制造涡轮风扇叶片的方法
制造涡轮风扇叶片的方法
【专利说明】制造涡轮风扇叶片的方法
[0001]本申请是申请日为2008年12月30日、申请号为CN 200880127409.2、发明名称为“制造涡轮风扇叶片的方法”的发明专利申请的分案申请。
技术领域
[0002]本技术涉及用于飞行器发动机中的涡轮的风扇叶片。
【背景技术】
[0003]用于飞行器的喷气发动机具有带有风扇叶片的涡轮，当涡轮旋转时，该风扇叶片将空气吸入发动机。风扇叶片暴露在发动机前方的大气中，并可能与飞鸟或其他可能被吸入发动机的异物碰撞。由于这个原因，发动机风扇叶片典型地具有用于结构增强的金属前缘，以保护风扇叶片不被飞鸟撞击或类似事件损坏。
【发明内容】
[0004]通过切割和成形延长的金属部件来制造涡轮风扇叶片的金属前缘。该金属部件具有在部件的纵向上延伸的前缘和后缘，以及具有总体上为楔形的横截面，该横截面具有从前缘向后缘偏离的相对侧。从后缘向前缘向内切割出腔。这为部件提供了总体上为V形的横截面，该横截面具有从前缘向后偏离的相对侧壁。将心轴插入腔中，并且将V形部件的侧壁朝彼此弯曲，以将腔压缩成心轴的形状。然后，通过将涡轮风扇叶片组件插入压缩的腔中并将所述部件固定到所述组件来将部件安装为金属前缘。
【附图说明】
[0005]图1是示出截面上的涡轮风扇叶片的各部件的示意图。
[0006]图2是示出图1的风扇叶片的一部分的初始状态的示意性透视图。
[0007]图3是示出图2中所示的部件的中间状态的示意性剖面图。
[0008]图4是示出被夹紧到切割夹具的图2的部件的示意图。
[0009]图5是说明将部件置于图3的中间状态的切割步骤的示意图。
[0010]图6是说明不切割和表面修整步骤的不意图。
[0011]图7是部分地说明成形步骤的示意图。
[0012]图8也是部分地说明成形步骤的示意图。
[0013]图9是示出处于完成状态的部件的示意性剖面图。
【具体实施方式】
[0014]附图中示出的装置具有一些部件，这些部件是权利要求中记载的元件的实例。从而，以下描述包括了关于本领域的普通技术人员如何能够实现和使用要求保护的发明的例子。在此给出该描述，以满足书面说明、可以实现和最佳模式的法定要求，而不作出那些没有记载在权利要求中的限制。
[0015]如图1中部分地示出的，涡轮风扇叶片10具有由复合材料形成的主体组件12。金属部件14被安装在主体组件12的前部16，以限定风扇叶片10的前缘。尽管主体组件12被示意性地示出为单件复合材料，但是它也可以包括任何合适的部件或部件的组合，该部件的组合一起为风扇叶片10提供了翼型(airfoil)的总体构造。优选地由钛形成的金属部件14为风扇叶片10提供了结构上的强化，以保护该叶片不被飞鸟撞击损坏。
[0016]最初，金属部件14被形成为锻造金属条，该锻造金属条具有如图2中所示的延长的、总体上为矩形的构型。然后，部件14具有在其相对的端部24和26之间在纵向上延伸的前缘20和后缘22。尽管部件14将沿其长度而变化以符合主体组件12的翼型构型(图1)，但是其维持了一般为楔形的横截面，如图2中所示，该横截面具有例如在第二端部26处从前缘20向后缘22偏离的相对侧30和32。
[0017]在所示的实例中，相对侧30和32具有凹的轮廓，并且第一侧30长于第二侧32。前缘20是在部件14的前拐角34和36处垂直于相对侧30和32的平面。后缘22具有在较长侧30处的后拐角38和较短侧32处的后拐角40之间延伸的非平面轮廓。重要的是，部件14的后缘22处的初始厚度Tl显著地大于风扇叶片10(图1)的厚度T2，在图1中，完成的部件14到达主体组件12的前部16。
[0018]图2的金属部件14在加工工序中获得图3的构型。具体地，部件14被夹紧到加工夹具(fixture) 50，如图4所示，并且用铣刀52切割，如图5所示。刀具52或一个或多个不同尺寸的刀具切入部件14，以形成腔55。腔55从端部24到端部26在部件14的纵向上延伸，并且从后缘22向前缘20向内横向延伸。这为部件14的整个长度提供了总体上为V形的横截面，该横截面具有向后偏离的相对侧壁60和62。与图2的楔形截面类似，图3的V形截面将根据需要变化，以符合主体组件12的翼型构型。然而，部件14的后部的较大厚度Tl使得腔55能够具有沿其整个长度的相应的较宽开口端65。此外，相对侧30和32处的凹的轮廓使得刀具52能够为侧壁60和62提供相应的凸的内表面66和68。较宽开口65和凸的内表面66和68增大了当刀具52从后缘22向前缘20向内推进时在腔55中可以操纵刀具52通过的间隙(clearance)。
[0019]除凸的内侧表面66和68之外，刀具52在腔55的底部处形成了凹的内表面70。为内表面66、68和79全部进行了机械修整(finish)。接下来，部件14被传送到切割心轴80，以在外表面处进行机械修整，如图6所示。外部处的切割也为部件14提供了新形成的前缘82，该前缘82具有适于风扇叶片10(图1)的末端前缘的圆整轮廓。
[0020]切割步骤之后是成形步骤。如图7所示，部件14被放置在成形心轴90上，使得在开口腔55中接收心轴90的前部92。心轴90的前部92具有与主体组件12的前部16相同的尺寸和形状，在该前部16上要安装金属部件14，如图1所示。部件14和心轴90被加热到高温，并被置于一对热成形模具96和98之间，如图8所示。当模具96和98移动到一起时，它们将部件的侧壁60和62朝彼此弯曲，并且使这些侧壁与心轴90的前部92覆盖式的接合。这将腔55压缩成心轴90的前部92的形状，同样地，该腔也被压缩成主体组件12的前部16的形状。对部件14的这种成形优选地在高温下的婦变成形(creep forming)或热成形工序中实现，该高温被保持在形成部件14的钛或其他金属的锻造温度之下。然后，从成形模具96和98以及心轴90移去部件14，并将其冷却到室温。然后，如图9所示，经过冷却和成形的部件14被安装在主体组件12上，而不用进一步加热、切割或成形，并且以现有技术中已知的任何适当的方式固定到主体组件12。
[0021]本发明的可专利范围由权利要求限定，并可以包括如何能够实现和使用本发明的其他实例。如果这样的其他实例具有不区别于权利要求的字面语言的要素，或者具有非实质性的区别于权利要求的字面语言的等同要素，则意欲使可存在于申请提交日之前或之后的这类其他实例处于权利要求的范围内。
【主权项】
1.一种制造涡轮风扇叶片的金属前缘的方法，包括: 提供延长的金属部件，所述金属部件具有在所述部件的纵向上延伸的前缘、在所述部件的纵向上延伸的后缘和总体上为楔形的横截面，所述楔形横截面具有从所述前缘向所述后缘偏离的相对的侧； 从所述后缘向所述前缘向内切割出腔，以便为所述部件提供总体上为V形的横截面，所述V形横截面具有向后偏离的相对的侧壁； 通过将心轴插入所述腔和将所述侧壁向彼此弯曲以将所述腔压缩成所述心轴的形状来成形所述部件；并且 通过将涡轮风扇叶片组件插入所述压缩的腔中并将所述部件固定到所述组件来将所述部件安装为金属前缘。2.如权利要求1所述的方法，其中执行所述安装步骤而不对所述部件进行进一步成形。3.如权利要求1所述的方法，其中在所述部件处于高温的情况下执行所述成形步骤。4.如权利要求3所述的方法，其中在整个所述成形步骤期间，所述部件被维持在低于所述金属的锻造温度的温度。5.如权利要求3所述的方法，其中在所述部件处于室温的情况下执行所述安装步骤。6.如权利要求1所述的方法，其中所述楔形截面的所述相对的侧具有凹的轮廓。7.如权利要求1所述的方法，其中所述切割步骤为每个侧壁提供凸的内表面轮廓。8.如权利要求1所述的方法，还包括在所述成形步骤之前为所述侧壁的内表面提供机械修整的步骤。9.如权利要求1所述的方法，还包括在所述成形步骤之前为所述部件的外表面提供机械修整的步骤。10.如权利要求1所述的方法，还包括在所述安装步骤之前为所述部件的外表面提供机械修整的步骤。11.如权利要求1所述的方法，其中所述金属部件由钛形成，并且所述涡轮风扇叶片组件由复合材料形成。12.—种制造涡轮风扇叶片的金属前缘的方法，包括: 提供延长的金属部件，所述金属部件具有相对的端部、在所述部件的纵向上延伸的前缘、在所述部件的纵向上延伸的后缘以及总体上为楔形的横截面，所述楔形横截面具有从所述前缘向所述后缘偏离的相对的侧； 在所述部件中切割出在纵向上端部到端部地延伸和从所述后缘向所述前缘向内横向延伸的腔，以便为所述部件的整个长度提供总体上为V形的横截面，所述V形横截面具有从所述前缘向后偏离的相对的侧壁； 将心轴插入所述腔中； 通过将所述部件加热到高温并将所述被加热的部件的所述侧壁向彼此弯曲以将所述腔压缩成所述心轴的形状来成形所述部件；以及 通过将涡轮风扇叶片组件插入所述被压缩的腔中并将所述部件固定到所述组件来将所述部件安装为金属前缘，而不进行高温下的进一步成形。13.如权利要求12所述的方法，其中在整个所述成形步骤期间，所述部件被维持在低于所述金属的锻造温度的高温。14.如权利要求12所述的方法，其中在整个所述安装步骤期间，所述部件被维持在室温。15.如权利要求12所述的方法，其中所述切割步骤为每个侧壁提供凸的内表面轮廓。16.如权利要求12所述的方法，还包括在所述成形步骤之前为所述侧壁的内表面提供机械修整的步骤。17.如权利要求12所述的方法，还包括在所述成形步骤之前为所述部件的外表面提供机械修整的步骤。18.如权利要求12所述的方法，还包括在所述安装步骤之前为所述部件的外表面提供机械修整的步骤。19.如权利要求12所述的方法，其中所述金属部件由钛形成，且所述涡轮风扇叶片组件由复合材料形成。
【专利摘要】通过切割和成形延长的金属部件来制造涡轮风扇叶片的金属前缘。该金属部件具有在部件的纵向上延伸的前缘和后缘，以及具有总体上为楔形的横截面，该横截面具有从前缘向后缘偏离的相对侧。从后缘向前缘向内切割出腔。这为部件提供了总体上为V形的横截面，该横截面具有从前缘向后偏离的相对侧壁。将心轴插入腔中，并且将V形部件的侧壁朝彼此弯曲，以将腔压缩成心轴的形状。然后，通过将涡轮风扇叶片组件插入压缩的腔中并将所述部件固定到所述组件来将部件安装为金属前缘。
【IPC分类】F04D29/26, B21D53/78, B23P15/02
【公开号】CN104889703
【申请号】CN201510040064
【发明人】杰拉尔德·C·坎默
【申请人】涡轮发动机零部件科技公司
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2008年12月30日
【公告号】CN101952065A, EP2229248A2, EP2229248A4, EP2229248B1, US7805839, US8256118, US20090165299, US20110010937, WO2009108253A2, WO2009108253A3
【专利说明】制造涡轮风扇叶片的方法
[0001]本申请是申请日为2008年12月30日、申请号为CN 200880127409.2、发明名称为“制造涡轮风扇叶片的方法”的发明专利申请的分案申请。
技术领域
[0002]本技术涉及用于飞行器发动机中的涡轮的风扇叶片。
【背景技术】
[0003]用于飞行器的喷气发动机具有带有风扇叶片的涡轮，当涡轮旋转时，该风扇叶片将空气吸入发动机。风扇叶片暴露在发动机前方的大气中，并可能与飞鸟或其他可能被吸入发动机的异物碰撞。由于这个原因，发动机风扇叶片典型地具有用于结构增强的金属前缘，以保护风扇叶片不被飞鸟撞击或类似事件损坏。
【发明内容】
[0004]通过切割和成形延长的金属部件来制造涡轮风扇叶片的金属前缘。该金属部件具有在部件的纵向上延伸的前缘和后缘，以及具有总体上为楔形的横截面，该横截面具有从前缘向后缘偏离的相对侧。从后缘向前缘向内切割出腔。这为部件提供了总体上为V形的横截面，该横截面具有从前缘向后偏离的相对侧壁。将心轴插入腔中，并且将V形部件的侧壁朝彼此弯曲，以将腔压缩成心轴的形状。然后，通过将涡轮风扇叶片组件插入压缩的腔中并将所述部件固定到所述组件来将部件安装为金属前缘。
【附图说明】
[0005]图1是示出截面上的涡轮风扇叶片的各部件的示意图。
[0006]图2是示出图1的风扇叶片的一部分的初始状态的示意性透视图。
[0007]图3是示出图2中所示的部件的中间状态的示意性剖面图。
[0008]图4是示出被夹紧到切割夹具的图2的部件的示意图。
[0009]图5是说明将部件置于图3的中间状态的切割步骤的示意图。
[0010]图6是说明不切割和表面修整步骤的不意图。
[0011]图7是部分地说明成形步骤的示意图。
[0012]图8也是部分地说明成形步骤的示意图。
[0013]图9是示出处于完成状态的部件的示意性剖面图。
【具体实施方式】
[0014]附图中示出的装置具有一些部件，这些部件是权利要求中记载的元件的实例。从而，以下描述包括了关于本领域的普通技术人员如何能够实现和使用要求保护的发明的例子。在此给出该描述，以满足书面说明、可以实现和最佳模式的法定要求，而不作出那些没有记载在权利要求中的限制。
[0015]如图1中部分地示出的，涡轮风扇叶片10具有由复合材料形成的主体组件12。金属部件14被安装在主体组件12的前部16，以限定风扇叶片10的前缘。尽管主体组件12被示意性地示出为单件复合材料，但是它也可以包括任何合适的部件或部件的组合，该部件的组合一起为风扇叶片10提供了翼型(airfoil)的总体构造。优选地由钛形成的金属部件14为风扇叶片10提供了结构上的强化，以保护该叶片不被飞鸟撞击损坏。
[0016]最初，金属部件14被形成为锻造金属条，该锻造金属条具有如图2中所示的延长的、总体上为矩形的构型。然后，部件14具有在其相对的端部24和26之间在纵向上延伸的前缘20和后缘22。尽管部件14将沿其长度而变化以符合主体组件12的翼型构型(图1)，但是其维持了一般为楔形的横截面，如图2中所示，该横截面具有例如在第二端部26处从前缘20向后缘22偏离的相对侧30和32。
[0017]在所示的实例中，相对侧30和32具有凹的轮廓，并且第一侧30长于第二侧32。前缘20是在部件14的前拐角34和36处垂直于相对侧30和32的平面。后缘22具有在较长侧30处的后拐角38和较短侧32处的后拐角40之间延伸的非平面轮廓。重要的是，部件14的后缘22处的初始厚度Tl显著地大于风扇叶片10(图1)的厚度T2，在图1中，完成的部件14到达主体组件12的前部16。
[0018]图2的金属部件14在加工工序中获得图3的构型。具体地，部件14被夹紧到加工夹具(fixture) 50，如图4所示，并且用铣刀52切割，如图5所示。刀具52或一个或多个不同尺寸的刀具切入部件14，以形成腔55。腔55从端部24到端部26在部件14的纵向上延伸，并且从后缘22向前缘20向内横向延伸。这为部件14的整个长度提供了总体上为V形的横截面，该横截面具有向后偏离的相对侧壁60和62。与图2的楔形截面类似，图3的V形截面将根据需要变化，以符合主体组件12的翼型构型。然而，部件14的后部的较大厚度Tl使得腔55能够具有沿其整个长度的相应的较宽开口端65。此外，相对侧30和32处的凹的轮廓使得刀具52能够为侧壁60和62提供相应的凸的内表面66和68。较宽开口65和凸的内表面66和68增大了当刀具52从后缘22向前缘20向内推进时在腔55中可以操纵刀具52通过的间隙(clearance)。
[0019]除凸的内侧表面66和68之外，刀具52在腔55的底部处形成了凹的内表面70。为内表面66、68和79全部进行了机械修整(finish)。接下来，部件14被传送到切割心轴80，以在外表面处进行机械修整，如图6所示。外部处的切割也为部件14提供了新形成的前缘82，该前缘82具有适于风扇叶片10(图1)的末端前缘的圆整轮廓。
[0020]切割步骤之后是成形步骤。如图7所示，部件14被放置在成形心轴90上，使得在开口腔55中接收心轴90的前部92。心轴90的前部92具有与主体组件12的前部16相同的尺寸和形状，在该前部16上要安装金属部件14，如图1所示。部件14和心轴90被加热到高温，并被置于一对热成形模具96和98之间，如图8所示。当模具96和98移动到一起时，它们将部件的侧壁60和62朝彼此弯曲，并且使这些侧壁与心轴90的前部92覆盖式的接合。这将腔55压缩成心轴90的前部92的形状，同样地，该腔也被压缩成主体组件12的前部16的形状。对部件14的这种成形优选地在高温下的婦变成形(creep forming)或热成形工序中实现，该高温被保持在形成部件14的钛或其他金属的锻造温度之下。然后，从成形模具96和98以及心轴90移去部件14，并将其冷却到室温。然后，如图9所示，经过冷却和成形的部件14被安装在主体组件12上，而不用进一步加热、切割或成形，并且以现有技术中已知的任何适当的方式固定到主体组件12。
[0021]本发明的可专利范围由权利要求限定，并可以包括如何能够实现和使用本发明的其他实例。如果这样的其他实例具有不区别于权利要求的字面语言的要素，或者具有非实质性的区别于权利要求的字面语言的等同要素，则意欲使可存在于申请提交日之前或之后的这类其他实例处于权利要求的范围内。
【主权项】
1.一种制造涡轮风扇叶片的金属前缘的方法，包括: 提供延长的金属部件，所述金属部件具有在所述部件的纵向上延伸的前缘、在所述部件的纵向上延伸的后缘和总体上为楔形的横截面，所述楔形横截面具有从所述前缘向所述后缘偏离的相对的侧； 从所述后缘向所述前缘向内切割出腔，以便为所述部件提供总体上为V形的横截面，所述V形横截面具有向后偏离的相对的侧壁； 通过将心轴插入所述腔和将所述侧壁向彼此弯曲以将所述腔压缩成所述心轴的形状来成形所述部件；并且 通过将涡轮风扇叶片组件插入所述压缩的腔中并将所述部件固定到所述组件来将所述部件安装为金属前缘。2.如权利要求1所述的方法，其中执行所述安装步骤而不对所述部件进行进一步成形。3.如权利要求1所述的方法，其中在所述部件处于高温的情况下执行所述成形步骤。4.如权利要求3所述的方法，其中在整个所述成形步骤期间，所述部件被维持在低于所述金属的锻造温度的温度。5.如权利要求3所述的方法，其中在所述部件处于室温的情况下执行所述安装步骤。6.如权利要求1所述的方法，其中所述楔形截面的所述相对的侧具有凹的轮廓。7.如权利要求1所述的方法，其中所述切割步骤为每个侧壁提供凸的内表面轮廓。8.如权利要求1所述的方法，还包括在所述成形步骤之前为所述侧壁的内表面提供机械修整的步骤。9.如权利要求1所述的方法，还包括在所述成形步骤之前为所述部件的外表面提供机械修整的步骤。10.如权利要求1所述的方法，还包括在所述安装步骤之前为所述部件的外表面提供机械修整的步骤。11.如权利要求1所述的方法，其中所述金属部件由钛形成，并且所述涡轮风扇叶片组件由复合材料形成。12.—种制造涡轮风扇叶片的金属前缘的方法，包括: 提供延长的金属部件，所述金属部件具有相对的端部、在所述部件的纵向上延伸的前缘、在所述部件的纵向上延伸的后缘以及总体上为楔形的横截面，所述楔形横截面具有从所述前缘向所述后缘偏离的相对的侧； 在所述部件中切割出在纵向上端部到端部地延伸和从所述后缘向所述前缘向内横向延伸的腔，以便为所述部件的整个长度提供总体上为V形的横截面，所述V形横截面具有从所述前缘向后偏离的相对的侧壁； 将心轴插入所述腔中； 通过将所述部件加热到高温并将所述被加热的部件的所述侧壁向彼此弯曲以将所述腔压缩成所述心轴的形状来成形所述部件；以及 通过将涡轮风扇叶片组件插入所述被压缩的腔中并将所述部件固定到所述组件来将所述部件安装为金属前缘，而不进行高温下的进一步成形。13.如权利要求12所述的方法，其中在整个所述成形步骤期间，所述部件被维持在低于所述金属的锻造温度的高温。14.如权利要求12所述的方法，其中在整个所述安装步骤期间，所述部件被维持在室温。15.如权利要求12所述的方法，其中所述切割步骤为每个侧壁提供凸的内表面轮廓。16.如权利要求12所述的方法，还包括在所述成形步骤之前为所述侧壁的内表面提供机械修整的步骤。17.如权利要求12所述的方法，还包括在所述成形步骤之前为所述部件的外表面提供机械修整的步骤。18.如权利要求12所述的方法，还包括在所述安装步骤之前为所述部件的外表面提供机械修整的步骤。19.如权利要求12所述的方法，其中所述金属部件由钛形成，且所述涡轮风扇叶片组件由复合材料形成。
【专利摘要】通过切割和成形延长的金属部件来制造涡轮风扇叶片的金属前缘。该金属部件具有在部件的纵向上延伸的前缘和后缘，以及具有总体上为楔形的横截面，该横截面具有从前缘向后缘偏离的相对侧。从后缘向前缘向内切割出腔。这为部件提供了总体上为V形的横截面，该横截面具有从前缘向后偏离的相对侧壁。将心轴插入腔中，并且将V形部件的侧壁朝彼此弯曲，以将腔压缩成心轴的形状。然后，通过将涡轮风扇叶片组件插入压缩的腔中并将所述部件固定到所述组件来将部件安装为金属前缘。
【IPC分类】F04D29/26, B21D53/78, B23P15/02
【公开号】CN104889703
【申请号】CN201510040064
【发明人】杰拉尔德·C·坎默
【申请人】涡轮发动机零部件科技公司
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2008年12月30日
【公告号】CN101952065A, EP2229248A2, EP2229248A4, EP2229248B1, US7805839, US8256118, US20090165299, US20110010937, WO2009108253A2, WO2009108253A3
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