обшивок использовали плиты со средним размером зерен 6 мкм. В качестве исходной заготовки заполнителя использовали лист толщиной 1 мм со средним размером зерен 2 мкм. Поверхности заготовок обшивок и заполнителя являлись плоскими по всей площади.Plates with an average grain size of 6 μm were used as the initial blanks of the skin. As the initial filler blank, a sheet 1 mm thick with an average grain size of 2 μm was used. The surfaces of the sheathing and filler blanks were flat over the entire area.

С учетом средних размеров зерен в заготовках обшивок и заполнителя были выбраны следующие режимы диффузионной сварки:Given the average grain sizes in the blanks of the skin and aggregate, the following diffusion welding modes were selected:

температура сварки 920°С;welding temperature 920 ° C;

изостатическое давление, приложенное к пакету заготовок, 3 МПа;isostatic pressure applied to the package of blanks, 3 MPa;

время сварки 2 часа.welding time 2 hours.

Операцию разрыва адгезионной связи между заготовками обшивок и заполнителя и защитным покрытием осуществляли при комнатной температуре, при этом величину давления аргона выбирали с учетом максимальной толщины заготовок обшивок.The operation of breaking the adhesive bond between the blanks of the skin and aggregate and the protective coating was carried out at room temperature, while the argon pressure was chosen taking into account the maximum thickness of the blanks of the skin.

Операцию придания цельной конструкционной заготовке аэродинамического профиля выполняли при температуре 800°С.The operation of imparting a structural blank to the aerodynamic profile was performed at a temperature of 800 ° C.

Сверхпластическую формовку осуществляли при температуре 920°С, аргон подавали под давлением по специальному графику, обеспечивая скорость деформации заготовки заполнителя в режиме сверхпластичности.Superplastic molding was carried out at a temperature of 920 ° C, argon was supplied under pressure according to a special schedule, ensuring the rate of deformation of the aggregate preform in the superplasticity mode.

Пример 2Example 2

По заявляемому способу были изготовлены имитаторы лопатки, имеющие аэродинамический профиль, приближенный к профилю рабочей лопатки. При изготовлении нескольких имитаторов использовали заготовки обшивок с плоскими поверхностями. При изготовлении нескольких других имитаторов на поверхностях заготовок обшивок выполняли выступы и пазы.According to the claimed method were made simulators of the blades having an aerodynamic profile close to the profile of the working blades. In the manufacture of several simulators used blanks of skin with flat surfaces. In the manufacture of several other simulators, protrusions and grooves were performed on the surfaces of the skin blanks.

В качестве исходных заготовок обшивок использовали листы со средним размером зерен 6 мкм. В качестве исходной заготовки заполнителя использовали лист толщиной 0,8 мм со средним размером зерен 0,6 мкм. Диффузионную сварку осуществляли в два этапа:Sheets with an average grain size of 6 μm were used as the initial blanks of the skin. A sheet with a thickness of 0.8 mm with an average grain size of 0.6 μm was used as the initial filler blank. Diffusion welding was carried out in two stages:

первый этап осуществляли при температуре 650…700°С в течение 30 мин, второй этап - при температуре 900…950°С в течение 2 часов.the first stage was carried out at a temperature of 650 ... 700 ° C for 30 minutes, the second stage was carried out at a temperature of 900 ... 950 ° C for 2 hours.

Операцию придания цельной конструкционной заготовке аэродинамического профиля осуществляли при температуре 800°С.The operation of imparting an aerodynamic profile to the integral structural blank was carried out at a temperature of 800 ° C.

Сверхпластическую формовку осуществляли при температуре 920°С.Superplastic molding was carried out at a temperature of 920 ° C.

Для проведения сравнительных исследований и испытаний из таких же заготовок были изготовлены несколько имитаторов по способу [6].For comparative research and testing, several simulators were made from the same blanks by the method of [6].

Имитаторы были подвергнуты всестороннему контролю.Imitators were subjected to comprehensive control.

Три имитатора, два из которых были изготовлены по заявляемому способу (один с выступами на поверхности заготовок обшивок, другой с плоской поверхностью заготовок обшивок) и один - по способу [6], были подвергнуты разрушающему контролю после операции диффузионной сварки. На всех трех имитаторах были выявлены микроскопические «мостики», соединяющие заготовки обшивок и заполнителя на участках, не подвергаемых соединению.Three simulators, two of which were manufactured by the claimed method (one with protrusions on the surface of the skin blanks, the other with a flat surface of the skin blanks) and one - according to the method [6], were subjected to destructive testing after the diffusion welding operation. On all three simulators, microscopic “bridges” were identified connecting the blanks of the skin and the aggregate in areas that were not exposed to connection.

Кроме того, на внешней поверхности заготовки обшивки, образующей спинку имитатора лопатки, изготовленного по заявляемому способу, имеющего выступы и пазы на поверхностях заготовок обшивок, после диффузионной сварки образовались волнообразные складки, поскольку к пакету было приложено давление со стороны заготовки обшивки, образующей спинку.In addition, on the outer surface of the sheathing blank, forming the back of a blade simulator made according to the claimed method, having protrusions and grooves on the surfaces of the sheathing blanks, wave-like folds formed after diffusion welding, since pressure was applied to the bag from the side of the sheathing blank forming the back.

После сверхпластической формовки имитаторы были подвергнуты голографическому контролю. По результатам голографического контроля имитаторов, изготовленных по способу [6], были сделаны предварительные предположения об отклонении значений жесткости некоторых ребер от заданного значения.After superplastic molding, the simulators were subjected to holographic control. According to the results of holographic control of simulators made by the method of [6], preliminary assumptions were made about the deviation of the stiffness values of some ribs from a given value.

Три имитатора, два из которых также были изготовлены по заявляемому способу (один с выступами на поверхности заготовок обшивок, другой с плоской поверхностью заготовок обшивок) и один - по способу [6], были подвергнуты разрушающему контролю после операции сверхпластической формовки.Three simulators, two of which were also manufactured by the claimed method (one with protrusions on the surface of the skin blanks, the other with a flat surface of the skin blanks) and one - according to the method [6], were subjected to destructive testing after the operation of superplastic forming.

В имитаторе, изготовленном по способу [6], была обнаружена неравномерность по толщине в отдельных ребрах жесткости. В имитаторах, изготовленных по заявляемому способу, указанный недостаток отсутствовал.In the simulator manufactured by the method [6], unevenness in thickness was detected in individual stiffeners. In the simulators manufactured by the claimed method, this drawback was absent.

Кроме того, в имитаторе, который имел выступы на поверхности заготовок обшивок, при сверхпластической формовке были устранены складки на внешней поверхности обшивки, образующей спинку лопатки.In addition, in the simulator, which had protrusions on the surface of the sheath blanks, during superplastic molding, wrinkles on the outer surface of the sheath forming the back of the blade were eliminated.

На фиг.5 представлено фото имитатора полой лопатки с разрезом в поперечном сечении;Figure 5 presents a photo of a simulator of a hollow scapula with a cross section in cross section;

Для изготовления лопатки и имитаторов лопатки были использованы исходные заготовки обшивок и заполнителя, изготовленные металлургическим предприятием ОАО «Корпорация ВСМПО-АВИСМА» (РФ, г.Верхняя Салда). Для имитаторов лопатки были изготовлены специальные экспериментальные листовые заготовки заполнителя со средним размером зерен 0,6 мкм. В настоящее время ОАО «Корпорация ВСМПО-АВИСМА» изготавливает тонколистовой прокат с размером зерен 1-3 мкм, но в перспективе есть возможность изготавливать тонколистовой прокат с размером зерен менее 1 мкм. Такие листы предполагается использовать для изготовления заготовки заполнителя при серийном выпуске лопаток.For the manufacture of the blades and blade simulators, the initial blanks of the skin and aggregate were used, manufactured by the metallurgical enterprise OJSC VSMPO-AVISMA Corporation (Russian Federation, Verkhnyaya Salda). For the blade simulators, special experimental filler blanks with an average grain size of 0.6 μm were made. At present, VSMPO-AVISMA Corporation OJSC produces sheet metal with a grain size of 1-3 microns, but in the future it is possible to produce sheet metal with a grain size of less than 1 micron. Such sheets are supposed to be used for the manufacture of a filler blank for the serial production of blades.

Серийный выпуск лопаток предполагается осуществлять на ОАО «Уфимское моторостроительное производственное объединение» (РФ, г.Уфа).Serial production of blades is supposed to be carried out at OJSC “Ufa Engine-Building Production Association” (RF, Ufa).

Источники информацииInformation sources

1. Патент РФ №2354854, МПК F04D 29/32, F04D 29/38, 2009.1. RF patent No. 2354854, IPC F04D 29/32, F04D 29/38, 2009.

2. Валиахметов О.Р. [и др.] Использование наноструктурных материалов и нанотехнологий для создания полых конструкций//Российские нанотехнологии. 2010. Т.5. №1-2 С.56-65.2. Valiakhmetov O.R. [and others] The use of nanostructured materials and nanotechnology to create hollow structures // Russian Nanotechnology. 2010.V.5. No. 1-2 P.56-65.

3. Иноземцев А. А. О программе создания авиационных газотурбинных двигателей пятого поколения для семейства самолетов МС-21//Вестник Пермского научного центра. 2010. №4. С.28-46.3. Inozemtsev A. A. About the program for creating fifth-generation aviation gas turbine engines for the MC-21 family of aircraft // Bulletin of the Perm Scientific Center. 2010. No4. S.28-46.

4. Европейский патент 0765711, патент-аналог США №5826332, B21D 26/02, В23К 20/02, 1998.4. European patent 0765711, US patent No. 5826332, B21D 26/02, B23K 20/02, 1998.

5. Патент РФ №2412017, МПК B21D 53/78, 2011.5. RF patent No. 2412017, IPC B21D 53/78, 2011.

6. Европейский Патент №0568201, B21D 53/78, 1993.6. European Patent No. 0568201, B21D 53/78, 1993.

7. Патент Великобритании №2073631, B21D 11/14, 1980.7. UK patent No. 2073631, B21D 11/14, 1980.

8. Зубчанинов В.Г. Основы теории упругости и пластичности: учебник для машиностроит. спец. вузов. М.: Высшая школа, 1990. 368 с.8. Zubchaninov V.G. Fundamentals of the theory of elasticity and plasticity: a textbook for mechanical engineering. specialist. universities. M .: Higher school, 1990.368 s.

9. Андреев Л.В., Ободан Н.И., Лебедев А.Г. Устойчивость оболочек при неосесимметричной деформации. М.: Наука, 1988. 208 с.9. Andreev L.V., Obodan N.I., Lebedev A.G. Stability of shells under non-axisymmetric deformation. M .: Nauka, 1988.208 s.

10. Труды ЛПИ №282 / Ленинградский ордена Ленина Политехнический Институт имени М.И.Калинина. Ленинград: Машиностроение, стр.39, 1967.10. Proceedings of the LPI No. 282 / Leningrad Order of Lenin Polytechnic Institute named after M.I. Kalinin. Leningrad: Mechanical Engineering, p. 39, 1967.

URL: http://www.mashb.ru/book_view.isp?idn=005493&page=39&format=html (дата обращения 20. 02. 2011)URL: http://www.mashb.ru/book_view.isp?idn=005493&page=39&format=html (accessed 20. 02. 2011)

11. Энциклопедический словарь по металлургии. Справочное издание. В 2-х т. Т.2: П-Я / Н.П.Лякишев [и др.]. М.: Интермет Инжиниринг, 2000.11. Encyclopedic dictionary of metallurgy. Reference Edition. In 2 volumes of Vol. 2: P-Ya / N.P. Lyakishev [et al.]. M .: Intermet Engineering, 2000.

12. Дель Г.Д., Гезе Г., Елисеев В.В., Меньших Я.В. Определение параметров эффекта Баушингера при моделировании процессов листовой штамповки // Кузнечно-штамповочное производство. 2000. №3. С.12-15.12. Del G. D., Gese G., Eliseev V.V., Smaller Y. V. Determination of parameters of the Bausinger effect in modeling processes of sheet stamping // Forging and stamping. 2000. No3. S.12-15.

13. Елисеев В.В., Елизаров Ю.М., Меньших Я.В. Определение параметра эффекта Баушингера при немонотонном изгибе // Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2005. №12. Том 71.13. Eliseev V.V., Elizarov Yu.M., Smaller Y.V. Determination of the parameter of the Bausinger effect during nonmonotonic bending // Factory Laboratory. Diagnostics of materials. 2005. No. 12. Volume 71.

14. Физическая энциклопедия / Гл. редактор А.М. Прохоров. Ред. кол. Д.М.Алексеев, А.М.Балдин, А.М.Бонч-Бруевич, А.С.Боровик-Романов и др. Т.1. М.: Сов. Энциклопедия, 1988. 704 с.14. Physical Encyclopedia / Ch. Editor A.M. Prokhorov. Ed. count D.M. Alekseev, A.M. Baldin, A.M. Bonch-Bruevich, A.S. Borovik-Romanov, etc. T.1. M .: Sov. Encyclopedia, 1988.704 s.

15. Бэкофен В. Процессы деформации. Массачусетс, Калифорния 1972. Перевод с английского языка В.С Берковского и Ф.Я.Рузанова под редакцией С.Е.Рокотяна. М.: Металлургия, 1977. 288 с.15. Bakofen V. Deformation processes. Massachusetts, California 1972. Translation from English by V.S. Berkovsky and F.Ya. Ruzanov, edited by S.E. Rokotyan. M .: Metallurgy, 1977.288 s.

16. Елисеев В.В., Крупин Е.П. Исследование влияния релаксации добавочных напряжений на параметры эффекта Баушингера при немонотонном изгибе // Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2008. №9. Том 74.16. Eliseev V.V., Krupin E.P. Investigation of the effect of relaxation of additional stresses on the parameters of the Bausinger effect during nonmonotonic bending // Factory Laboratory. Diagnostics of materials. 2008. No9. Volume 74.

17. Качанов Л.М. Основы механики разрушения. М.: Наука, 1974. 312 с.17. Kachanov L.M. Fundamentals of fracture mechanics. M .: Nauka, 1974. 312 p.

18. Малинина Р.И., Александрович А.И., Книжник Е.Г. и Фролов С.В. Влияние упругой энергии на формирование кубической текстуры при первичной рекристаллизации в кремнистой стали // Известия Академии Наук СССР, серия физическая. 1989. №4. Том 53.18. Malinina R.I., Aleksandrovich A.I., Knizhnik E.G. and Frolov S.V. The effect of elastic energy on the formation of a cubic texture during primary recrystallization in silicon steel // News of the USSR Academy of Sciences, physical series. 1989. No. 4. Volume 53.

19. Каракозов Э.С. Сварка металлов давлением. - М.: Машиностроение, 1986, 280 с.19. Karakozov E.S. Pressure metal welding. - M.: Mechanical Engineering, 1986, 280 p.

20. Патент US 3713207, МПК В23К 20/227, 1973 г.20. Patent US 3713207, IPC B23K 20/227, 1973.

21. Патент РФ №2415738, МПК В23К 20/16, 2011 г.21. RF patent No. 2415738, IPC V23K 20/16, 2011

Claims (8)

1. Способ изготовления полой вентиляторной лопатки газотурбинного двигателя, состоящей из выполненных из титанового сплава обшивок и заполнителя, с использованием диффузионной сварки для соединения обшивок и заполнителя и сверхпластической формовки для образования полого пера и ребер жесткости, заключающийся в том, что в отмеченной ниже последовательности выполняют операции, согласно которым на поверхность участков заготовок обшивок и/или заготовки заполнителя, не подвергаемых соединению при диффузионной сварке, наносят покрытие, препятствующее соединению, собирают заготовки обшивок и заполнителя в пакет, герметизируют пакет по кромкам, исключая место установки, по крайней мере, одной трубки, подсоединяют трубку к пакету, полости пакета последовательно вакуумируют и заполняют инертным газом для удаления из полостей пакета кислорода, нагревают пакет до температуры, необходимой для испарения из покрытия, препятствующего соединению, связующего вещества, продолжая вакуумирование пакета, полностью герметизируют пакет посредством герметизации трубки, нагревают пакет до температуры диффузионной сварки, прикладывают к пакету давление и осуществляют диффузионную сварку заготовок, затем проводят операцию разрыва адгезионной связи между заготовками обшивок и заполнителя и защитным покрытием, образующуюся при диффузионной сварке на участках, не подвергаемых соединению, посредством создания в полостях цельной конструкционной заготовки давления, достаточного для упругой деформации заготовок обшивок и заполнителя, причем при осуществлении операции разрыва адгезионной связи цельную конструкционную заготовку располагают таким образом, чтобы смежные поверхности заготовок обшивок и заполнителя находились в горизонтальной плоскости, осуществляют последовательное вакуумирование и заполнение инертным газом полостей цельной конструкционной заготовки для удаления из них кислорода, снова полностью герметизируют пакет, нагревают его и посредством горячей деформации придают цельной конструкционной заготовке, полученной после диффузионной сварки, аэродинамический профиль, включая формирование корыта и спинки лопатки и закрутку пера лопатки, нагревают цельную конструкционную заготовку до температуры сверхпластической формовки, подают в ее полости рабочую среду для создания давления, необходимого для сверхпластической формовки, и осуществляют сверхпластическую формовку до получения полого пера лопатки и формирования ребер жесткости.1. A method of manufacturing a hollow fan blade of a gas turbine engine, consisting of sheaths and aggregate made of titanium alloy, using diffusion welding to connect the sheaths and aggregate and superplastic molding to form a hollow feather and stiffeners, which consists in the following: operations according to which a coating is applied to the surface of sections of skin blanks and / or aggregate blanks not subjected to bonding during diffusion welding, Hindering the connection, collect the blanks of skin and aggregate in a bag, seal the bag at the edges, excluding the place of installation of at least one tube, connect the tube to the bag, the cavities of the bag are successively evacuated and fill with inert gas to remove oxygen from the cavities of the bag, heat the bag to the temperature required for evaporation of the binder from the coating, which prevents the bond, while continuing to evacuate the bag, completely seal the bag by sealing the tube, heat the bag to the temperature of diffusion welding, apply pressure to the bag and perform diffusion welding of the workpieces, then perform the operation of breaking the adhesive bond between the blanks of the skin and the filler and the protective coating formed during diffusion welding in areas that are not subjected to connection by creating a solid structural workpiece in the cavities, sufficient for elastic deformation of the blanks of the skin and aggregate, moreover, during the operation of breaking the adhesive bond, an integral structural the preparation is arranged in such a way that the adjacent surfaces of the sheathing and filler blanks are in a horizontal plane, they sequentially evacuate and fill the cavities of the whole structural blank with inert gas to remove oxygen from them, again completely seal the bag, heat it and give it the whole structural blank by hot deformation, obtained after diffusion welding, the aerodynamic profile, including the formation of the trough and back of the blade and the twist of the pen l patki heated integral structural preform to superplastic forming temperature, fed to its cavity a working environment for creating the pressure required for superplastic forming and superplastic forming is carried out to obtain a hollow blade leaf and forming stiffeners. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что последовательное вакуумирование и заполнение инертным газом полостей цельной конструкционной заготовки для удаления из них кислорода перед операцией придания цельной конструкционной заготовке аэродинамического профиля осуществляют многократно.2. The method according to claim 1, characterized in that the sequential evacuation and filling with inert gas the cavities of the whole structural billet to remove oxygen from them before the operation of giving the whole structural billet an aerodynamic profile is carried out repeatedly. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что используют заготовку заполнителя с размером зерен менее 1 мкм.3. The method according to claim 1, characterized in that they use a filler blank with a grain size of less than 1 μm. 4. Способ по п.3, отличающийся тем, что диффузионную сварку осуществляют в два этапа, при этом на первом этапе давление прикладывают при температуре ниже температуры второго этапа, близкой к нижней границе температурного интервала, обеспечивающего соответствующую условиям сверхпластичности заготовки заполнителя скорость деформации, в течение времени, достаточного для образования физического контакта между соединяемыми заготовками обшивок и заполнителя, а второй этап проводят при температуре и в течение времени, необходимых для развития объемного взаимодействия соединяемых заготовок.4. The method according to claim 3, characterized in that the diffusion welding is carried out in two stages, while in the first stage the pressure is applied at a temperature below the temperature of the second stage, close to the lower boundary of the temperature range, ensuring the deformation rate corresponding to the conditions of superplasticity of the workpiece aggregate a sufficient time for the formation of physical contact between the joined blanks of the skin and the aggregate, and the second stage is carried out at a temperature and for the time necessary to develop I surround the interaction of connected blanks. 5. Способ по п.4, отличающийся тем, что при использовании заготовки заполнителя с размером зерен 0,6…0,8 мкм первый этап диффузионной сварки осуществляют при температуре 650…700°С в течение 30 мин, второй этап диффузионной сварки осуществляют при температуре 900…950°С в течение 2 ч.5. The method according to claim 4, characterized in that when using a filler blank with a grain size of 0.6 ... 0.8 μm, the first stage of diffusion welding is carried out at a temperature of 650 ... 700 ° C for 30 minutes, the second stage of diffusion welding is carried out at temperature 900 ... 950 ° C for 2 hours 6. Способ по п.1, отличающийся тем, что используют заготовки обшивок, поверхности которых, смежные с поверхностью заготовки заполнителя, являются плоскими по всей площади.6. The method according to claim 1, characterized in that they use blanks of skin, the surfaces of which are adjacent to the surface of the workpiece aggregate, are flat over the entire area. 7. Способ по п.1, отличающийся тем, что на поверхности заготовок обшивок оформляют участки, подвергаемые соединению, в виде выступов с плоской поверхностью и участки, не подвергаемые соединению, в виде пазов, при этом в процессе удаления связующего вещества защитного покрытия пакет заготовок располагают таким образом, чтобы смежные поверхности заготовок обшивок и заполнителя находились в горизонтальной плоскости, сохраняя такое положение пакета до и в процессе диффузионной сварки.7. The method according to claim 1, characterized in that on the surface of the skin blanks, sections to be bonded are formed in the form of protrusions with a flat surface and sections not to be bonded in the form of grooves, while in the process of removing the binder of the protective coating, the bag of blanks positioned so that the adjacent surfaces of the blanks of the skin and the filler were in a horizontal plane, maintaining this position of the package before and during diffusion welding. 8. Способ по п.7, отличающийся тем, что давление при диффузионной сварке прикладывают со стороны обшивки, образующей спинку лопатки. 8. The method according to claim 7, characterized in that the pressure during diffusion welding is applied from the side of the skin forming the back of the blade.
RU2011124220/02A 2011-06-15 2011-06-15 Method of making hollow blower blade RU2477191C2 (en)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2011124220/02A RU2477191C2 (en) 2011-06-15 2011-06-15 Method of making hollow blower blade
PCT/RU2011/000984 WO2012173512A1 (en) 2011-06-15 2011-12-14 Method for manufacturing a hollow fan blade

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2011124220/02A RU2477191C2 (en) 2011-06-15 2011-06-15 Method of making hollow blower blade

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2011124220A RU2011124220A (en) 2012-12-20
RU2477191C2 true RU2477191C2 (en) 2013-03-10

Family

ID=47357314

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2011124220/02A RU2477191C2 (en) 2011-06-15 2011-06-15 Method of making hollow blower blade

Country Status (2)

Country Link
RU (1) RU2477191C2 (en)
WO (1) WO2012173512A1 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2015088393A1 (en) 2013-12-12 2015-06-18 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем сверхпластичности металлов Российской академии наук (ИПСМ РАН) Hollow fan blade preparation method
RU2569614C1 (en) * 2014-07-08 2015-11-27 Аскар Джамилевич Мингажев Fabrication of turbomachine hollow metal blade
WO2017086822A1 (en) * 2015-11-17 2017-05-26 Аскар Джамилевич МИНГАЖЕВ Method of manufacturing a hollow metal turbomachine blade

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111763809B (en) * 2020-06-10 2021-10-15 中国航发北京航空材料研究院 Protection device for spray-forbidden region in inner cavity of hollow blade and assembly method
CN113290086B (en) * 2021-04-27 2022-06-17 南京航空航天大学 Electric auxiliary partition tension-torsion forming device and method for hollow blade
CN113751570B (en) * 2021-09-15 2022-09-02 北京航星机器制造有限公司 Titanium alloy four-layer structure forming die, die assembly and preparation method
CN113857346B (en) * 2021-09-26 2024-01-09 北京航空航天大学 Hollow blade thermoforming method and hollow blade inflation device
CN114289594B (en) * 2021-12-21 2024-04-19 北京星航机电装备有限公司 Superplastic forming method for structural part with interlayer
CN115608838B (en) * 2022-12-19 2023-04-07 天津伍玥航空科技有限公司 Forming process of multi-way pipe fitting

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4304821A (en) * 1978-04-18 1981-12-08 Mcdonnell Douglas Corporation Method of fabricating metallic sandwich structure
EP0568201A1 (en) * 1992-05-01 1993-11-03 ROLLS-ROYCE plc A method of manufacturing an article by superplastic forming and diffusion bonding
RU2170636C2 (en) * 1999-06-28 2001-07-20 Институт проблем сверхпластичности металлов РАН Method for making laminate cellular construction
RU2355541C2 (en) * 2003-04-10 2009-05-20 Снекма Method of obtaining hollow mechanical component with help of diffused welding and superplastic forming

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2852537B1 (en) * 2003-03-21 2005-06-17 Snecma Moteurs ASSEMBLY FOR MANUFACTURING A HOLLOW-DIFFUSION HOLLOW MECHANICAL PIECE AND SUPERPLASTIC FORMING, USE OF SUCH AN ASSEMBLY AND METHOD OF MANUFACTURING SUCH A MECHANICAL PIECE
GB0903281D0 (en) * 2009-02-27 2009-04-08 Rolls Royce Plc Method of manufacturing a blade

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4304821A (en) * 1978-04-18 1981-12-08 Mcdonnell Douglas Corporation Method of fabricating metallic sandwich structure
EP0568201A1 (en) * 1992-05-01 1993-11-03 ROLLS-ROYCE plc A method of manufacturing an article by superplastic forming and diffusion bonding
RU2170636C2 (en) * 1999-06-28 2001-07-20 Институт проблем сверхпластичности металлов РАН Method for making laminate cellular construction
RU2355541C2 (en) * 2003-04-10 2009-05-20 Снекма Method of obtaining hollow mechanical component with help of diffused welding and superplastic forming

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2015088393A1 (en) 2013-12-12 2015-06-18 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем сверхпластичности металлов Российской академии наук (ИПСМ РАН) Hollow fan blade preparation method
RU2569614C1 (en) * 2014-07-08 2015-11-27 Аскар Джамилевич Мингажев Fabrication of turbomachine hollow metal blade
WO2017086822A1 (en) * 2015-11-17 2017-05-26 Аскар Джамилевич МИНГАЖЕВ Method of manufacturing a hollow metal turbomachine blade

Also Published As

Publication number Publication date
RU2011124220A (en) 2012-12-20
WO2012173512A1 (en) 2012-12-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2477191C2 (en) Method of making hollow blower blade
Yuan Fundamentals and processes of fluid pressure forming technology for complex thin-walled components
Li et al. Numerical simulation of linear friction welding of titanium alloy: effects of processing parameters
AU2014238036B2 (en) Split-pass open-die forging for hard-to-forge, strain-path sensitive titanium-base and nickel-base alloys
RU2412017C2 (en) Method of producing hollow fan vane
Mei et al. Review on hot spinning for difficult-to-deform lightweight metals
Faraji et al. An overview on the continuous severe plastic deformation methods
US20090008428A1 (en) Method of manufacturing an article by superplastic forming and diffusion welding
JP2978579B2 (en) Method of forming hollow blade
SE469927B (en) Methods for the preparation of superplastically formed and diffusion-bonded articles and the articles produced thereby
Ermachenko et al. Advanced technologies of processing titanium alloys and their applications in industry
EP2353750B1 (en) Welding and forging process for producing a component
RU2555274C1 (en) Method of manufacturing of hollow fan blade
Kocich et al. FEA of plastic flow in AZ63 alloy during ECAP process
Safiullin et al. Modelling of superplastic forming of hollow structures with goffered filler made of VT6 titanium alloy
WO2017086822A1 (en) Method of manufacturing a hollow metal turbomachine blade
Choda et al. Technologies for process design of titanium alloy forging for aircraft parts
RU2569614C1 (en) Fabrication of turbomachine hollow metal blade
EP2444169A1 (en) A system and method for near net shape forging
JP2721721B2 (en) Dual alloy disc system
Liu et al. Progress on rapid hot gas forming of titanium alloys: Mechanism, modelling, innovations and applications
RU2640692C1 (en) Method of producing of hollow blade for gas turbine engine
Ye et al. An extrusion− shear− expanding process for manufacturing AZ31 magnesium alloy tube
Zhiqiang et al. Superplastic forming and diffusion bonding: Progress and trends
JP2000271695A (en) Production of magnesium alloy material

Legal Events

Date Code Title Description
PD4A Correction of name of patent owner