TWI250062B - Non-separating diffuser for holes produced by a two step process - Google Patents

Description

1250062 玖、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於製造不分離擴昔 辦政杰孔洞之方法及在該方法 中使用之一電極梳刀，該等不分 个77離擴散為孔洞藉由二步驟 過程之方式形成。 【先前技術】 在高性能飛行器氣满輪引擎中，對於高壓渦輪葉片來說 冷卻孔洞之效率係非常重要的。肖了獲得最大效率，每— 孔理想地具有一小限流部分以限制冷卻空氣流動以及一擴 散器來減慢空氣流動且使空氣以一薄膜形式擴散到機翼表 面上。 一種用來提供此種冷卻特徵之普通孔洞係，,％&，，孔（在美 國專利4653983中揭示），此種孔洞允許冷卻空氣流以相對 主氣路而成一角度排放出。此”交叉流動”有助於産生一更 均勻薄膜冷卻層以使該葉片自高溫氣路空氣隔離。該 孔洞使用兩個擴散表面用於壓及吸表面上的孔，以及使用 三個擴散器用於沿該葉片之尖端及平臺之孔洞。 此一孔之關鍵條件係在該限流部分與該擴散器表面之間 未有臺階。當兩個部分都自一單一電極産生時這就不是一 門通’但疋如果該孔洞係藉由一過程産生且該擴散器係藉 由一不同過程及/或操作産生則就係一重大問題。 想使用一過程來産生該限流孔洞及另一過程或操作來産 生該擴散器係有許多原因的，明確而言，即係製作成本及 難度。例如，使用一更有效之雷射過程來産生該孔洞，同 91906.doc 5 1250062 時使用一放電加工過 # ^ σ亥擴政器就更有效且因此更 =。就困難度而言，在現代”超冷卻機翼"中用―單一形 如:極在—小穴洞中鑽一”vehr型孔洞”係非常困難的，且 力之亚非不可能在外部從後部擊中内壁，這將在已經高應 七里士 、 應力木中因數，如此將係損失惨重的。 σ果s亥孔洞以二步驟$ 故 /知過耘產生，則此問題就可大大地減小。 或：：：使用之過程’使用一結合雷射、放電加工_μ) 門^ 二步驟孔洞過程將在該孔洞與該擴散器表面 二 讀，這將降低所產生之嘗孔之冷卻能力。 ^階係由於該擴散器相對該孔洞之中心線之位置公差而 Λ此’所需要的係—改進的、hr”型擴散器以及-用於 産生该型擴散器之方法， 十曰 ^方法可適應該擴散器相對該孔 洞之一疋罝之位置公差，而不合 分離丨，。 3 w成虱版自該擴散器表面丨丨 【發明内容】 因此，本發明之一目的係提供—方法(以及用 法之裝置）以製造若干不分#捭 匕方 态孔洞猎由二步驟過程之方式形成。 ’、月又 本舍明之另-目的係提供一種方法，其用於在—部 形成若干不分離擴散器，該方法包括以下步驟：八 中製造至少-限流孔洞；提供至少一包含一齒二 已3大出厂该突出部由複數個在—齒中，、、綠 上一點處相交之擴散器表面έ β n义 ^ ^ 、·且成，且该複數個擴散器表面 9I906.doc 5 !25〇〇62 ^ 、線截去一偏量；以及在該部分中用該 黾極梳刀加工至少一。 擴放為孔洞，藉此該至少一個擴散器 L洞在一過渡區域盥 /、4至少一限流孔洞相交。 ^ 目的係提供一電極梳刀用於提供若干擴 :“L:同，:亥電極梳刀包含至少—沿一中心線延伸至—點之 °亥大出#包含—能夠形成一過渡區域之附加角度 部分。 本發明之再-目的係提供-方法，其用於在-部分中形 成：：離擴散器1方法包括以下步驟：在一部分中製造 。/限"IL孔洞；藉由-不同過程或操作製造至少-擴散 器、。、該擴散器具有-成角度表面之陣列，該等表面沿該齒 立、、复工過共同突出部'點以自該通孔向該？u同之擴散器 p刀提ί、過渡區域。在需要擴散之地方，此等表面繼續 超出該部分表面(在最差的公差條件下在不期望擴散之表 面上’將此等表面在距該齒之標稱上的中心線—距離處截 斷，藉此由於在此兩操作之間之公差僅消除在該孔洞之邊 緣與該擴散器孔洞之邊緣間本來應存在之臺階。 【實施方式] 叩本^明教7^建立—較佳放電加工_Μ)擴散器，該擴散 态之中〜線標稱上與穿過該壁所鑽之孔洞共線，該孔洞形 成该已完成之’’Vehr”>7l、、同夕f?日、士 Μ、 ―之限k部分。該孔洞可以係圓形 或方形的且具有内圓角。 此處根據用來形成該擴散器之放電加工工具來描述本發 明。雖然描述成首先鑽該孔洞時，然而該過程實際上可以 91906.doc 5 1250062 相反。此處所描述之本發明係關於具有至少兩個"齒"之 ” 梳刀電極”。然而，對於熟悉該領域之技術人員來說，擴展 本發明之教示内容直至包括使用一單一齒電極係顯而易見 的，該單一齒電極用來每次放電加工一擴散器，或者，士 果在一平面上存在”數個，，平行孔洞，則可使用一，，數個，，齒之 梳刀以每次在，，數個”孔洞”上形成該擴散器。因此，如此處 所使用的，”梳刀電極”也涉及僅具有一齒之電極。在一單 一齒電極之情況下，在該孔洞之中心線與該擴散器之中心 線之間可被容許之公差係最小的。在一梳刀同時鑽，，數個，， 擴散器之情況下，可被容許之公差較大。 本發明之擴散器電極與該技術領域中吾人所熟知之一電 極之擴散器部分類似，該電極在一單一放電加工過程中産 生该孔洞及擴散器。此等吾人所熟知之電極在現行實踐中 通常具有四個側部，而不管該等電極是否用銅條或者是鑄 成多級之線圈組藉由電線放電加工製成。該不具有擴散器 之一個或兩個側部在形成該限流孔洞及擴散器之直侧（無 擴散）之部分上具有一單一表面。 本發明之該擴散器之描述係基於一四側電極，但是可將 過程擴展至各種情況，纟中擴散器之數量係取決於圍繞該 孔洞中心線排列之三個甚至五個或更多擴散器。 芩考圖1，其圖解表示一雙齒電極梳刀1U以同時在兩個 平行孔洞上產生兩個擴散器，此兩個平行孔洞彼此以一節 距1相刀開。在该等齒之中心線2之間之此標稱節距1與在同 一平面上兩個相鄰平行孔洞之間之標稱距離相同。限流角 91906.doc 5 1250062 度3係每一孔與限流線4産生之角度。 在單步私孔洞之情況下，該限流線4係穿過該等擴散器 與限流孔洞交彙點處所繪製之線。在此揭示中，用於該雙 步驟孔洞之限流線4係穿過此四個擴散器平面與孔洞中心 ^ 又又點所 '纟W製。限流線4係一平行於已完成孔洞之 p流線之線。限流線4穿過一點或若干點5，在點5處四個擴 散器與該齒中心線2相交。該電極梳刀iu之上部區域6係用 來安衣在放^•加工機裔中之電極之區域。上部區域6可具 有用於女裝及校準電極之特徵。 苓考圖2，其圖解表不一沿該電極梳刀⑴之限流線怕下 俯視該電極梳刀m之視圖。平面7制電極梳刀iu之基本 平面4平面7與牙過該等標稱孔洞之中心線之一平面標稱 上相一致。在此視圖中，該後部擴散器角度8與該前部擴散 器角度9受限於一梳刀電極。其還圖解表示該電極梳刀^ 之厚度14。較佳地，擴散器角度8、9不大於以度。最佳地， 擴散器角度8、9大約爲1 〇度。 關於圖3，其圖解表示一該電極梳刀i i i之擴散器區域之 放大視圖。在該冷卻孔洞之標稱位置（一般與該梳刀齒或突 出α[5 3 1之中〜線2對準）顯示了在機翼中該冷卻孔洞直徑 1〇(上面孔洞上虛線）。在此圖中顯示了上部擴散器角度" 及下部擴散5角度12。較佳地，擴散器角度u、12不大於 12度。最佳地，擴散器角度11、12大約爲10度。 在本貫例中，該電極111之突出部3 1具有四個藉由角度 8 9、11及12所建立之擴散器，該等擴散器終止於該齒之 91906.doc 5 1250062 中心線2上一點5。（注意該齒之中心線與該孔洞之中心線標 稱上共線）。該等擴散器與該齒之中心線成一角度，這將使 得流動跟隨表面中的突變，而不導致流動自擴散器壁分 離。較佳地，對於該等角度8、9、11、12之任一角度之最 大擴散角通常爲大約10度以避免流動分離。 在兩個擴散器，’Vehr”孔洞之情況下，藉由在該孔洞之徑 向外側上及在該孔洞之前側上之角度9及1丨形成之該等擴 散器藉由自該孔洞之中心線一表面偏移丨3而終止，該表面 偏轉13之距離爲等於最大孔洞之一半寬度加上最大公差 (在應用方向上），可在該孔洞之中心線與該擴散器之中心線 之間維持該公差。由於必需考慮在該等孔洞與梳刀之相鄰 中心線間之節距變化，以及該梳刀相對於包含該等孔洞之 中心線之一平面旋轉，所以對多數齒電極來說此公差較大。 可以看到鄰近該孔洞限流部分之孔洞部分將在所有四側 於定距離上將具有擴散。用於此孔洞之面積比將因此趨 於大於藉由傳統之單一步驟放電加工過程所産生之孔洞。 由於在别部擴散為上之表面偏移將減小自該限流孔洞至已 測量面積比之平面之距離之事實，因此可部分地抵消該面 積比。 此等孔洞也將具有比藉由傳統單一步驟放電加工過程所 産生之孔洞一稍微大的範圍（孔洞之垂直高度在機翼表面 上突破）。 ，增加的面積比及範圍有利於提供一更有效之孔洞用於機 翼之薄膜冷卻。 91906.doc 5 1250062 用於産生一二步驟孔洞之其他可供選擇方法包括在機翼 壁中鑄造該等擴散器，於是藉由放電加工、雷射鑽或電子 束鑽來鑽該孔洞。另外，可先加工該擴散器形狀，接著藉 由放電加工、雷射鑽或電子束鑽來鑽該孔洞。此等步驟可 按相反的順序執行。 關於圖4,其圖解表示了在一部分43中已完成之擴散器41 之橫截面。由於此係一單一擴散器孔洞41，在該孔洞中心 線45與該部分表面47之間垂直角度丨5大約等於該電極梳刀 111之限流角度3。應注意的是在該部分43中該上部孔洞邊 緣與该上部擴散為之間之偏距丨6等於該標稱偏移丨3加上或 減去该擴散相對於該限流孔洞之位置公差及該孔洞半 徑41之公差。 如果自该孔洞之擴展器部分之邊緣（平行於該孔洞中心 線側）至該孔洞49之邊緣之偏距16可在此二步驟過程中直 接付到控制，可將在該擴展器上之偏移丨3減小至名義孔洞 半徑加上此兩特徵（限流孔及擴展器）之間之位置公差。 因此本發明傳授一方法以在一渦輪機翼中使用二步驟過 矛王産生限机孔洞與擴散孔洞之組合，藉此在該孔洞之兩部 分之間保持一平滑過渡。由於製造公差，所以每一孔洞之 中^線可偏移。偏移導致在流動分離處産生一臺階。爲阻 止此情況，增加一過渡區域46。爲産生此區域，將一大約 10度之附加角度部分加至用來産生該擴散孔洞之該放電加 工梳刀。在該臺階可能出現之任一側，該電極梳刀偏移（被 加厚）等於一半該最大限流孔洞直徑加上最大位置公差 91906.doc 5 1250062 之里此頜外材料之主邊緣藉由在彼側一大約1 〇度之角度 ^ ”έ這就創建了一標準擴散孔洞，該孔洞在該限 洞與該擴散孔洞之間有-短過渡(擴散)區46。在該擴 政區中，亥擴散角度足夠小以至流體分離不會發生。 日應瞭解的係本發明不限於此處所描述及顯示之圖解說 明，該等圖解說明應視爲僅僅解釋性地實現本發明之最佳 核式’且容許修改該等圖解說明之形式、尺寸、部件之排 列及彳木作細筇。本發明更意欲包括所有此等修改，該等修 改落在由申請專利範圍所界定之精神及範圍之内。 ^ 【圖式簡單說明】 圖1係根據本發明之一電極梳刀之示意圖。 圖2係電極之視圖，其表示俯視該電極之限流線。 圖3係一根據本發明之電極梳刀突出部分之詳圖。 圖4係一根據本發明所產生之限流孔洞及擴散器之示意 【圖式代表符號說明】 1 節距 2 齒中心線 3 限流角度 4 限流線 5 點 6 上部區域 7 平面 8 擴散器角度 9l906.doc 5 1250062 9 擴散器角度 10 孔洞直徑 11 擴散器角度 12 擴散器角度 13 偏移 14 厚度 15 垂直角度 16 偏距 31 梳刀齒（突出部） 41 擴散器（孔洞） 43 部分 45 孔洞中心線 46 過渡（擴散）區域 47 表面 49 (限流）孔洞 111 電極梳刀 91906.doc 5

Claims (1)

1. l25〇〇62 拾、申請專利範圍·· 種用於在咅p分中形成若干不分離擴散器之方法，其 包括以下步驟： 在一部分中製造至少一限流孔洞； 立提供至少一包含一齒之電極梳刀，該齒包含—突出 部’該突出部由複數個在—齒中心線上相交於一點之擴 散器表面所構成，且該複數個擴散器表面至少其中之— 自該中心線截切一偏移量；以及 用該電極梳刀在該部分中製造至少一擴散器孔洞，藉 、匕孩至夕冑散孔洞在—過渡區域與該至少一限流孔 洞相交。

   根據申請專利範圍第1項之方法，其中該製造該至少一 限流孔洞包含利用一製造方法，該製造方法選自由放電 加工（EDM)、雷射鑽、及電子束鑽所構成之組。 根據申請專利範圍第1項之方法，其中在製造該至少一 擴散器孔洞之前執行製造該至少一限流孔洞。 :::請專利範圍第"員之方法，其中提供該電極梳刀 。3提供一電極梳刀之步驟’其中該複數個擴散器表面 之至f —個自該梳刀中心線偏移—距離，該距離足以消 除在该限流孔洞之—側與該擴散器孔洞之間之—臺階。 =康申請專利範㈣4項之方法，其中製造該至少一擴 政為孔洞包含以下步驟： 該電極梳刀插入該部分，藉此該至少一擴散器孔洞 —至少一限流孔洞相交以形成至少一過渡區域。 91906.doc 6 ^^〇〇62 根據申請專利範圍第1項 户m 貝疋方法，其中在製造該至少一限 7·:同之前執行製造-限流孔洞擴散器。 二據申請專利範圍第6項之方法，其中製造該至少一限 <孔洞包含以下步驟： =造該至少-限流孔洞，藉此該至少一限流孔洞與該 8至少—擴散器孔洞相交以形成至少一過渡區域。 •:艮據申請專利範圍第i項之方法，其中每一該至少一擴 9散器之該附加角度部分包含_不大於12度之角度。 •㈣中請專利範圍第i項之方法，其中每—該至少一擴 散器之該附加角度部分包含—大約1〇度之角度。 根據申53專利乾圍第丨項之方法，其中在—部分中製造 至少一限流孔洞包含在—渴輪部件中製造該至少一限流 孔洞。 1 1 ·種用於提供若干擴散孔洞之電極梳刀，其包含·· 至少一沿一中心線延伸至一點之突出部，該突出部包 含一可形成一過渡區域之額外角度部分。 91906.doc 6 -2 ·