RU2503519C1 - Method of making blower composite blade leading edge strap - Google Patents

Method of making blower composite blade leading edge strap Download PDF

Info

Publication number
RU2503519C1
RU2503519C1 RU2012129992/02A RU2012129992A RU2503519C1 RU 2503519 C1 RU2503519 C1 RU 2503519C1 RU 2012129992/02 A RU2012129992/02 A RU 2012129992/02A RU 2012129992 A RU2012129992 A RU 2012129992A RU 2503519 C1 RU2503519 C1 RU 2503519C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
lining
workpiece
side walls
matrix
profile
Prior art date
Application number
RU2012129992/02A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Тельман Джамалдинович Каримбаев
Алексей Анатольевич Луппов
Дмитрий Викторович Афанасьев
Радик Рафикович МУЛЮКОВ
Владимир Васильевич Астанин
Александр Александрович Слобода
Original Assignee
Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный институт авиационного моторостроения имени П.И. Баранова"
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем сверхпластичности металлов Российской академии наук (ИПСМ РАН)
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 Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный институт авиационного моторостроения имени П.И. Баранова", Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем сверхпластичности металлов Российской академии наук (ИПСМ РАН) filed Critical Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный институт авиационного моторостроения имени П.И. Баранова"
Priority to RU2012129992/02A priority Critical patent/RU2503519C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2503519C1 publication Critical patent/RU2503519C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Pressure Welding/Diffusion-Bonding (AREA)

Abstract

FIELD: process engineering.
SUBSTANCE: invention relates to metal forming and can be used for making gas turbine blower blade leading edge strap. Workpiece of titanium alloy is shaped in vertical and horizontal planes. After shaping, workpiece is directly extruded to make strap reinforced front. Note here that metal stock is formed to make strap sidewalls. Then, workpiece is subjected to indirect extrusion to make strap side walls. In both cases used is die block, its male and female dies having the main forming profile in cross-sections. Male and female die profiles in vertical and horizontal planes correspond to workpiece profiles in said planes. Then, V-like profile of sidewalls is formed in strap cross-sections by bending. Then, strap reinforced front and sidewalls are shaped under isothermal conditions at titanium alloy super ductility and strap is twisted in preset spatial curve.
EFFECT: higher hardness and reliability.
6 cl, 18 dwg, 1 tbl, 2 ex

Description

Изобретение относится к области авиационного двигателестроения и может быть использовано при изготовлении рабочих лопаток вентиляторов газотурбинных двигателей (ГТД), выполненных из материалов с матрицей из полимеров, в частности углепластика, или легких сплавов, армированных высокопрочными волокнами, так называемых композиционных лопаток.The invention relates to the field of aircraft engine manufacturing and can be used in the manufacture of fan blades for gas turbine engines (GTE) made of materials with a matrix of polymers, in particular carbon fiber, or light alloys reinforced with high-strength fibers, the so-called composite blades.

Композиционная лопатка вентилятора с позиций уменьшения веса при сохранении прочности и надежности конструкции, а также сравнительной простоты изготовления является весьма перспективной по сравнению, например, с полой лопаткой, изготовленной посредством диффузионной сварки и сверхпластической формовки из титанового сплава.Composite fan blade from the standpoint of weight reduction while maintaining the strength and reliability of the structure, as well as comparative ease of manufacture is very promising compared, for example, with a hollow blade made by diffusion welding and superplastic molding of titanium alloy.

Недостатком композиционной лопатки является низкая прочность кромок, прежде всего передней (входной) кромки, наиболее подверженной при эксплуатации внешнему ударному воздействию при попадании в рабочую зону вентилятора посторонних предметов: песка, камней, птиц и т.д. Поэтому передняя кромка лопатки снабжается накладкой из высокопрочного титанового сплава, изготавливаемой в виде отдельного изделия, которое соединяется с композитной лопаткой с использованием крепежных элементов или высокопрочного клея (патент США №5785498, МПК F04D 29/18, 1998 г.).The disadvantage of the composite blade is the low strength of the edges, especially the front (input) edge, which is most susceptible to external impact during operation when foreign objects: sand, stones, birds, etc., get into the fan's working area. Therefore, the leading edge of the blade is provided with an overlay of high-strength titanium alloy, manufactured in the form of a separate product, which is connected to the composite blade using fasteners or high-strength adhesive (US patent No. 5785498, IPC F04D 29/18, 1998).

При больших оборотах ротора вентилятора и попадании на вход вентилятора посторонних предметов с большой кинетической энергией эти предметы, в первую очередь контактируют с прочной титановой накладкой передней кромки лопатки, защищая кромку из композиционного материала от воздействия сосредоточенных ударов.At high speeds of the fan rotor and foreign objects with high kinetic energy entering the fan inlet, these objects primarily come into contact with the durable titanium pad on the front edge of the blade, protecting the composite edge from the effects of concentrated impacts.

Как отдельное изделие накладка имеет сложную пространственную форму, образованную аэродинамическими профилями в поперечных сечениях, соответствующую форме передней кромки композиционной лопатки. Представление о сложности профиля лопатки дает его описание (патент РФ №2354854, МПК F04D 29/32, 2009 г.). Накладка передней кромки также, как сама кромка, имеет криволинейный профиль в меридиональной (вертикальной) плоскости и изгиб в горизонтальной плоскости. Аэродинамический профиль поперечных сечений накладки образован отрезками линий разряжения (часть спинки лопатки) и давления (часть корыта лопатки). Пространственно накладка скручена в направлении от замка лопатки к ее периферии.As a separate product, the patch has a complex spatial shape formed by aerodynamic profiles in cross sections corresponding to the shape of the leading edge of the composite blade. An idea of the complexity of the profile of the blade gives its description (RF patent No. 2354854, IPC F04D 29/32, 2009). The overlay of the leading edge, like the edge itself, has a curved profile in the meridional (vertical) plane and bending in the horizontal plane. The aerodynamic profile of the cross sections of the lining is formed by segments of the lines of rarefaction (part of the back of the scapula) and pressure (part of the trough of the scapula). The pad is spatially twisted in the direction from the paddle lock to its periphery.

Накладка имеет усиленную переднюю часть, представляющую собой собственно переднюю кромку лопатки и тонкие боковые стенки, охватывающие переднюю кромку композиционной лопатки, с помощью которых осуществляется соединение накладки с композиционной лопаткой.The patch has a reinforced front part, which is actually the front edge of the blade and thin side walls covering the front edge of the composite blade, with which the patch is connected to the composite blade.

Известен способ изготовления накладки передней кромки композиционной лопатки вентилятора (патент США №7640661, МПК B21D 53/78, 05.01.2010). Согласно этому способу накладка изготавливается из двух частей, как правило, из двух листовых заготовок, имеющих выступы. Профиль выступов в поперечном сечении соответствует профилю передней части накладки. На противоположной стороне заготовок также имеются выступы, выполняющие технологическую функцию. В области выступов заготовки свариваются между собой диффузионной сваркой, образуя конверт с герметичной полостью. Окончательную форму передняя кромка получает путем пневмоформовки полученного пакета в режиме сверхпластичности в штампе. По окончании пневмоформовки технологические выступы обрезаются с образованием боковых стенок накладки.A known method of manufacturing the lining of the leading edge of the composite fan blades (US patent No. 7640661, IPC B21D 53/78, 01/05/2010). According to this method, the overlay is made of two parts, usually from two sheet blanks having protrusions. The profile of the protrusions in cross section corresponds to the profile of the front of the lining. On the opposite side of the workpieces there are also protrusions that perform a technological function. In the area of protrusions, the workpieces are welded together by diffusion welding, forming an envelope with a sealed cavity. The leading edge gets the final shape by pneumoforming the resulting package in the superplasticity mode in the stamp. At the end of the blow molding process ledges are trimmed with the formation of the side walls of the lining.

Основным недостатком этого способа является наличие сварного соединения, которое к тому же выходит на самую нагруженную в процессе эксплуатации часть накладки, что значительно снижает ее надежность.The main disadvantage of this method is the presence of a welded joint, which also goes to the most loaded part of the lining during operation, which significantly reduces its reliability.

Известен способ (патент США №7156622, МПК F01D 5/14, 02.01.2007 г.), в котором накладка изготавливается из трех частей, также с использованием сварки и сверхпластической формовки. Усиленная передняя часть накладки изготавливается из массивного прутка методом объемной деформации и механической обработки. Боковые стенки накладки вырезаются и формуются из листового материала. Стенки привариваются к передней части с помощью лазерной или диффузионной сварки.The known method (US patent No. 7156622, IPC F01D 5/14, 02/02/2007), in which the plate is made of three parts, also using welding and superplastic molding. The reinforced front part of the lining is made of a solid bar by the method of volumetric deformation and machining. The side walls of the lining are cut out and molded from sheet material. The walls are welded to the front using laser or diffusion welding.

Данный способ отличается от предыдущего способа тем, что обеспечивается большая надежность передней части накладки, поскольку сварное соединение находится в стороне от места приложения нагрузки. Однако наличие сварного соединения в любом случае снижает надежность лопатки, тем более что в данном случае имеются два места соединения. В случае соединения частей накладки лазерной сваркой однородность свойств материала накладки ухудшается в значительной степени, вплоть до возникновения опасных концентраторов напряжений.This method differs from the previous method in that it provides greater reliability of the front of the lining, since the welded joint is away from the place of application of the load. However, the presence of a welded joint in any case reduces the reliability of the blade, especially since in this case there are two joints. In the case of joining the lining parts by laser welding, the uniformity of the properties of the lining material deteriorates to a large extent, up to the occurrence of dangerous stress concentrators.

Что касается соединения частей накладки, выполненного диффузионной сваркой в двух последних способах, то оно может быть абсолютно надежным только в случае, когда в зоне соединения образуются общие зерна и когда структура зоны соединения не отличается от структуры основного металла. Такое соединение может иметь ударную вязкость, пластичность и прочность на уровне этих показателей для основного металла. Однако для получения такого надежного соединения необходимо наличие множества факторов - это, по крайней мере, подготовленная однородная мелкозернистая структура свариваемых заготовок, удачная схема приложения давления, возможность создания глубокого вакуума при сварке заготовок, выполненных из титанового сплава. Кроме того, продолжительность стадии полноценного объемного взаимодействия при диффузионной сварке составляет порядка 1,5-2 часов. Достижение перечисленных факторов усложняет технологический процесс изготовления изделия, увеличивает его продолжительность и, как следствие, увеличивает затраты энергии и себестоимость изделия.As for the connection of the parts of the patch made by diffusion welding in the last two methods, it can be absolutely reliable only when common grains are formed in the joint zone and when the structure of the joint zone does not differ from the structure of the base metal. Such a compound can have toughness, ductility and strength at the level of these indicators for the base metal. However, to obtain such a reliable connection, many factors are necessary - at least, a prepared homogeneous fine-grained structure of the workpieces to be welded, a good pressure application scheme, and the possibility of creating a deep vacuum when welding workpieces made of titanium alloy. In addition, the duration of the stage of full volumetric interaction during diffusion welding is about 1.5-2 hours. Achieving these factors complicates the manufacturing process of the product, increases its duration and, as a result, increases energy costs and the cost of the product.

Наиболее близким к заявленному способу является способ (патент США №5694683, МПК В23Р 15/00, 09.12.1997), согласно которому накладку передней кромки лопатки изготавливают из цельной объемной заготовки. Предварительно в заготовке посредством фрезерования получают внутреннюю полость V-образной формы. Все последующие операции способа осуществляют обработкой давлением. Посредством вытяжки в штампе формируют тонкие боковые стенки и усиленную часть накладки. Одновременно осуществляют профилирование накладки в вертикальной и горизонтальной плоскостях. Далее осуществляют профилирование боковых стенок и усиленной передней части для получения аэродинамических профилей в поперечных сечениях накладки и ее скручивание по заданной формой кромки лопатки пространственной кривой. При этом формирование усиленной передней части, боковых стенок и профилирование накладки в вертикальной и горизонтальной плоскостях выполняют в изотермических условиях, обеспечивающих режим высокой пластичности (сверхпластичности) сплава при формировании вытяжкой боковых стенок и передней части накладки.Closest to the claimed method is the method (US patent No. 5694683, IPC B23P 15/00, 12/09/1997), according to which the pad of the leading edge of the scapula is made of a solid bulk blank. Previously, in the workpiece by milling receive the inner cavity of a V-shaped. All subsequent process steps are carried out by pressure treatment. Through the hood, thin side walls and a reinforced portion of the patch are formed in the stamp. At the same time carry out profiling lining in the vertical and horizontal planes. Next, they carry out profiling of the side walls and the reinforced front part to obtain aerodynamic profiles in the cross sections of the lining and its twisting along the specified shape of the blade edge of the spatial curve. In this case, the formation of a reinforced front part, side walls and profiling of the lining in the vertical and horizontal planes is performed in isothermal conditions, providing a mode of high plasticity (superplasticity) of the alloy when the hood forms the side walls and front part of the lining.

Помимо соблюдения изотермических условий для обеспечения высокой пластичности труднодеформируемого титанового сплава, из которого, как отмечалось выше, изготавливается накладка, необходимо также соблюдение определенных скоростей деформации и наличие в заготовке подготовленной, по мере возможности мелкозернистой и в значительной степени однородной, структуры. При несоблюдении, по крайней мере, одного из этих трех условий труднодеформируемый титановый сплав обрабатывается в режиме обычной горячей деформации (Бэкофен В. Процессы деформации. Массачусетс, Калифорния, 1972, перевод под ред. С.Е. Рокотяна, М: Металлургия, 1977. С.242).In addition to observing isothermal conditions to ensure high ductility of a hard-to-deform titanium alloy, from which, as noted above, the overlay is made, it is also necessary to comply with certain strain rates and the presence of a prepared, as far as possible fine-grained and substantially homogeneous structure. If at least one of these three conditions is not met, a hard-to-deform titanium alloy is processed in the usual hot deformation mode (B. Bakofen, Deformation Processes. Massachusetts, California, 1972, translation, edited by S.E. Rokotyan, M: Metallurgy, 1977. S.242).

Неоднородность структуры сплава приводит к неоднородности деформации заготовки. В рассматриваемом случае, когда посредством вытяжки формируются очень тонкие стенки накладки, неоднородность деформации может быть ярко выраженной даже при незначительной неоднородности структуры сплава. В частности, неоднородность структуры сплава может возникнуть вследствие предыдущей обработки резанием из-за возникновения в поверхностных слоях заготовки, подвергаемых воздействию режущего инструмента, внутренних напряжений (Новиков И.И. Теория термической обработки металлов: учеб. для вузов. - 4-е изд. - М.: Металлургия, 1986, с.110-118). Это неизбежно происходит в рассматриваемом способе при фрезеровании в заготовке внутренней V-образной полости. Более того, при фрезеровании происходит разрыв волокон материала накладки, что крайне негативно влияет не только на процесс вытяжки боковых стенок, но в последующем приводит к снижению надежности накладки в эксплуатации. Для уменьшения напряжений и их отрицательного воздействия на эксплуатационные характеристики накладки можно использовать отжиг, тогда как разрыв волокон материала, причем в самом тонком сечении накладки, сохранит отрицательное влияние на свойства накладки при ее эксплуатации.The heterogeneity of the alloy structure leads to heterogeneity in the deformation of the workpiece. In the case under consideration, when very thin lining walls are formed by drawing, deformation heterogeneity can be pronounced even with a slight heterogeneity of the alloy structure. In particular, the heterogeneity of the alloy structure may arise as a result of the previous machining due to the appearance of internal stresses in the surface layers of the workpiece exposed to the cutting tool (Novikov I.I. Theory of heat treatment of metals: textbook for universities. - 4th ed. - M.: Metallurgy, 1986, p.110-118). This inevitably occurs in the considered method when milling in the workpiece an internal V-shaped cavity. Moreover, during milling, the fibers of the lining material break, which extremely negatively affects not only the process of drawing the side walls, but subsequently reduces the reliability of the lining in operation. Annealing can be used to reduce stresses and their negative impact on the performance characteristics of the lining, while rupture of the material fibers, and in the thinnest section of the lining, will retain a negative effect on the properties of the lining during its operation.

Необходимо добавить, что при деформировании не только в боковых стенках, но и в передней усиленной части накладки, а также во всей накладке возникают различного рода остаточные напряжения. В усиленной части возникают остаточные микронапряжения II рода вследствие использования малых степеней деформации, несмотря на то, что деформация осуществляется в изотермических условиях в режиме сверхпластичности (Бэкофен В. Процессы деформации, с.242). Внутренние напряжения возникают также между подвергаемыми значительной деформации боковыми стенками и усиленной передней частью накладки, деформируемой со значительно меньшими степенями деформации. Кроме того, напряжения возникают при профилировании заготовки в вертикальной и горизонтальной плоскостях. Во втором и третьем случаях остаточные напряжения являются зональными или напряжениями I рода, которые полностью не устраняются с помощью отжига. С помощью отжига зональные напряжения можно только уменьшить (Новиков И.И. Теория термической обработки металлов, с.110). Для того, чтобы устранить зональные напряжения необходима последующая горячая деформация заготовки с ощутимой степенью деформации, в способе же по патенту США №5694683 такая деформация отсутствует. Остаточные напряжения сказываются на поведении изделия при эксплуатации и даже при хранении на складе. В эксплуатации остаточные напряжения алгебраически складываясь с рабочими напряжениями, могут в значительной степени снизить надежность изделия, особенно если изделие, как накладка передней кромки композиционной лопатки, работает в сложных условиях под воздействием ударных нагрузок.It must be added that during deformation not only in the side walls, but also in the front reinforced part of the lining, as well as in the entire lining, various kinds of residual stresses arise. In the strengthened part, residual type II microstresses arise due to the use of small degrees of deformation, despite the fact that the deformation is carried out in isothermal conditions in the superplastic mode (Beckofen V. Deformation processes, p.242). Internal stresses also arise between the side walls subjected to significant deformation and the reinforced front of the lining, deformable with significantly lower degrees of deformation. In addition, stresses occur when profiling the workpiece in the vertical and horizontal planes. In the second and third cases, the residual stresses are zone or type I stresses, which are not completely eliminated by annealing. With the help of annealing, zonal stresses can only be reduced (II Novikov, Theory of Heat Treatment of Metals, p.110). In order to eliminate zonal stresses, subsequent hot deformation of the workpiece with a significant degree of deformation is necessary, but there is no such deformation in the method according to US Pat. No. 5,694,683. Residual stresses affect the behavior of the product during operation and even when stored in a warehouse. In operation, the residual stresses algebraically combined with the operating stresses can significantly reduce the reliability of the product, especially if the product, like the overlay of the leading edge of the composite blade, works in difficult conditions under the influence of shock loads.

Условия эксплуатации лопаток в составе ГТД новых поколений все более усложняются, что, безусловно, требует повышения прочности и надежности накладки передней кромки композиционной лопатки.The operating conditions of the blades in the gas turbine engine of new generations are becoming more complicated, which, of course, requires increasing the strength and reliability of the lining of the leading edge of the composite blade.

Известно, что прочностные свойства титановых сплавов возрастают с уменьшением размера зерен. Так сплавы с однородной субмикрокристаллической (СМК) структурой (размер зерен порядка 1 мкм и менее) превосходят свойства этих же сплавов в крупнозернистом состоянии на 20-40% (Мулюков Р.Р. // Российские нанотехнологии. Т.2, вып.7-8. 2007, с.38).It is known that the strength properties of titanium alloys increase with decreasing grain size. So alloys with a homogeneous submicrocrystalline (SMC) structure (grain size of the order of 1 μm or less) exceed the properties of the same alloys in a coarse-grained state by 20–40% (Muliuk R.R. // Russian Nanotechnologies. T.2, issue 7- 8. 2007, p. 38).

В рассматриваемом способе как бы тщательно не была подготовлена однородная мелкозернистая структура в исходной заготовке, что необходимо, как уже отмечалось, для осуществления деформации в режиме сверхпластичности титанового сплава, структура теряется в процессе изготовления. Использование такой схемы деформации, как вытяжка, не позволяет даже незначительно снизить температуру деформации и затормозить рост зерен. Более того, при температуре деформации зерна растут неравномерно, в поверхностных слоях, где возникали внутренние напряжения, они растут значительно быстрее.In the method under consideration, a homogeneous fine-grained structure in the initial billet was not carefully prepared, which is necessary, as already noted, to effect deformation in the superplastic mode of a titanium alloy, the structure is lost in the manufacturing process. The use of such a deformation scheme as the hood does not even allow a slight decrease in the deformation temperature and inhibit grain growth. Moreover, at a temperature of deformation, the grains grow unevenly, in the surface layers where internal stresses arose, they grow much faster.

Таким образом, запас для повышения прочности накладки, особенно ее усиленной части при изготовлении накладки по патенту США №5694683 отсутствует.Thus, there is no margin to increase the strength of the patch, especially its reinforced part in the manufacture of the patch according to US Pat. No. 5,694,683.

К недостаткам данного способа следует отнести также сложность прессового оборудования и конструкции штампа, используемых для деформации заготовки, и соответственно сложность их эксплуатации и ремонта. Сложность оборудования и конструкции штампа обусловлена необходимостью осуществлять сложные перемещения деформирующего инструмента одновременно в нескольких плоскостях. Кроме того, такой сложный по конструкции штамп является и громоздким, что в свою очередь требует его длительного нагрева для обеспечения при деформации объемной заготовки изотермических условий хотя, в общем совмещение операций за счет сокращения количества нагревов позволяет в определенной степени сэкономить электрическую энергию.The disadvantages of this method should also include the complexity of the press equipment and the design of the stamp used to deform the workpiece, and accordingly the complexity of their operation and repair. The complexity of the equipment and the design of the stamp is due to the need to carry out complex movements of the deforming tool simultaneously in several planes. In addition, such a stamp, which is so complex in design, is also cumbersome, which in turn requires prolonged heating to ensure isothermal conditions during deformation of the bulk workpiece, although, in general, combining operations by reducing the number of heatings can save some energy.

Способ по патенту США №5694683 выбран за наиболее близкий по технической сущности аналог заявляемого изобретения, поскольку он, как и заявляемый способ, основан на использовании для изготовления накладки передней кромки лопатки в основном обработки давлением.The method according to US patent No. 5694683 is selected for the closest in technical essence analogue of the claimed invention, since it, like the claimed method, is based on the use of mainly pressure processing for manufacturing the lining of the leading edge of the blade.

Заявляемое изобретение направлено на решение задачи создания способа изготовления накладки передней кромки композиционной лопатки вентилятора ГТД, обладающей необходимыми для ее эксплуатации и эксплуатации всего двигателя повышенной надежностью и прочностью.The invention is aimed at solving the problem of creating a method for manufacturing the lining of the leading edge of a composite fan blade of a gas turbine engine, which has the necessary reliability and strength for its operation and operation of the entire engine.

Указанную задачу позволяют решить обеспечиваемые изобретением основные технические результаты:The specified problem allows us to solve the main technical results provided by the invention:

- в процессе осуществления операций способа, связанных с формированием усиленной передней кромки и боковых стенок накладки исключается возникновение различного рода внутренних напряжений, разрыв волокон материала, то есть негативные факторы, способные снизить надежность накладки в эксплуатации;- in the process of carrying out the operations of the method associated with the formation of a reinforced leading edge and side walls of the lining, the occurrence of various kinds of internal stresses, breaking of the fibers of the material, that is, negative factors that can reduce the reliability of the lining in operation, is excluded

- условия проведения отмеченных и всех остальных операций способа способствуют сохранению в значительной степени мелкозернистой и однородной структуры в готовой накладке, что позволяет обеспечить повышение ее прочности.- the conditions for carrying out the noted and all other operations of the method contribute to the maintenance of a largely fine-grained and uniform structure in the finished patch, which allows to increase its strength.

Отмеченные технические результаты не могут быть достигнуты при изготовлении накладки по способу, являющемуся ближайшим аналогом изобретения.The marked technical results cannot be achieved in the manufacture of the lining by the method, which is the closest analogue of the invention.

По сравнению с ближайшим аналогом изобретение обеспечивает еще один технический результат, который заключается в упрощении используемого при осуществлении способа оборудования и инструментов - штампов.Compared with the closest analogue, the invention provides another technical result, which consists in simplifying the equipment and tools used in the implementation of the method - dies.

В частных случаях изобретение обеспечивает получение следующих дополнительных технических результатов:In particular cases, the invention provides the following additional technical results:

- снижается энергоемкость способа за счет сокращения количества нагревов при совмещении части операций способа в качестве переходов одной операции, превосходя уровень, достигнутый в ближайшем аналоге, поскольку нагреву подвергается достаточно компактный и простой по конструкции штамп;- reduces the energy intensity of the method by reducing the number of heatings when combining part of the operations of the method as transitions of one operation, exceeding the level achieved in the closest analogue, since a sufficiently compact and simple stamp design is heated;

- при формировании боковых стенок и усиленной передней части накладки используется режим низкотемпературной сверхпластичности, причем все остальные операции способа осуществляются при температуре не выше температуры, выбранной для выдавливания, следовательно, максимально сохраняется однородная мелкозернистая структура заготовки, что ведет к значительному повышению прочности накладки. Здесь же достигается снижение энергоемкости способа и толщины газонасыщенного слоя. При совмещении операций способа и использовании режима низкотемпературной сверхпластичности достигается по сравнению с ближайшим аналогом максимальное снижение энергоемкости способа;- when forming the side walls and the reinforced front of the lining, the low-temperature superplasticity mode is used, and all other operations of the method are carried out at a temperature not higher than the temperature selected for extrusion, therefore, the homogeneous fine-grained structure of the workpiece is maximally preserved, which leads to a significant increase in the strength of the lining. Here, a reduction in the energy intensity of the method and the thickness of the gas-saturated layer is achieved. When combining the operations of the method and using the low-temperature superplasticity mode, a maximum reduction in the energy intensity of the method is achieved in comparison with the closest analogue;

- появляется возможность выполнения микрорельефа на внутренней поверхности боковых стенок накладки, что позволяет увеличить прочность ее соединения с передней кромкой композитной лопатки.- it becomes possible to perform microrelief on the inner surface of the side walls of the lining, which allows to increase the strength of its connection with the leading edge of the composite blade.

Далее приводятся существенные признаки изобретения, обеспечивающие получение основных технических результатов во всех случаях реализации способа:The following are the essential features of the invention, providing basic technical results in all cases of the implementation of the method:

Способ изготовления накладки передней кромки композиционной лопатки вентилятора, имеющей соответствующую форме передней кромки лопатки сложную пространственную форму, образованную аэродинамическими профилями в поперечных сечениях, с усиленной передней частью и боковыми стенками посредством обработки давлением цельной объемной заготовки из титанового сплава, включает профилирование заготовки в вертикальной и горизонтальной плоскостях, формирование усиленной передней части накладки и ее боковых стенок, а также профилирование боковых стенок и усиленной передней части для получения аэродинамических профилей в поперечных сечениях накладки и ее скручивание по заданной пространственной кривой, где формирование усиленной передней части и боковых стенок накладки выполняют в изотермических условиях в режиме сверхпластичности сплава,A method of manufacturing a lining of the leading edge of a composite fan blade having a complex spatial shape corresponding to the shape of the leading edge of the blade, formed by aerodynamic profiles in cross sections, with a reinforced front part and side walls by pressure molding of a solid bulk workpiece from titanium alloy, includes profiling the workpiece in vertical and horizontal planes, the formation of a reinforced front of the lining and its side walls, as well as side profiling O walls and the reinforced front portion for airfoils at cross sections laths and its curling at predetermined spatial curve, where the formation of a reinforced front portion and side walls laths operate under isothermal conditions in superplastic alloy mode,

От ближайшего аналога способ отличается тем, что после профилирования заготовки в горизонтальной и вертикальной плоскостях осуществляют процесс прямого выдавливания заготовки с формированием усиленной передней части накладки и с образованием запаса материала для формирования боковых стенок накладки. После чего осуществляют процесс обратного выдавливания заготовки с формированием боковых стенок накладки U-образного профиля в поперечных сечениях, используя в обоих случаях выдавливания штамп, пуансон и матрица которого помимо основного формообразующего профиля в поперечных сечениях имеют в вертикальной и горизонтальной плоскостях профиль, соответствующий профилю накладки в этих плоскостях. Далее формируют в поперечных сечениях V-образный профиль боковых стенок посредством гибки в штампе, матрица и пуансон которого имеют в поперечных сечениях соответствующий профиль, а в вертикальной и горизонтальной плоскостях имеют профиль, соответствующий профилю накладки в этих плоскостях. Затем осуществляют с использованием пластичного вкладыша профилирование усиленной передней части и боковых стенок накладки для получения аэродинамических профилей в поперечных сечениях накладки и скручивание накладки по заданной пространственной кривой.The method differs from the closest analogue in that after profiling the workpiece in horizontal and vertical planes, the process of direct extrusion of the workpiece is carried out with the formation of a reinforced front part of the lining and with the formation of a supply of material for the formation of the side walls of the lining. Then the backward extrusion of the workpiece is carried out with the formation of the side walls of the lining of the U-shaped profile in cross sections, using in both cases extrusion a stamp whose punch and matrix, in addition to the main forming profile in cross sections, have a profile in vertical and horizontal planes corresponding to the lining profile in these planes. Next, a V-shaped profile of the side walls is formed in cross sections by bending in a die, the matrix and punch of which have a corresponding profile in cross sections, and in the vertical and horizontal planes have a profile corresponding to the lining profile in these planes. Then, using a plastic insert, profiling of the reinforced front part and side walls of the lining is carried out to obtain aerodynamic profiles in the cross sections of the lining and twisting the lining along a given spatial curve.

Далее приводятся признаки, характеризующие изобретение в частных случаях, обеспечивающие получение дополнительных технических результатов:The following are signs that characterize the invention in particular cases, providing additional technical results:

- прямое и обратное выдавливание осуществляют за два перехода одной операции, используя один штамп, матрица которого в верхней части, предназначенной для формирования боковых стенок, и пуансон имеют U-образную форму;- direct and reverse extrusion is carried out in two transitions of the same operation, using one stamp, the matrix of which in the upper part, designed to form the side walls, and the punch are U-shaped;

- профилирование в вертикальной плоскости, прямое и обратное выдавливание заготовки, осуществляют за три перехода одной операции, используя один штамп, матрица которого в верхней части, предназначенной для формирования боковых стенок, и пуансон имеют U-образную форму. При этом на переходе профилирования в вертикальной плоскости заготовку располагают в начальный момент так, что она опирается на самый высокий участок заплечиков U-образной матрицы. Об окончании перехода профилирования в вертикальной плоскости судят по моменту упора заготовки по всей длине в заплечики U-образной матрицы;- profiling in the vertical plane, direct and reverse extrusion of the workpiece, is carried out in three transitions of one operation, using one stamp, the matrix of which in the upper part, designed to form the side walls, and the punch are U-shaped. At the same time, at the transition of profiling in the vertical plane, the workpiece is placed at the initial moment so that it rests on the highest portion of the shoulders of the U-shaped matrix. The end of the profiling transition in the vertical plane is judged by the moment the workpiece abuts along the entire length of the shoulders of the U-shaped matrix;

- профилирование в горизонтальной и вертикальной плоскостях, а также прямое и обратное выдавливание заготовки осуществляют за четыре перехода одной операции, используя один штамп с разъемной матрицей, которая в сомкнутом состоянии в верхней части, предназначенной для формирования боковых стенок, имеет U-образную форму. При этом на переходе профилирования в горизонтальной плоскости заготовку располагают в начальной момент так, что она опирается на самый высокий участок заплечиков одной из частей разомкнутой U-образной матрицы. Профилирование в горизонтальной плоскости заготовки осуществляют за счет смыкания частей матрицы. Соответственно в конечной момент профилирования в горизонтальной плоскости заготовка опирается на самый высокий участок заплечиков обеих частей сомкнутой матрицы. Далее профилирование в вертикальной плоскости, прямое и обратное выдавливание заготовки осуществляют, используя матрицу в сомкнутом состоянии и U-образный пуансон. Кроме того, об окончании перехода профилирования в вертикальной плоскости судят по моменту упора заготовки по всей длине в заплечики U-образной матрицы;- profiling in horizontal and vertical planes, as well as direct and reverse extrusion of the workpiece is carried out in four transitions of one operation, using one stamp with a detachable matrix, which in the closed state in the upper part, designed to form the side walls, has a U-shape. At the same time, at the transition of profiling in the horizontal plane, the workpiece is placed at the initial moment so that it rests on the highest portion of the shoulders of one of the parts of the open U-shaped matrix. Profiling in the horizontal plane of the workpiece is carried out by closing parts of the matrix. Accordingly, at the final moment of profiling in the horizontal plane, the workpiece rests on the highest portion of the shoulders of both parts of the closed matrix. Next, profiling in the vertical plane, direct and reverse extrusion of the workpiece is carried out using the matrix in the closed state and the U-shaped punch. In addition, the end of the profiling transition in the vertical plane is judged by the moment the workpiece rests along the entire length of the shoulders of the U-shaped matrix;

- для изготовления накладки используют заготовку с субмикрокристаллической структурой. При этом операции прямого и обратного выдавливания осуществляют в режиме низкотемпературной сверхпластичности при конкретной температуре, выбираемой из интервала температур 650-750°С. Все остальные операции обработки давлением осуществляют при температуре, выбираемой в указанном интервале, но не выше выбранной для осуществления выдавливания;- for the manufacture of pads use a workpiece with a submicrocrystalline structure. In this case, the operation of direct and reverse extrusion is carried out in the regime of low-temperature superplasticity at a specific temperature, selected from a temperature range of 650-750 ° C. All other pressure processing operations are carried out at a temperature selected in the indicated interval, but not higher than that selected for extrusion;

- обратное выдавливание осуществляют с образованием, по крайней мере, на части внутренней поверхности первоначально сформированных боковых стенок микрорельефа в направлении выдавливания за счет использования пуансона, имеющего на поверхности соответствующий микрорельеф.- reverse extrusion is carried out with the formation of at least part of the inner surface of the initially formed side walls of the microrelief in the direction of extrusion through the use of a punch having a corresponding microrelief on the surface.

Указанные выше существенные признаки находятся в причинно-следственной связи с основными техническими результатами, поскольку:The above essential features are in a causal relationship with the main technical results, because:

- в процессе прямого выдавливания предварительно спрофилированной в горизонтальной и вертикальных плоскостях объемной заготовки с формированием усиленной передней части накладки, а также с образованием запаса материала для формирования боковых стенок накладки в изотермических условиях в режиме сверхпластичности сплава, благодаря деформации со значительными степенями по схеме, близкой к схеме всестороннего сжатия, устраняется возможность возникновения в передней усиленной части накладки различного рода остаточных напряжений. Это повышает надежность передней части и всей накладки в целом. Причем здесь важна и последовательность операций, поскольку при профилировании заготовки в горизонтальной и вертикальной плоскостях, также как в способе по патенту США №5694683, в заготовке накладки возникают зональные напряжения. Однако в отличие от способа по патенту США №5694683, в процессе прямого выдавливания, благодаря схеме всестороннего сжатия и значительной степени деформации, зональные напряжения полностью устраняются. Процесс прямого выдавливания способствует сохранению волокнистой структуры сплава и ее благоприятной направленности в усиленной передней части накладки. Сохранение волокнистой структуры и ее благоприятная направленность еще более повышают надежность передней части накладки, а также повышают прочность передней части и ее способность противостоять ударным нагрузкам. Условия всестороннего сжатия способствуют не только сохранению мелкозернистой структуры материала, но и ее улучшению, в частности они способствуют устранению случайных пор, которые могут быть в исходной объемной заготовке, что также повышает прочность передней части и всей накладки в целом;- during the direct extrusion of a volume blank preformed in horizontal and vertical planes with the formation of a reinforced front part of the lining, as well as with the formation of a supply of material for the formation of the side walls of the lining in isothermal conditions in the superplastic mode of the alloy, due to deformation with significant degrees according to the scheme close to comprehensive compression scheme, eliminates the possibility of occurrence in the front reinforced part of the lining of various kinds of residual stresses. This increases the reliability of the front end and the entire lining as a whole. Moreover, the sequence of operations is also important, since when profiling the workpiece in horizontal and vertical planes, as well as in the method according to US patent No. 5694683, zonal stresses occur in the workpiece blank. However, unlike the method of US Pat. No. 5,694,683, in the direct extrusion process, due to the all-round compression scheme and a significant degree of deformation, the zonal stresses are completely eliminated. The direct extrusion process contributes to the preservation of the fibrous structure of the alloy and its favorable orientation in the reinforced front of the lining. The preservation of the fibrous structure and its favorable orientation further increase the reliability of the front part of the lining, as well as increase the strength of the front part and its ability to withstand shock loads. The conditions of comprehensive compression contribute not only to the preservation of the fine-grained structure of the material, but also to its improvement, in particular, they contribute to the elimination of random pores that may be in the original bulk blank, which also increases the strength of the front part and the entire lining as a whole;

- в процессе обратного выдавливания объемной заготовки с первоначальным формированием боковых стенок накладки U-образного профиля в поперечных сечениях в изотермических условиях в режиме сверхпластичности сплава, устраняется возможность возникновения зональных напряжений между передней частью накладки и ее боковыми стенками, поскольку указанные части накладки деформируются с примерно равными степенями деформации. Кроме того, в результате данной операции первоначальный U-образный профиль стенок получается без использования операции обработки резанием, что способствует сохранению волокнистой структуры и ее благоприятной направленности в боковых стенках накладки. При необходимости дополнительной вытяжки стенок накладки при изготовлении крупногабаритных лопаток, условия вытяжки сохраняют свою благоприятность, тогда как в способе по патенту США №5694683 вытяжке подвергается часть заготовки, в которой волокна перерезаны при фрезеровании, что при увеличении степени вытяжки может привести к разрыву боковой стенки;- in the process of backward extrusion of a bulk workpiece with the initial formation of the side walls of the U-shaped lining in cross sections in isothermal conditions in the superplastic mode of the alloy, the possibility of zonal stresses between the front part of the lining and its side walls is eliminated, since these parts of the lining are deformed with approximately equal degrees of deformation. In addition, as a result of this operation, the initial U-shaped profile of the walls is obtained without the use of a machining operation, which contributes to the preservation of the fibrous structure and its favorable orientation in the side walls of the lining. If you need additional stretching of the walls of the patch in the manufacture of large blades, the drawing conditions remain favorable, whereas in the method according to US patent No. 5694683, a portion of the workpiece is subjected to hooding, in which the fibers are cut during milling, which can lead to a rupture of the side wall;

- последующее формирование посредством гибки предварительного V-образного профиля боковых стенок в поперечных сечениях накладки, где для этого используют простейший по конструкции штамп, матрица и пуансон которого имеют соответствующие формообразующие поверхности, позволяет и дальше сохранить мелкозернистую волокнистую структуру заготовки. Причем схема деформации при гибке по типу протягивания между стенками матрицы и пуансоном исключает возникновение в стенках внутренних напряжений. Удаление полуфабриката накладки из штампа может осуществляться с использованием выталкивателя и/или разъемной матрицы. Данная операция может осуществляться в изотермических условиях в режиме сверхпластичности или в режиме горячей деформации без соблюдения скоростей сверхпластической деформации;- the subsequent formation by bending a preliminary V-shaped profile of the side walls in the cross sections of the lining, where for this they use the simplest design stamp, the matrix and punch of which have the corresponding forming surfaces, allows you to further maintain the fine-grained fibrous structure of the workpiece. Moreover, the deformation scheme during bending by the type of pulling between the walls of the matrix and the punch eliminates the occurrence of internal stresses in the walls. Removing the prefabricated lining from the stamp can be carried out using an ejector and / or a detachable matrix. This operation can be carried out in isothermal conditions in the superplasticity mode or in the hot deformation mode without observing the superplastic deformation rates;

- профилирование с использованием пластичного вкладыша усиленной передней части и боковых стенок накладки для получения аэродинамических профилей в поперечных сечениях накладки и ее скручивание по заданной конфигурацией кромки лопатки пространственной кривой, обеспечивает бездефектное изготовление накладки передней кромки композиционной лопатки вентилятора на заключительном этапе способа. Профилирование и скручивание могут осуществляться в одном штампе с разъемной матрицей или же скручивание может осуществляться отдельно в приспособлении, предусматривающем захват концов накладки и ее скручивание. В любом случае обязательным является использование пластичного вкладыша. Данная операция может осуществляться в изотермических условиях в режиме сверхпластичности или в режиме горячей деформации без соблюдения скоростей сверхпластической деформации;- profiling with the help of a plastic insert of the reinforced front part and the side walls of the lining to obtain aerodynamic profiles in the cross sections of the lining and twisting it along a predetermined configuration of the blade edge of the spatial curve, provides a flawless manufacturing of the lining of the leading edge of the composite fan blade at the final stage of the method. Profiling and twisting can be carried out in one die with a detachable matrix, or twisting can be carried out separately in the device, providing for the capture of the ends of the lining and its twisting. In any case, the use of a plastic liner is mandatory. This operation can be carried out in isothermal conditions in the superplasticity mode or in the hot deformation mode without observing the superplastic deformation rates;

Раздельное во времени осуществление операций способа позволяет в значительной степени упростить конструкцию штамповых инструментов, а также упростить процесс их эксплуатации и ремонта.Separate in time the implementation of the operations of the method can greatly simplify the design of stamping tools, as well as simplify the process of their operation and repair.

Признаки, характеризующие изобретение, в частных случаях находятся в причинно-следственной связи с дополнительными техническими результатами, поскольку:The features characterizing the invention, in special cases, are in a causal relationship with additional technical results, because:

- совмещение части операций способа в качестве переходов одной операции позволяет провести эти переходы, нагревая штамп и заготовку однократно. Исключаются дефекты, которые могут возникнуть при многократном извлечении накладки из различных штампов. Совмещение части операций в заявляемом способе в отличие от ближайшего аналога не влечет за собой усложнения прессового оборудования и изменения конструкции штампа. При этом переходы осуществляются во времени последовательно один за другим. За счет выбора более высоких скоростей деформации переходы профилирования заготовки в горизонтальной и вертикальной плоскостях могут осуществляться в режиме, отличном от режима сверхпластичности, что сократит общее время пребывания заготовки в изотермических условиях. Кроме того, использование разъемной матрицы облегчает извлечение полуфабриката накладки из ее полости по окончании данной операции;- combining part of the operations of the method as transitions of one operation allows these transitions to be performed by heating the stamp and the workpiece once. Defects that may occur during repeated removal of the lining from various dies are excluded. Combining part of the operations in the inventive method, unlike the closest analogue, does not entail complications of the press equipment and changes in the design of the stamp. In this case, transitions are carried out in time sequentially one after another. By choosing higher deformation rates, the transitions of profiling the workpiece in the horizontal and vertical planes can be carried out in a mode different from the superplasticity mode, which will reduce the total residence time of the workpiece in isothermal conditions. In addition, the use of a detachable matrix facilitates the removal of the semi-finished lining from its cavity at the end of this operation;

- использование заготовки с СМК структурой для изготовления накладки и проведение прямого и обратного выдавливания при температуре, выбираемой из интервала температур 650-750°С, и всех остальных операций обработки давлением при температуре, выбираемой в указанном интервале, но не выше выбранной температуры для выдавливания, позволяет деформировать заготовку в условиях, способствующих максимальному сохранению ее структуры в готовом изделии. Кроме того, чем ниже температура обработки заготовки, тем меньше толщина образующегося на поверхности титановой заготовки газонасыщенного слоя и тем меньше объем операций для окончательной отделки готового изделия. При использовании более низких температур обработки снижается энергоемкость способа;- the use of a workpiece with a QMS structure for the manufacture of plates and direct and reverse extrusion at a temperature selected from a temperature range of 650-750 ° C, and all other pressure treatment operations at a temperature selected in the specified range, but not higher than the selected temperature for extrusion, allows you to deform the workpiece in conditions that contribute to the maximum preservation of its structure in the finished product. In addition, the lower the processing temperature of the billet, the smaller the thickness of the gas-saturated layer formed on the surface of the titanium billet and the smaller the volume of operations for the final finishing of the finished product. When using lower processing temperatures, the energy intensity of the method is reduced;

- в условиях эксплуатации вентилятора значительная по величине центробежная сила пытается сорвать накладку с передней кромки лопатки. Препятствием к этому является сложный пространственный профиль передней кромки лопатки и закрепление накладки. Тем не менее, одни участки накладки под воздействием центробежных сил пытаются упруго растянуться, другие же участки, сдерживаемые от растяжения конфигурацией лопатки, наоборот сжимаются. На границе этих участков возникает значительный по величине перепад напряжений, способный ослабить и даже разрушить места крепления накладки к передней кромке лопатки. При осуществлении выдавливания появляется возможность сформировать, по крайней мере, на части внутренней поверхности боковых стенок U-образного в поперечном сечении профиля накладки в направлении выдавливания микрорельеф за счет использования пуансона, имеющего на поверхности соответствующий микрорельеф. Из-за отсутствия дальнейших операций обработки давлением, связанных с объемным деформированием, полученный микрорельеф сохраняется в готовом изделии. Микрорельеф получается направленным в эксплуатации перпендикулярно вектору центробежной силы, воздействующей на лопатку. Микрорельеф способствует надежному соединению накладки с передней кромкой композиционной лопатки. Микрорельеф также способствует гашению возникающих в накладке упругих напряжений.- in the conditions of operation of the fan, a significant centrifugal force tries to tear the pad off the leading edge of the blade. An obstacle to this is the complex spatial profile of the leading edge of the scapula and the fixing of the lining. Nevertheless, some sections of the lining under the influence of centrifugal forces try to elastically stretch, while other sections, restrained from stretching by the configuration of the scapula, are compressed on the contrary. At the boundary of these sections, a significant voltage drop occurs, which can weaken and even destroy the points of attachment of the patch to the leading edge of the blade. When performing extrusion, it becomes possible to form at least a part of the inner surface of the side walls of a U-shaped cross-section of the profile of the patch in the direction of extrusion of the microrelief through the use of a punch having a corresponding microrelief on the surface. Due to the lack of further pressure processing operations associated with volumetric deformation, the resulting microrelief is stored in the finished product. The microrelief is obtained directed in operation perpendicular to the vector of centrifugal force acting on the blade. The microrelief contributes to the reliable connection of the lining with the leading edge of the composite blade. The microrelief also contributes to damping the elastic stresses arising in the patch.

Изобретение поясняется подробным описанием способа изготовления накладки передней кромки композиционной лопатки вентилятора со ссылками на фиг.1-18, и конкретными примерами его осуществления с указанием режимов обработки.The invention is illustrated by a detailed description of a method for manufacturing the lining of the leading edge of a composite fan blade with reference to FIGS. 1-18, and specific examples of its implementation, indicating processing modes.

Сущность изобретение поясняется графическими материалами. Ниже приводится их краткое описание:The invention is illustrated graphic materials. Below is a brief description of them:

на фиг.1 схематично изображен вид справа на вертикально расположенную накладку передней кромки лопатки вентилятора;figure 1 schematically depicts a right view of a vertically located cover plate of the leading edge of the fan blades;

на фиг.2 схематично изображен вид сверху на вертикально расположенную накладку передней кромки лопатки вентилятора на фиг.1;in Fig.2 schematically shows a top view of a vertically located plate of the leading edge of the fan blades in Fig.1;

на фиг.3, 4 - вид сверху и в поперечном сечении, схематично изображен начальный (части матрицы разомкнуты) момент перехода, на котором заготовке накладки придают требуемый профиль в горизонтальной плоскости;figure 3, 4 is a top view and in cross section, schematically shows the initial (parts of the matrix are open) the transition moment at which the lining blank is given the desired profile in the horizontal plane;

на фиг.5, 6 - вид сверху и в поперечном сечении, схематично изображен конечный (части матрицы сомкнуты) момент перехода, на котором заготовке накладки придают требуемый профиль в горизонтальной плоскости;figure 5, 6 is a top view and in cross section, schematically shows the final (parts of the matrix are closed) transition moment, at which the required profile in the horizontal plane is attached to the lining blank;

на фиг.7, 8 - вид спереди при откинутой части (половине) матрицы, схематично изображены соответственно начальный (заготовка касается только той части заплечиков матрицы, которая расположена выше других) и конечный (заготовка по всей длине лежит на заплечиках матрицы) моменты перехода, на котором заготовке накладки придают требуемый профиль в вертикальной плоскости;7, 8 - front view with the reclined part (half) of the matrix, schematically shows the initial (the workpiece touches only that part of the shoulders of the matrix, which is located above the others) and the final (the workpiece lies along the shoulders of the matrix along the entire length) transition moments, on which the blank blanks give the desired profile in a vertical plane;

на фиг.9, 10, 11 схематично изображены в поперечном сечении штампа соответственно начальный и конечный моменты перехода прямого выдавливания усиленной передней части и конечный момент обратного выдавливания боковых стенок накладки U-образного профиля;Figures 9, 10, 11 schematically depict the initial and final moments of the direct extrusion transition of the reinforced front part and the final moment of reverse extrusion of the side walls of the U-shaped cover plate, respectively, in cross section of the stamp;

на фиг.12, 13 схематично изображены в поперечном сечении штампа соответственно начальный и конечный моменты операции гибки боковых стенок накладки с приданием им V-образного профиля;on Fig, 13 schematically depicted in the cross section of the stamp, respectively, the initial and final moments of the operation of bending the side walls of the lining with giving them a V-shaped profile;

на фиг.14, 15 схематично изображены в поперечном сечении штампа соответственно начальный и конечный моменты операции придания поперечным сечениям накладки аэродинамического профиля;on Fig, 15 schematically depicted in the cross section of the stamp, respectively, the initial and final moments of the operation of giving the cross sections of the lining of the aerodynamic profile;

на фиг.16 представлена фотография готовой накладки;on Fig presents a photograph of the finished lining;

на фиг.17, 18 представлены фотографии микроструктуры титанового сплава ВТ6 в зонах боковой стенки и усиленной передней части готовой накладки.on Fig, 18 presents photographs of the microstructure of the VT6 titanium alloy in the areas of the side wall and the reinforced front of the finished lining.

Накладка имеет следующие элементы конструкции (см. фиг.1, 2):The overlay has the following structural elements (see figure 1, 2):

L - общая высота;L is the total height;

l - высота боковых стенок;l is the height of the side walls;

h - высота усиленной передней части;h is the height of the reinforced front;

t - ширина усиленной передней части в месте стыка с боковыми стенками;t is the width of the reinforced front at the junction with the side walls;

t' - толщина боковой стенки.t 'is the thickness of the side wall.

Представленная на фиг.1, 2 и 16 накладка 1 имеет аэродинамический в поперечных сечениях профиль, образованный линиями давления 2 и разрежения 3, соответственно спрофилированные боковые тонкие стенки 4, 5 и усиленную переднюю часть 6.The overlay 1 shown in FIGS. 1, 2 and 16 has an aerodynamic cross-sectional profile formed by pressure lines 2 and rarefaction 3, respectively profiled side thin walls 4, 5 and a reinforced front part 6.

Накладка получена из объемной длинномерной заготовки 7 (фиг.3-8).The pad is obtained from a long lengthy workpiece 7 (Fig.3-8).

На фиг.3-11 схематично представлены осуществляемые как переходы одной операции профилирования в горизонтальной (фиг.3, 4, 5, 6) и вертикальной (фиг.7, 8) плоскостях, а также прямое и обратное выдавливание (фиг.9, 10, 11) заготовки 7. Для этого используют штамп с разъемной матрицей 8, состоящей из двух частей (половин) 9, 10 с заплечиками 11, 12, расположенной в корпусе 13. Причем на переходе профилирования в горизонтальной плоскости (фиг.3, 4, 5, 6) в качестве инструмента используют только разъемную матрицу 8.Figure 3-11 schematically shows the transitions performed as transitions of one profiling operation in horizontal (Fig. 3, 4, 5, 6) and vertical (Fig. 7, 8) planes, as well as forward and reverse extrusion (Fig. 9, 10 , 11) the blank 7. For this, use a stamp with a split matrix 8, consisting of two parts (halves) 9, 10 with shoulders 11, 12 located in the housing 13. Moreover, at the transition of profiling in a horizontal plane (Figs. 3, 4, 5, 6) only a split matrix 8 is used as a tool.

В сомкнутом состоянии матрица 8 (фиг.6) образует верхнюю 14 и нижнюю 15 полости. Верхняя полость 14 за счет заплечиков 11, 12 имеет U-образный профиль в поперечных сечениях. Здесь необходимо отметить, что при обратном выдавливании естественным образом может быть получен только U-образный профиль заготовки. Нижняя полость 15 имеет профиль, соответствующий профилю усиленной передней части накладки.In the closed state, the matrix 8 (Fig.6) forms the upper 14 and lower 15 cavities. The upper cavity 14 due to the shoulders 11, 12 has a U-shaped profile in cross sections. It should be noted here that when backward extrusion naturally only a U-shaped blank profile can be obtained. The lower cavity 15 has a profile corresponding to the profile of the reinforced front of the lining.

На переходах профилирования в вертикальной плоскости, прямого и обратного выдавливания (фиг.7-11) используют также пуансон 16. На фиг.7-11 корпус 13 матрицы не показан. По окончании перехода обратного выдавливания получается полуфабрикат 17 накладки (фиг.11).At the transitions of profiling in the vertical plane, forward and reverse extrusion (Fig.7-11) also use the punch 16. In Fig.7-11, the matrix body 13 is not shown. At the end of the reverse extrusion transition, a semi-finished lining 17 is obtained (Fig. 11).

На всех перечисленных переходах используют штамп, пуансон 16 и матрица 8 которого, помимо основного формообразующего профиля в поперечных сечениях, имеют в вертикальной и горизонтальной плоскостях профиль, соответствующий профилю накладки 1 в этих плоскостях.At all these transitions, a stamp is used, the punch 16 and the matrix 8 of which, in addition to the main shape-forming profile in cross sections, have a profile in vertical and horizontal planes corresponding to the profile of the lining 1 in these planes.

На фиг.12, 13 схематично показана операция гибки боковых стенок полуфабриката 17 накладки в штампе с разъемной матрицей 18, состоящей из двух частей (половин) 19, 20 с пуансоном 21. Полость матрицы 18 и пуансон 21 имеют в поперечных сечениях профили, соответствующие предварительному профилю накладки 1. Кроме того, матрица 18 и пуансон 21, имеют в вертикальной и горизонтальной плоскостях профиль, соответствующий профилю накладки 1 в этих плоскостях.On Fig, 13 schematically shows the operation of bending the side walls of the semi-finished plate 17 in the stamp with a split matrix 18, consisting of two parts (halves) 19, 20 with a punch 21. The cavity of the matrix 18 and the punch 21 have profiles in cross sections corresponding to the preliminary lining profile 1. In addition, the matrix 18 and the punch 21 have a profile in vertical and horizontal planes corresponding to the lining profile 1 in these planes.

На фиг.14, 15 схематично изображены начальный и конечный моменты операции придания боковым стенкам 4, 5 и усиленной передней части 6 в их поперечных сечениях аэродинамического профиля. Между боковыми стенками 4, 5 при этом устанавливают пластичный вкладыш 22. Профилирование осуществляют в разъемной матрице 23, состоящей из двух частей (половин) 24, 25.On Fig, 15 schematically shows the initial and final moments of the operation of giving the side walls 4, 5 and the reinforced front part 6 in their cross sections of the aerodynamic profile. In this case, a plastic insert 22 is installed between the side walls 4, 5. Profiling is carried out in a detachable matrix 23, consisting of two parts (halves) 24, 25.

Способ изготовления накладки передней кромки композиционной лопатки вентилятора осуществляется следующим образом.A method of manufacturing a lining of the leading edge of the composite fan blades is as follows.

С учетом целесообразности объединения операций способа, а также для упрощения описания часть операций, а именно профилирование заготовки в горизонтальной и вертикальной плоскостях, а также прямое и обратное выдавливание будут рассматриваться как переходы первой операции с использованием одного штампа. Однако все операции способа, как следует из перечня существенных признаков, могут выполняться по отдельности с использованием разных штампов.Given the advisability of combining the operations of the method, as well as to simplify the description, part of the operations, namely profiling of the workpiece in the horizontal and vertical planes, as well as direct and reverse extrusion, will be considered as transitions of the first operation using one stamp. However, all operations of the method, as follows from the list of essential features, can be performed separately using different stamps.

На первом переходе осуществляют профилирование объемной заготовки 7 в виде длинномерного бруска с подготовленной однородной мелкозернистой структурой в горизонтальной плоскости (фиг.3, 4, 5, 6) с использованием штампа с разъемной матрицей 8, состоящей из двух половин 9, 10, размещенной в корпусе 13.At the first transition, profiling of the bulk workpiece 7 is carried out in the form of a long bar with a prepared homogeneous fine-grained structure in the horizontal plane (Figs. 3, 4, 5, 6) using a die with a split matrix 8 consisting of two halves 9, 10 located in the housing 13.

Половины 9, 10 матрицы штампа имеет заплечики 11, 12, основная функция которых - это участие в образовании запаса материала для формирования боковых стенок U-образного профиля на переходе прямого выдавливания. На переходе профилирования заготовки в горизонтальной плоскости заплечики 11, 12 используют в качестве вспомогательного средства для того, чтобы на один из них в начальный момент профилирования опиралась заготовка 7. Заготовка опирается на самый высокий участок заплечика половины матрицы. Профилирование в горизонтальной плоскости заготовки 7 осуществляют за счет смыкания половин матрицы 9, 10, соответственно в конечной момент профилирования в горизонтальной плоскости заготовка опирается на самый высокий участок заплечиков 11, 12 сомкнутой матрицы 8.Half of the stamp matrix 9, 10 has shoulders 11, 12, the main function of which is to participate in the formation of a supply of material for the formation of the side walls of the U-shaped profile at the transition of direct extrusion. At the transition of profiling the workpiece in the horizontal plane, the shoulders 11, 12 are used as an auxiliary means so that the workpiece 7 rests on one of them at the initial moment of profiling. The workpiece rests on the highest portion of the shoulder of half of the matrix. Profiling in the horizontal plane of the workpiece 7 is carried out by closing the halves of the matrix 9, 10, respectively, at the final moment of profiling in the horizontal plane, the workpiece rests on the highest portion of the shoulders 11, 12 of the closed matrix 8.

На втором переходе осуществляют профилирование заготовки 7 в вертикальной плоскости (фиг.5, 6) используя пуансон 16 и верхнюю 14 полость сомкнутой матрицы 8. Об окончании перехода профилирования в вертикальной плоскости судят по моменту упора заготовки по всей длине в заплечики 11, 12 матрицы 8.At the second transition, the workpiece 7 is profiled in the vertical plane (FIGS. 5, 6) using the punch 16 and the upper cavity 14 of the closed matrix 8. The end of the profiling transition in the vertical plane is judged by the moment the workpiece stops along the entire length in the shoulders 11, 12 of the matrix 8 .

По окончании профилирования заготовки в горизонтальной и вертикальной плоскостях увеличивают усилие деформирования и осуществляют процесс прямого выдавливания (фиг.9, 10) заготовки в нижнюю полость 15 матрицы 8 посредством пуансона 16, формируя тем самым усиленную переднюю часть 6 накладки, и запас материала для формирования боковых стенок. Момент окончания процесса прямого выдавливания фиксируют по моменту заполнения полости 15 матрицы. Далее увеличивают усилие деформирования до значения, необходимого для осуществления обратного выдавливания в верхнюю полость 14 матрицы 8, формируя тем самым боковые стенки 4, 5 накладки промежуточного U-образного профиля. Величину усилия при прямом и обратном выдавливании выбирают из условия обеспечения скорости деформации, соответствующей условиям сверхпластичности. На заключительном этапе данной операции получается полуфабрикат 17 накладки 1. Разъем матрицы 8 облегчает извлечение из нее полуфабриката 17.At the end of the profiling of the workpiece in the horizontal and vertical planes, the deformation force is increased and the process of direct extrusion (Fig. 9, 10) of the workpiece into the lower cavity 15 of the matrix 8 is carried out by means of a punch 16, thereby forming a reinforced front part 6 of the lining, and a supply of material for forming side the walls. The moment of completion of the direct extrusion process is fixed at the time of filling the cavity 15 of the matrix. Further, the deformation force is increased to the value necessary to effect reverse extrusion into the upper cavity 14 of the matrix 8, thereby forming the side walls 4, 5 of the lining of the intermediate U-shaped profile. The magnitude of the force during forward and reverse extrusion is selected from the condition of ensuring the strain rate corresponding to the conditions of superplasticity. At the final stage of this operation, the semi-finished product 17 of the lining 1 is obtained. The connector of the matrix 8 facilitates the extraction of the semi-finished product 17 from it.

При необходимости формирования микрорельефа (не показано) на внутренней поверхности боковых стенок накладки используют пуансон (не показан), который отличается от пуансона 16 наличием на формообразующей поверхности микрорельефа.If necessary, the formation of a microrelief (not shown) on the inner surface of the side walls of the lining use a punch (not shown), which differs from the punch 16 by the presence of a microrelief on the forming surface.

Первую операцию осуществляют в изотермических условиях, нагревая заготовку 7, матрицу 8 и пуансон 16 до температуры деформации. При этом за счет выбора скоростей деформации переходы прямого и обратного выдавливания осуществляют в режиме сверхпластичности титанового сплава. Необходимую скорость сверхпластической деформации обеспечивают посредством приложения нагрузки по определенному путем компьютерного моделирования закону.The first operation is carried out in isothermal conditions, heating the workpiece 7, the die 8 and the punch 16 to a strain temperature. Moreover, due to the choice of strain rates, transitions of direct and reverse extrusion are carried out in the superplasticity of the titanium alloy. The necessary rate of superplastic deformation is provided by applying a load according to a law determined by computer simulation.

Затем полученный полуфабрикат 17 накладки 1 помещают в другой штамп (фиг.12, 13) и осуществляют операцию гибки стенок до формирования V-образного профиля с использованием пуансона 21 и разъемной матрицы 20, состоящей из двух половин 18, 19. Здесь разъем матрицы предназначен для того, чтобы также облегчить извлечение накладки из полости матрицы. Данную операцию осуществляют в изотермических или близких к ним условиях. Возможно использование режима сверхпластичности.Then, the obtained semi-finished product 17 of the lining 1 is placed in another stamp (Fig. 12, 13) and the operation of bending the walls is carried out to form a V-shaped profile using a punch 21 and a detachable matrix 20, consisting of two halves 18, 19. Here, the matrix connector is intended for in order to also facilitate the removal of the lining from the cavity of the matrix. This operation is carried out in isothermal or close conditions. It is possible to use the superplasticity mode.

На заключительном этапе способа формируют окончательный профиль накладки 1 в поперечном сечении посредством гибки и скручивания (фиг.14, 15). Для этого используют пластичный вкладыш 22, который может быть выполнен из стали, и разъемную матрицу 23, состоящую из двух половин 24, 25. Гибка и скручивание происходят в процессе смыкания половин матрицы. Данную операцию также осуществляют в изотермических или близких к ним условиях. Возможно также использование режима сверхпластичности.At the final stage of the method, the final profile of the lining 1 is formed in cross section by bending and twisting (Fig. 14, 15). To do this, use a plastic liner 22, which can be made of steel, and a detachable matrix 23, consisting of two halves 24, 25. Bending and twisting occur during the closing of the halves of the matrix. This operation is also carried out in isothermal or close conditions. It is also possible to use the superplasticity mode.

Примеры конкретного выполнения способа:Examples of specific performance of the method:

Ниже приведенные примеры не являются исчерпывающими в части типоразмеров изделий, их конфигурации, сплавов из которых они выполнены, а также типов используемого оборудования.The following examples are not exhaustive in terms of product sizes, their configuration, the alloys from which they are made, as well as the types of equipment used.

Пример 1.Example 1

Была изготовлена накладка передней кромки композиционной лопатки из двухфазного титанового сплава ВТ6 (Ti-6Al-4V) с размерами: (фиг.1) L=160 мм, (фиг.2) h=6 мм; l=9 мм; t'=0,3 мм; и размером t, где размер t изменяется в различных сечениях от 2,7 до 1,6 мм. Исходную объемную заготовку с СМК структурой с размером зерен 0,3 мкм получали многоосной осадкой с понижением температуры до 600°С с последующей изотермической прокаткой при температуре 560°С и механической обработкой. Размеры заготовки в поперечном сечении рассчитывали исходя из площади соответствующих сечений математической модели накладки с добавлением 20% технологического припуска.An overlay of the leading edge of the composite blade was made of two-phase titanium alloy VT6 (Ti-6Al-4V) with dimensions: (Fig. 1) L = 160 mm, (Fig. 2) h = 6 mm; l = 9 mm; t '= 0.3 mm; and size t, where size t varies in different sections from 2.7 to 1.6 mm. The initial bulk billet with a QMS structure with a grain size of 0.3 μm was obtained by multiaxial precipitation with a decrease in temperature to 600 ° C, followed by isothermal rolling at a temperature of 560 ° C and machining. The dimensions of the workpiece in the cross section were calculated based on the area of the corresponding sections of the mathematical model of the lining with the addition of 20% of technological allowance.

Операции профилирования в горизонтальной и вертикальной плоскостях, прямого и обратного выдавливания выполняли как переходы одной операции, используя изотермический штамповый блок с комплектом формообразующих элементов, установленный на гидравлическом прессе ДЕ2428-01 с максимальным усилием 630 кН. Основные детали этого штампа, а также штампов, используемых при последующих операциях, изготавливали из стали 4Х4ВМФ. Температура данной операции была выбрана равной 650°С. На заготовку и на детали штампа предварительно было нанесено противоадгезионное смазывающее покрытие на основе нитрида бора.Profiling operations in horizontal and vertical planes, direct and reverse extrusion were performed as transitions of one operation using an isothermal stamping unit with a set of forming elements mounted on a hydraulic press DE2428-01 with a maximum force of 630 kN. The main details of this stamp, as well as the stamps used in subsequent operations, were made of 4X4VMF steel. The temperature of this operation was chosen equal to 650 ° C. A pre-release lubricating coating based on boron nitride was previously applied to the workpiece and to the stamp parts.

Профилирование заготовки в горизонтальной и вертикальной плоскостях осуществляли с усилием деформирования 5-10% от максимального усилия пресса, при этом не требовалось соблюдения скоростного режима сверхпластичности. Для осуществления перехода прямого выдавливания увеличивали усилие деформирования до значения 30-50% от максимального усилия пресса. Для осуществления перехода обратного выдавливания увеличивали усилие деформирования до 70-95% от максимального усилия пресса.The profiling of the workpiece in the horizontal and vertical planes was carried out with a deformation force of 5-10% of the maximum press force, while it was not required to comply with the high-speed superplasticity mode. To effect a direct extrusion transition, the deformation force was increased to a value of 30-50% of the maximum press force. To implement the reverse extrusion transition, the deformation force was increased to 70-95% of the maximum press force.

Переходы прямого и обратного выдавливания выполняли в режиме сверхпластичности, который обеспечивали законом приложения нагрузки, полученным путем компьютерного моделирования. Закон приложения нагрузки подбирали таким образом, чтобы скорость деформации в различных точках поперечного сечения заготовки не выходила за верхнюю и нижнюю границы оптимального скоростного интервала сверхпластичности для титанового сплава с данной структурой при выбранной температуре. Остальные переходы данной операции выполняли в изотермических условиях без соблюдения скоростного режима сверхпластичности.Forward and reverse extrusion transitions were performed in the superplasticity mode, which was ensured by the law of load application obtained by computer simulation. The law of application of the load was chosen so that the strain rate at various points of the cross section of the billet did not go beyond the upper and lower boundaries of the optimal superlastic speed range for a titanium alloy with this structure at a selected temperature. The remaining transitions of this operation were performed under isothermal conditions without observing the high-speed superplasticity regime.

При обратном выдавливании на внутренней поверхности боковой стенки накладки сформировали микрорельеф в направлении выдавливания. Рельеф имеет волнистый профиль высотой 20-30 мкм с периодом 1-1,5 мм, копирующий микропрофиль поверхности пуансона, используемого при выдавливании.During reverse extrusion, a microrelief was formed in the extrusion direction on the inner surface of the side wall of the patch. The relief has a wavy profile with a height of 20-30 microns with a period of 1-1.5 mm, copying the microprofile of the surface of the punch used for extrusion.

Далее заменив формообразующие части штампа - матрицу и пуансон, осуществляли операцию гибки боковых стенок полуфабриката накладки. Штамп и полуфабрикат нагревали до указанной выше температуры. Усилие при осуществлении операции гибки стенок составляло 5-10% от максимального усилия пресса. Этот переход выполняли в изотермических условиях без соблюдения скоростного режима сверхпластичности.Further, replacing the forming parts of the stamp — the matrix and the punch — carried out the operation of bending the side walls of the prefabricated lining. The stamp and prefabricated were heated to the above temperature. The force during the operation of bending the walls was 5-10% of the maximum press force. This transition was performed under isothermal conditions without observing the high-speed superplasticity regime.

На заключительном переходе осуществляли скручивание накладки относительно ее продольной оси по заданной конфигурацией кромки композитной лопатки кривой с одновременным профилированием боковых стенок и усиленной передней части для придания поперечным сечениям накладки аэродинамического профиля. Пластичный вкладыш, устанавливаемый между боковыми стенками был изготовлен из низкоуглеродистой стали.At the final transition, the lining was twisted relative to its longitudinal axis along the specified configuration of the curve of the composite blade edge with simultaneous profiling of the side walls and the reinforced front part to give the cross sections of the lining an aerodynamic profile. The plastic liner installed between the side walls was made of low carbon steel.

Окончательная обработка накладки заключалась в химическом удалении противоадгезионного смазывающего покрытия, обрезке припусков по торцам и по краям стенок, а также в шлифовке наружной поверхности накладки наждачным полотном.The final processing of the lining consisted in the chemical removal of the anti-adhesive lubricating coating, trimming the allowances at the ends and along the edges of the walls, as well as in grinding the outer surface of the lining with an emery cloth.

При этом толщина газонасыщенного слоя под поверхностью накладки, определенная по методу микротвердости, до механической обработки не превышала 10 мкм.In this case, the thickness of the gas-saturated layer under the surface of the patch, determined by the microhardness method, before machining did not exceed 10 μm.

В результате выполнения операций, предусмотренных способом, была получена накладка передней кромки лопатки из углепластика (Фиг.16).As a result of the operations provided for by the method, a lining of the leading edge of the carbon fiber blade was obtained (Fig. 16).

Средний размер зерен, определенный с помощью просвечивающей электронной микроскопии, в образцах, вырезанных из стенки и усиленной передней части накладки был одного порядка, а именно, 0,3 мкм и 0,5 мкм соответственно (фиг.17, 18). Таким образом, микроструктура сплава во всей накладке являлась однородной ультрамелкозернистой, Микроструктура сплава характеризовалась низкой плотностью дислокаций и соответственно низким уровнем напряжений в изделии.The average grain size determined by transmission electron microscopy in the samples cut from the wall and the reinforced front of the patch was of the same order, namely, 0.3 μm and 0.5 μm, respectively (Fig.17, 18). Thus, the microstructure of the alloy in the entire overlay was homogeneous ultrafine-grained, the microstructure of the alloy was characterized by a low dislocation density and, accordingly, a low level of stresses in the product.

Механические свойства образцов-свидетелей с аналогичной структурой приведены в таблице.The mechanical properties of witness samples with a similar structure are given in the table.

Пример 2.Example 2

Была изготовлена накладка передней кромки композиционной лопатки из двухфазного титанового сплава ВТ6 (Ti-6Al-4V) с размерами (Фиг.1): L=712 мм и (Фиг.2) h=4 мм; l=60 мм; t'=0,35 мм; размер t изменялся в различных сечениях от 8,5 до 1,6 мм. Исходную заготовку с размером зерен 3-5 мкм получали прокаткой с температурой предварительного нагрева 890°С и механической обработкой. Размеры заготовки накладки в поперечном сечении рассчитывали исходя из площади соответствующих сечений математической модели накладки с добавлением 40% технологического припуска. По сравнению с примером 1 технологический припуск увеличен с учетом большей толщины газонасыщенного слоя.An overlay of the leading edge of the composite blade was made of two-phase titanium alloy VT6 (Ti-6Al-4V) with dimensions (Figure 1): L = 712 mm and (Figure 2) h = 4 mm; l = 60 mm; t '= 0.35 mm; size t varied in different sections from 8.5 to 1.6 mm. An initial billet with a grain size of 3-5 μm was obtained by rolling with a preheating temperature of 890 ° C and machining. The dimensions of the lining blank in the cross section were calculated based on the area of the corresponding sections of the mathematical model of the lining with the addition of 40% of technological allowance. Compared with example 1, the technological allowance is increased taking into account the greater thickness of the gas-saturated layer.

Операции гибки, прямого и обратного выдавливания выполняли аналогично примеру 1, используя изотермический штамповый блок с комплектом формообразующих элементов, установленный на гидравлическом прессе ПК 12.6.36.09 с максимальным усилием 4000 кН. Основные детали штампа изготавливали из жаропрочного сплава ЖС6У. Температура штамповки составляла 920°С. На заготовку было предварительно нанесено противоадгезионное смазывающее покрытие на основе стеклоэмали ЭВТ-24.The operations of bending, direct and reverse extrusion were carried out analogously to example 1, using an isothermal die block with a set of forming elements mounted on a hydraulic press PK 12.6.36.09 with a maximum force of 4000 kN. The main parts of the stamp were made of heat-resistant alloy ZhS6U. The stamping temperature was 920 ° C. An anti-adhesive lubricating coating based on EVT-24 glass enamel was previously applied to the workpiece.

Закон приложения нагрузки определялся аналогично примеру 1. Все переходы обработки давлением выполнялись по схемам аналогичным примеру 1.The law of application of the load was determined analogously to example 1. All pressure processing transitions were performed according to schemes similar to example 1.

Окончательная обработка накладки заключалась в химическом удалении противоадгезионного смазывающего покрытия, обрезке припусков по торцам и по краю стенок, а также в шлифовке поверхности наждачным полотном.The final processing of the lining consisted in the chemical removal of the anti-adhesive lubricating coating, trimming the allowances at the ends and along the edge of the walls, as well as in grinding the surface with an emery cloth.

Средний размер зерен, определенный с помощью просвечивающей электронной микроскопии, в образцах, вырезанных из стенки и усиленной передней части накладки был одного порядка, а именно, 4,5-5 мкм. Таким образом, микроструктура сплава во всей накладке, как и примере 1 являлась однородной, но обычной мелкозернистой Микроструктура сплава характеризовалась низкой плотностью дислокаций и соответственно низким уровнем напряжений в изделии.The average grain size determined by transmission electron microscopy in the samples cut from the wall and the reinforced front of the patch was of the same order, namely, 4.5-5 microns. Thus, the microstructure of the alloy in the entire overlay, as in Example 1, was homogeneous, but ordinary fine-grained. The microstructure of the alloy was characterized by a low dislocation density and, accordingly, a low level of stresses in the product.

Механические свойства образцов-свидетелей с аналогичной структурой приведены в таблице.The mechanical properties of witness samples with a similar structure are given in the table.

Средний размер зерна, мкм.The average grain size, microns. σ0,2, МПаσ 0.2 , MPa σB, МПаσ B , MPa δ, %δ,% Ψ, %Ψ,% 0,40.4 12601260 13201320 6.16.1 3737 4,54,5 960960 10101010 1616 2626

Claims (6)

1. Способ изготовления накладки передней кромки композиционной лопатки вентилятора, которая имеет пространственную форму, соответствующую форме передней кромки лопатки, образованную аэродинамическим профилем в поперечных сечениях, и выполнена с усиленной передней частью и боковыми стенками, путем обработки давлением цельной объемной заготовки из титанового сплава, включающей профилирование упомянутой заготовки в вертикальной и горизонтальной плоскостях, формирование усиленной передней части накладки и ее боковых стенок, а также профилирование боковых стенок и усиленной передней части с получением аэродинамического профиля в поперечных сечениях накладки и ее скручивание по заданной пространственной кривой, при этом формирование усиленной передней части и боковых стенок накладки выполняют в изотермических условиях в режиме сверхпластичности титанового сплава, отличающийся тем, что после профилирования заготовки в горизонтальной и вертикальной плоскостях осуществляют процесс ее прямого выдавливания с формированием усиленной передней части накладки и с образованием запаса материала для формирования ее боковых стенок, после чего осуществляют процесс обратного выдавливания заготовки с формированием боковых стенок накладки U-образного профиля в поперечных сечениях, при этом процессы прямого и обратного выдавливания осуществляют в штампе с пуансоном и матрицей, которые выполнены с основным формообразующим профилем в поперечных сечениях, а в вертикальной и горизонтальной плоскостях - с профилем, соответствующим профилю накладки в этих плоскостях, далее в поперечных сечениях накладки формируют V-образный профиль боковых стенок путем гибки в штампе, матрица и пуансон которого выполнены с поперечными сечениями соответствующего профиля, а в вертикальной и горизонтальной плоскостях имеют профиль, соответствующий профилю накладки в этих плоскостях, затем с использованием пластичного вкладыша производят профилирование усиленной передней части и боковых стенок накладки для получения аэродинамического профиля в поперечных сечениях накладки и скручивание накладки по заданной пространственной кривой.1. A method of manufacturing a lining of the leading edge of the composite fan blade, which has a spatial shape corresponding to the shape of the leading edge of the blade, formed by the aerodynamic profile in cross sections, and made with a reinforced front part and side walls, by pressure treatment of a solid bulk workpiece of titanium alloy, including profiling said blank in vertical and horizontal planes, the formation of a reinforced front of the lining and its side walls, as well as the covering of the side walls and the reinforced front with obtaining an aerodynamic profile in the cross sections of the lining and its twisting along a predetermined spatial curve, while the formation of the strengthened front and side walls of the lining is performed in isothermal conditions in the superplasticity mode of the titanium alloy, characterized in that after profiling the workpiece in horizontal and vertical planes, the process of its direct extrusion is carried out with the formation of a reinforced front of the lining and with the image By increasing the supply of material for the formation of its side walls, the backward extrusion of the workpiece is carried out with the formation of the side walls of the lining of the U-shaped profile in cross sections, while the processes of direct and reverse extrusion are carried out in a stamp with a punch and a matrix, which are made with the main forming profile in cross sections, and in vertical and horizontal planes - with a profile corresponding to the lining profile in these planes, then in the cross sections of the lining form t V-shaped profile of the side walls by bending in a stamp, the matrix and punch of which are made with cross sections of the corresponding profile, and in the vertical and horizontal planes have a profile corresponding to the lining profile in these planes, then using a plastic insert, profiling of the reinforced front part is performed and the side walls of the lining to obtain an aerodynamic profile in cross sections of the lining and twisting the lining along a given spatial curve. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что прямое и обратное выдавливание осуществляют за два перехода одной операции в одном штампе, матрица которого в верхней части, предназначенной для формирования боковых стенок накладки, и пуансон имеют U-образную форму.2. The method according to claim 1, characterized in that the direct and reverse extrusion is carried out in two transitions of the same operation in one stamp, the matrix of which in the upper part, designed to form the side walls of the lining, and the punch are U-shaped. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что профилирование заготовки в вертикальной плоскости и прямое и обратное выдавливание осуществляют за три перехода одной операции, при этом используют один штамп, матрица которого в верхней части, предназначенной для формирования боковых стенок накладки, и пуансон имеют U-образную форму, при этом на переходе профилирования в вертикальной плоскости заготовку располагают в начальный момент с опорой на самый высокий участок заплечиков матрицы U-образной формы в верхней части, а об окончании перехода профилирования в вертикальной плоскости судят по моменту упора заготовки по всей длине в упомянутые заплечики матрицы.3. The method according to claim 1, characterized in that the profiling of the workpiece in a vertical plane and direct and reverse extrusion is carried out in three transitions of one operation, using one stamp, the matrix of which in the upper part, designed to form the side walls of the lining, and a punch have a U-shape, while at the transition of profiling in the vertical plane, the workpiece is placed at the initial moment with support on the highest portion of the shoulders of the matrix of a U-shape in the upper part, and about the end of the transition profile Positioning in the vertical plane is judged by the moment of abutment of the workpiece along the entire length into the said shoulders of the matrix. 4. Способ по п.1, отличающийся тем, что профилирование в горизонтальной и вертикальной плоскостях, а также прямое и обратное вылавливание заготовки осуществляют за четыре перехода одной операции, при этом используют один штамп с разъемной матрицей, которая в сомкнутом состоянии в верхней части, предназначенной для формирования боковых стенок накладки, имеет U-образную форму, при этом на переходе профилирования в горизонтальной плоскости заготовку располагают в начальной момент с опорой на самый высокий участок заплечиков одной из частей разомкнутой разъемной матрицы, профилирование в горизонтальной плоскости заготовки осуществляют за счет смыкания частей разъемной матрицы, при этом в конечный момент профилирования в горизонтальной плоскости обеспечивают опирание заготовки на самый высокий участок заплечиков обеих частей сомкнутой разъемной матрицы, далее профилирование в вертикальной плоскости, прямое и обратное выдавливание заготовки осуществляют в матрице, находящейся в сомкнутом состоянии, с использованием U-образного пуансона, причем об окончании перехода профилирования в вертикальной плоскости судят по моменту упора заготовки по всей длине в заплечики матрицы.4. The method according to claim 1, characterized in that the profiling in horizontal and vertical planes, as well as direct and reverse harvesting of the workpiece is carried out in four transitions of one operation, using one stamp with a split matrix, which is in the closed state in the upper part, designed to form the side walls of the lining, has a U-shape, while at the transition of profiling in the horizontal plane, the workpiece is placed at the initial moment with support on the highest portion of the shoulders of one of the parts open split matrix, profiling in the horizontal plane of the workpiece is carried out by closing parts of the split matrix, while at the final moment of profiling in the horizontal plane, the workpiece is supported on the highest portion of the shoulders of both parts of the closed split matrix, then profiling in the vertical plane, direct and reverse extrusion preforms are carried out in a matrix in a closed state using a U-shaped punch, moreover, about the end of the transition milling in the vertical plane is judged by the moment of abutment of the workpiece along the entire length of the shoulders of the matrix. 5. Способ по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что используют заготовку с субмикрокристаллической структурой, при этом операции прямого и обратного выдавливания осуществляют в режиме низкотемпературной сверхпластичности при температуре, которую выбирают из интервала температур 650-750°С, а все остальные операции обработки давлением заготовки осуществляют при температуре, выбранной в указанном интервале, но не превышающей температуру, выбранную для осуществления операций прямого и обратного выдавливания.5. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized in that a preform with a submicrocrystalline structure is used, and the forward and reverse extrusion operations are carried out in the low-temperature superplasticity mode at a temperature that is selected from a temperature range of 650-750 ° C, and all the rest of the pressure treatment of the workpiece is carried out at a temperature selected in the specified interval, but not exceeding the temperature selected for the operation of direct and reverse extrusion. 6. Способ по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что обратное выдавливание осуществляют с образованием по крайней мере на части внутренней поверхности первоначально сформированных боковых стенок накладки микрорельефа в направлении выдавливания путем использования пуансона, имеющего на поверхности соответствующий микрорельеф. 6. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the reverse extrusion is carried out with the formation of at least part of the inner surface of the initially formed side walls of the microrelief lining in the extrusion direction by using a punch having a corresponding microrelief on the surface.
RU2012129992/02A 2012-07-17 2012-07-17 Method of making blower composite blade leading edge strap RU2503519C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2012129992/02A RU2503519C1 (en) 2012-07-17 2012-07-17 Method of making blower composite blade leading edge strap

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2012129992/02A RU2503519C1 (en) 2012-07-17 2012-07-17 Method of making blower composite blade leading edge strap

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2503519C1 true RU2503519C1 (en) 2014-01-10

Family

ID=49884639

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2012129992/02A RU2503519C1 (en) 2012-07-17 2012-07-17 Method of making blower composite blade leading edge strap

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2503519C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2833647C1 (en) * 2024-04-08 2025-01-28 Публичное Акционерное Общество "Одк-Сатурн" Method of making metal strap for strengthening leading edge of blade

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5694683A (en) * 1993-04-20 1997-12-09 Chromalloy Gas Turbine Corporation Hot forming process
RU2172252C2 (en) * 1999-08-18 2001-08-20 Запорожское машиностроительное конструкторское бюро "Прогресс" им. акад. А.Г. Ивченко Method of repair of blade made from composite material and provided with protected edge
RU2282726C1 (en) * 2005-01-24 2006-08-27 Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный институт авиационного моторостроения им. П.И. Баранова" Turbomachine composition blade
RU2350757C1 (en) * 2007-09-21 2009-03-27 Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный институт авиационного моторостроения имени П.И. Баранова" Turbomachine composite material blade
US7640661B2 (en) * 2004-03-08 2010-01-05 Snecma Process for manufacturing a reinforcing leading or trailing edge for a fan blade

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5694683A (en) * 1993-04-20 1997-12-09 Chromalloy Gas Turbine Corporation Hot forming process
RU2172252C2 (en) * 1999-08-18 2001-08-20 Запорожское машиностроительное конструкторское бюро "Прогресс" им. акад. А.Г. Ивченко Method of repair of blade made from composite material and provided with protected edge
US7640661B2 (en) * 2004-03-08 2010-01-05 Snecma Process for manufacturing a reinforcing leading or trailing edge for a fan blade
RU2282726C1 (en) * 2005-01-24 2006-08-27 Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный институт авиационного моторостроения им. П.И. Баранова" Turbomachine composition blade
RU2350757C1 (en) * 2007-09-21 2009-03-27 Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный институт авиационного моторостроения имени П.И. Баранова" Turbomachine composite material blade

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2833647C1 (en) * 2024-04-08 2025-01-28 Публичное Акционерное Общество "Одк-Сатурн" Method of making metal strap for strengthening leading edge of blade

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN108290256B (en) Liquid end and method of making the same
CN112264566A (en) Processing method of large-scale hot-strength titanium alloy forging
US8256260B2 (en) Near net shape forging process for compressor and turbine wheels and turbine spacer wheels
CN102076964B (en) Die for forging rotor material and method for forging rotor material
CN102019336A (en) Die forging shaping technology specially used for manufacturing petroleum drilling machine elevator movable wing plates
CN109622868B (en) Forging method of T-shaped high-temperature alloy bolt forge piece
CN118023458A (en) Large-size cross-shaped thick-core thin-arm forging die and forging forming method
US8683689B2 (en) Method for manufacturing constituents of a hollow blade by press forging
CN115846559A (en) Method for preparing titanium-aluminum alloy blade through multidirectional forging
CN102989983A (en) Forging method of automobile engine crankshaft
CN111761022A (en) TiB2Manufacturing method of/7050 fan small-sized rotor blade forging
CN108080544A (en) A kind of double installing plate stator blade blank manufacturing process of compressor
CN112692519A (en) Forming method of GH4169 alloy large-size special-shaped section outer casing forged piece
CN205165702U (en) Ultra -fine grain titanium alloy sheath and compound extrusion forming die thereof
RU2503519C1 (en) Method of making blower composite blade leading edge strap
CN114160730B (en) A method for manufacturing a large-size variable-section GH4169 alloy power turbine rear axle forging
RU2381083C1 (en) Manufacturing method of scapular blanks
US20160256954A1 (en) Method and system for diffusion bonded components having internal passages
RU2711697C1 (en) Manufacturing method of front edge fan blade strengthening patch
Tomczak et al. Thermo-mechanical analysis of a lever preform forming from magnesium alloy AZ31
Bhoyar et al. Manufacturing processes part II: a brief review on forging
CN103878280A (en) Forging method of ultrahigh strength aluminum alloy
CN104646578A (en) Isothermal forging method for titanium alloy whole frame-shaped piece
RU2553759C1 (en) Method to produce metal protective patch piece
CN212643296U (en) Connecting rod for forging special streamline on parting surface