RU2802946C2 - Способ отделения первой механической детали от второй механической детали - Google Patents

Abstract

Группа изобретений относится к области технологических процессов разделения механических деталей, скрепленных между собой адгезивной пленкой вдоль области соединения. При этом одна из деталей обладает первой удельной теплопроводностью, а вторая деталь обладает второй теплопроводностью, которая выше первой теплопроводности. Способ включает в себя по меньшей мере один этап охлаждения, во время которого охлаждающая жидкость подается только на вторую деталь для ее охлаждения до отрицательной температуры, причем охлаждают адгезивную пленку через вторую деталь за счет ее теплопроводности для придания хрупкости адгезивной пленке, а первая деталь при этом термоизолирована посредством адгезивной пленки, и по меньшей мере один этап нагружения, во время которого вторую деталь подвергают механической нагрузке для разрушения адгезивной пленки. Предложена также оснастка для осуществления отделения первой детали от второй. Использование изобретений позволяет повысить надежность операции разделения деталей. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 4 ил.

Description

Область техники

Изобретение относится к способу отделения первой механической детали от второй механической детали.

Изобретение в частности относится к способу отделения металлической арматуры от передней кромки лопасти турбомашины, выполненной из композитного материала.

Уровень техники

Двухпоточные турбомашины, снабженные вентилятором, оснащены лопастями, которые могут быть выполнены главным образом из композитного материала с органической матрицей. Эти лопасти обычно оснащены металлическими армирующими материалами, выполненными из титановых сплавов, которые скреплены с лопастями, например, на передних кромках лопастей.

В процессе эксплуатации металлическая арматура одной или более лопастей может быть повреждена в результате различных ударных воздействий, например, когда в вентилятор попадает посторонний объект, такой как птица или обломок. Однако в этом случае соответствующая лопасть не обязательно повреждается, так что может оказаться целесообразным заменить только металлическую арматуру и сохранить композитную лопасть, поскольку последняя по причине ее изготовления из композитного материала имеет высокую стоимость.

Задача изобретения, таким образом, заключается в разработке способа отделения металлической арматуры от лопасти, выполненной из композитного материала, не повредив упомянутую лопасть.

Для отделения металлической арматуры от лопасти до настоящего времени использовались различные технологии, известные из предшествующего уровня техники:

В документе FR 2970197 A1 раскрыт способ индуктивного отделения первой механической детали от второй магнитной механической детали, скрепленной с первой деталью с помощью адгезивной пленки. В этом способе магнитные свойства второй магнитной механической детали используются путем создания магнитного поля в зоне скрепления, так что во второй магнитной механической детали индуктивно наводятся вихревые токи, тем самым нагревая ее и размягчая адгезивную пленку, сцепляющую эти две детали, в результате чего механические детали можно отделить.

Недостатком данного способа применительно к армированию лопасти является то, что толщина лопасти непостоянна. В частности, армирование имеет высокую толщину на уровне передней кромки лопасти, при этом толщина снижается в добавочных областях, продолжающихся внутрь лопасти от этой передней кромки и скрепленных с поверхностью лопасти адгезивной пленкой.

Магнитное поле, используемое для достижения достаточного повышения температуры арматуры на уровне области высокой толщины армирования, может вызвать перегрев в областях малой толщины армирования. Этот перегрев может передаваться на композитный материал лопасти, что создает риск его деградации.

В документе FR 3056605 A1 раскрыт способ отделения путем растворения. Согласно этому способу часть лопасти, содержащая арматуру передней кромки, выполненную из титанового сплава, погружается в камеру для химической обработки, снабженную замкнуты контуром, в котором циркулирует композиция для химической обработки, а также замкнутым контуром, в котором циркулирует композиция для ополаскивания. Композиция для химической обработки циркулирует с целью растворения титанового сплава, после чего лопасть ополаскивается.

Данное решение имеет недостаток в том, что требуется довольно громоздкое и сложное оборудование, а также в высокой длительности обработки, что связано с растворением титановой арматуры. Кроме того, материал последней после растворения невозможно повторно использовать.

В документе US 2014/030108 A1 описан способ отделения путем нагрева и приложения механических нагрузок к узлу, содержащему адгезивную пленку, в состав которой входят материалы с эффектом памяти формы, при этом нагрев осуществляется при температуре, превышающей температуру мартенситного превращения для упомянутых материалов. Этот весьма специфический адгезив имеет ограниченную область применения.

В документах FR 3025735 A1 и FR 2992243 описан способ отделения путем охлаждения и приложения механических нагрузок к узлам, в которых охлаждается весь узел. Данная схема не позволяет воспользоваться преимуществом неодинаковой теплопроводности материалов.

Сущность изобретения

Изобретение устраняет данный недостаток, предлагая способ отделения первой механической детали от второй механической детали, позволяющий разрушить соединение между адгезивной пленкой и второй механической деталью, теплопроводность которой выше.

Если говорить конкретнее, в изобретении предложен способ разрушения границы раздела между адгезивом и материалом второй механической детали путем приложения, с одной стороны, термической нагрузки ко второй механической детали, а с другой стороны, механической нагрузки к этой второй детали.

Данная вторая деталь, теплопроводность которой выше, чем у первой детали, таким образом, выполнена с возможность быстрой передачи термической нагрузки благодаря своей высокой теплопроводности, что в сочетании с механической нагрузкой позволяет разрушить адгезивную пленку.

С этой целью в изобретении предложен способ отделения первой механической детали от второй механической детали, при этом вторая механическая деталь скреплена с первой механической деталью адгезивной пленкой вдоль области соединения, при этом первая механическая деталь обладает первой удельной теплопроводностью, а вторая механическая деталь обладает второй теплопроводностью, которая выше первой теплопроводности, при этом способ включает, по меньшей мере, один этап охлаждения, в течение которого только вторая механическая деталь охлаждается до отрицательной температуры, а также, по меньшей мере, один этап нагружения, в течение которого вторая механическая деталь подвергается механической нагрузке, чтобы вызвать разрушение адгезивной пленки.

Согласно другим характеристикам способа:

- этапы охлаждения и нагружения проводятся одновременно,

- в течение этапа нагружения вторая деталь подвергается сжимающему напряжению в направлении, по существу перпендикулярном поверхности адгезивной пленки,

- сжимающее напряжение создается вибрационным средством или средством для метания,

- вибрационное средство представляет собой средство для ультразвукового ударного воздействия, а средство для метания представляет собой средство для струйной обработки,

- этап охлаждения осуществляется путем испускания жидкого азота на вторую деталь.

- первая деталь представляет собой лопасть, выполненную из композитного материала, вторая деталь представляет собой металлическую арматуру, скрепленную с передней кромкой упомянутой лопасти, при этом способ содержит два одновременных этапа, содержащих этап для охлаждения металлической арматуры путем испускания жидкого азота, а также этап нагружения, в течение которого арматура подвергается механической нагрузке путем ультразвукового ударного воздействия в направлении, по существу перпендикулярном поверхности адгезивной пленки,

- способ реализуется посредством оснастки, позволяющей осуществить одновременно эти два этапа охлаждения и нагружения в зоне покрытия передней кромки лопасти оснасткой, имеющей длину, которая меньше длины передней кромки лопасти, при этом упомянутый оснастка перемещается вдоль всей длины передней кромки лопасти,

- жидкий азот испускается при температуре по существу -200°C, а ультразвуковое ударное воздействие выполняется на частоте от 10кГц до 40 кГц.

Изобретение также относится к оснастке для отделения первой механической детали от второй механической детали согласно вышеописанному способу, причем она содержит узел, способный поступательно перемещаться вдоль свободной поверхности второй механической детали, при этом упомянутый узел содержит:

- нагрузочный блок, содержащий последовательно:

генератор, преобразующий электрическую энергию, подаваемую на упомянутый генератор, в синусоидальный электрический сигнал,

конвертер, преобразующий синусоидальный электрический сигнал в синусоидальные вибрационные колебания,

усилитель, усиливающий вибрационные колебания,

сонотрод, выполненный с возможностью передачи вибрационных колебаний,

по меньшей мере, один передаточный палец, контактирующий со второй деталью и выполненный с возможностью приема вибрационных колебаний сонотрода и механической передачи их на вторую деталь,

- охлаждающий блок, содержащий последовательно:

резервуар для хранения азота, работающий под давлением,

расширитель, выполненный с возможностью приема азота из резервуара и доставки его под заданным давлением,

магистраль, принимающая азот под давлением, подаваемый расширителем, и направляющая его в окрестность второй детали,

сопло, расположенное на конце магистрали и выполненное с возможностью распылять жидкий азот на поверхность второй детали.

Краткое описание чертежей

Изобретение станет более понятным, при этом другие детали, характеристики и преимущества настоящего изобретения станут понятнее из нижеследующего описание, приведенного в качестве неограничивающего примера со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:

Фиг. 1 - схематичный вид в разрезе лопасти турбомашины;

Фиг. 2 - схематичный вид в перспективе лопасти с Фиг. 1;

Фиг. 3 - вид сверху оснастки согласно изобретению во время реализации способа согласно изобретению; и

Фиг. 4 - другой вид сверху оснастки согласно изобретению во время реализации способа согласно изобретению.

Подробное описание изобретения

На Фиг. 1 показан узел 10 лопасти турбомашины. Известным образом узел 10 лопасти состоит из двух деталей 12 и 14, скрепленных адгезивной пленкой 16, толщина которой преувеличена, чтобы лучше понять Фиг. 1. Адгезивная пленка 16, таким образом, образует область 18 соединения между этими двумя деталями.

Первая механическая деталь 12 обладает некоторой удельной теплопроводностью, при этом вторая деталь 14 имеет более высокую теплопроводность 14, чем первая деталь 12.

Если говорить об узле 10 лопасти турбомашины, первая деталь представляет собой лопасть 12, выполненную из композитного материала, например, композитного материала с органической матрицей, а вторая деталь представляет собой металлическую арматуру 14, выполненную из титанового сплава, скрепленного с передней кромкой 20 лопасти 12.

Как показано на Фиг. 2, арматура 14 продолжается по длине L вдоль передней кромки 20 лопасти 12.

Традиционно способы отделения, известные на предшествующем уровне техники, заключаются либо в размягчении адгезивной пленки 16 путем индукционного нагрева арматуры 14, либо в проведении операции химического растворения арматуры 14.

Как можно видеть на Фиг. 1, толщина арматуры 14 неодинакова. Арматура 14 покрывает лопасть 12 и имеет толщину E, которая максимальна на уровне передней кромки 20 и уменьшается до минимальных значений в областях 26 и 28, где арматура соединяется с областями 22 верхней поверхности и областями 24 нижней поверхности лопасти 12.

Следовательно, индукционный нагрев арматуры 14 с целью достаточного размягчения адгезивной пленки 16 на уровне передней кромки имеет недостаток в том, что он вызывает чрезмерный нагрев областей 26 и 28, что создает риск деградации композитного материала лопасти 12 в окрестности этих областей. Данное техническое решение, таким образом, является неприемлемым.

Операция химического растворения арматуры 14 не подвергает лопасть 12 риску повреждения, однако имеет недостаток в том, что требует продолжительного времени и дорогостоящих средств.

Изобретение устраняет эти недостатки, предлагая способ, содержащий, по меньшей мере, один этап охлаждения, в течение которого арматура 14 охлаждается до отрицательной температуры, а также, по меньшей мере, один этап нагружения, в течение которого арматура 14 подвергается механической нагрузке, чтобы вызвать разрушение адгезивной пленки 16.

Охлаждение металлической арматуры 14, обладающей высокой теплопроводностью, позволяет охладить адгезивную пленку 16, пребывающую в контакте с металлической арматурой 14, чтобы изменить ее пластическое механическое поведение на хрупкое механическое поведение, что вызывает уменьшение ее ударной вязкости. Это позволяет уменьшить количество подводимой механической энергии, необходимой для разрушения адгезивной пленки 16, что позволяет существенно снизить риск деградации лопасти 12, когда в ходе этапа нагружения арматура 14 подвергается механической нагрузке.

Изменение в механическом поведении адгезивной пленки 16 зависит от используемого адгезива. Традиционно лопасти 12 и арматура 14 собираются с использованием эпоксидных адгезивов, которые становятся хрупкими при достижении очень низких температур, поскольку подвижность макромолекулярных цепей адгезивной пленки 16 в этом случае снижается. Этап охлаждения способа по изобретению позволяет адгезивная пленка стать более хрупкой.

В предпочтительном варианте осуществления изобретения этапы охлаждения и нагружения проводятся одновременно. Данная схема не ограничивает изобретение, при этом операция нагружения может выполняться после охлаждения арматуры 14, если температура последней не повышается в достаточной степени, чтобы адгезивная пленка 16 повторно приобрела пластическое поведение.

Оснастка 30, позволяющая провести эти этапы, показана на Фиг. 3 и 4.

Оснастка 30 содержит узел 32, способный поступательно перемещаться по длине L вдоль свободной поверхности 32 арматуры 14. Узел 32 может перемещаться вручную. Однако в рамках промышленного освоения способа узел 32 установлен на тележке 36, способной совершать поступательное перемещение.

Узел 32 предпочтительно содержит от верхней по ходу точки до нижней по ходу точки согласно направлению перемещения узла 30, обозначенному стрелкой на Фиг. 3, охлаждающий блок 38, предназначенный для проведения этапа охлаждения, и нагрузочный блок 40, предназначенный для проведения этапа нагружения.

Таким образом, любая область арматуры 14, охлажденная охлаждающим блоком 38, немедленной подвергается нагрузке, создаваемой нагрузочным блоком 40, когда узел 30 совершает движение.

Охлаждающий блок 38 содержит резервуар 42 с находящейся под давлением охлаждающей текучей средой, а также расширитель 44, выполненный с возможностью приема текучей среды из резервуара 42 и доставки ее под заданным давлением. Данный расширитель соединен с магистралью 46, в которую подается находящаяся под давлением охлаждающая текучая среда и которая продолжается в окрестность арматуры 14. На конце магистрали 46 имеется сопло 48, выполненное с возможностью распыления охлаждающей текучей среды на поверхность арматуры 14.

В предпочтительном варианте осуществления изобретения этап охлаждения выполняется путем испускания охлаждающей текучей среды на основе жидкого азота на арматуру 14.

Сопло 48, таким образом, выполнено с возможностью распыления на поверхность арматуры 14 тумана из жидкого азота.

Жидкий азот испускается при температуре -200°C. Адгезивная пленка 16 охлаждается благодаря термической проводимости через арматуру 14. Время нанесения азота, таким образом, зависит от толщины и типа металлической арматуры 14, а также требуемой температуры в адгезивной пленке 16, чтобы вызвать ее разрушение.

Основное преимущество данного способа заключается в различии теплопроводности арматуры 14 и адгезивной пленки 16.

С одной стороны, арматура 14 быстро проводит тепло и позволяет адгезивной пленке 16 быстро охладиться. Однако адгезив, выполненный из полимерного материала, используемого в адгезивной пленке 16, не обладает высокой теплопроводностью, что термически изолирует лопасть 12. Например, несколько секунд нанесения азота достаточно для обработки металлической арматуры толщиной менее 1 мм.

В ходе этапа нагружения может рассматриваться несколько типов механических нагрузок, например, нагрузки, перпендикулярные хорде лопасти. Однако предпочтительно, как показано на Фиг. 3 и 4, вторая деталь, т.е. арматура 14, подвергается сжимающему напряжению в направлении D, по существу перпендикулярном поверхности адгезивной пленки 16.

Данное сжимающее напряжение представляет собой механическое напряжение, соответствующее ударному воздействию на поверхность металлической арматуры 14. Данная волна сжатия имеет преимущество в том, что она преобразуется в волну растяжения на границе раздела между арматурой 14 и адгезивной пленкой 16 вследствие различия механических импедансов арматуры 14 и адгезивной пленки 16. В самом деле, известно, что изменение механической жесткости на границе раздела между двумя материалами порождает отражение части падающей волны сжатия, превращая в волну растяжения.

Вообще говоря, напряжение сжатия может создаваться вибрационным средством или средством для метания. Такое вибрационное средство, например, представляет собой средство для ультразвукового ударного воздействия. Средство для метания, например, представляет собой средство для струйной обработки.

В предпочтительном варианте осуществления изобретения вибрационное средство представляет собой средство для ультразвукового ударного воздействия. С этой целью нагрузочный блок 40 содержит ряд компонентов, нацеленных на создание ультразвукового ударного воздействия.

Эти компоненты содержат генератор 50, который преобразует электрическую энергию, подаваемую на генератор, в синусоидальный электрический сигнал. Данный сигнал поступает на конвертер 52, который преобразует синусоидальный электрический сигнал в синусоидальные вибрационные колебания. Данные вибрационные колебания передаются на усилитель 54, который их усиливает.

Усилитель 54 усиливает вибрационные колебания, поступающие на сонотрод 56, выполненный с возможностью механической передачи вибрационных колебаний. На одном конце сонотрода 56 имеется, по меньшей мере, один передаточный палец 58, также называемый «индентором», принимающий вибрационные колебания от сонотрода 56 и контактирующий с арматурой 14 второй детали, а также выполненный с возможностью их механической передачи арматуре 14.

В зависимости от мощности этого ряда компонентов существует возможность, как в случае, показанном на Фиг. 3 и 4, иметь несколько передаточных пальцев 58. Эти пальцы 58 позволяют, например, подвергнуть ультразвуковому ударному воздействию не только переднюю кромку арматуры 14, но также, например, области 26 и 28, где арматура соединяется с областями 22 и 24 верхней поверхности лопасти 12, чтобы позволить равномерно отделить адгезивную пленку 16.

Один или более передаточных пальцев 58 сонотрода 58 прикладывают механическую нагрузку путем ультразвукового ударного воздействия, как упоминалось выше, по существу в направлении D, по существу перпендикулярном поверхности адгезивной пленки 16.

Ультразвуковое ударное воздействие выполняется, например, на частоте от 10 кГц до 40 кГц.

Как отмечалось выше и как показано на Фиг. 3 и 4, узел 32 оснастки 30 позволяет проводить оба этапа охлаждения и нагружения одновременно. Эти две операции осуществляются в области C покрытия передней кромки 20 лопасти 12 оснасткой 30, более конкретно пальцами 58 сонотрода 56, непосредственно после прохождения сопла 48. Область C имеет длину l, которая меньше длины L передней кромки 14 лопасти 12. Оснастка 40, таким образом, перемещается вдоль всей длины L передней кромки 14 лопасти 12, как показано на Фиг. 3 и 4. В процессе перемещения область C покрытия сначала охлаждается соплом 48, а затем сразу же подвергается механическим нагрузкам передаточными пальцами 58. Непосредственная близость пальцев 58 к соплу 48 не позволяет передней кромке 20 нагреваться и терять эффективность охлаждения.

Отделение арматуры 14 лопасти от самой лопасти 12, таким образом, может осуществляться весьма просто путем сметания последней с помощью оснастки 30.

Изобретение упрощает и делает надежными такие операции отделения.

Claims (23)

1. Способ отделения первой механической детали (12) от второй механической детали (14), которые скреплены между собой адгезивной пленкой (16) вдоль области (18) соединения, причем первая механическая деталь (12) имеет первую удельную теплопроводность, а вторая механическая деталь (14) имеет вторую теплопроводность, которая выше первой теплопроводности, включающий:

по меньшей мере, один этап охлаждения, во время которого охлаждающая жидкость подается только на вторую механическую деталь (14) для ее охлаждения до отрицательной температуры, при этом охлаждают адгезивную пленку (16) через вторую механическую деталь (14) за счет ее теплопроводности для придания хрупкости адгезивной пленке (16), причем первая механическая деталь термоизолирована посредством адгезивной пленки (16), и,

по меньшей мере, один этап нагружения, во время которого вторую механическую деталь подвергают механической нагрузке для разрушения адгезивной пленки (16).

2. Способ по п. 1, при котором этапы охлаждения и нагружения осуществляют одновременно.

3. Способ по п. 1 или 2, при котором на этапе нагружения вторую деталь (14) подвергают сжимающему напряжению в направлении (D), по существу перпендикулярном поверхности адгезивной пленки (16).

4. Способ по любому из пп. 1-3, при котором механическую нагрузку создают вибрационным средством или средством для метания.

5. Способ по п. 4, при котором вибрационное средство выполнено в виде средства для ультразвукового ударного воздействия, а средство для метания выполнено в виде средства для струйной обработки.

6. Способ по любому из пп. 1-5, при котором охлаждение второй детали (14) осуществляют путем испускания на нее жидкого азота.

7. Способ по п. 1, при котором первая деталь (12) представляет собой лопасть, выполненную из композитного материала, а вторая деталь (14) представляет собой металлическую арматуру, скрепленную с передней кромкой (20) лопасти (12), при этом одновременно осуществляют этап охлаждения металлической арматуры (14) путем испускания на нее жидкого азота и этап нагружения, на котором арматуру (14) подвергают механической нагрузке путем ультразвукового ударного воздействия в направлении (D), по существу перпендикулярном поверхности адгезивной пленки (16).

8. Способ по п. 7, при котором жидкий азот испускают при температуре по существу -200°С, а ультразвуковое ударное воздействие выполняют на частоте от 10 до 40 кГц.

9. Оснастка (30) для отделения первой механической детали (12) от второй механической детали (14) способом по любому из пп. 1-6, содержащая узел (32), выполненный с возможностью поступательного перемещения вдоль свободной поверхности (34) второй механической детали (14), при этом узел (32) содержит:

нагрузочный блок (40), содержащий последовательно соединенные:

- генератор (50), преобразующий электрическую энергию, подаваемую на него в синусоидальный электрический сигнал,

- конвертер (52), преобразующий синусоидальный электрический сигнал в синусоидальные вибрационные колебания,

- усилитель (54), усиливающий вибрационные колебания,

- сонотрод (56), выполненный с возможностью передачи вибрационных колебаний,

- по меньшей мере, один передаточный палец (58), контактирующий со второй деталью (14) и выполненный с возможностью приема вибрационных колебаний сонотрода (56)и их механической передачи на вторую деталь (14);

охлаждающий блок (38), содержащий последовательно соединенные:

- резервуар (42) для хранения сжатого азота,

- расширитель (44), выполненный с возможностью приема азота из резервуара (42) и доставки его под заданным давлением,

- магистраль (46), принимающую сжатый азот, подаваемый расширителем (44), и направляющую его к второй детали (14),

- сопло (48), расположенное на конце магистрали (46) и выполненное с возможностью распыления жидкого азота на поверхность второй детали (14).

10. Оснастка (30) по п. 9, которая выполнена с возможностью осуществления одновременно этапов охлаждения и нагружения способом по п. 7 в зоне (С) покрытия передней кромки (20) лопасти (12), причем оснастка имеет длину (1), которая меньше длины (L) передней кромки (20) лопасти (12) и выполнена с возможностью перемещения вдоль всей длины (L) передней кромки (20) лопасти (12).